1、 XXXX水工金屬結構質量檢驗測試中心焊接工程概論緒論焊接方法及設備緒論焊接就是通過加熱、加壓、或兩者并用，并且用或不用填充材料，使焊件達到原子結合的一種加工方法。被連接的兩個物體可以是同類或不同類的金屬（鋼、鐵及非鐵金屬），也可以是非金屬（石墨、陶瓷、塑料、玻璃等），還可以是金屬與非金屬。1930年出現了氣焊和手工電弧焊，40年代后出現了埋弧焊和電阻焊，50年代的電渣焊、各種氣體保護焊、超聲波焊，60年代的等離弧子焊、電子束焊、激光焊等先進焊接方法的不斷涌現，使焊接技術達到了一個新的水平。近年來主要是工業機器人及焊接自動化的研究。焊接不僅是一種技藝，而且是一門科學。這種從技藝向科學的發展建筑

2、在其他學科發展的基礎上，如化學冶金、物理冶金、材料力學、電工學、電子學、光電子學以及計算機技術等等。吸收、消化、發展這些科學，便使焊接從一門單純的技藝發展成為一門科學的制造技術。推動這一發展的動力，則是焊接技術在重大工程中應用，以及因此而產生的后果。例如，20世紀30年代歐洲數座焊接橋梁發生脆性斷裂，造成重大人員傷亡；40年代美國“自由輪”事件，5000艘焊接船中 I000余艘發生裂紋或脆性破壞；50年代美國采用 HY 80鋼制造潛艇產生大量氫致裂紋；60年代美國APOMD計劃，一土星V飛船采用高強鋁合金焊接產生氣孔、變形及強度問題。這些重大的焊接事故引起了政府和技術界的極大關注，大量資金和技

3、術研究的投入，極大地促進了焊接科學的發展。焊接冶金學、焊接金屬學、焊接工藝和設備理論以及焊接斷裂力學便應運而生，其中焊接斷裂力學的形成不僅推動了焊接工程的應用，而且也推動了力學學科的發展。、焊接方法基本分類焊接熔焊(熔化焊）壓焊（固相焊）釬焊其他熱加工方法熔焊(熔化焊）在焊接過程中，利用局部的熱源，將所需焊接的工件結合處加熱，至熔化狀態，加入或不加入填充金屬，不施加壓力完成的焊接的方法。電弧焊、氣焊、熱劑焊、電渣焊、電子束焊、 激光束焊、螺柱焊電弧焊熔化極焊條電弧焊、埋弧焊、氣體保護焊、藥芯焊絲非熔化極鎢極惰性氣體保護電弧焊、等離子弧焊、碳弧焊、原子氫焊壓焊（固相焊） 在焊接過程中，對焊件施加

4、壓力（加熱或不加熱）而完成的焊接方法。電阻焊、摩擦焊、超聲波焊、爆炸焊、冷壓焊電阻焊點焊、縫焊、對焊、閃光對焊、 高頻焊釬焊利用比被焊材料低的金屬材料作為釬料，經過加熱使釬料熔化，靠毛細管作用將釬料吸入到接頭接觸面的間隙內，潤濕被焊金屬材料的表面，使液相與固相之間相擴散而形成釬焊接頭。烙鐵釬焊、電弧釬焊、電阻釬焊、高頻感應釬焊、氣體火焰釬焊、爐中釬焊、鹽浴釬焊、擴散釬焊、電子束釬焊、激光釬焊第二節 焊接接頭的組織與性能 焊接是一種復雜的熱過程和冶金反應過程。為了獲得優良的焊接接頭，必須了解焊接接頭的組成，以及各個區域金屬性能在焊接過程中的變化。1、焊接接頭的組成。2、焊接熱影響區的組成3、焊接

