焊接技术

焊接变形及预防措施焊接构件因焊接而产生的内应力称焊接应力，焊件因焊接而产生的变形称为焊接变形。焊接时，由于工件是不均匀的局部加热和冷却，造成焊件的热胀冷缩速度和组织变化先后不一致，从而导致焊接应力和变形的产生。变形是焊件自身降低其应力状态的结果，变形的表现形式与工件的截面尺寸、焊缝布置、焊接元件的组合方式及焊接接头的型式等因素有关。焊接变形的基本形式有弯曲变形、角变形、波浪变形和扭曲变形等。先进成形制造教育部重点实验室,焊接技术研究中心焊接电弧的极性及应用用直流弧焊电源焊接时，工件接正极，焊条接负极，称为正接。适于焊接厚件；工件接负极，焊条接正极，称为反接。反接适于焊接薄件。用交流弧焊电源焊接时，因阳极与阴极不断交替变化，故不存在正、反接问题。先进成形制造教育部重点实验室,焊接技术研究中心焊接电弧焊接电弧由阴极区、阳极区和弧柱区三部分组成。阴极区指电弧紧靠负电极的区域，是发射电子的地方，阴极区产生的热量占电弧总热量的36％左右，温度大约在2400K左右。阳极区指电弧紧靠正电极的区域，是接收电子的地方，产生的能量占到电弧总热量的43％左右，温度大约在2600K左右。弧柱区是阴极区和阳极区之间的区域。弧柱区产生的热量占电弧总热量的21％左右，但弧柱区中心温度最高，大约在6000-8000K的范围内。先进成形制造教育部重点实验室,焊接技术研究中心焊接变形及预防措施焊接变形不但影响结构尺寸的准确性和外形美观，严重时还可能降低承载能力，甚至造成事故。为了防止和减少焊接变形，设计时应尽可能采用合理结构形式和采用必要的焊接工艺措施。①采用合理的结构设计焊接结构时，在保证结构有足够承载能力情况下，采用尽量小的焊缝尺寸、数量；焊缝尽量对称布置；焊缝分散，避免集中。②反变形法用经验和计算方法，估计焊后可能发生的变形大小和方向，焊前将工件安放在与焊接变形方向相反的位置上。先进成形制造教育部重点实验室,焊接技术研究中心防止角变形的反变形焊接变形及预防措施③刚性固定法焊前将工件各部分用夹具、刚性支撑、专用夹具或定位点焊强制固定，以防止和加小变形。刚性固定法只适用于工件塑性较好，结构刚度较小的结构，对于淬硬性较大的金属不能使用，以免焊后断裂。④焊接顺序变换法安排焊接顺序时应尽可能考虑焊缝自由伸缩，对称截面梁焊接次序要交替进行。⑤焊前预热，焊后处理焊前对工件预热可以减少焊件各部位温差，降低焊后冷却速度，减小残余应力。在允许的条件下，焊后进行去应力退火或用锤子对红热状态下的焊缝进行均匀迅速的敲击，均可有效地减小焊接变形。先进成形制造教育部重点实验室,焊接技术研究中心焊接缺陷及防止方法焊缝金属裂纹夹杂气孔咬边未熔合先进成形制造教育部重点实验室,焊接技术研究中心未焊透熔透过大蛇形焊道焊接飞溅焊缝金属裂纹缺陷形成原因焊缝深宽比太大焊道太窄（特别是角焊缝和底层焊道）焊缝末端处的弧坑冷却过快预防措施增大电弧电压或减小焊接电流以加宽焊道而减小熔深减慢行走速度以加大焊道的横截面采用衰减控制以减小冷却速度；适当地填充弧坑；在完成焊道的顶部采用分段退焊技术一直到焊缝结束先进成形制造教育部重点实验室,焊接技术研究中心夹杂缺陷形成原因采用多焊道短路过渡（熔焊渣型夹杂物）高的行走速度（氧化膜型夹杂物）预防措施在焊接后续焊道之前，清除掉焊缝边上的渣壳减小行走速度；采用含脱氧剂较高的焊丝；提高电弧电压先进成形制造教育部重点实验室,焊接技术研究中心气孔缺陷形成原因保护气体覆盖不足焊丝的污染工件的污染电弧电压太高喷嘴与工件距离太大先进成形制造教育部重点实验室,焊接技术研究中心预防措施增加保护气体流量，排除焊缝区的全部空气；减小保护气体的流量，以防止卷入空气；清除气体喷嘴内的飞溅；避免周边环境的空气流过大，破坏气体保护；降低焊接速度；减小喷嘴到工件的距离；焊接结束时应在熔池凝固之后再移开焊枪喷嘴采用清洁而干燥的焊丝；清除焊丝在送丝装置中或导丝