金属的焊接性及焊接结构设计

金属的焊接性与焊接结构设计
2、焊接应力变形预防措施 （3）加热减应区法： （4）反变形法：
加热减应区法 a）焊接时 b）冷却时
（5）刚性固定法：
（6）设计时尽量减少焊缝的数量、长度和截面积，厚件两面坡口；焊缝尽 量对称分布，避免密集和交叉。
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3、焊接应力变形的消除 （1）锤击焊缝： 焊后用圆头小锤对红热状态下的焊缝进行锤击，
5、铸铁的焊补 ②冷焊法：焊前不预热或低温预热（400 ℃）的焊补方法。用于易变形件焊补。 冷焊法主要依靠焊条来调整焊缝的化学成分，增强焊缝的石墨化能力， 以防止或减少白口和裂纹的产生：
①钢芯铸铁焊条： 适用于非加工表面的焊补。 ②石墨化铸铁焊条： 适用于较大灰口铸铁件的焊补。
焊缝性能与母材基本相同，具有良好的加工性 ③铜基铸铁焊条：主要用于一般铸铁件的焊补。抗裂性好，可进行机械加工。 ④镍基铸铁焊条：主要用于重要件加工表面的焊补。良好的抗裂性与加工性 ⑤高钒铸铁焊条：主要用于一般铸铁件的焊补。
可以延展焊缝，从而使焊接应力得到一定的释放。
（2）焊后热处理： 焊后对焊件进行去应力退火 （3）焊接变形的矫正：
① 机械矫正 ② 火焰矫正
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三、焊接结构工艺设计
1、焊接结构材料的选择 几条原则：
（1）优先选用低碳钢和低强度低合金钢。
（2）对于重要件应有先选用镇静钢。 （3）尽量选用同一牌号的材料。 （4）尽量选用型材。 以降低结构质量，减少焊缝数量，简化焊接工艺，增加结构件的刚性和强度。
可进行机械加工、塑性和抗裂较好。
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二、焊接应力与变形 1、焊接应力与变形产生的原因与形式：
（1）原因： 焊件在焊接过程中受到不均匀加热和冷却。
低碳钢平板对接焊时应力和变形的形成 （a）焊接中 （b）冷却后
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（2）焊接变形的基本形式
变形形式
示意图
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3、碳钢的焊接性 （1）低碳钢的焊接：C＜0.25%， 塑性好，无淬硬倾向，焊接性好，
无需任何工艺措施，适于各种方法。 （2）中碳钢的焊接：C=0.25-0.6%， 淬火钢，焊接性由良好→差。
焊缝及热影响区易产生气孔、裂纹。 工艺措施： ①焊前预热（150~250 ℃ ）， 焊后缓冷并去应力回火。 ②焊件开坡口， 且采用细焊条、小电流、多层焊。 ③选用塑、韧性好的低氢型焊条， 提高焊缝塑性，防止裂纹。
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2、焊接应力变形预防措施 （1）焊前预热： 目的是减小焊件上各部分温差， 从而减小焊接应力和变形，
预热温度一般为400℃以下。 （2）选择合理的焊接顺序：
①尽量使焊缝能自由收缩， 这样产生的残余应力较小。 ②采用分散对称焊工艺， 长焊缝尽可能采用分段退焊或跳焊法
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当 C E＜0.4%时，塑性良好， 淬硬和冷裂倾向小， 焊接性好， 一般焊件不会产生裂纹。
当 C E=0.4~0.6%时，塑性下降，淬硬及冷裂倾向明显， 焊接性较差。 焊前适当预热，焊后缓慢冷却。
当 C E＞0.6%时，塑性较差。 淬硬和冷裂倾向严重， 焊接性很差， 焊前需要高温预热， 焊接时要采取减少焊接应力和防止裂纹的工艺措施， 焊后需要进行适当热处理等。
高强度普低钢：σs＞400MPa， CE ＜0.4-0.5%，焊接性较差，冷裂倾向大。 如： 15MnVN、18MnMoNb、14MnMoV。
焊前预热（150~250 ℃ ）， 焊后缓冷； 选用低氢型焊条； 焊件开坡口， 且采用细焊条、小电流、多层焊。
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5、铸铁的焊补 （1）铸铁焊补的特点
①接头易产生白口、硬化组织； ②接头易产生裂纹； ③焊缝区易产生气孔、夹渣。 ④熔池易流失，一般用于平焊补。
（2）铸铁焊补方法 ①热焊法： 焊前将焊件整体或局部预热至600~700℃并施焊，焊后缓冷。 用于形状复杂，焊后需要机械加工的重要件。 如汽缸体、汽缸盖、机床导轨等。
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（2）使用焊接性， 指焊接接头在使用中的可靠性， 包括焊接接头的力学 性能及其它特殊性能（如耐热、耐蚀性能等）。
2、焊接性的评定 评定方法： 各种焊接试验。 C当量 ——评定碳钢和普低钢的焊接性。
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碳当量经验公式：
C E C M 6C n M r 5 V o N 1 C i5(u %) 式中元素符号为钢中该元素含量的质量百分数，其值取成分范围的上限。
3、焊接接头设计
2、焊接方法的选择
4、焊缝的设计
四、常见的焊接缺陷（了解）
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一、常用金属材料的焊接性 1、焊接性概念
焊接方法、材料、焊接规范、结 构型式、预热及热处理等。
金属材料在一定的焊接工艺条件下，获得优质焊接接头的难易程度。
焊接性内容：
（1）工艺焊接性， 指焊接接头产生工艺缺陷的敏感性， 尤其是出现各种 裂缝的可能性；
第二十一讲 金属的焊接性与焊接结构设计
主讲：曹光明
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金属的焊接性与焊接结构设计
一、常用金属材料的焊接性
1、焊接性概念 2、碳当量 4、低合金结构钢的焊接性 二、焊接应力与变形
3、碳钢的焊接性 5、铸铁的焊补
1、产生原因与变形形式 3、焊接变形及预防措施
2、焊接应力及减小措施
三、焊接结构工艺设计
1、焊接结构材料的选择
（3）高碳钢的焊接：
含碳量高，导热性差，淬硬倾向大， 一般不用于制造焊接结构， 仅对损坏的机件进行焊补。 焊补时也要采取与中碳钢类似的工艺措施，以避免产生裂纹。
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4、低合金结构钢wk.baidu.com焊接性 普低钢的焊接性与低碳钢类似， 但σb↑→焊接性↓
低强度普低钢：σs＜400MPa， CE ＜0.4%， 焊接性良好， 无需工艺措施。 如：16Mn、9Mn2。
收缩变形
产生原因 由焊接后焊缝的纵向（沿焊缝长度方向）和横 向（沿焊缝宽度方向）收缩引起
角变形
由于焊缝横截面形状上下不对称，焊缝横向收 缩不均引起
弯曲变形
焊缝布置不对称，焊缝较集中的一侧纵向收缩 较大引起
扭曲变形
由于焊接顺序和焊接方向不合理引起结构上出 现扭曲
波浪变形
薄板焊接时，焊接应力使薄板局部失稳而引起