過程裝備制造第4講 焊接接頭

1、 主講：曲延鵬 機械工程學院過控研究所(8#508) ( 88395100（O）Email：SDU_QYP第二篇主要內(nèi)容CH5 鋼制壓力容器的焊接 6學時5.1 焊接接頭5.2 常用焊接方法及其焊接工藝5.3 常用鋼材的焊接5.4 焊后熱處理CH6 受壓殼體制造的準備CH7 成型加工CH8 典型壓力容器 補充內(nèi)容：下料 第四講 主要內(nèi)容 CH5-1 焊接接頭 1 1 焊接概述焊接概述 2 2 焊接接頭的組織與性能焊接接頭的組織與性能 3 3 焊接接頭的分類、基本形式焊接接頭的分類、基本形式 4 4 焊接坡口表示符號、選擇和設計原則焊接坡口表示符號、選擇和設計原則 補充

2、: 化工容器與設備常用焊接接頭結(jié)構(gòu)化工容器與設備常用焊接接頭結(jié)構(gòu)思考題1.焊接接頭的基本形式。2.焊接表示符號。3.焊接坡口選擇和設計原則。焊接概述焊接 利用加熱或加壓的方法，使兩物體間實現(xiàn)原子(或分子間)的結(jié)合。 熔化焊、壓力焊、釬焊焊接的主要內(nèi)容材料焊接性焊接接頭結(jié)構(gòu)焊接原理焊接設備與材料焊接方法與工藝熔化焊的焊接冶金過程加熱熔化熔池冷凝形成焊縫特點：1.溫度高2.時間短3.熔池小焊接溫度場 定義：某一瞬時定義：某一瞬時工件上各點的工件上各點的溫度溫度T T分布分布稱為溫度場。稱為溫度場。tzyxfT,熱循環(huán)曲線 加熱速度 加熱的最高溫度 高溫停留時間 冷卻速度熱循環(huán)對焊接接頭的影響焊接接

3、頭在焊接過程中，在焊接熱源(如電弧)作用下，其各部位相當于經(jīng)歷了一次不同規(guī)范的特殊熱處理，因而使接頭的各部分組織和性能都有差異。焊接接頭上各點所得到的能量是不同的，用線能量qv(單位焊縫長度上所接受的能量)來表示。vIUvqqv調(diào)節(jié)焊接熱循環(huán)的措施 改變焊接線能量大小。 改善材料焊接前的初始溫度（預熱）。 降低冷卻速度。 采用后熱等措施使冷卻速度改善。幾個常見的焊接術(shù)語 焊接過程：焊接過程： 從焊接開始到形成優(yōu)良的接頭的過程從焊接開始到形成優(yōu)良的接頭的過程 焊接工藝：焊接工藝： 焊接過程的一整套的焊接過程的一整套的技術(shù)規(guī)定技術(shù)規(guī)定，包括（焊前準備、焊，包括（焊前準備、焊接材料、焊接設備、焊接方

4、法、焊接順序、焊接的最佳選接材料、焊接設備、焊接方法、焊接順序、焊接的最佳選擇、焊后熱處理）擇、焊后熱處理） 焊接接頭：焊接接頭： 包括焊縫、（熔合區(qū)）、熱影響區(qū)包括焊縫、（熔合區(qū)）、熱影響區(qū)焊接術(shù)語焊接術(shù)語焊縫形狀系數(shù)焊縫形狀系數(shù) 基體金屬比基體金屬比填充系數(shù)填充系數(shù) 注：熔焊時，液態(tài)焊縫金屬冷凝形成的焊縫外形注：熔焊時，液態(tài)焊縫金屬冷凝形成的焊縫外形23 . 1SCHFFF001260HC基體金屬熔化截面積堆焊金屬截面積HFF0焊接術(shù)語 焊接規(guī)范：焊接規(guī)范： 焊接時，焊接電流、焊接時，焊接電流、電弧電壓、焊接速度、進電弧電壓、焊接速度、進條速度等條速度等參數(shù)參數(shù)的大小。的大小。焊接規(guī)范溫度

