焊接标准化知识培训教程 59页

1 一、焊接基本概念 Ø 焊接：是通过加热或加压或两者并用，用（或 不用）填充材料将同种（或异种）金属材料实现原 子之间结合的加工方法。 l 促进原子或分子之间产生结合和扩散的方法是 加热或加压，或两者并用。 l 两件可为同种或异种材料（金属和非金属）。 2 二、焊接方法分类 Ø 根据在焊接过程中金属材料所处的状态，焊接 方法分熔焊、压焊和钎焊等三大类。 l 熔焊：将待焊处的母材金属熔化以形成焊缝的 焊接方法称为熔焊。常见的有电弧焊、气焊、电渣 焊、埋弧焊及各种气体保护焊、激光焊等。其中又 分为熔化极和非熔化极。 l 压焊：在焊接过程中，必须对焊件施加压力 （加热或不加热），以完成焊接的方法，称为压焊。 l 钎焊：是硬钎焊和软钎焊的总称。其主要特点 是母材不熔化。 3 Ø 热作用局部性：与热处理不同，属于不均匀加热。 Ø 瞬时间性：热源以一定速度（300mm/min左、右）移 动，加热速度达到1500℃/S，短时间内可将大量热量从加 热源传递到焊接工件上，而母材迅速将热量导出而冷却降 温。 Ø 焊接加热过程对焊缝质量的影响： l 影响熔池金属的理化反应，造成不完全偏析、气孔、 夹杂等缺陷。 l 由于热传导过程，使焊缝区域金属产生淬硬、脆化、 软化等组织。 l 由于不均匀加热及冷却，产生不均匀应力和变形，形 成裂纹。 三、焊接过程的特点及影响 4 Ø 概念：金属材料的焊接性能是指材料对焊接加 工的适应性；即指金属用一定的焊接方法和在一定 的工艺要求下能否获得优良接头的性能和该接头能 否在使用条件下可靠地运行的性能。 l 使用焊接性：焊接接头或整个结构满足产品技术 要求条件规定的使用性能和要求。 l 焊接性不仅与材料本身的固有性能有关，同时也 与许多焊接工艺条件有关。 四、常用金属材料的焊接性能 5 Ø 金属材料的焊接性能与金属材料的化学成分有 很大关系；一般用碳当量的大小来衡量: ü 碳当量（CE）＜0.4%时，钢材的淬硬倾向不明显， 可焊性优良，焊接时不必预热。 ü 碳当量（CE）=0.4%~0.6%时，钢材的淬硬倾向 逐渐明显，需要采取适当预热，控制线能量等工艺 措施。 ü 碳当量（CE）＞0.6%时，淬硬倾向强，可焊性不 好。 6 Ø 影响材料焊接性的主要因素： l 材料因素： ü 物理性能：熔点、热导率、热容量等。 ü 化学性能：对氢、氮的敏感程度。 l 工艺因素：焊接方法、工艺参数、焊接顺序、预热、 后热、焊后热处理等。 l 结构因素：焊接结构和接头的设计形式（如形状、 尺寸、厚度、接头坡口形式、焊缝布置及截面形状）。 l 使用条件：结构的工作温度、负载情况和工作介质 等，如低温工作要求抗脆性断裂；交变载荷要求焊缝 抗疲劳性能。 7 Ø 概念：用焊接方法把金属材料连接起来的接头叫焊 接接头。 Ø 接头形式： l 对接接头： 五、焊接接头及形式 ü 对接接头有Ⅰ形坡口、V形坡口、X形坡口、U形坡口、 单边U形坡口、双面U形坡口等形式。 8 l T形接头： ü T形接头坡口有I形坡口、单边V形、K形以及双U形坡 口等四种形式。 9 l 角接接头： ü 角接接头有I形坡口、单边V形坡口、V形坡口及K形坡 口等四种形式。 10 l 搭接接头： ü 搭接接头有I形坡口、圆孔内塞焊及长孔内角焊三种 形式。 