最新常用金属材料焊接及焊接结构设计3PPT课件.ppt

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1、常用金属材料焊接及焊接结构常用金属材料焊接及焊接结构设计设计3安徽工业大学AHUT一、金属材料的焊接性一、金属材料的焊接性1、焊接性：、焊接性：在一定的焊接工艺条件在一定的焊接工艺条件(焊接方焊接方法、焊接材料、工艺参数及结构形式等法、焊接材料、工艺参数及结构形式等)下，获下，获得优质焊接接头的难易程度。得优质焊接接头的难易程度。焊接性包括两个方面的内容：焊接性包括两个方面的内容：1）接合性能接合性能：即在给定的焊接工艺条件下，：即在给定的焊接工艺条件下，对产生焊接缺陷的敏感性，尤其是对产生裂纹对产生焊接缺陷的敏感性，尤其是对产生裂纹的敏感性的敏感性2）使用性能使用性能：即在给定的焊接工艺条件

2、下，：即在给定的焊接工艺条件下，焊接接头对使用要求的适应性、可靠性。焊接接头对使用要求的适应性、可靠性。安徽工业大学AHUT安徽工业大学AHUT安徽工业大学AHUT安徽工业大学AHUT安徽工业大学AHUT安徽工业大学AHUT安徽工业大学AHUT四、铸铁的焊接四、铸铁的焊接铸铁含碳量高，焊接性很差，所以铸铁焊接只用于铸铁含碳量高，焊接性很差，所以铸铁焊接只用于修补修补铸铸件缺陷。焊接铸铁的主要问题是易出现件缺陷。焊接铸铁的主要问题是易出现白口白口组织和组织和裂纹裂纹。(1)热焊热焊焊前将焊件整体或局部预热到焊前将焊件整体或局部预热到500一一700，焊补，焊补过程中温度不低于过程中温度不低于40

3、0，焊后缓冷，从而防止白口组织和裂，焊后缓冷，从而防止白口组织和裂纹的产生。纹的产生。热焊焊补质量较好，但工艺复杂，生产率低、劳动条件差。热焊焊补质量较好，但工艺复杂，生产率低、劳动条件差。一般仅用于一般仅用于焊后要求机械加工焊后要求机械加工的铸铁件。如机床导轨、汽缸体的铸铁件。如机床导轨、汽缸体等。等。(2)冷焊冷焊焊前对焊件不预热或预热温度较低焊前对焊件不预热或预热温度较低(400以下以下)。冷焊比热焊生产率高，成本低，劳动条件好，但焊补质量冷焊比热焊生产率高，成本低，劳动条件好，但焊补质量有时不易保证。焊接时应尽量用小电流、分段焊，短弧焊等工有时不易保证。焊接时应尽量用小电流、分段焊，短

4、弧焊等工艺，焊后立即轻轻锤击焊缝，以减少焊接应力，防止产生裂纹。艺，焊后立即轻轻锤击焊缝，以减少焊接应力，防止产生裂纹。安徽工业大学AHUT安徽工业大学AHUT五、非铁金属及其合金的焊接五、非铁金属及其合金的焊接1 1、铝及铝合金的焊接、铝及铝合金的焊接焊接铝及其合金的主要困难是：焊接铝及其合金的主要困难是：(1)易氧化易氧化铝极易被氧化形成难熔的氧化铝铝极易被氧化形成难熔的氧化铝(A12O3)薄膜，薄膜，熔点为熔点为2050，它覆盖在金属表面，阻碍金属熔合；且氧化，它覆盖在金属表面，阻碍金属熔合；且氧化铝密度大，难于排除，易形成夹渣缺陷。铝密度大，难于排除，易形成夹渣缺陷。(2)易产生缺陷易