5、場焊縫成型焊縫質(zhì)量焊接規(guī)范 焊接電流： 對熔深影響最大（正比），熔寬和增高量影響不大對熔深影響最大（正比），熔寬和增高量影響不大 。焊接規(guī)范 焊接電弧電壓： 對熔寬影響最大（正比），熔深和增高量有所下降對熔寬影響最大（正比），熔深和增高量有所下降 。焊接規(guī)范 焊接速度： 隨著焊接速度的增加，焊接線能量減小，熔寬明顯變窄，增高隨著焊接速度的增加，焊接線能量減小，熔寬明顯變窄，增高量有所增加，熔深逐漸減小。量有所增加，熔深逐漸減小。焊接規(guī)范 焊絲直徑： 焊絲直徑增加，電弧擺動作用加強，熔寬增加。焊絲直徑增加，電弧擺動作用加強，熔寬增加。 當焊接電流不變，隨著焊絲直徑的減小，電流密度有所增加，當焊接

6、電流不變，隨著焊絲直徑的減小，電流密度有所增加，熔深也相應增加。熔深也相應增加。 焊接接頭焊接接頭組織與性能接頭的組織與性能 影響因素：焊縫區(qū)和熱影響區(qū) 焊縫區(qū)金屬由焊縫區(qū)金屬由熔池的液態(tài)金屬凝固熔池的液態(tài)金屬凝固而成而成 熱影響區(qū)金屬受熱影響區(qū)金屬受焊接熱源影響焊接熱源影響而造成，與母材有較大的變化。而造成，與母材有較大的變化。 焊接接頭組成： 焊縫區(qū)、熔合面、熱影響區(qū)和基本母材。焊縫區(qū)、熔合面、熱影響區(qū)和基本母材。 習慣上常把焊接接頭和焊縫相互代替，這是不嚴格的。習慣上常把焊接接頭和焊縫相互代替，這是不嚴格的。接頭的組織與性能-焊縫區(qū) 一次結(jié)晶： 液態(tài)金屬沿著垂直熔合面的方向向熔池中心不斷

7、形成層狀樹枝柱狀晶液態(tài)金屬沿著垂直熔合面的方向向熔池中心不斷形成層狀樹枝柱狀晶并長大，晶粒內(nèi)部存在成分不均勻現(xiàn)象并長大，晶粒內(nèi)部存在成分不均勻現(xiàn)象（微觀偏析或枝晶偏析）（微觀偏析或枝晶偏析），整，整個焊縫區(qū)也存在成分不均勻現(xiàn)象個焊縫區(qū)也存在成分不均勻現(xiàn)象（宏觀偏析或區(qū)域偏析）（宏觀偏析或區(qū)域偏析）。 區(qū)域偏析與成分、部位等因素以及焊縫形狀系數(shù)區(qū)域偏析與成分、部位等因素以及焊縫形狀系數(shù)有關(guān)。有關(guān)。 二次結(jié)晶： 由奧氏體冷卻至室溫組織的轉(zhuǎn)變，與熱影響區(qū)的金屬組織轉(zhuǎn)變很相似由奧氏體冷卻至室溫組織的轉(zhuǎn)變，與熱影響區(qū)的金屬組織轉(zhuǎn)變很相似。 =1.32.0，雜質(zhì)易集中在雜質(zhì)易集中在焊縫上部，不會造成薄弱截

8、面焊縫上部，不會造成薄弱截面接頭的組織與性能-碳鋼熱影響區(qū) 熱影響區(qū)可近似看做是在Tmax溫度下的正火熱處理組織。 低碳鋼的熱影響區(qū)可分為六個區(qū) 熱影響區(qū)性能比母材焊前性能差，是接頭較薄弱部位。熱影響區(qū)越窄越好。*低碳鋼的熱影響區(qū) 半熔化區(qū)（熔合區(qū)）：在焊縫與母材的交界處，處于半熔化狀態(tài)，是過熱組織，冷卻后晶粒粗大，化學成分和組織都不均勻，異種金屬焊接情況更為嚴重，塑性較低。此區(qū)雖較窄，但與母材相連，所以對焊接接頭的影響很大。 過熱區(qū)：金屬處于過熱狀態(tài)。奧氏體晶粒產(chǎn)生嚴重增大現(xiàn)象，冷卻后得到過熱組織。沖擊韌性明顯降低，約下降2530左右，對剛性較大的結(jié)構(gòu)常在此區(qū)開裂。過熱程度與高溫停留時間有關(guān)

