焊接工艺指导书
1、 目的
为了方便及保证车间在制作、拼装过程中的焊接施工和确保焊缝的焊接质量,对焊工起到现场焊接指导作用,结合工程特点和焊接工艺评定报告,特编制了本焊接工艺指导书。
2、 范围
本焊接工艺指导书适用于钢结构工程的制造,工艺中介绍了手工电弧焊、二氧化碳气体保护焊、埋弧自动焊等焊接方法及焊接基本原则、工艺措施、焊接参数等。
3、 参考标准
(1)《焊接工艺评定报告》
(2)《焊接工程师手册》
(3)《中船九院600T×200设计图》(QY477)
(4)《中船九院600T×200设计说明》(QY477)
(5)《焊接件通用技术要求》(JB/T5000.3)
(6)《气焊、手工电弧焊及气体保护焊焊缝坡口的基本形式与尺寸》(GB985-88)
(7)《埋弧焊焊缝坡口的基本形式和尺寸》(GB986-88)
(8)《钢结构工程施工质量验收规范》(GB50250-2001)
4、定义
4.1 SMAW――手工电弧焊
4.2 GMAW――半自动实芯焊丝气体保护焊
4.3 FCAW――半自动药芯焊丝气体保护焊
4.4 SAW――单丝埋弧自动焊
4.4 WPQ――焊接工艺评定
4.5 WPS――焊接工艺
4.5 B――对接接头
4.6 T――T形接头
4.7 X――X形接头
4.8 F――平焊
4.9 H――横焊
4.10 V――立焊
4.11 O――仰焊
5、一般要求
5.1凡是参加船厂、桥梁钢结构或起重设备等重要焊接的焊工必须通过焊工资格考试,且只能从事焊工证书上规定范围内的工作。
5.2 焊工必须熟悉本焊接工艺和施工图,并严格按照工艺规定的要求施焊,未经焊接主管工程师同意,不得更改工艺和工艺规定的焊接参数。
5.3 焊工焊接时必须认真负责,不得疲劳作业。
5.4 对于经常出现的缺陷,焊工要对此进行总结、交流,避免再次出现类似错误。
5.5 焊接设备必须经过调试校准,焊工焊接前自行检查焊接设备及仪表的运行情况,确认无误后方可进行作业。
5.6 保温筒在使用时必须插电保温;气刨用空气压缩机必须经常排水。
5.7 CO2气瓶流量表必须完好并能够通电加热。
5.8 焊接前先确认焊丝、焊条、焊剂是否正确,不得混用、乱用。
5.9 CO2纯度不低于99.8%,使用时流量表要通电保温。
5.10 不同接头使用的寸垫必须与焊接母材相匹配,焊材匹配如下表:
常用钢构钢材手工电弧焊接材料的选配
常用钢构钢材CO2①气体保护焊实芯焊丝的选配
常用结构钢埋弧焊焊接材料的选配
5.11 焊材的储存必须在干燥、通风良好的地方,由专人保管。
5.12 焊条烘烤温度为350-400℃,烘烤时间为1-2小时,熔炼焊剂(SJ101)烘烤温度为250~300℃烘烤时间为1-2小时,烘烤后应放置于110-150℃的保温箱中保温,随用随取。
5.13 焊条烘烤时,严禁高温急烘,防止药皮脱落。
5.14 焊条使用时,焊条筒必须插电保温,且每次取用的焊条不得超过2根。
5.15 一般每次发放焊条数量不超过4h用量;当天用不完,下班后退回保温箱保温;若焊条已受潮,应重新烘干后再保温,但重复烘干次数不得超过2次,用不完的焊材要退库,并按规定温度重新烘干。焊接环境温度不宜低于0℃,环境湿度不宜高于85%。
5.16不宜在阴雨潮湿的天气施焊,当焊件表面有潮湿时,应采取加热除湿措施。
5.17 焊接作业区风速超过8米/秒时,应设置挡风装置。
5.18 坡口周围30-50mm区域要保持无油污、水迹、锈斑;坡口间隙和钝边要符合设计要求。
5.19所有对接焊缝要加装引、熄弧板,严禁在工件上起弧和熄弧,收弧时要填满弧坑,绕角焊时填满包角。
5.20引熄弧板内焊缝长度不小于25mm,埋弧焊的焊缝长度不小于100mm。
