【正文】 第四篇 焊接成形工藝 第一章 電弧焊 第二章 其他常用焊接方法 第三章 常用金屬材料的焊接 第四章 焊接結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 167。 1 .1焊接電弧 ? 焊接電弧：是電極與工件之間氣體介質(zhì)中長時(shí)間的放電現(xiàn)象。 ? 一般情況下，電弧熱量在陽極區(qū)產(chǎn)生的較多，約占總熱量的43%，陰極約 36%，弧柱約 21%。 ? 溫度：用鋼焊條焊鋼材時(shí) 陽極區(qū) —2600K 陰極區(qū) —2400K 電弧中心 —6000~8000K 使用直流電源焊接時(shí)有正接、反接兩種： 正接：正極接工件 —工件溫度可稍高一些。 反接：負(fù)極接工件，工件溫度可稍低一些。 交流焊機(jī)、無正反接特點(diǎn)，溫度均為 2500K。 焊機(jī)的空載電壓就是焊接時(shí)引弧電壓，一般為 50~90V，電弧穩(wěn)定燃燒時(shí)電壓為電弧電壓。電弧長度越大，電弧電壓也越高，一般為 16~35V 167。 焊接接頭的組織與性能 一、焊接工件上溫度的變化與分布 ? 各點(diǎn)處由常溫 —較高溫度 —常溫 固態(tài) 液態(tài) 固態(tài) ? 溫度變化如 43圖 二、焊接接頭組織與性能 ? 以低碳鋼為例 圖 44中， ⒈焊縫 焊縫的結(jié)晶是從熔池底壁開始向中心成長。焊縫兩側(cè)工件方向冷卻較快，故形成的柱狀的鑄態(tài)組織，由鐵素體和少量的珠光體組成，熔池中部最后結(jié)晶，低熔點(diǎn)的硫磷雜質(zhì)和氧化鐵等易偏析物集中在焊縫中心，將影響焊縫的力學(xué)性能。 由于電弧吹力和保護(hù)氣體吹動(dòng)，熔池底壁柱狀晶體成長受到干擾，柱狀晶體呈傾斜狀，晶粒有所細(xì)化。 由于焊接材料的滲合金作用，焊縫金屬性能可能不低于母材金屬的性能。 ⒉焊接熱影響區(qū)、熔合區(qū)、過熱區(qū)、正火區(qū)、部分相變區(qū)等。 ⑴ 熔合區(qū) 處于液相線、固相線之間，所以也稱半熔化區(qū)。因溫度過高而成為過熱粗晶，強(qiáng)度、塑性和韌性都下降。此處接頭斷面變化，易引起應(yīng)力集中。此區(qū)很大程度上決定著焊接接頭的性能。 ⑵ 過熱區(qū) 被加熱到 Ac3以上 100～ 200176。 C至固相線溫度區(qū)間。奧氏體晶粒急劇長大，形成過熱組織，故塑性、韌性降低，對(duì)易淬火鋼，此區(qū)脆性更大 ⑶正火區(qū) 被加熱到 Ac1到 Ac3以上 100～ 200176。 C區(qū)間。在此區(qū)溫度范圍內(nèi)，加熱時(shí)發(fā)生重結(jié)晶，轉(zhuǎn)變?yōu)榧?xì)小的奧氏 體晶粒，冷卻后為均勻而細(xì)小的鐵素體和珠光體，其力學(xué)性能優(yōu)于母材。 ⑷部分相變區(qū) 相當(dāng)于加熱到 Ac1～ Ac3溫度區(qū)間。珠光體和部分鐵素體發(fā)生重結(jié)晶，轉(zhuǎn)變成細(xì)小奧氏體晶粒。部分鐵素體不發(fā)生相變，但晶粒有長大趨勢。冷卻后晶粒大小不均，因而其力學(xué)性能比正火區(qū)稍差。 焊接熱影響區(qū)的大小和組織、性能變化的程度，決定于焊接方法、焊接參數(shù)、接頭形式和焊后冷卻速度等因素。增加焊接速度或減少焊接電流都能減少焊接熱影響區(qū) 。 三、改善焊接熱影響區(qū)組織和性能的方法 ? 焊接熱影響區(qū)在電弧焊焊接接頭中是不可避免的。 ? 用焊條電弧焊或埋弧焊方法焊接一般低碳鋼結(jié)構(gòu)時(shí)，熱影響區(qū)較窄，危害性較小，焊后不進(jìn)行熱處理即可使用。 ? 但對(duì)重要的碳鋼構(gòu)件、合金鋼構(gòu)件、電渣焊焊接的構(gòu)件為消除熱影響區(qū)影響，一般采用焊后正火處理。 ? 對(duì)焊后不能進(jìn)行熱處理金屬材料或構(gòu)件，則只能在正確選擇焊接方法與焊接工藝上來減少焊接熱影響區(qū)的范圍。 167。 焊接應(yīng)力與變形 ? 焊接過程中，焊縫被加熱處于液態(tài)，相鄰的金屬加熱到很高的溫度，然后再快速冷卻下來，各點(diǎn)處溫度不同，冷卻速度也不相同，在熱脹冷縮和塑性變形的影響下，必將產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力、變形或裂紋。 ? 焊縫是靠一個(gè)移動(dòng)的點(diǎn)熱源加熱，然后逐次冷卻下來形成的，因此應(yīng)力的形成、大小和分布狀況較復(fù)雜。 焊接應(yīng)力的存在將影響焊接構(gòu)件的使用性能，承載能力大為降低，對(duì)于接觸腐蝕性介質(zhì)的焊件，應(yīng)力腐蝕現(xiàn)象加劇，減少使用期限。 ?假定整條焊縫同時(shí)形成，則應(yīng)力分布如圖 45 ? 對(duì)于承受重載的重要構(gòu)件、壓力容器等，焊接應(yīng)力的防止和消除： ① 選擇塑性好的材料。 ② 避免焊縫密集交叉，焊縫過長，截面過大。 ③ 合理的焊接次序。圖 46 a 為正確。 ④ 焊前預(yù)熱，可減小溫差，減少焊接應(yīng)力較為效。 ⑤ 采用小能量焊接方法，或焊后立即捶擊。 ⑥ 需較徹底地消除焊接應(yīng)力時(shí)，焊后去應(yīng)力退火。 ⑦ 采用水壓試驗(yàn)或振動(dòng)法消除焊接應(yīng)力。 焊接變形：由焊接應(yīng)力引起。 ? 變形種類： 圖 47 收縮變形 角變形 彎曲變形 扭曲變形 波浪變形 ? 焊件產(chǎn)生變形主要由焊接應(yīng)力引起的，預(yù)防焊接應(yīng)力的措施對(duì)防止焊接變形有時(shí)是有效的。 ? 當(dāng)對(duì)焊件的變形有較高的限定時(shí)： 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中應(yīng)采用：對(duì)稱結(jié)構(gòu)或大剛度結(jié)構(gòu)、焊縫對(duì)稱分布結(jié)構(gòu)。 施焊中：采用反變形措施或剛性夾持方法（剛性夾持不適于淬硬性較大的鋼結(jié)構(gòu)和鑄鐵 件） ? 焊接應(yīng)力過大的嚴(yán)重后果是焊件（工件）產(chǎn)生裂紋，危害極大，對(duì)重要工件焊后應(yīng)探傷。 ? 焊接裂紋與： 焊接材料的成分（如硫、磷含量高）有關(guān)； 和焊縫金屬的結(jié)晶特點(diǎn)（結(jié)晶區(qū)間要?。┯嘘P(guān)； 含氫量的多少有關(guān)。 ? 所以焊接中應(yīng)：合理選材、采取措施減少應(yīng)力、選用合理的焊接工藝、焊接參數(shù) （如：采用堿性焊條、小能量焊接、預(yù)熱、合理的焊 接次序等 167。 焊條電弧焊 焊條電弧焊（即手工電弧焊）適于高強(qiáng)度鋼、鑄鋼、鑄鐵、和非鐵合金，其焊接接頭可與工件的強(qiáng)度相近，是焊接生產(chǎn)中應(yīng)用最廣泛的焊接方法。 一、焊條電弧焊的焊接過程 ? 電弧在工件和焊條之間燃燒，產(chǎn)生高溫，電弧熱使工件、焊芯同時(shí)熔化，形成熔池。同時(shí)藥皮熔化和分解。 藥皮熔化 → 進(jìn)入熔池發(fā)生反應(yīng) → 形成熔渣 → 保護(hù)熔化金屬。 藥皮分解 → CO2,CO,H2等氣體 → 圍繞在電弧周圍 →保護(hù)熔