9、。 正火區(qū)（完全重結(jié)晶區(qū)）：發(fā)生重結(jié)晶，使晶粒細化，室溫組織相當于正火組織，力學性能較好。 部分相變區(qū)（不完全重結(jié)晶區(qū)）：焊接時加熱溫度稍高于Ac1線，便開始有珠光體轉(zhuǎn)變?yōu)閵W氏體；隨著溫度升高，部分鐵素體逐步溶解到奧氏體中，冷卻時，又由奧氏體中析出細微的鐵素體，殘余的奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)橹楣怏w，晶粒也很細。未溶入奧氏體的部分鐵素體不斷長大，變成粗大鐵素體組織。金屬組織不均勻，晶粒大小不同，力學性能不好。此區(qū)越窄，焊接接頭性能越好。 再結(jié)晶區(qū)：沒有奧氏體的轉(zhuǎn)變。若焊前經(jīng)過冷變形，則有加工硬化組織，加熱到此區(qū)后產(chǎn)生再結(jié)晶，加工硬化現(xiàn)象得到消除，性能有所改善。 藍脆區(qū)：由于加熱、冷卻速度卻較快，強度稍有增加

10、，塑性下降，可能會出現(xiàn)裂紋。此區(qū)的顯微組織與母材相同。接頭的組織與性能-易淬火鋼熱影響區(qū) 熱影響區(qū)的組織與鋼材焊前的熱處理狀態(tài)有關(guān)。 正火或退火狀態(tài)的易淬火鋼的熱影響區(qū)，一般分三個區(qū)。 調(diào)質(zhì)狀態(tài)易淬火鋼的熱影響區(qū)，可分為三個區(qū) 。 *易淬火鋼的熱影響區(qū) 正火或退火狀態(tài)的易淬火鋼的熱影響區(qū) 過熱區(qū)過熱區(qū)：顯微組織的特征是粗大馬氏體。：顯微組織的特征是粗大馬氏體。 淬火區(qū)淬火區(qū)：由于這類鋼淬透性好，在相當于低碳鋼正火區(qū)的冷卻速：由于這類鋼淬透性好，在相當于低碳鋼正火區(qū)的冷卻速度下也會出現(xiàn)淬火現(xiàn)象，產(chǎn)生極細的針狀馬氏體組織。若含碳量度下也會出現(xiàn)淬火現(xiàn)象，產(chǎn)生極細的針狀馬氏體組織。若含碳量和合金元素量

11、低，則會有托氏體和馬氏體共存的組織。和合金元素量低，則會有托氏體和馬氏體共存的組織。 不完全淬火區(qū)不完全淬火區(qū)：顯微組織的特征是馬氏體與稍粗大的網(wǎng)狀鐵素體：顯微組織的特征是馬氏體與稍粗大的網(wǎng)狀鐵素體組織，即產(chǎn)生部分淬火組織。組織，即產(chǎn)生部分淬火組織。 對于調(diào)質(zhì)狀態(tài)易淬火鋼的熱影響區(qū) 淬火區(qū)淬火區(qū)：屬于淬火組織。：屬于淬火組織。 不完全淬火區(qū)不完全淬火區(qū)：與正火狀態(tài)相同。：與正火狀態(tài)相同。 回火區(qū)回火區(qū)：焊接時加熱溫度低干：焊接時加熱溫度低干Ac1Ac1線就發(fā)生不同程度的回火，線就發(fā)生不同程度的回火，硬度和強度略有下降，出現(xiàn)硬度和強度略有下降，出現(xiàn)“回頭軟化區(qū)回頭軟化區(qū)”。改善焊接接頭組織和性能