管中粘附上的润滑剂在焊接之前清除工件表面上的全部油脂、锈、油漆和尘土；采用含脱氧剂的焊丝减小电弧电压减小焊丝的伸出长度咬边缺陷形成原因焊接速度太高；电弧电压太高；电流过大停留时间不足焊枪角度不正确预防措施减慢焊接速度；降低电压；降低送丝速度增加在熔池边缘的停留时间改变焊枪角度使电弧力推动金属流动先进成形制造教育部重点实验室,焊接技术研究中心未熔合缺陷形成原因焊缝区表面有氧化膜或锈皮热输入不足；焊接熔池太大焊接技术不合适；接头设计不合理预防措施在焊接之前清理全部坡口面和焊缝区表面上的轧制氧化皮或杂质提高送丝速度和电弧电压；减小焊接速度减小电弧摆动以减小焊接熔池采用摆动技术时应在靠近坡口面的熔池边缘停留；焊丝应指向熔池的前沿坡口角应足够大，以便减小焊丝伸出长度（增大电流），使电弧直接加热熔池底部；坡口设计为J形或U形先进成形制造教育部重点实验室,焊接技术研究中心未焊透先进成形制造教育部重点实验室,焊接技术研究中心曲线形成原因坡口加工不合适；焊接技术不合适；热输入不合适预防措施接头设计必须合适，适当加大坡口角度，使焊枪能够直接作用到熔池底部，同时要保持喷嘴到工件的距离合适；减小钝边高度；设置或增大对接接头中的底层间隙使焊丝保持适当的行走角度，以达到最大的熔深；是电弧处在熔池的前沿提高送丝速度以获得较大的焊接电流，保持喷嘴与工件的距离合适熔透过大先进成形制造教育部重点实验室,焊接技术研究中心曲线形成原因热输入过大坡口加工不合适预防措施减小送丝速度和电弧电压；提高焊接速度减小过大的底层间隙；增大钝边高度蛇形焊道先进成形制造教育部重点实验室,焊接技术研究中心曲线形成原因焊丝伸出长度过大焊丝的校正机构调整不良导电嘴磨损严重预防措施保持合适的焊丝伸出长度再仔细调整更换新的导电嘴焊接飞溅先进成形制造教育部重点实验室,焊接技术研究中心曲线形成原因电弧电压过高或过低焊丝与工件清理不良焊丝不均匀导电嘴磨损严重焊机动特性不合适预防措施根据焊接电流仔细调节电压；采用一元化调节焊机焊前仔细清理焊丝及坡口处检查压丝轮和送丝软管（修理或更换）更换新导电嘴对于整流式焊机应调节直流电感；对于逆变式焊机须调节控制回路的电子电抗器电阻点焊工艺电阻点焊是将工件装配成搭接接头，并压紧在两电极之间，利用电阻热熔化母材金属，形成焊点的电阻焊方法。电阻点焊时两工件接触面处电阻大，发出的热量使该处温度急速升高，将该处金属熔化形成熔核。断电后，继续保持或稍加大压力，使熔核在压力下凝固，形成组织致密的焊点。先进成形制造教育部重点实验室,焊接技术研究中心电阻焊的接头缺陷接头外部或内部的缺陷是评定电阻焊质量的重要指标。电阻焊可能产生的缺陷有：未熔合或未完全熔合、裂纹、气孔、缩孔、结合线伸入、烧伤、烧穿、边缘涨裂、过深压痕、火口未闭合和过热组织等。这些缺陷在工件上是否允许存在、是否允许修补是由缺陷的特性、被焊材料的性能，以及接头的等级决定的。先进成形制造教育部重点实验室,焊接技术研究中心未熔合和完全未熔合未熔合和完全未熔合是较严重的缺陷，直接影响接头的强度，尤其是疲劳强度和缝焊焊缝的密封性。缺陷特征：未熔合缺陷，在宏观金相试件上看不到熔核和焊缝，而是呈塑性粘合。未完全熔合缺陷的特征是焊点过小或熔核偏心，形成结合面上的熔核直径小于规定值，或在焊点和缝焊焊缝中只局部熔合。存在这种缺陷的接头强度较低。产生的原因：焊接区热输入不足及散热热量过多引起的，如焊接电流过小、时间过短、分流过大、电极端面尺寸偏大等。先进成形制造教育部重点实验室,焊接技术研究中心裂纹裂纹是危害性较大的一种缺陷，有外部裂纹和内部裂纹之分。裂纹对承受静载荷的接头强度有一定影响，对承受动载荷和疲劳载荷的接头影响显著。避免裂纹的主要措施为减缓冷却速度和及时加压，以减小熔核结晶时的内部拉应力。焊后排除裂纹常用磨去裂纹，再用焊条电弧焊或氩弧焊补焊的方法。对点焊也可以钻掉焊点，以铆钉代之。