l 卷边接头： 11 六、焊接坡口形式及表示方法 Ø 焊接坡口主要有Ⅰ形坡口、卷边坡口、V形坡口、X形坡口、单边V 形坡口、双单边V形坡口、Y形坡口、 U形坡口、单边U形坡口、双面U形 坡口、双U形坡口、J形坡口等形式。 Ø 焊缝坡口设计的基本知识： l 一般手工焊和CO2气体保护焊在板厚小于8mm，埋弧焊在板厚小于 12mm时不开坡口，即通常所说的采用I形坡口。 l 坡口间隙根据不同焊接方法及板厚具体确定，一般手工焊和CO2气体 保护焊为0~3mm，埋弧焊为2~6mm。 l 坡口钝边：手工焊和CO2气体保护焊为1~2mm，埋弧焊为2~6mm。 l 坡口角度：以“V”坡口为例说明： ü 单面手工焊： （δ：8~12mm）坡口角度为：70±5°； （δ：12~20mm）坡口角度为：60±5°。 ü 双面手工焊：（δ：8~12mm）坡口角度为：70±5°； （δ：12~20mm）坡口角度为：60±5°。 12 ü 单面CO2气体保护焊（t：8~20mm）坡口角度为：50±5°。 ü 双面CO2气体保护焊（t：8~20mm）坡口角度为：45±5°。 ü 单面埋弧焊（t：12~20mm）坡口角度为：60±5°。 ü 双面埋弧焊（t：16~30mm）坡口角度为：60±5°。 l 1、Ⅰ形坡口： l 2、卷边坡口： 13 l 3、单边V形坡口： l 4、V形坡口： 14 l 5、带钝边单边V形坡口： l 6、双单边V形坡口： 15 l 7、带钝边双单边V形坡口： l 8、Y形坡口： 16 l 9、带钝边（双）U形坡口： l 10、带钝边（双）J形坡口： 17 Ø 接头的选择原则： l 根据产品的结构形状、尺寸、材质、技术要求等。 l 根据采用的焊接方法及接头的基本特性。 l 根据承载荷的性质、大小（如拉伸、压缩、弯曲、冲击等）。 l 根据工作环境要求。 l 根据变形与控制及施焊的难易程度。 l 根据接头的焊前准备和焊接费用等。 Ø 坡口的选择原则： l 保证焊件的焊接质量、焊缝能焊透。 l 坡口容易加工（如U型坡口比V型坡口加工困难，费用高）。 l 尽可能减少金属填充量。 l 减少焊接变形。 l 保证焊接可达性。 l 不同位置的焊接操作要求。 18 七、常见焊缝表示方法 （常见焊缝表示图一） Ø 常见焊缝主要有Ⅰ形焊缝、卷边焊缝、V形焊缝、X形焊 缝、单（双）边V形焊缝、Y形焊缝、单（双）边U形焊缝、点 焊缝、堆焊缝、J形焊缝、喇叭形焊缝等形式。 19 （常见焊缝表示图二） ü 焊缝辅助符号有平面、凸面、凹面、三面、周围、现场、尾部等；焊缝详 细表示及具体要求见GB/T 324-1988《焊缝符号表示法》、GB/T 985-1988《气 焊、手工电弧焊及气体保护焊焊缝坡口的基本形式与尺寸》等标准。 20 Ø 在标准中，根据产品构件的受力情况以及重要性，把焊 缝分为A、B、C、D等四大类。 l A类：承受动载、冲击载荷、作为高强度结构件以及使 用高强钢板时的焊缝（如：泵车臂架、支腿、布料杆立柱、 起重机各节臂和支腿、铣刨机支腿等）。 l B类：承受高压的焊缝（如：液压油缸、高压油管等焊 缝）。 l C类：主要部件的焊缝（如：拖泵车架、转台；摊铺机 机架、熨平板架；平地机前后机架；压路机前后车架、滚 轮等），密封焊缝（如：各产品油箱、水箱等）以及如摊 铺机覆盖件、平地机机罩等影响产品外观质量的焊缝。 