5、产生缺陷液态铝能大量溶解氢，而在固态时几乎不溶解氢，因此液态铝能大量溶解氢，而在固态时几乎不溶解氢，因此易生成易生成气孔气孔，高温时铝的强度、塑性很低，热膨胀系数大，易产生较高温时铝的强度、塑性很低，热膨胀系数大，易产生较大的焊接大的焊接应力应力、变形和裂纹变形和裂纹；铝及铝合金由固态加热到液态时铝及铝合金由固态加热到液态时无颜色变化无颜色变化，故操作时，故操作时难以掌握加热温度，易烧穿。难以掌握加热温度，易烧穿。氩弧焊氩弧焊是焊接铝和铝合金最为理想的焊接方法是焊接铝和铝合金最为理想的焊接方法。2、铜及铜合金的焊接、铜及铜合金的焊接铜和铜合金的焊接性较差，主要存在的问题是：铜和铜合金的焊接性较

6、差，主要存在的问题是：(1)铜的热导性好，焊接时要求热源集中，焊前要预热，铜的热导性好，焊接时要求热源集中，焊前要预热，否则易产生未焊透或末熔合等缺陷。否则易产生未焊透或末熔合等缺陷。(2)铜的线胀系数大，凝固时收缩率也大，因此焊接应铜的线胀系数大，凝固时收缩率也大，因此焊接应力与变形大。力与变形大。(3)铜在高温时极易与氧形成氧化亚铜铜在高温时极易与氧形成氧化亚铜(Cu2O)，它与铜，它与铜形成低熔点共晶体形成低熔点共晶体(Cu2OCu)，分布在晶界上，易产生热，分布在晶界上，易产生热裂纹。裂纹。(4)铜在液态时能溶解大量氢气，凝固时溶解度急剧下铜在液态时能溶解大量氢气，凝固时溶解度急剧下降

7、，易形成气孔。降，易形成气孔。(5)焊接黄铜时会产生锌的蒸发，使黄铜焊缝的强度和焊接黄铜时会产生锌的蒸发，使黄铜焊缝的强度和耐蚀性下降。锌蒸气有毒，对人体有害。耐蚀性下降。锌蒸气有毒，对人体有害。氩弧焊氩弧焊是焊接是焊接紫铜紫铜和和青铜青铜的有效方法。焊接的有效方法。焊接黄铜黄铜常用常用气焊气焊，锌的蒸发较少，而且由于气焊可采用轻微氧化焰和，锌的蒸发较少，而且由于气焊可采用轻微氧化焰和含硅焊丝相配合，使熔池表面形成一层致密的氧化硅薄膜，含硅焊丝相配合，使熔池表面形成一层致密的氧化硅薄膜，保护效果强，焊接质量高。保护效果强，焊接质量高。安徽工业大学AHUT10.4 10.4 焊接结构设计焊接结构

8、设计安徽工业大学AHUT设计焊接结构，除应考虑结构的设计焊接结构，除应考虑结构的使用性使用性能能要求外，还应考虑结构焊接要求外，还应考虑结构焊接工艺的要求工艺的要求，以保证焊接质量，力求高生产率、低成本。以保证焊接质量，力求高生产率、低成本。焊接结构设计一般包括焊接结构设计一般包括:焊接结构材料的选择焊接结构材料的选择焊接接头的工艺设计（焊接接头的工艺设计（包括焊缝布置、包括焊缝布置、接头型式、坡口形式等接头型式、坡口形式等）安徽工业大学AHUT一、一、焊接结构材料的选择焊接结构材料的选择在满足结构使用性能要求的前提下，应尽可能在满足结构使用性能要求的前提下，应尽可能选用焊接性良好的选用焊接性

9、良好的材料材料来制造焊接结构件。来制造焊接结构件。安徽工业大学AHUT设计焊接结构时，应多采用设计焊接结构时，应多采用工字钢工字钢、槽钢槽钢、角钢角钢和和钢管钢管等等型材型材，以降低结构重量，减少焊缝数量、简化焊，以降低结构重量，减少焊缝数量、简化焊接工艺，增加结构件的强度和刚性。对形状比较复杂的接工艺，增加结构件的强度和刚性。对形状比较复杂的部分，还可以选用部分，还可以选用铸钢件铸钢件、锻件锻件或或冲压件冲压件来焊接。来焊接。安徽工业大学AHUT二、二、焊接接头的工艺设计焊接接头的工艺设计(一一)焊缝的布置焊缝的布置按焊缝在按焊缝在空间位置空间位置的不同，可分为的不同，可分为平焊平焊、横焊横

