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1、第四章 焊接工艺,课程目标及要求1、掌握焊缝基本符号及焊缝的标注方法。2、掌握焊接要素和规范的选择3、熟悉金属的焊接性和焊接性试验4、了解焊接工艺评定的基本要求和压力容器的焊接工艺,一、焊接工艺定义：指制造焊接产品所有有关加工方法和实施要求，是焊接过程的整套技术规定包括焊前准备、焊接材料选择、焊接方法、焊接规范参数、和操作要求等。,1）焊接规范：焊接规范是指进行焊接中影响焊接质量和生产效率的各个工艺参数的总称。焊接规范通常是指焊条牌号及直径、电源种类和接法、焊接电流大小、焊接层数和焊接速度等。其中最重要的是焊接电源和焊接速度，因为这两个参数决定了焊接过程的线能量和焊缝金属的性能。,第一节 焊缝
2、的符号及其标注,焊缝的规定画法GB 12212-1990,一、焊缝的规定画法（GB 12212-1990）GB12212-1990 规定在图样中简易地绘制焊缝时，可用视图、剖视图和断面图表示，也可用轴测图示意地表示，通常还应同时标注焊缝符号。,二、常见的焊接接头形式根据GB/T3375-94规定，手工电弧焊焊接碳钢和低合金钢的基本焊接接头型式有对接接头、角接接头、搭接接头和T形接头四种，如图4-2所示。,三、焊缝的符号及其标注方法（GB324-1988）,在 GB324-88中，对焊缝的符号及其标注方法进行了明确规定。焊缝符号组成包括基本符号、辅助符号、补充符号、尺寸符号、箭头线等内容。焊缝符
3、号一般由基本符号和指引线组成，必要时还可以加上辅助符号、补充符号和焊缝尺寸符号等。,（1）常用焊接方法代号表4-1（GB324-88）,（2）基本符号基本符号是表示焊缝横截面形状的符号，它采用近似于焊缝横截面形状的符号来表示，见表4-2。基本符号采用实线绘制（线宽约为0.7b）。,（3）辅助符号及补充符号辅助符号是表示焊缝表面形状特征的符号，线宽要求同基本符号，见表4-3。不需确切地说明焊缝的表面形状时，可以不用辅助符号。,（4）尺寸符号基本符号必要时可附带有尺寸符号及数据，这些尺寸符号见表4-4。,（5）指引线指引线一般由带有箭头的箭头线和两条基准线(一条为细实线，另一条为虚线)两部分构成，
4、如图4-1所示。1）箭头线的位置箭头线相对焊缝的位置一般没有特殊要求，可以指在焊缝的正面或反面。但在标注单边V形焊缝、带钝边的单边V形焊缝、带钝边J形焊缝时，箭头线应指向带有坡口一侧的工件，如图4-1所示。2）基准线的位置 基准线一般应与图样的底边平行，但在特殊条件下也可与底边垂直。基准线的虚线可以画在基准线的实线的上侧或下侧。,1)基本符号相对基准线的位置 当箭头线直接指向焊缝正面时（即焊缝与箭头线在接头的同侧），基本符号应注在基准线的实线侧；反之，基本符号应注在基准线的虚线侧,如图4-4所示。,（6）焊缝符号及标注示例说明,2)标注对称焊缝和以及不致于引起误解的双面焊缝时，可不加虚线，如图
5、4-5所示。,3)焊缝尺寸符号及其标注位置焊缝尺寸符号及数据的标注位置如图4-6所示。,（二）焊接结构工艺图焊接结构工艺图实际上是装配图，但对于简单的焊接构件，一般不单画各构成件的零件图，而是在结构图上标出各构成件的全部尺寸。对于复杂的焊接构件，应单独画出主要构成件的零件图，个别小构成件仍附于结构总图上。由板料弯曲成形者，可附有展开图。在焊接结构工艺图上，应表达出以下内容：（1）构成件的形状及各有关构成件之间的相互关系；（2）各构成件的装配尺寸及有关板厚、型材规格等；（3）焊缝的图形符号和尺寸；（4）焊接工艺的要求。,焊接工艺指导书（焊工培训）编号：,焊接工艺指导书（焊工培训）编号：,第二节