5、熱影響區的性能變化。4、影響焊接接頭組織及性能的因素。1、焊接接頭的組成焊件經焊接后所形成的結合部分叫焊接接頭1、焊縫金屬 。由熔化的母材和填充金屬組成2、熔合區。焊縫金 屬與未熔化的母材之交界處。3、熱影響區。緊靠焊縫金屬的母材，焊接過程中，被電弧加熱，其組織性能發生變化的區域。2、熱影響區的組成2、熱影響區的組成1）過熱區。加熱溫度在1100到固相線之間，由于加熱溫度大大超過了相變溫度，奧氏體晶粒急劇長大，冷卻時，成為晶粒粗大的鐵素體和珠光體，其塑性和韌性大大降低。2)、正火區。加熱溫度在AC3以上至1100 ， 高溫時為晶粒細小的奧氏體，冷卻時得到細小晶粒 鐵素體和珠光體。其機械性能略高

6、于母材。3)、不完全重結晶區。加熱溫 度在AC1AC3之間，高溫時為奧氏體和鐵素體，冷卻時為細小的晶粒的鐵素體和珠光體及粗大晶粒的鐵素體。所以這個區域，其晶粒粗、細不均，其性能與母材相同。4)、再結晶區。加熱溫度在450 AC1之間，對于焊前經過冷塑性變形的母材，由于冷塑性變形而破碎的晶粒發生了再結晶，重新成長為完整的晶粒，使塑性稍有改善。強度和硬度都低于冷作變形狀態的母材。以上五個區是低碳鋼和低合金鋼的主要組織特征。除此之外，還可能存在一個組織上與母材沒有差別，但塑性與韌性顯著低于母材的脆化區，稱藍脆區。200750。3、焊接熱影響區的性能變化1）、熱影響區的硬度分布凡是硬度高的區域，其強度

7、也高，塑性和韌性下降。見44頁圖311.焊縫和母材的硬度低于熱影響區。熱影響區中以過熱區為最高硬度區，出現硬度的峰值區，然后迅速降低。過熱區塑性最差，是焊接接頭的薄弱區。2）、焊接熱影響區的力學性能。焊接熱影響區各不同部位，由于所受的熱循環不同，故所獲得力學性能也不同。見45頁圖312. 當加熱溫度超過AC1時，隨溫度升高，強度和硬度也隨之提高，而 塑性不斷降低，但在不完全重結晶區，由于晶粒大小極不均勻，故S反而最低，一直到1300，強度最高。而超過1300 ，除塑性仍繼續降低外，強度也下降（晶粒粗大）。兩個脆化區。過熱區和藍脆區。3、影響焊接接頭組織性能的因素。1）、材料的匹配。2）、熱輸入

8、 對過熱區晶粒長大和性能的影響 對過熱區淬硬組織的影響3）、熔合比4）、焊接工藝方法。5）、焊后熱處理。1、材料的匹配焊接材料將直接影響焊接接頭的組織和性能。通常，焊縫金屬的化學成分及機械性能與母材相近。但考慮到鑄態焊縫 特點和焊接應力的作用，焊縫的晶粒比較及存在偏析，并有產生裂紋、氣孔和夾渣等缺欠的可能性，因此，就要通過調節焊縫金屬的化學成分以改善焊接接頭的性能。這就要求焊縫與母材成分有所區別。為提高抗裂性，減少焊縫中碳 硫、磷等的含量；為提高焊縫的塑性、 韌性，焊材中加入碳化物和氮化物，細化晶 粒等。2、熱輸入 1）對過熱區晶粒長大和性能的影響熱輸入越大，則焊接接頭高溫停留時間越長，過熱區