5.21采用火焰切割的坡口,焊前必须将坡口表面的氧化皮和飞溅物打磨干净并漏出金属光泽。
5.22 组装过程中应严格控制两工件间的错位、坡口角度和根部间隙。施焊前,焊接检验人员应严格按照设
计装配尺寸进行焊前检查,当确认坡口各项尺寸符合要求时方可进行焊接,并作好质量记录。严禁在接头间隙中填塞焊条头、铁块等杂物。
5.23定位焊缝不能有焊接缺陷,如果发现及时清除,焊接时必须充分熔于焊缝。定位焊缝所用的焊接材料的型号,应与正式焊缝相同,工艺要求相同。定位焊的焊接必须有具有焊工合格证的正式焊工操作,定位焊焊缝长度为50-100mm,间距一般为400-600mm,定位焊焊缝厚度不宜大于原设计焊脚的2/3。
5.24 在定位焊前,装配间隙必须经过检验合格后焊接定位。
5.25 用切割法割除引、熄弧板时,切割线离开母材至少3mm;残留部分应以打磨机磨平。
5.26 可以用电加热或氧-乙炔(丙烷)焰进行预热。
5.27 对焊接接头进行预热时,预热温度的测温度点应在距离焊道至少75mm区域。
5.28 测温仪器为经校准的红外线测温仪。
5.29 低碳钢焊接件,一般不需预热就可以焊接,但当环境温度低于0℃或者厚度较大时,焊前根据焊接工艺要求进行预热或缓冷。
5.30 不同材质之间的预热温度按焊接性差的一种选定。
5.31 同材质而厚度不同的板件,按厚度大的确定预热温度。
5.32 低合金结构钢的焊接件,必须综合考虑碳当量、构件厚度、焊接接头的拘束度、环境温度以及所使用的焊接材料等因素。
5.33焊缝要达到外观按设计要求,如:圆滑过渡,余高,焊脚大小等。
5.34 对于气刨后的焊缝表面必须打磨掉渗碳层,露出金属光泽。
5.35对于碳弧气刨后的焊缝表面,必须将表面氧化皮和渗碳层打磨干净并露出金属光泽。
5.36尽量避免十字交叉焊缝,T形接头、十字形接头、角接接头等要求熔透的对接和角对接组合焊缝,
其焊脚尺寸不应小于t/4。
5.37 焊缝应避开应力较大部位和截面突变部位,设计有疲劳验算要求的吊车梁或类似构件的腹板与上翼
板连接焊缝的焊脚尺寸为t/2,且不应大于10mm。
5.38腹板与翼板之间的角焊缝应填满焊透,转角处包脚,对须进行预热处理的焊缝,预热区应在焊道的
两侧,每侧宽度均应大于焊件厚度的1.5倍以上,且不应小于100mm。
5.39多层多道焊时,在焊接每一层焊缝前,应对前一层焊缝进行检查,发现缺陷立即清除,经检查合格
后进行下一层焊接;焊接完毕后注意包角。
5.40 对于需要返修的焊缝,必须确定缺陷位置,缺陷的大小和深度等,焊脚尺寸的允许偏差为0~4mm,
对须进行后热处理的焊缝,后热处理应在焊后立即进行,保温时间按每25mm板厚1h确定。
5.41 采用碳弧气刨或其它机械方法清除焊接缺陷,在清除缺陷时应刨出利于返修的缺口,并砂轮机磨掉
坡口表面的氧化皮和渗碳层,露出金属光泽。对于焊接裂纹的清除,应在裂纹的两端各50mm的地方打两个止裂孔以防止裂纹外延。
5.42 返修采用原焊接方法及焊接工艺,hf>8.0mm的角焊缝其局部焊脚尺寸允许低于设计要求值
1.0mm,但总长不得超过焊缝长度的10%,焊接H型钢两端头两倍翼板宽度范围内除外。,
5.43 焊缝返修时,需将清除部位的两端刨成1:5的斜坡,填充金属与原焊缝充分熔合。
5.44返修后的焊缝应修磨光顺,并按照原检验要求进行复验,且同一部位的焊缝返修不宜超过2次,连
续补焊超过3次或以上的焊缝必须换板。
6、焊接规范参数及焊缝接头
6.1 常用的焊接方法:一般平对接焊用GMAW(实芯CO2气体保护焊)或GMAW+SAW(埋弧自动焊),平角焊、立焊、仰位焊用FCAW(药芯CO2气体保护焊),定位焊、长肉、返修、和特殊位置用SMAW(手工电弧焊)。