先进成形制造教育部重点实验室,焊接技术研究中心气孔和缩孔是一种常见缺陷。在高温合金点焊和缝焊时更为普遍。气孔和缩孔若无裂纹伴生，则对接头强度无明显影响，但对动载和冲击性能则有一定影响。气孔和缩孔过大、存在于熔核边缘或有裂纹伴生，则应根据接头等级予以不同的限制。点焊时，可用低惯性电极和增加锻压力的方法来克服此种缺陷，也可采用减缓冷却速度的规范措施。缝焊时仅能用后一种方案。一般常用焊条电弧焊或重新点焊的方法修补气孔或缩孔。先进成形制造教育部重点实验室,焊接技术研究中心压痕过深在质量检验标准中，点焊和缝焊的压痕深度一般规定应小于板材厚度的15%，最大不超过20-25%。若超过此规定，则为压痕过深，作为焊接缺陷处理。压痕过深对焊点和焊缝强度有一定影响。避免压痕过深的措施是尽可能采用较硬的焊接规范和加强冷却，降低工件的表面温度。压痕过深常用焊条电弧焊或氩弧焊修补并锉修平整。先进成形制造教育部重点实验室,焊接技术研究中心表面烧伤和表面发黑表面烧伤、表面粘铜和表面发黑是常见的一种缺陷，其中表面发黑是铝及铝合金点焊和缝焊时的一种缺陷。该种缺陷不影响接头的强度，但影响接头的表面质量和耐腐蚀性能。因此应引起粗够的重视。先进成形制造教育部重点实验室,焊接技术研究中心喷溅喷溅是点焊和缝焊中常见的一种缺陷。某些产品轻微喷溅是允许的（如汽车零件非暴露部件），不作为缺陷处理。但大的喷溅是十分有害的，因为喷溅破坏了焊点四周的塑性环，降低了接头的强度和塑性；喷溅伴随有缩孔和裂纹，影响接头的动载强度；喷溅破坏了工件表面，影响表面质量和耐腐蚀性能，因而过大的喷溅应尽量避免。防止喷溅的措施有：缩短通电时间及减小焊接电流，或者加预热脉冲，加强工件表面清理等。先进成形制造教育部重点实验室,焊接技术研究中心结合线伸入结合线伸入是点焊和缝焊某些高温合金和铝合金时特有的缺陷，是指两板贴合面伸入到熔核中的部分。结合线伸入减小了熔核的有效直径，会降低接头强度。当伸入前端伴有裂纹时，还会影响接头的动载强度和高温持久强度。避免熔合线伸入的主要措施是加强焊前工件的表面清理。先进成形制造教育部重点实验室,焊接技术研究中心过烧组织和过热组织这种缺陷出现在接头的热影响区中，在铝合金点焊和缝焊接头中，当焊接参数不当时会出现过烧组织；高温合金接头中会产生局部熔化组织。这种组织虽然未发现与接头强度有直接关系，但也应引起重视。在某些材料的闪光对焊接头热影响区中，会出现过热组织。典型的过热组织是粗大或网状的魏氏体组织。它会使接头变脆，降低接头的冲击韧度和疲劳强度，因此在生产中的限制应较严格。先进成形制造教育部重点实验室,焊接技术研究中心白斑和灰斑是对焊碳钢和某些合金钢接头中出现的一种特殊形态的夹杂物，是在顶锻时氧化物挤出过程中的残留薄膜，通常呈放射状或块状。这是一种严重的缺陷。解决白斑和灰斑的最主要措施是彻底挤出液态金属面上的氧化物。加大顶锻留量是最有效的手段。先进成形制造教育部重点实验室,焊接技术研究中心汽车焊接结构的疲劳断裂及预防措施疲劳断裂是金属结构失效的一种主要形式。大量统计资料表明，由于疲劳而失效的金属结构，约占失效结构的90%。疲劳一般从应力集中处开始，而焊接结构的疲劳又往往从焊接接头处产生。采用合理的焊接接头设计，提高焊缝质量、消除焊接缺陷是防止和减少结构疲劳事故的重要方面。先进成形制造教育部重点实验室,焊接技术研究中心焊接电压的设定薄板的焊接电压=电流ⅹ0.04+16±1（v）电流是90A时焊接电压为90ⅹ0.04+16±1（v）=19。1~20。1v厚板的焊接电压=电流ⅹ0.04+18±1（v）电流是310A时焊接电压为310ⅹ0.04+18±1（v）=28.4~32.4v当用小于1.0的焊丝时，焊接电压要比￠1.2的焊丝设高1~2v,粗丝电流容易通过，阻抗小。如果是200A电流，有0.01欧姆的电阻就会有2v的压降.设定的18V实际只有16V进行焊机特性确