9、越寬，過熱現象越嚴重，晶粒也越粗大，塑性和韌性下降的也越嚴重，因此應采用較小的熱 輸入。2）對過熱區淬硬組織的影響熱輸入的大小對焊接加熱速度和冷卻速度有較大的影響、。冷卻速度不同，可以得到不同的組織。隨著熱輸入的增加，冷卻速度下降，對不易淬火鋼，冷卻速度較慢時，得到鐵素體+珠光體的混合組織。當冷卻速度增加，可得索氏體、等。當冷卻速度很快時，得馬氏體。3、熔合比 母材金屬在焊縫中所占的比例，可用母材金屬在焊縫中所占的面積Am與焊縫的總面積（Am AH）之比（熔合比 ）表示，即 Am/（Am AH），其中 AH為填充金屬在焊縫截面中所占面積。由145可見，坡口和熔池形狀改變時，熔合比 都將發生變化

10、、通過改變熔合比，可以調整焊縫化學成分，降低裂紋傾向和提高焊縫力學性能。4、焊接方法 不同的焊接方法有其不同的特點，因而對焊縫和熱影響區的性能也產生不同的影響。從合金元素燒損和 減少焊縫中的雜質元素及氣體含 量來看，TIG優于111、12、13。同一種焊接方法，參數不一，性能也不一。5、焊后熱處理 焊后為改善焊接接頭的組織和性能或消除殘余應力而進行的熱處理叫焊后熱處理。1、消氫處理 2503002、消應力熱處理 5506503、改善性能熱處理低碳鋼、不易淬火的低合金鋼，一般不進行焊后改善性能熱處理。易淬火的低合金鋼，需進行焊后高溫回火熱處理，以消除淬硬組織。奧氏體不銹鋼，焊后進行穩定化熱處理，

11、加熱溫度850，保溫2H后空冷，以提高焊接接頭的抗晶間腐蝕的能力。第三節 焊縫形式與接頭形式1、焊縫形式焊縫是指焊件經焊接后形成的結合部分，它是構成焊接接頭的主體。焊縫形式主要是指由坡口和接頭的結構形式而形成的焊縫連接方式。一般可分為對接焊縫、角焊縫、塞焊縫、端接焊縫等2、接頭形式焊接接頭形式主要是由相焊的兩焊件相對位置所決定的。對接接頭、T形接頭、角接接頭、搭接接頭、十字接頭等。對接接頭是兩焊件端面相對平行的接頭。T形接頭是一焊件端面與另一焊件表面構成直角或近直角的接頭。角接接頭是兩焊件端面間構成大于30、小135夾角的接頭。搭接接頭是兩焊件部分重疊構成的接頭。接頭形式對接接頭 T形接頭搭接

12、接頭角接接頭第二節母材熔化和焊縫成形 熔化焊時，在熱源作用下，焊件上形成的具有一定幾何形狀的液態金屬部分稱為熔池，在熔化電極焊接中熔池中還包括已經熔化了的填充金屬。熔池冷卻凝固后成為焊縫，其成形的好壞是衡量焊接質量的指標之一。一、熔池和焊縫的形狀尺寸 熔化極電弧焊過程中，母材金屬和填充金屬在電弧熱的作用下加熱、熔化而混合在一起，在電弧力作用下，液態金屬被排向電弧移動的后方，并且在電弧力、本身重力和表面張力等共同作用下，保持一定的液面差，形成了具有一定形狀和尺寸的熔池，如圖144。隨著電弧前移，熔池也隨之前移，熔池尾部液態金屬的溫度逐步降低。當液態金屬溫度降到金屬的凝固溫度時，便冷凝結晶而成為焊縫。焊縫形狀是指焊縫橫截面的形狀，一般以熔深H、熔寬B和余高a描述，如圖所示。合理的焊縫截面形狀要求H、B、a具有恰當的比例，通常采用焊縫成形系數（BH）和余高系數（ Ba）來表示焊縫的成形的特點。成形系數過小，焊縫截面窄而深，容易出現氣孔和產生熱裂紋，因此，對于裂紋和氣孔敏感的材料 值應取大一些。對于常用的電弧焊方法，值一般取132；堆焊時要求焊縫盡可能寬而淺，值可達10左右。焊縫余高過大會引起應力集中，反而降低承受動載荷的能力，通常對接接頭余高控制在3mm以下，或者余高系數大