*埋弧自动焊和气保护焊焊缝宽度要求参照如下:
7、焊接检查
7.1 焊前检查:
7.1.1焊前检查焊接设备,确定正常运行方可作业;焊前检查焊条牌号、规格防止用错;焊条外观良好,药皮不受潮、变色。
7.1.2 焊前检查焊工资格证,检查是否按证件规定的范围作业。
7.1.3焊前检查:基线距离、焊缝间隙、坡口大小、错边、焊道周围有无水、锈、漆等杂物。
7.1.4定位焊是否有裂纹、夹渣等缺陷,上述检验签字合格后方可焊接
7.2 焊中检查:
1:二级、三级焊缝外观质量标准
2:对接焊缝及完全熔透组合焊缝尺寸允许偏差
3:部分焊透组合焊缝和角焊缝外形尺寸允许偏差
7.2.1严格按照焊接规范进行焊接,施焊过程中,要有专门的焊接检验人员进行跟踪监督。
7.2.2检查层间温度、焊接电流、电压是否超出工艺要求,CO2流量表是否保温。
7.3 焊后质量检查
7.3.1外观检查:焊缝外观进行100%检查,对接焊缝质量应符合JB/T5000.3中的Bs级的规定,角焊缝质量应符合JB/T5000.3中的Bk级的规定,验收标准遵照《钢结构工程施工质量验收规范》
(GB50205-2001)规定。
7.3.2外观检查OK后进行无损检验,检验标准为:《钢焊缝手工超声波探伤方法和探伤结果分级》(GB11345-89);《钢熔化焊对接接头射线照相和质量分级》(GB3323-87);《钢铁材料的磁粉探伤方法》(JB/T6046)。
7.3.3 焊缝内在质量:所有对接焊缝做100%焊缝长度范围超声波探伤,其质量不低于GB11345-89 B级检验之I级标准。50%以下不合格者可局部重新焊接,若连续补焊两次以上调换钢板。
7.3.3每次检查后都要填写相应的记录表和探伤报告。
8、 焊接原则
8.1 焊接前及打底焊接时,不可随意切除固定马板。
8.2焊缝返修和正式焊接相同。补焊后的焊缝进行打磨、外观符合规范要求。
8.3 焊接采用多层多道焊时,焊接操作人员必须进行连续施焊。焊完后应及时清理焊渣和表面飞溅物,发现影响焊接质量的缺陷时,应及时清理。
8.4 在连续焊接过程中应控制焊接区母材温度,使层间温度的上下限符合工艺要求。
8.5 对接焊缝两端,均要安装引弧板和熄弧板。不得在焊缝以外的母材上随意引弧,以免引起焊件缺陷。埋弧焊引、熄弧板长度不小于100mm,宽度不小于80mm。手工焊、CO2焊引、熄弧板不小于50mm。材质、坡口与工件相同。焊缝在引、熄弧板上的引出长度:埋弧焊不小于80mm;手工焊、CO2焊不小于25mm。
8.8 多层多道焊缝在下道焊缝焊接前,应进行焊缝表面清理工作,不得在有焊渣、飞溅等情况下施焊。多层多道焊焊接时,上层与下层之间的焊接接头应相互错开30mm左右。
9、焊接顺序
9.1焊接顺序,合理的掌握焊接顺序也可以适当的减少矫正工作量,如接点中有摩擦系数要求的接点板与主体及加劲板的焊接顺序。
9.2箱型体上下盖板对腹板焊缝必须选择对称焊接。
10、安全
10.1 熟悉并仔细检查焊接区的作业环境,确保焊接操作的安全。
10.2 拼装焊接时使用的爬梯或脚手架必须符合安全要求。
10.3 爬梯或脚手架必须在每次使用前进行严格的检查,发现焊缝开裂现象时必须及时进行加固。
10.4 焊接时,焊接电缆应固定在焊接操作台上,严禁将焊接电缆缠在身上或搭在肩上。
10.5 焊接密闭空间要保证足够的通风。
10.6 患有高血压、心脏病及酒后的焊工,严禁进行高空焊接。
10.7 焊接人员高空焊接必须系好安全带。
11、焊接工艺指导书 Note:
Gas Nozzle – 保护气咀 Contact Tube – 导电咀 Contact Tube Set Back
– 缩入 Electrode Extension – 焊丝伸出
Stick-out – 焊丝突出