12、的主要措施（1）盡量選擇低碳且硫、磷含量低的鋼材作為焊接結(jié)構(gòu)材料。 （2）使熱影響區(qū)的冷卻速度適當。對于低碳鋼，采用細焊絲、小電流、高焊速，可提高接頭韌度，減輕接頭脆化；對于易淬硬鋼，在不出現(xiàn)硬脆馬氏體的前提下適當提高冷卻速度，可以細化晶粒，有利于改善接頭性能。 （3）采用多層焊，利用后層對前層的回火作用，使前層的組織和性能得到改善。 （4）進行焊后熱處理。焊后進行退火或正火處理可以細化晶粒，改善焊接接頭的力學性能。焊接接頭分類焊接接頭分類的焊縫凸緣等與殼體連接類焊縫：接管，人孔，器的縱焊縫接角焊縫及多層包扎容與圓筒的搭的連接的焊縫，內(nèi)封頭、管板與殼體、接管類焊縫：法蘭、平封頭連接的焊縫錐形封

13、頭小端與接管類焊縫：筒節(jié)的環(huán)縫；與圓筒、封頭的對焊縫嵌入式的接管筒節(jié)與半球的環(huán)縫；縫、封頭瓣片拼焊縫；類焊縫：筒節(jié)的拼接焊DCBA. 4. 3. 2. 1焊接接頭分類 A A A A A A A D B B B B D D C C B B C A A A A B 實際上述對焊接接頭的分類及分類順序的劃分，基本上只是以主要零部件之間或與殼體連接的焊接接頭在殼體的相對位置來進行的。 實際上對焊接接頭類別及分類順序的劃分和順序安排，除了應該考慮焊接接頭所在相對位置之外，還應該考慮焊接接頭實際受力狀態(tài)的復雜性；焊接工藝的實施難易程度；焊接結(jié)構(gòu)、焊接材料等因素對最后焊接質(zhì)量的影響；焊接檢測對真實狀態(tài)的反

14、映深度等綜合條件的情況。A.B.C.D不是絕對的分類狀態(tài)焊接接頭分類焊接接頭分類的作用 殼體組對時各類接頭的組對技術(shù)參數(shù)、焊接接頭余高、無損檢測要求不同 A類比B類的嚴格。焊縫間距角焊縫的焊角焊縫余高和棱角度對口錯邊量探傷方法和合格要求. 5. 4. 3. 2. 1KhEb注：n1. A，B類焊縫的射線探傷按GB-3323-87鋼熔化焊對接接頭探傷射線照相和質(zhì)量等級進行，檢查結(jié)果對100%探傷的，I級的為合格，局部探傷的II級的為合格n2. A，B類焊縫的超聲波探傷按GB-1152-81鍋爐及壓力容器對接焊縫超聲波探傷進行，檢查結(jié)果對100%探傷的，I級的為合格，局部探傷的II級的為合格n3.

15、 相鄰筒體的A類焊縫間的距離 mmn1003焊接接頭設計焊接接頭設計的重要性 鋼制壓力容器是典型的重要焊接結(jié)構(gòu)。 焊接接頭是壓力容器整體結(jié)構(gòu)中最重要的連接部位，焊接接頭的性能將直接影響壓力容器的質(zhì)量和安全。 為保證壓力容器的安全運行，正確的設計焊接接頭、合理地制定焊接工藝規(guī)程是非常必要的。焊接接頭設計內(nèi)容1 1 接頭形式接頭形式2 2 坡口形式坡口形式3 3 坡口尺寸（焊縫尺寸）坡口尺寸（焊縫尺寸）焊接接頭的設計原則合理選擇接頭型式。焊縫填充金屬應盡量少。根據(jù)焊接工藝條件合理選擇坡口角度、鈍邊高、根部間隙等結(jié)構(gòu)尺寸，使之有利于坡口加工和焊透，以最大限度地減少焊接缺陷。按等強度要求，接頭強度應不