10、焊、立焊立焊和和仰焊仰焊。其中。其中平焊平焊操作方便，易于保证焊接质量，操作方便，易于保证焊接质量，故焊接时，应尽量使焊绝处于平焊位置。故焊接时，应尽量使焊绝处于平焊位置。安徽工业大学AHUT1）焊缝位置应便于焊接操作焊缝位置应便于焊接操作布置焊缝时，要考虑到有足够的焊接布置焊缝时，要考虑到有足够的焊接操作空操作空间间，以满足焊接运条的需要。，以满足焊接运条的需要。安徽工业大学AHUT1）焊缝位置应便于焊接操作（续）焊缝位置应便于焊接操作（续）布置焊缝时，要考虑到焊接工艺方法的要求。布置焊缝时，要考虑到焊接工艺方法的要求。安徽工业大学AHUT2 2）应避免密集和交叉的焊缝）应避免密集和交叉的焊

11、缝焊缝密集或交叉会使接头处焊缝密集或交叉会使接头处严重过热严重过热，力学性能，力学性能下降，并将增大焊接应力。一般两条焊缝的间距要大下降，并将增大焊接应力。一般两条焊缝的间距要大于三倍的钢材厚度。于三倍的钢材厚度。安徽工业大学AHUT3 3）尽可能使焊缝对称）尽可能使焊缝对称焊缝对称布置可使各条焊缝产生的焊接变形相互焊缝对称布置可使各条焊缝产生的焊接变形相互抵消抵消，这对减小梁、柱等结构的焊接变形有明显效果。这对减小梁、柱等结构的焊接变形有明显效果。安徽工业大学AHUT4 4）焊缝应尽量避开最大应力和应力集中的位置）焊缝应尽量避开最大应力和应力集中的位置大跨度横梁，最大应力在跨度中间。横梁由两

12、焊件焊大跨度横梁，最大应力在跨度中间。横梁由两焊件焊成，焊缝在成，焊缝在中间中间使结构承载能力减弱。修改后的结构，使结构承载能力减弱。修改后的结构，虽增加了一条焊缝，但改善了焊缝受力情况，提高了横虽增加了一条焊缝，但改善了焊缝受力情况，提高了横梁的承载能力。梁的承载能力。对压力容器应使焊缝避开对压力容器应使焊缝避开应力集中应力集中的转角处位置。的转角处位置。压力容器压力容器应使焊缝避开应使焊缝避开应力集中应力集中的转角处位置。的转角处位置。安徽工业大学AHUT5 5）焊缝转角处应平滑过接）焊缝转角处应平滑过接焊缝转角处易产生应力集中，尤其在焊缝转角处易产生应力集中，尤其在尖角尖角处集中处集中效

13、应更为严重，应平滑过渡。效应更为严重，应平滑过渡。安徽工业大学AHUT6 6）焊缝应尽量避开机械加工表面）焊缝应尽量避开机械加工表面有些焊接结构是一些零件，需要进行机械加工。其焊有些焊接结构是一些零件，需要进行机械加工。其焊缝位置的设计应尽可能距离已加工表面缝位置的设计应尽可能距离已加工表面远一些远一些。安徽工业大学AHUT（二）接头形式的选择与设计（二）接头形式的选择与设计、接头形式：、接头形式：对接对接接头应力分布均匀，接头质量容易保证，节省材料，是焊接结接头应力分布均匀，接头质量容易保证，节省材料，是焊接结构中构中应用最多应用最多的一种接头型式，但对焊前准备和装配要求较高。的一种接头型式

14、，但对焊前准备和装配要求较高。搭接搭接接头常用于对焊前准备和装配要求简单的板状类部件结构中，接头常用于对焊前准备和装配要求简单的板状类部件结构中，但因两焊件不在同一平面上，受力时将产生附加弯曲应力，降低接头强但因两焊件不在同一平面上，受力时将产生附加弯曲应力，降低接头强度，且不经济，故搭接接头是度，且不经济，故搭接接头是薄板焊件薄板焊件的基本接头型式。的基本接头型式。角接角接接头一般接头一般只起连接只起连接作用，不能用来传递工作载荷。作用，不能用来传递工作载荷。T形接形接头应用较广泛，在头应用较广泛，在船体结构船体结构中，约中，约70%的焊缝是采用这种接的焊缝是采用这种接头型式。头型式。安徽工