Stand-off Distance – 气咀与工件间距离 (正常为12 – 20 mm之间)
Work piece – 被焊工件表面 Consumable Electrode – 熔化电极 (指焊丝)
Flow Rate – 保护气体流量 (一般由15 – 25 L/min.由气咀内径介定)
(短路过渡)
例: Ø 1.2 焊丝在 Stand-off Distance (12–20) mm 之间时使用范围由 85A (18.5V–20.5V) 至 260A (25.5V–28V)
一般焊接电压与电流之间的关系计算公式:
300A 焊接电流以下时—电弧电压(V) = 0.04 × 焊接电流值 + 16 ± 1.5 (A) 300A 焊接电流以上时—电弧电压(V) = 0.04 × 焊接电流值 + 20 ± 2.0 (A)
电弧电压增补值:
焊丝直径的选择:
全位置—指除平、立、横、仰焊接位置外,还包括各位置间的斜坡焊(如园管对接焊缝)和下向立焊。
焊丝直径与焊接电流的关系:
左向焊法(倾角10° - 15°): 1. 对熔池预热;
2. 用保护气体吹走一般空气;
3. 较易观察坡口情况,容易控制熔池溶透质量和不易焊偏。
必须经常检查的问题:
1. 焊机接地必须可靠。必须经常检查焊接电源徊路所有接线位。
2. 经常检查导电嘴磨损情况,磨损严重时应及时更换。要经常清理飞溅物。清理焊道面氧化物。 3. 必须定期对焊丝输送软管以及弹簧管的工作情况进行检查,防止出现漏气或送丝不稳定等故障。对弹簧软管的内部要定期清洗,并排除管内脏物。
4. 经常检查二氧化碳气体预热器和干燥器的工作情况,保证对气体正常加热和干燥。
5. 真正防飞溅物粘付在气咀与导电咀间的油类是硅质油,其它腊质或伪冒者沾染到焊缝会引起气孔的。
不要将整支枪头浸在防飞溅物硅油内,污染焊丝亦会引起焊缝质量问题。
6. 出丝不畅顺与枪带摆放弧顺、弹簧管内径适合焊丝直径、导电咀与焊丝接触不良…等相关。
常用生产参数(仅供参考):
* DC+
** 可以跟据实际情况而略作调节。这些数据是使用纯二氧化碳保护气时合用的,若改用氩+二氧化碳的混合保护气时,电压要降低2伏特。电弧电压是在送丝系统处量度的,切勿在远离施焊现场的弧焊变压器输出端子上测量,而且要注意整个焊接电源回路系统处处都要接触良好和有足够导电能力。 保护气罩覆盖范围是最佳的焊接条件
0.035"(0.9 mm)焊丝的沉积率为 95 – 96 %; 0.045"(1.2 mm)焊丝的沉积率为 94 – 95 %。
* 在保护气咀处量度
** 当焊接电流 ≥300A时,保护气咀内径要改用3/4" (19 mm)或以上
(表5)CO2气体保护弧焊平焊参数表:
焊缝外观尺寸标准:
12.焊接变形 ,焊接应力 ,热过程 ,焊接工艺
在建筑钢结构发展如火如荼的今天 ,形式各异的焊接机械、焊接方法日新月异 ,焊接技术成了一个关
键的课题。但在施工过程中 ,由于焊接产生的焊接残余应力和残余变形 ,严重影响着工程的质量、安装进度和结构承载力 (即使用功能 ),因而 ,急需采用合理的方法予以控制。
钢结构的焊接过程实际上是在焊件局部区域加热后又冷却凝固的热过程 ,但由于不均匀温度场 ,导致焊件不均匀的膨胀和收缩 ,从而使焊件内部产生焊接应力而引起焊接变形。常见的焊接应力有 :1)纵向应力 ;2)横向应力 ;3)厚度方向应力。常见的焊接变形有 :1)纵向收缩变形 ;2)横向收缩变形 ;3)角变形 ;4)弯曲变形 ;5)扭曲变形 ;6)波浪变形。针对这些不同种类的焊接变形和应力分布 ,追溯根源 ,具体进行研究控制。
1 焊接变形的控制措施
全面分析各因素对焊接变形的影响 ,掌握其影响规律 ,即可采取合理的控制措施。