6、焊接接头及坡口的形式,根据GB/T3375-94规定，手工电弧焊焊接碳钢和低合金钢的基本焊接接头型式有对接接头、角接接头、搭接接头和T形接头四种。,在结构设计时，设计者应综合考虑结构形状、使用要求、焊件厚度、变形大小、焊接材料的消耗量、坡口加工的难易程度等因素，以确定接头型式和总体结构型式。,一、焊接接头破口形式：根据GB985-88规定，焊条电弧焊常采用的坡口形式有不开坡口（I形坡口）、Y形坡口、双Y形坡口、U形坡口等。二、对接接头对接接头是各种焊接结构中采用最多，也是最完善的一种接头形式，具有受力好、强度大和节省金属的特点。应力分布见图。）应力分布情况,）坡口形式：按照焊件厚度及坡口准备的
7、不同，对接接头的型式可分为不开坡口、单边v型、v型坡口、u型坡口、单边u型、K型坡口、x型坡口和双u型坡口等。,）手工电弧焊6毫米以下和自动焊接14毫米以下不用开坡口。）V型坡口加工容易，但焊条消耗量大于X型坡口。U型坡口消耗量最小，但加工复杂，所以用于重要零件。）不同板厚的对接，要考虑边界效应。,2T 形（十字）接头：T型接头时各种箱体结构中最常见的接头形式。1）应力分布情况：,坡口形式：T形接头的型式可分不开坡口、单边V型坡口、K型坡口和双U型坡口等，见下图。,3角接接头两钢板成一定角度，在钢板边缘焊接的接头称角接接头。角接头多用于箱形构件上，骑座式管接头和简体的联接，小型锅炉中火筒和封头
8、联接也居于这种型式。与T形接头一样，单面焊的角接接头承受反向弯短的能力极低，除了钢板很薄或不重要的结构外，一般都应开坡口两面焊，否则不能保证质量。,两块板料相叠，而在端部或侧面进行角焊的接头称搭接接头。由于搭接接头中两钢板中心线不一致，受力时产生附加弯矩，会影响焊缝强度，因此，一般锅炉、压力容器的主要受压元件的焊缝都不用搭接型式。搭接接头疲劳强度较低，也不是焊接结构的理想接头，但这种接头不需要开坡口，装配时尺寸要求也不严格，它的焊前准备和装配工作比对接接头简单得多，其横向收缩量也比对接接头小，所以在结构中仍有广泛应用。,压力容器焊接接头,压力容器的焊接接头分成四类，目的是在设计、制造、维修、管
9、理时可以分别对待，从而保证质量。,圆筒部分的纵向接头（多层包扎容器层板层纵向接头除外），球形封头与圆筒连接的环向接头，各类凸形封头中的所有拼焊接头以及嵌入式接管与壳体对接连接的接头，均属A类焊接接头。,壳体部分的环向焊缝接头，锥形封头小端与接管连接的接头，长颈法兰与接管连接的接头，均属B类焊接接头，但已规定为A、C、D类的焊接接头除外。,平盖、管板与圆筒非对接连接的接头，法兰与壳体、接管连接的接头，内封头与圆筒的搭接接头以及多层包扎容器层板层纵向接头，均属C类焊接接头。,接管、人孔、凸缘、补强圈等与壳体连接的接头，均属D类焊接接头，但已规定为A、B类的焊接接头除外。,A,B,C,D,分类,A,
10、A,A,A,A,A,A,A,A,A,A,B,B,B,B,B,B,C,C,C,D,D,D,B,A类焊缝是容器中受力最大的接头，因此一般要求采用双面焊或保证全焊透的单面焊缝；B类焊缝的工作应力一般为A类的一半。除了可采用双面焊的对接焊缝以外，也可采用带衬垫的单面焊；在中低容器中，C类接头的受力较小，通常采用角焊缝联接。对于高压容器，盛有剧毒介质的容器和低温容器应采用全焊透的接头。D类焊缝是接管与容器的交叉焊缝。受力条件较差，且存在较高的应力集中。在厚壁容器中这种焊缝的拘束度相当大，残余应力亦较大，易产生裂纹等缺陷。因此在这种容器中D类焊缝应采取全焊透的焊接接头。对于低压容器可采用局部焊透的单面或双