15、业大学AHUT、接头坡口形式、接头坡口形式开坡口的开坡口的目的目的是是：为了保证焊缝根部：为了保证焊缝根部焊透焊透，便于清，便于清除熔渣，获得较好的焊缝形状，并且坡口能起到调节除熔渣，获得较好的焊缝形状，并且坡口能起到调节母材金属和填充金属的比例作用。母材金属和填充金属的比例作用。（1）手弧焊板厚）手弧焊板厚6mm时，一般不开坡口。时，一般不开坡口。（2）板厚在）板厚在626mm时，开时，开Y形坡口，这种坡口形坡口，这种坡口便于加工，但焊后焊件易变形。便于加工，但焊后焊件易变形。安徽工业大学AHUT（3）板厚在）板厚在1260mm时，可采用时，可采用双双Y Y形按口。在相形按口。在相同厚度情况

16、下，双同厚度情况下，双Y形坡口比形坡口比Y形坡口能减少焊条消耗量约形坡口能减少焊条消耗量约12左右，焊件变形较小。左右，焊件变形较小。（4）带钝边带钝边U U形坡口焊着金属量更少，焊件变形也更形坡口焊着金属量更少，焊件变形也更小，但加工坡口较困难，一般用于较重要的焊接结构件。小，但加工坡口较困难，一般用于较重要的焊接结构件。手手弧弧焊焊常常用用的的焊焊缝缝坡坡口口基基本本形形式式与与标标注注方方法法手手弧弧焊焊常常用用的的焊焊缝缝坡坡口口基基本本形形式式与与标标注注方方法法（续续1）手手弧弧焊焊常常用用的的焊焊缝缝坡坡口口基基本本形形式式与与标标注注方方法法（续续2）安徽工业大学AHUT、接头

17、过渡形式、接头过渡形式设计焊接构件最好采用相等厚度的金属材料，以便获得优质的设计焊接构件最好采用相等厚度的金属材料，以便获得优质的焊接接头。当两块厚度相差较大的金属材料进行焊接时，接头处会焊接接头。当两块厚度相差较大的金属材料进行焊接时，接头处会造成造成应力集中应力集中。而且接头两边受热不匀易产生。而且接头两边受热不匀易产生焊不透焊不透等缺陷。等缺陷。不同厚度金属材料对接时，允许的厚度差如表所示。如果超过不同厚度金属材料对接时，允许的厚度差如表所示。如果超过表中规定值，应在较厚板料上开出单面或双面斜边的过渡形式。表中规定值，应在较厚板料上开出单面或双面斜边的过渡形式。安徽工业大学AHUT10.

18、5 10.5 焊缝质量的检验焊缝质量的检验安徽工业大学AHUT1、磁粉检验、磁粉检验 2、超声波检验、超声波检验安徽工业大学AHUT3、X射线检验射线检验安徽工业大学AHUT例题例题安徽工业大学AHUT安徽工业大学AHUT安徽工业大学AHUT焊接结构实例焊接结构实例压力容器生产工艺过程压力容器生产工艺过程安徽工业大学AHUT一、压力容器简介一、压力容器简介压力容器示意图压力容器示意图压力容器示意图压力容器示意图安徽工业大学AHUT压力容器实物图压力容器实物图压力容器实物图压力容器实物图安徽工业大学AHUT二、压力容器生产工艺过程二、压力容器生产工艺过程压力容器生产工艺过程实物图压力容器生产工艺

19、过程实物图压力容器生产工艺过程实物图压力容器生产工艺过程实物图压力压力压力压力容器容器容器容器生产生产生产生产工艺工艺工艺工艺流程流程流程流程框图框图框图框图安徽工业大学AHUT1.封头生产工序封头生产工序（1 1）下料）下料）下料）下料安徽工业大学AHUT（2 2）拉深）拉深）拉深）拉深（3 3）消除应力退火）消除应力退火）消除应力退火）消除应力退火安徽工业大学AHUT（4 4）切边）切边）切边）切边（5 5）缩口）缩口）缩口）缩口安徽工业大学AHUT2.筒体节生产工序筒体节生产工序（1 1）下料）下料）下料）下料（2 2）加工坡口）加工坡口）加工坡口）加工坡口安徽工业大学AHUT（3 3）