1.1 焊缝截面积的影响
焊缝截面积是指熔合线范围内的金属面积。焊缝面积越大 ,冷却时收缩引起的塑性变形量越大 ,焊缝面积对纵向、横向及角变形的影响趋势是一致的 ,而且是起主要的影响 ,因此 ,在板厚相同时 ,坡口尺寸越大 ,收缩变形越大。
1.2 焊接热输入的影响
一般情况下 ,热输入大时 ,加热的高温区范围大 ,冷却速度慢 ,使接头塑性变形区增大。
1.3 焊接方法的影响
多种焊接方法的热输入差别较大 ,在建筑钢结构焊接常用的几种焊接方法中 ,除电渣以外 ,埋弧焊热输入最大 ,在其他条件如焊缝断面积等相同情况下 ,收缩变形最大 ,手工电弧焊居中 ,CO2气体保护焊最小。
1.4 接头形式的影响
在焊接热输入、焊缝截面积、焊接方面等因素条件相同时 ,不同的接头形式对纵向、横向、角变形量有不同的影响。常用的焊缝形式有堆焊、角焊、对接焊。
1)表面堆焊时 ,焊缝金属的横向变形不但受到纵横向母材的约束 ,而且加热只限于工件表面一定深度而使焊缝的收缩同时受到板厚、深度、母材方面的约束 ,因此 ,变形相对较小。
2)T形角接接头和搭接接头时 ,其焊缝横向收缩情况与堆焊相似 ,其横向收缩值与角焊缝面积成正比 ,与板厚成反比。
3)对接接头在单道 (层 )焊的情况下 ,其焊缝横向收缩比堆焊和角焊大 ,在单面焊时坡口角度大 ,板厚上、下收缩量差别大 ,因而角变形较大。
双面焊时情况有所不同 ,随着坡口角度和间隙的减小 ,横向收缩减小 ,同时角变形也减小。
1.5 焊接层数的影响
1)横向收缩 :在对接接头多层焊接时 ,第一层焊缝的横向收缩符合对接焊的一般条件和变形规律 ,第一层以后相当于无间隙对接焊 ,接近于盖面焊道时与堆焊的条件和变形规律相似 ,因此 ,收缩变形相对较小。
2)纵向收缩 :多层焊接时 ,每层焊缝的热输入比一次完成的单层焊时的热输入小得多 ,加热范围窄 ,冷却快 ,产生的收缩变形小得多 ,而且前层焊缝焊成后都对下层焊缝形成约束 ,因此 ,多层焊时的纵向收缩变形比单层焊时小得多 ,而且焊的层数越多 ,纵向变形越小。
在工程焊接实践中 ,由于各种条件因素的综合作用 ,焊接残余变形的规律比较复杂 ,了解各因素单独作用的影响便于对工程具体情况做具体的综合分析。所以 ,了解焊接变形产生的原因和影响因素 ,则可以
采取以下控制变形的措施 :
1)减小焊缝截面积 ,在得到完整、无超标缺陷焊缝的前提下 ,尽可能采用较小的坡口尺寸 (角度和间隙 )。
2)对屈服强度 345MPa以下 ,淬硬性不强的钢材采用较小的热输入 ,尽可能不预热或适当降低预热、层间温度 ;优先采用热输入较小的焊接方法 ,如CO2气体保护焊。
3)厚板焊接尽可能采用多层焊代替单层焊。
4)在满足设计要求情况下 ,纵向加强肋和横向加强肋的焊接可采用间断焊接法。
5)双面均可焊接操作时 ,要采用双面对称坡口 ,并在多层焊时采用与构件中和轴对称的焊接顺序。
6)T形接头板厚较大时采用开坡口角对接焊缝。
7)采用焊前反变形方法控制焊后的角变形。
8)采用刚性夹具固定法控制焊后变形。
9)采用构件预留长度法补偿焊缝纵向收缩变形 ,如H形纵向焊缝每米长可预留 0.5mm~ 0.7mm。
10)对于长构件的扭曲 ,主要靠提高板材平整度和构件组装精度 ,使坡口角度和间隙准确 ,电弧的指向或对中准确 ,以使焊缝角度变形和翼板及腹板纵向变形值与构件长度方向一致。
11)在焊缝众多的构件组焊时或结构安装时 ,要采取合理的焊接顺序。
12)设计上要尽量减少焊缝的数量和尺寸 ,合理布置焊缝 ,除了要避免焊缝密集以外 ,还应使焊缝位置尽可能靠近构件的中和轴 ,并使焊缝的布置与构件中和轴相对称。
2 焊接应力的控制措施
