武汉理工大学金属工艺学课件

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生产大批量钢结构
1.板厚小于3 mm,无密封要求应选用电阻点焊,有密封要求应 选用缝焊。
2.板厚在3~10 mm,焊缝为长直焊缝或环焊缝,应选用CO2自动 焊。
3.板厚大于10 mm,焊缝为长直焊缝和环焊缝隙,应选用埋弧 焊或电渣焊。
生产不锈钢、铝合金和铜合金结构
1.板厚小于3mm, 应选用脉冲钨极和钨极氩弧焊。 2.板厚在3~10 mm,焊缝为长直焊缝或环焊缝,应选用熔化极氩
弧或等离子弧自动焊。
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4.6.3 焊接接头工艺的设计
✓ 焊缝的布置
1.焊缝应尽可能分散,如 右图。以便减小焊接热影响 区,防止粗大组织的出现。
2.焊缝的位置应尽可能对 称分布,如右图,以抵消 焊接变形。
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3.焊缝应尽可能避开最大应 力和应力集中的位置,如右 图。以防止焊接应力与外加 应力相互叠加,造成过大的 应力和开裂。
当熔池氧化严重时,熔池存在较多的FeO, 在熔池温度下降时,将发生如下反应:
FeO+C = Fe+CO↑
此时,若熔池已开始结晶,则CO将来不及逸
出,便产生CO气孔。熔池氧化愈严重,含碳量愈
Hale Waihona Puke Baidu
高,越易产生CO气孔。
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氮、氢的溶解度变化
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✓ 氮气孔 熔池保护不好时,空气中的氮溶入熔池
重,产生淬火组织,导致接头性能脆化。 ➢ 焊接接头含氢量较高,并聚集在焊接缺陷处形成大
量氢分子,造成非常大的局部压力,使接头脆化。 ➢ 存在较大的拉应力。因氢的扩散需要时间,所以冷
裂纹在焊后需延迟一段时间才出现。由于是氢所诱 发的,也叫氢致裂纹。
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✓ 防止延迟裂纹的措施: ➢ 选用碱性焊条或焊剂,减少焊缝金属中氢的含量,提
晶间裂纹。因热裂纹在高温下形成,所以有氧化 色彩。
热裂纹动画仿真
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✓ 热裂纹产生的原因: ➢ 晶间存在液态薄膜。 ➢ 接头中存在拉应力。
✓ 热裂纹的防止: ➢ 限制钢材和焊条、焊剂的低熔点杂质,如硫和
磷含量。Fe和FeS易形成低熔点共晶,其熔点 为988℃,很容易产生热裂纹。 ➢ 缩小结晶温度范围,改善焊缝组织,细化焊缝 晶粒,提高塑性减少偏析。 ➢ 减少焊接应力的工艺措施,如采用小线能量, 焊前预热,合理的焊缝布置等。
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2、冷裂纹
✓ 冷裂纹的形态和特征 焊缝区和热影响区都可能产生冷裂纹。冷裂
纹的特征是无分支,通常为穿晶型。冷裂纹无氧 化色彩。
最常见的冷裂纹是延迟裂纹,即在焊后延迟 一段时间才发生的裂纹。
冷裂纹动画仿真
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✓ 延迟裂纹的产生原因: ➢ 焊接接头(焊缝和热影响区及熔合区)的淬火倾向严
而产生。
防止气孔的方法:
焊条、焊剂要烘干,焊丝和焊缝坡口及 其两侧的母材要清除锈、油和水。
焊接时采用短弧焊,采用碱性焊条。CO2 焊时,采用药芯焊丝。
采用低碳材料都可减少和防止气孔的产 生。
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4.6 焊接件结构设计
4.6.1 焊件材料的选择 4.6.2 焊接方法的选择 4.6.3 焊接接头工艺设计 4.6.4 典型焊件的工艺设计
而工艺应按高强度金属设计。 尽量采用工字钢、槽钢、角钢和钢管等型材,
以简化工艺过程。
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4.6.2 焊接方法的选择
生产单件钢结构件
1.板厚在3~10 mm,强度较低,且焊缝较短应选用手弧焊。 2.板厚在10 mm以上,焊缝为长直焊缝或环焊缝应选用埋弧焊。 3.板厚小于3 mm,焊缝较短应选用CO2焊。
1.熔焊接头设计
2.压焊接头设计
(1)点焊接头设计
点焊接头设计包括焊点直径d0,焊点数n等
(2)摩擦焊的接头型式 摩擦焊接头的型式,不仅根据产品的设计要求 来确定,同时也要考虑到摩擦焊接工艺的特点。
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4.6.3 典型焊件的工艺设计
压力容器
结构名称:中压容器 材料:16MnR(原材料尺寸为1200×5000mm) 件厚:筒身12mm;封头14mm;人孔圈20mm;管接头7mm
高焊缝金属塑性。 ➢ 焊条焊剂要烘干,焊缝坡口及附近母材要去油水;除
锈,减少氢的来源。 ➢ 工件焊前预热,焊后缓冷,可降低焊后冷却速度,避
免产生淬硬组织,并可减少焊接残余应力。 ➢ 采取减小焊接应力的工艺措施,如对称焊,小线能量
的多层多道焊等。 ➢ 焊后立即进行去氢(后热)处理,加热到250℃,保温
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生产数量:小批生产 工艺设计要点:
筒身用钢板冷卷,按实际尺寸,可分为 三节,为避免焊缝密集,筒身纵焊缝可相互 错开180°,封头应采用热压成型,与筒身 连接处应有30 mm~50mm的直段,使焊缝躲 开转角应力集中位置。
4.焊缝应尽量避开机械加 工表面,如右图,以防止 破坏已加工面。
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5.应便于焊接操作,如下图。焊缝位置应使 焊条易到位,焊剂易保持,电极易安放。
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✓ 接头型式的选择与设计
接头型式应根据结构形状、强度要求、工件厚度、 焊后变形大小、焊条消耗量、坡口加工难易程度等各 个方面因素综合考虑决定。
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2020/11/22
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4.5 焊接缺陷与检验
焊接接头的不完整性称焊接缺陷。主要有焊 接裂纹、未焊透、夹渣、气孔和焊缝外观缺陷 等。
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4.5.1 焊接裂纹
1、热裂纹
✓ 热裂纹的特征 热裂纹可发生在焊缝区或热影响区。 热裂纹的微观特征是沿晶界开裂,所以又称
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4.6.1 焊接材料的选择
焊接材料的选择原则:
尽量选用可焊性好的材料: ➢ w(C)<0.25%的低碳钢或w(CE)<0.4%的低合金钢。
因这类钢淬硬倾向小,塑性高,焊接工艺简单。 ➢ 尽量选用镇静钢。镇静钢含气量低,特别是含H2和
O2量低,可防止气孔和裂纹等缺陷。 异种金属焊接时焊缝应与低强度金属等强度,
2~6h,使焊缝金属中的扩散氢逸出金属表面。 ➢ 焊后进行清除应力的退火处理。
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4.5.2 气孔
焊缝气孔有三种:
✓ 氢气孔
高温时,氢在液体中的溶解度很大,大量的 氢溶入焊缝熔池中,而焊缝熔池在热源离开后快 速冷却,氢的溶解度急速下降,析出氢气,产生 氢气孔。
✓ 一氧化碳气孔
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