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1、第二十一讲 金属的焊接性与焊接结构设计,主讲：曹光明,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,3、碳钢的焊接性,二、焊接应力与变形,三、焊接结构工艺设计,1、焊接结构材料的选择,2、焊接方法的选择,3、焊接接头设计,3、焊接变形及预防措施,2、焊接应力及减小措施,5、铸铁的焊补,4、焊缝的设计,四、常见的焊接缺陷（了解）,1、产生原因与变形形式,一、常用金属材料的焊接性,1、焊接性概念,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。,金属的焊接性与焊接结构设计,焊接性内容：,（1）工艺焊接性，,指焊接接头产生工
2、艺缺陷的敏感性，,（2）使用焊接性，,指焊接接头在使用中的可靠性，,2、焊接性的评定,评定方法：,各种焊接试验。,评定碳钢和普低钢的焊接性。,碳当量经验公式：,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。,金属的焊接性与焊接结构设计,当 0.4%时，,塑性良好，,淬硬和冷裂倾向小，,焊接性好，,当=0.40.6%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 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。,一般焊件不会产生裂纹
3、。,3、碳钢的焊接性,金属的焊接性与焊接结构设计,（1）低碳钢的焊接：,C0.25%，,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：,焊前预热（150250），,焊后缓冷并去应力回火。,焊件开坡口，,且采用细焊条、小电流、多层焊。,选用塑、韧性好的低氢型焊条，,提高焊缝塑性，防止裂纹。,（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。,4、低合
4、金结构钢的焊接性,金属的焊接性与焊接结构设计,普低钢的焊接性与低碳钢类似，,但b焊接性,低强度普低钢：,s400MPa，,CE 0.4%，,焊接性良好，,无需工艺措施。,如：16Mn、9Mn2。,高强度普低钢：,s400MPa，,CE 0.4-0.5%，,焊接性较差，冷裂倾向大。,如：15MnVN、18MnMoNb、14MnMoV。,焊前预热（150250），,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。,5、铸铁的焊补,金属的焊接性与焊接结构设计,（1）铸铁焊补的特点,接头易产生白口、硬化组织；,接头易产生裂纹；,焊缝区易产生气孔、夹渣。,熔池易流失，一般用于平
5、焊补。,（2）铸铁焊补方法,热焊法：,焊前将焊件整体或局部预热至600700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。,5、铸铁的焊补,金属的焊接性与焊接结构设计,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：,钢芯铸铁焊条：,适用于非加工表面的焊补。,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,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。,镍基铸铁焊
6、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,高钒铸铁焊条：,主要用于一般铸铁件的焊补。,可进行机械加工、塑性和抗裂较好。,二、焊接应力与变形,金属的焊接性与焊接结构设计,1、焊接应力与变形产生的原因与形式：,焊件在焊接过程中受到不均匀加热和冷却。,（1）原因：,金属的焊接性与焊接结构设计,（2）焊接变形的基本形式,金属的焊接性与焊接结构设计,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：,尽量使焊缝能自由收缩，,这样产生的残余应力较小。,采用分散对称焊工艺，,长焊缝尽可能
7、采用分段退焊或跳焊法,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：,加热减应区法 a）焊接时 b）冷却时,（4）反变形法：,（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。,金属的焊接性与焊接结构设计,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，,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：,机械矫正,火焰矫正,金属的焊接性与焊接结构设计,三、焊接结构工艺设计,1、焊接结构材料的选择,几条原
8、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。,（5）等厚度材料。,否则考虑过渡结构。,2、焊接方法的选择,应依据下列原则：,（1）焊接接头使用性能及质量要符合结构技术要求。,（2）提高生产率，降低成本。,（3）焊接现场设备条件及工艺可能性。,金属的焊接性与焊接结构设计,三、焊接结构工艺设计,3、焊接接头设计,（1）对接接头,接头上应力分布比较均匀，焊接质量容易保证，优先选用。,但对焊前准备和装配质量要求相对较高。,（2）搭接接头,便于组
9、装，常用于对装配要求简单的结构，,应力分布不均，,降低了接头强度，,且结构重量大，不经济，一般不用。,（3）角接接头、T形接头,受力情况比较复杂，,当焊件需要直角连接时采用。,金属的焊接性与焊接结构设计,三、焊接结构工艺设计,4、焊缝的设计,（1）便于施焊,金属的焊接性与焊接结构设计,三、焊接结构工艺设计,4、焊缝的设计,（1）便于施焊,（2）焊缝应避免密集交叉,（3）焊缝尽量对称,（4）应避开应力集中处和最大应力处,金属的焊接性与焊接结构设计,三、焊接结构工艺设计,4、焊缝的设计,（1）便于施焊,（2）焊缝应避免密集交叉,（3）焊缝尽量对称,（4）应避开应力集中处和最大应力处,（5）应避开机械加工表面,（6）尽量减少焊缝数量及长度，缩小不必要的焊缝截面尺寸。,金属的焊接性与焊接结构设计,四、常见的焊接缺陷,金属的焊接性与焊接结构设计,四、常见的焊接缺陷,