构件焊接时产生瞬时内应力 ,焊接后产生残余应力 ,并同时产生残余变形 ,这是不可避免的现象。
焊接变形的矫正费时费工 ,构件制造和安装企业首先考虑的是控制变形 ,往往对控制残余应力较为忽视 ,常用一些卡具、支撑以增加刚性来控制变形 ,与此同时实际上增大了焊后的残余应力。
对于一些本身刚性较大的构件 ,如板厚较大 ,截面本身的惯性矩较大时 ,虽然变形会较小 ,但却同时产生较大的内应力 ,甚至产生裂纹。
因此 ,对于一些构件截面厚大 ,焊接节点复杂 ,拘束度大 ,钢材强度级别高 ,使用条件恶劣的重要结构要注意焊接应力的控制。控制应力的目标是降低其峰值使其均匀分布 ,其控制措施有以下几种 :
1)减小焊缝尺寸 :焊接内应力由局部加热循环而引起 ,为此 ,在满足设计要求的条件下 ,不应加大焊缝尺寸和层高 ,要转变焊缝越大越安全的观念。
2)减小焊接拘束度 :拘束度越大 ,焊接应力越大 ,首先应尽量使焊缝在较小拘束度下焊接 ,尽可能不用刚性固定的方法控制变形 ,以免增大焊接拘束度。
3)采取合理的焊接顺序 :在焊缝较多的组装条件下 ,应根据构件形状和焊缝的布置 ,采取先焊收缩量较大的焊缝 ,后焊收缩量较小的焊缝 ;先焊拘束度较大而不能自由收缩的焊缝 ,后焊拘束度较小而能自由收缩的焊缝的原则。
4)降低焊件刚度 ,创造自由收缩的条件。
5)锤击法减小焊接残余应力 :在每层焊道焊完后立即用圆头敲渣小锤或电动锤击工具均匀敲击焊缝金属 ,使其产生塑性延伸变形 ,并抵消焊缝冷却后承受的局部拉应力。
但根部焊道、坡口内及盖面层与母材坡口面相邻的两侧焊道不宜锤击 ,以免出现熔合线和近缝区的硬化或裂纹。高强度低合金钢 ,如屈服强度级别大于 345MPa时 ,也不宜用锤击法消除焊接残余应力。 6 )采用抛丸机除锈 :通过钢丸均匀敲打来抵消构件的焊接应力。
综上所述 ,在施工过程中 ,一定要了解焊接工艺 ,采用合理的焊接方法和控制措施 ,以便减少和消除焊后残余应力和残余变形。在实践中不断总结、积累焊接经验 ,综合分析考虑的各种因素 ,可以保证工程中的焊接质量。
焊接应力和变形
welding stress and distortion
焊接过程中焊件中产生的内应力和焊接热过程引起的焊件的形状和尺寸变化。焊接过程的不均匀温度场以及由它引起的局部塑性变形和比容不同的组织是产生焊接应力和变形的根本原因。当焊接引起的不均匀温度场尚未消失时,焊件中的这种应力和变形称为瞬态焊接应力和变形;焊接温度场消失后的应力和变形称为残余焊接应力和变形。在没有外力作用的条件下,焊接应力在焊件内部是平衡的。焊接应力和变形在一定条件下会影响焊件的功能和外观,因此是设计和制造中必须考虑的问题。
焊接残余应力 焊接残余应力的主要研究内容包括应力的分布、影响以及消除和调整的方法。 焊接残余应力的分布 在厚度不大的焊件中,焊接残余应力基本上是平面应力,厚度方向的应力很小。在自由状态下焊接的平板,沿焊缝方向的纵向残余应力σX在焊缝及其附近一般为拉应力,在远离焊缝处则为压应力。对于低碳钢和强度不高的低合金结构钢(屈服强度小于 400兆帕),焊缝上的残余应力σX可达到材料的屈服强度σS(图1)。垂直于焊缝方向的横向残余应力σy的分布与焊接顺序和方向有关,后焊的区段一般为拉应力,但平板对接焊时焊缝两端的σy经常为压应力(图2)。厚板焊缝厚度方向的残余应力σz与焊接方法有关。电渣焊缝中σz为拉应力。多层焊缝则σz较低。σz在厚度上的分布是中心部位最高,逐渐向表面过渡到零。σX和σy在焊缝厚度上的分布也是不均匀的。电渣焊缝中心部
位σX和σy的数值大于表层。 多层焊缝则与此相反,表层应力大于中心部位(图3)。在拘束状态下进行焊接(如封闭焊缝)时,则可能在比自由状态下大得多的范围内出现较高的拉应力σX和σy,因而是更为危险的内应力。