11、面角焊。,第四节 焊接工艺要素和规范的选择,焊接规范 是指进行焊接中影响焊接质量和生产效率的各个工艺参数的总称。焊接规范的具体内容有：1、母材材质；2、焊材材质和类型；3、焊接方法；4、坡口形式；5、焊接电流和电压；6、焊接速度；7、焊接层次；8、预热温度，层间温度，后热温度；9、焊接保护气体；10、焊后热处理要求；11、其它要求。,焊接工艺（细则）卡 它是规定焊接工艺的内容及焊接工艺要素。主要包括焊前准备、焊接材料的牌号及规格、焊接工艺规范参数、操作技术和焊后检查等。,一、焊前准备 焊前准备是指坡口的制备，接头的装配和焊接区域的清理等工作。它对接头的焊接质量起重要的作用。1坡口的制备（1）坡
12、口的加工方法：1）剪切常用于不开坡口的薄板。2）刨边用于直边坡口。3）车削用于管于坡口。4）氧气切割应用最广泛的加工坡口方法。5）铲削用于加工坡口、清焊根。6）碳弧气刨一常用于治焊根。（2）坡口的清理 坡口两侧的内、外表面必须清除锈斑、氧化膜和油垢等污染.清理宽度一般要求在20mm范围内，埋弧焊为30mm，电渣焊为40mm。,2、焊件的组装 焊件组装时，接头两侧边缘必须相互对准，焊件组装后应作错边量的检查。在压力容器制造中，对接接头错边量的要求较高。A、B类焊缝对口错边量b应符合表47的规定。,二、焊接工艺规范参数焊接工艺规范参数包括焊前的预热处理、焊接电参数，后热温度、焊后热处理等。1、焊前
13、预热温度的选择（1）焊前预热温度的作用1）降低热影响区的冷却速度，避免淬硬组织的形成。改善热影响区的塑性。2)减小焊接区的温度梯度，降低焊接应力。3)降低了裂纹产生的应力峰值，有利于氢的逸出。（2）预热温度的选择1）焊接材料的碳含量和碳当量2）焊接结构的形状和约束情况。3）焊接工艺及操作技术（壁厚、焊缝形状、焊缝尺寸等）4）施工条件,2、焊接电参数 在使用连续的交流电和直流电焊接时，焊接规范中的电参数主要是焊接电压和焊接电流。在采用脉冲电流焊接时，电参数还包括电流的交变频率、通断比、基本电流和峰值电流值。,（1）焊接电弧的温度分布与磁偏吹 1）电弧的产生：在加有一定电压的电极与工件之间的一种强
14、而有力的气体放电现象，将电能转变成热能。2）电弧的组成：阳极、弧柱和阴极。阳极：占电弧热量的43%;弧柱：占电弧热量的21%;阴极：占电弧热量的36%;,（2）焊接电弧的静特性与外特性,1）焊接电弧的静特性 在电极材料、气体介质和弧长一定的情况下，电弧稳定燃烧时，焊接电流与电弧电压的变化关系称为电弧静特性或伏 安特性，表示它们之间关系的曲线为电弧的静特性曲线。手工、钨极氩弧焊和埋弧焊为abc线段，熔化极氩弧焊和CO2气体保护焊的电弧静特性为cd线段,2）弧焊电源的外特性 弧焊电源外特性是指在稳定状态下，电源输出电压和电流之间的关系。这种关系用曲线表示通常称之为电源的外特性曲线。,（3）焊接电弧
15、稳定性的影响因素,1）弧焊电源的种类与特性交流电源不如直流电源2）焊条药皮中的成分药皮中含有K、Na、Ca等易电离元素较多时，电弧的稳定性好。3）焊接环境,（4）焊接规范参数的选择原则,焊接规范参数的选择原则首先是保证接头的熔透、无裂纹并获得成形良好的焊道，同时所选择的焊接规范电参数还应保证接头的性能满足技术条件规定的各项要求，从提高焊接生产率考虑，应选用较大电流和粗焊条，但是，实际上应根据板厚、焊接位置和线能量要求等因素来选择焊接电流和焊条直径。焊接电流过大，容易烧穿和咬边，飞溅增大，同时焊条易发红使药皮脱落，保护性能下降；焊接电流太小容易产生夹渣和末焊透。,(5)手工焊接规范参数的选择,1