20、卷圆）卷圆）卷圆）卷圆（5 5）焊接双面纵焊缝）焊接双面纵焊缝）焊接双面纵焊缝）焊接双面纵焊缝（4 4）装配及定位焊）装配及定位焊）装配及定位焊）装配及定位焊安徽工业大学AHUT筒体节纵焊实物图筒体节纵焊实物图筒体节纵焊实物图筒体节纵焊实物图（6 6）去引弧板和引出板并清理）去引弧板和引出板并清理）去引弧板和引出板并清理）去引弧板和引出板并清理（7 7）筒体节校圆）筒体节校圆）筒体节校圆）筒体节校圆（8 8）筒体节开接管孔）筒体节开接管孔）筒体节开接管孔）筒体节开接管孔（9 9）封头与筒体节及筒体节之间的装配和定位焊）封头与筒体节及筒体节之间的装配和定位焊）封头与筒体节及筒体节之间的装配和定位

21、焊）封头与筒体节及筒体节之间的装配和定位焊压力容器装配和定位焊实物图压力容器装配和定位焊实物图压力容器装配和定位焊实物图压力容器装配和定位焊实物图安徽工业大学AHUT3.接管和法兰生产工序图接管和法兰生产工序图（1 1）出口接管切割成形）出口接管切割成形）出口接管切割成形）出口接管切割成形（2 2）人孔接管板材卷圆成形）人孔接管板材卷圆成形）人孔接管板材卷圆成形）人孔接管板材卷圆成形安徽工业大学AHUT（3 3）法兰毛坯下料）法兰毛坯下料）法兰毛坯下料）法兰毛坯下料（4 4）法兰切削成形）法兰切削成形）法兰切削成形）法兰切削成形安徽工业大学AHUT（5 5）人孔接管和法兰装配与焊接）人孔接管和

22、法兰装配与焊接）人孔接管和法兰装配与焊接）人孔接管和法兰装配与焊接安徽工业大学AHUT4.总装配和焊接生产工序总装配和焊接生产工序（1 1）环焊缝对接）环焊缝对接）环焊缝对接）环焊缝对接缩口缩口缩口缩口接头与接头与接头与接头与衬板衬板衬板衬板接头接头接头接头安徽工业大学AHUT（2 2）焊环焊缝）焊环焊缝）焊环焊缝）焊环焊缝安徽工业大学AHUT（3 3）压力容器接管装配与焊接）压力容器接管装配与焊接）压力容器接管装配与焊接）压力容器接管装配与焊接（4 4）压力容器消除应力退火）压力容器消除应力退火）压力容器消除应力退火）压力容器消除应力退火安徽工业大学AHUT5.检验检验（1 1）力学性能试验

23、）力学性能试验）力学性能试验）力学性能试验（2 2）金相试验）金相试验）金相试验）金相试验（3 3）化学分析）化学分析）化学分析）化学分析（4 4）外观检查）外观检查）外观检查）外观检查（5 5）超声波检验）超声波检验）超声波检验）超声波检验（6 6）射线探伤）射线探伤）射线探伤）射线探伤（7 7）气密性试验）气密性试验）气密性试验）气密性试验（8 8）水压试验）水压试验）水压试验）水压试验安徽工业大学AHUT超声波检验示意图超声波检验示意图超声波检验示意图超声波检验示意图安徽工业大学AHUTX X射线探伤示意图射线探伤示意图射线探伤示意图射线探伤示意图安徽工业大学AHUT（7 7）气密性试验）气密性试验）气密性试验）气密性试验气密性试验示意图气密性试验示意图气密性试验示意图气密性试验示意图安徽工业大学AHUT水压试验示意图水压试验示意图水压试验示意图水压试验示意图安徽工业大学AHUT本章到此结束！本章到此结束！结束语结束语谢谢大家聆听！谢谢大家聆听！66