由于焊接残余应力受多种因素的影响,在实际工作中常常需要通过实验测定残余应力的大小和分布。 焊接残余应力的影响 焊接残余应力对焊件有6个方面的影响。①对强度的影响:如果在高残余拉应力区中存在严重的缺陷,而焊件又在低于脆性转变温度下工作,则焊接残余应力将使静载强度降低。在循环应力作用下,如果在应力集中处存在着残余拉应力,则焊接残余拉应力将使焊件的疲劳强度降低。焊件的疲劳强度除与残余应力的大小有关外,还与焊件的应力集中系数、应力循环特征系数 σ/σ和循环应力的最大值σ有关。其影响随应力集中系数的降低而减弱,随σ/σ的降低而加剧(例如对交变疲劳强度的影响大于脉冲疲劳),随σ的增加而减弱。当σ接近于屈服强度时,残余应力的影响逐渐消失。②对刚度的影响:焊接残余应力与外载引起的应力相叠加,可能使焊件局部提前屈服产生塑性变形。焊件的刚度会因此而降低。③对受压焊件稳定性的影响:焊接杆件受压时,焊接残余应力与外载所引起的应力相叠加,可能使杆件局部屈服或使杆件局部失稳,杆件的整体稳定性将因此而降低。残余应力对稳定性的影响取决于杆件的几何形状和内应力分布。残余应力对非封闭截面(如工字形截面)杆件的影响比封闭截面(如箱形截面)的影响大。④对加工精度的影响:焊接残余应力的存在对焊件的加工精度有不同程度的影响。焊件的刚度越小,加工量越大,对精度的影响也越大。⑤对尺寸稳定性的影响:焊接残余应力随时间发生一定的变化,焊件的尺寸也随之变化。焊件的尺寸稳定性又受到残余应力稳定性的影响。⑥对耐腐蚀
性的影响:焊接残余应力和载荷应力一样也能导致应力腐蚀开裂。
焊接残余应力的消除和调整 为了消除和减小焊接残余应力,应采取合理的焊接顺序,先焊接收缩量大的焊缝。焊接时适当降低焊件的刚度,并在焊件的适当部位局部加热,使焊缝能比较自由地收缩,以减小残余应力。热处理(高温回火)是消除焊接残余应力的常用方法。整体消除应力的热处理效果一般比局部热处理好。焊接残余应力也可采用机械拉伸法(预载法)来消除或调整,例如对压力容器可以采用水压试验,也可以在焊缝两侧局部加热到200℃,造成一个温度场,使焊缝区得到拉伸,以减小残余应力。
焊接变形 焊接过程中引起的焊件变形直接影响焊件的性能和使用,因此需要采用不同的焊接工艺来控制和预防焊件的变形,并对产生焊接变形的构件进行矫正。
变形的种类:
变形的种类 :
焊接变形有7种形式(图4)。①纵向收缩变形:沿焊缝长度方向的收缩。②横向收缩变形:垂直于焊缝方向的横向收缩。③角变形:绕焊缝轴线的角位移。④挠曲变形:构件中性轴上下不对称的收缩引起的弯曲变形。⑤失稳变形:薄壁结构在焊接残余压应力的作用下,局部失稳而产生波浪形;⑥错边变形:焊接边缘在焊接过程中,因膨胀不一致而产生的厚度方向的错边。⑦扭曲变形:由于装配不良、施焊程序不合理而使焊缝的纵向、横向收缩没有规律所引起的变形。
焊接变形的预防和控制 焊接变形的大小与焊缝的尺寸、数量和布置有关。首先从设计上合理地确
定焊缝的数量、坡口的形状和尺寸,并恰当地安排焊缝的位置,对于减少变形十分重要。在工艺上采用高能量密度的焊接方法和小线能量的工艺参量,例如多层焊对减少焊缝的纵、横向收缩以及由此引起的挠曲和失稳变形是有利的。但多层焊对角变形不利。采用合理的装配、焊接顺序、反变形和刚性固定可以减少焊接变形。
焊接变形的矫正 焊接变形常采用机械方法矫正。对于由长而规则的对接焊缝引起的薄板壳结构的变形,用钢轮辗压焊缝及其两侧,可获得良好的矫正效果。利用局部加热产生压缩塑性变形使较长的焊件在冷却后收缩的火焰矫正法,具有机动性强、设备简单的优点,得到广泛采用。
13.各种焊接形式的特点分析及相关参数性能.