16、）焊条型号与直径,2）焊接电流的选择,3)电弧电压的选择,弧长是指从熔化的焊条端部到熔池表面的距离。电弧长时，电压高；电弧短时，电压低。手工电弧焊掌握合适的弧长对焊制优质的焊缝是相当重要的。焊接时，应在保证不短路的情况下，力求采用短弧。通常，弧长应略小于焊条芯直径。使用低氢型碱性焊条时，电弧电压应控制在20-25V，使用酸性焊条时，电弧电压应控制在25-28V,4）电源极性对于直流电源：正接，有利于厚板焊接 反接，有利于提高焊接速度低氢焊条，一般采用反接，酸性焊条焊厚板时，采用正接。5）焊接层数,6）有效功率：电弧对金属的加热时实际焊接热功率称为有效功率，用q u表示-电弧热效率，主要决定于，
17、焊接方法，焊接规范，焊接材料的种类,7)焊接速度：8）焊接线能量(energy input)是焊接规范的一个综合指标，它表示单位长度焊缝上投入的有效热量用qL表示qL=J/cmVH=cm/sL焊缝长度t焊接时间,焊接电流对焊缝形状的影响,对熔深影响最大（正比），熔宽和增高量影响不大,电弧电压对焊缝形状的影响,对熔宽影响最大（正比），熔深和增高量有所下降,焊接速度对焊缝形状的影响,随着焊接速度的增加，焊接线能量减小，熔宽明显变窄，增高量有所增加，熔深逐渐减小。,焊丝直径对焊缝形状的影响,焊丝直径增加，电弧摆动作用加强，熔宽增加，当焊接电流不变，随着焊丝直径的减小，电流密度有所增加，熔深也相应增加
18、。,第四节 金属的焊接性和焊接性试验,一、金属焊接性概念金属焊接性，就是金属是否具有适应焊接加工，以及在焊接加工以后是否能在使用条件下安全运行的能力。第一是在焊接加工时金属形成完整焊接接头的能力。第二是已焊成的焊接接头在使用条件下安全运行的能力。焊接性通常分为工艺焊接性及使用焊接性两类。工艺焊接性考虑的是在焊接过程中如何避免产生缺陷，如；焊接裂纹、夹渣、气孔、未焊透等，以获得优质的焊缝。使用焊接性则要考虑钢材焊接后性能的变化是否会影响到使用的可靠性。,二、金属焊接性的试验（1）焊缝金属抵抗产生热裂纹的能力试验（2）焊缝金属抵抗产生冷裂纹的能力试验（3）焊接接头金属抵抗脆性转变的能力试验（4）焊
19、接接头的使用性能试验三、常用金属焊接性能试验方法（1）金属焊接性能影响因素：1）焊接母材的成分与种类 2）焊接方法与工艺 3）焊接件的结构 4）焊件的使用条件,四、工艺焊接性的评定方法,(1)裂纹敏感性估计方法1)碳当量法 粗略评价钢材产生冷裂纹的倾向和脆化倾向的方法。,2）冷裂纹敏感性指数法,（2）焊接性的抗裂性试验（GB4675-1984)1）斜Y和直Y坡口对接裂纹试验（小铁研法）,（2）可变刚性裂纹试验,（3）刚性固定对接试验（4）十字接头裂纹焊接试验方法,4.6 低、中碳钢的焊接,4.6.1 低碳钢的焊接（1）承压壳体常用钢号及其焊接性锅炉、压力容器等承压壳体、等。（）焊接工艺要点）焊
20、接方法与焊接材料焊接材料按照等强度原则确定（手工焊条J42、埋弧自动焊HJ431、焊丝用H08A）预热与热处理方法一般情况下小于35mm厚的钢板不预热。焊后热处理为消除应力热处理）焊接参数焊接电流、焊接电压、焊接线能量、焊接层数,4.6.2 中碳钢的焊接（1）中碳钢常用钢号及其焊接性35、40、45、Q275 等易产生热裂纹、冷裂纹焊接性能一般。（）焊接工艺要点）焊接方法与焊接材料 根据等强度原则，采用低氢焊条、或者铬镍不锈钢焊条（奥102、107、302、307等）预热与热处理方法一般情况均需预热，焊后应立即进行热处理）焊接参数采用小直径焊条、小参数工艺，对热裂倾向大的采用U兴坡口）焊接层数