16、低于母材標準規(guī)定的強度下限值。焊縫外形應盡量連續(xù)、圓滑過渡以減少應力集中。焊接接頭基本形式接頭形式int)int)int)int)int)int)int)int)int)jobuttlockjobuttscarfjomuffflangeedgejoedgejoshapedcrossjolapjoTTjocornorjobutt鎖底對接（斜對接（套管（卷邊（端接接頭（十字接頭（搭接接頭（形接頭（角接接頭（對接接頭（基本形式-對接接頭的形式和受力基本形式-對接接頭的特點 焊后余高接頭表面形狀變化應力集中 通常出現(xiàn)在焊縫與母材的交界焊趾處，應力集中系數(shù)說明在焊接接頭中實際工作應力的分布不均勻。 應力

17、集中系數(shù)的大小焊縫寬度、余高、焊趾處焊縫曲線與工件表面的夾角和轉(zhuǎn)角半徑 夾角增加，轉(zhuǎn)角半徑減小，余高增加，應力集中系數(shù)增大，工作應力分布更加不均勻，造成焊接接頭的強度下降 焊接后余高磨平消除或減小應力集中 對接接頭的應力集中系數(shù)不大于2 對接母材厚度8mm 要求焊接接頭要熔透焊前開坡口 從接頭受力、接頭焊接工藝等比較，對接接頭較理想，應盡量優(yōu)先選用。 在壓力容器制造中，容器主要受壓零部件、承壓殼體主焊縫（如殼體的縱、環(huán)焊縫等）應采用全焊透的對接接頭?；拘问? T 形接頭的形式基本形式- T 形接頭的受力基本形式- T 形接頭的特點 接頭焊縫向母材過渡部分形狀變化大、過渡急流線扭曲很大應力分布

18、很不均勻角焊縫根部和過渡處有很大的應力集中； 不開坡口的T形接頭焊不透焊縫承載強度較低應力集中較大； 開坡口后再焊接保證焊透焊縫承載強度大大提高按對接接頭計算； 焊趾處截面應力分布不均； 聯(lián)系焊縫不承受工作應力； 避免采用單面角焊縫焊縫根部往往有很深缺口，承載能力低； 半V形坡口單面焊比K形坡口雙面焊可靠； 角焊縫尺寸經(jīng)驗公式 K=3/4或K=(1/83/8) ?；拘问?角接接頭的形式和特點最簡單，承載能力差最簡單，承載能力差內(nèi)部加強，承載能力較大內(nèi)部加強，承載能力較大易裝配、省工時，最經(jīng)濟易裝配、省工時，最經(jīng)濟準確直角，剛性大準確直角，剛性大不合理，焊不合理，焊縫多不易焊縫多不易焊最簡單，

19、承載能力差最簡單，承載能力差內(nèi)部加強，承載能力較大內(nèi)部加強，承載能力較大易焊透，有較高強度，外觀易焊透，有較高強度，外觀有良好棱角，注意層狀撕裂有良好棱角，注意層狀撕裂易裝配、省工時，最經(jīng)濟易裝配、省工時，最經(jīng)濟準確直角，剛性大準確直角，剛性大不合理，焊不合理，焊縫多不易焊縫多不易焊基本形式-搭接接頭的形式和受力基本形式-搭接接頭的特點 形狀變化較大，應力集中比對接接頭復雜得多 正面焊縫應力分布很不均勻，在角焊縫的根部和焊趾處都有較大的應力集中。 減小夾角和增大熔深，降低應力集中系數(shù)。夾角在2865 之間時，應力集中系數(shù)明顯改變，53 的應力集中系數(shù)最大； 正面焊縫與作用力偏心，受拉產(chǎn)生附加彎曲應力 減少彎曲應力，兩條正面焊縫的距離應不小于板厚4倍 中側(cè)面焊縫的應力集中、應力分布更為復雜 側(cè)面焊縫有正應力+切應力（沿長度分布不均，兩端大中部?。?，規(guī)定L斜向焊縫側(cè)面焊縫 傾角增大，斜向焊縫強度也增大焊接坡口坡口 定義: 坡口是根據(jù)設計或工藝要求，將焊件的待焊部位加工成一定幾何形狀，經(jīng)裝配后形成的溝槽。 作用：為了滿足實際焊接工藝的要求，將焊件截面熔透并減少熔合比，對不同的焊接接頭，經(jīng)常在焊接前，把接頭加工成一定尺寸和形狀的坡口。 型式：常用