1.二氧化碳气体焊单面焊双面成形仰焊时反变形角度为 2~3°。
2. 二氧化碳气体焊单面焊双面成形考试时始端焊间隙为2mm左右,终端焊间隙3mm左右。
3. 二氧化碳气体焊单面焊双面成形立焊时反变形角度为3~4°。
4. 二氧化碳气体焊单面焊双面成形横焊时反变形角度为 6°。
5. 埋弧自动焊的工艺参数是焊接电流、电弧电压和焊接速度,其次是焊丝直径、焊丝伸出长度、焊剂粒
度、焊剂层厚度、焊丝对工件角度。
6. 埋弧自动焊增加焊接电流,焊缝的厚度余高增加而焊缝的宽度保持不变。
7. 埋弧自动焊电压增大,焊缝的宽度增加,焊缝的厚度和余高略有减小。
8. 埋弧自动焊接速度增大,焊缝的宽度、焊缝的厚度都减小。
9. 埋弧自动焊焊丝的直径减小焊缝的厚度增大。焊丝直径越大允许的电流越大,生产效率越高。
10. 埋弧自动焊焊丝伸出长度加大,焊缝厚度变浅余高增大。
11. 埋弧自动焊焊剂粒度增加,熔宽增大,焊缝厚度变小。焊剂堆高一般为2.5~3.5mm。
12. 埋弧自动焊焊缝坡口形状影响焊缝形状,增加坡口深度和间隙,焊缝的厚度增加,宽度减小,余高
和熔合比减小。
13. 埋弧自动焊焊缝开坡口就是控制余高和调整熔合比;埋弧自动焊焊接-12mm以下的钢板可不开坡口
焊。
14. 二氧化碳气体保护焊产生飞溅的原因有:金属反映引起的飞溅、极点点压力引起的飞溅、熔滴短路
过度引起飞溅、非轴向熔滴过度造成的飞溅、焊接工艺参数不当引起飞溅。
15. 二氧化碳气体保护焊焊接时必须使用直流电源,且多采用直流反接。
16. 二氧化碳气体保护焊薄板焊接方向平位为:左焊法,从右向左焊接。
17. 二氧化碳气体保护焊薄板焊接方向立位为:从上往下焊接。
18. 二氧化碳气体保护焊薄板焊接方向仰位为:从左往右焊接。
19. 二氧化碳气体保护焊中厚板T形接头焊接方向平位为:左焊法,从右向左焊接。
20. 二氧化碳气体保护焊中厚板T形接头焊接方向垂直立位为:从下往上焊接。
21.二氧化碳气体保护焊中厚板T形接头焊接方向仰位为:从左往右焊接。
22. 二氧化碳气体保护焊中厚板对接接头焊接方向平位为:左焊法,从右向左焊接。
23. 二氧化碳气体保护焊中厚板对接接头焊接方向立位为:从下往上焊接。
24. 二氧化碳气体保护焊中厚板对接接头焊接方向仰位为:从左往右焊接。
25. 二氧化碳气体保护焊中厚板对接接头焊接方向横位为:从右往左焊接。
26. 二氧化碳气体保护焊比埋弧自动焊的变形小,二氧化碳气体保护焊不能焊接易氧化的有色金属。
27. 二氧化碳气体保护焊焊丝的伸出长度是根据焊丝的直径来决定的,一般为焊丝直径的10倍左右。
28. 电阻焊接触电阻大小的影响因素有:焊件与焊件之间的接触电阻大小与电极压力、材料性质、焊件
29.
30.