21、焊好第一层，同时减少后面层数的焊接厚度。,5.3 普通低合金钢的焊接,5.3.普通低碳合金钢的分类（1）热轧钢 16Mn R 15MnVR（2）正火钢 15MnTi 15MnVNR 18MnMoNbR（3）低碳调质钢 14MnMoNbB5.3.2 普低钢的焊接性（1）一般不会产生热裂，热裂倾向性小。（2）粗晶区脆化倾向性小（3）冷裂纹倾向性板厚增加而增大（4）再热裂纹倾向性大 但16MnR 无再热裂倾向,5.3.3 普低钢的焊接要点：（1）焊接工艺要点1）焊接方法的选择：主要适用于手工电弧 焊接、埋弧自动焊、保护焊、电渣焊等，一般焊后要进行热处理2）焊接材料的选择按照等强度原则选择一般用碱性焊
22、条3）焊接规范4）焊前预热：正火钢的预热温度大于调质钢,补充：承压设备焊接检验与缺陷返修,1 焊接缺陷的类型与危害1.1 焊接缺陷的类型：内部缺陷：裂纹、未熔合、未焊透、气孔、夹渣等外部缺陷：表面裂纹、表面气孔、凹陷、焊瘤、弧坑、满溢等焊缝的尺寸缺陷：错边、变形、咬边焊缝余高过大等 1.2 焊接缺陷的危害:焊接缺陷引起应力集中焊接缺陷引起脆性断裂焊接缺陷降低疲劳强度焊接缺陷引起应力腐蚀开裂,2 承压设备焊接检验分类与内容,（1）焊前检验：主要内容包括焊工资格确认、焊接材料的检验和确认、焊接材料的处理、坡口的装配与加工检验、预热温度及设备状况（2）焊接过程的检验：主要内容包括工艺卡的监督和检验、
23、焊接工艺规范的执行监督与检验（3）焊后检验：焊缝外观检验、焊缝无损探伤检验、焊缝的成份和力学检验,3 压力容器制造质量的控制,3.1对压力容器的制造质量的总体要求：1）1982年4月国家发布了压力容器安全检查规程经过1990年和1999年两次修订对压力容器从设计、制造、安装、使用、检验、修理、改造等7个环节进行管理与控制。2）2003年国务院发布了特种设备安全监察条例3）总体要求：保证压力容器的安全性和可靠性4）主要控制体系：设计质量控制、采购与材料控制、工艺质量控制、焊接质量控制、无损检测质量控制、热处理质量控制、理化检验质量控制、产品检验质量控制、计量和设备质量控制、不一致产品的控制、人员
24、培训与质量控制等,3.2材料及外购件进厂验收及复验（1）进厂验收原则：1）建立采购控制程序2）建立原材料的验收控制程序文件3）建立材料验收标准，包括牌号、规格、供货状态、检验项目及数据等（2）材料及外购件进厂验收内容：1）材料标准及订货要求的验收2）外观质量的验收3）成分的验收4）性能复检5）安全复检及仪器的安全校验（3）材料的复验1)用于制造第三类压力容器用钢投料前必须复验2）对钢厂未提供无损检测保证时，应按照JB 4730 压力容器无损检测进行UT检测。3）对第三类容器的锻件按照JB4726-JB4728压力容器用钢锻件复验,3.3压力容器制造过程的质量控制(1)材料的质量控制：1)材料的
25、代用审批2）焊接材料的准备与控制（2）热加工过程的质量控制（3）人员资格的控制（4）施工工艺的控制1）必备的制造工艺文件（工艺守则、工艺规程、制造验收规程、工艺纪律等文件）2）焊接工艺评定3）工艺执行检查与监督,3.4产品外观及几何尺寸的检验（1）外观检验1）容器壳体内外表面质量检测2）焊缝外观检验（包括表面的清理、裂纹、几何形状、表面缺陷等）（2）几何尺寸的检验6.3.5 产品的无损检测（1）壳体母材的无损检测（JB4370）（2）主要零部件的检测（JB 4726-4728)(3)焊缝无损检测1）压力容器A、B类焊接接头（GB150）的无损检测比例一般为100%和大于20%2）用板材煨制拚焊的法兰毛坯焊缝（JB4700)，其焊缝100%RT或UT检测3）压力容器无损检测相关标准GB150、GB151、GB12337、JB4730,6.3.5典型焊接质量检验细则钢制球形储罐焊接质量细则,