l D类：配焊焊缝和其它结构焊缝。 八、Q/SY 2006-2005《焊缝质量检验通用标准》 21 Ø A类对接焊缝分级检验标准： 22 Ø A类对接焊缝分级检验标准： 23 Ø A类对接焊缝分级检验标准： 24 Ø A类对接焊缝分级检验标准： 25 Ø A类对接焊缝分级检验标准： 26 Ø B类对接焊缝分级检验标准： 27 Ø B类对接焊缝分级检验标准： 28 Ø B类对接焊缝分级检验标准： 29 Ø B类对接焊缝分级检验标准： 30 Ø B类对接焊缝分级检验标准： 31 Ø C类对接焊缝分级检验标准： 32 Ø C类对接焊缝分级检验标准： 33 Ø C类对接焊缝分级检验标准： 34 Ø C类对接焊缝分级检验标准： 35 Ø C类对接焊缝分级检验标准： 36 九、设计图样上应表明的焊接要求内容及焊缝标注 l 正确完整的焊缝标注符号； l 选定的焊接方法及所选用的焊接材料（焊接材料也可不标明而由工艺 确定）； l 焊后消除应力处理要求； l 校正焊接变形要求； l 焊缝质量等级要求（如：X射线探伤、超声波探伤的等级要求）。 l 焊接件应达到的标准：按标准Q/SY 2006-2005《焊缝质量检验通用标 准》及Q/SY 1187-2007《焊接件通用技术条件》等规定要求。 Ø 设计图样上应表明的焊接要求内容： 37 l 焊缝符号应明确地表示所要说明的焊缝，而且不使图样增加过多的注解。 l 焊缝符号一般由基本符号与指引线组成。必要时还可以加上辅助符号、 补充符号和焊缝尺寸符号等。 l 图形符号的比例、尺寸和在图样上的标注方法，按技术制图有关规定。 l 允许制定专门的说明书或技术条件，用以说明焊缝尺寸和焊接工艺等内 容。必要时也可在焊缝符号中表示这些内容。 l 完整的焊缝表示方法除了基本符号、辅助符号、补充符号以外，还包括 指引线、一些尺寸符号及数据。 l 指引线一般由带有箭头的指引线(简称箭头线)和两条基准线(一条为实线， 另一条为虚线)两部分组成。如下图所示。 Ø 焊缝标注： 38 l 箭头线的位置： ü 箭头线相对焊缝的位置般没有特殊要求，但是在标注单边V形、Y形、 U形、J形坡口的焊缝时，箭头线必须指向带有坡口一侧的工件。 ü 必要时，允许箭头线弯折一次。 l 基准线的虚线可以画在基准线的实线下侧或上侧。 l 基准线一般应与图样的底边相平行，但在特殊条件下亦可与图样的底 边相垂直。 l 基本符写相对基准线的位置：为了能在图样上确切地表示焊缝的位置， 特将基本符号相对基准线的位置作如下规定: ü 如果焊缝在接头的箭头侧，则将基本符号标在基准线的实线侧。 ü 如果焊缝在接头的非箭头侧，则将基本符号标在基准线的虚线侧。 ü 标对称焊缝及双面焊缝时，可不加虚线。 39 l 焊缝尺寸符号及标注要求： ü 一般要求：基本符号必要时可附带有尺寸符号及数据，尺寸符号主要 有： 工件厚度（t）； 坡口角度（a) ； 根部间隙（b）； 钝边（p)； 焊缝宽度（c)； 焊缝段数（n）； 焊缝间距（e）； 焊角尺寸（K）； 熔核直径（d）； 坡口深度（H）； 焊缝余高（k）； 焊缝有效厚度（S）； 坡口面角度（β）；根部半径（R）等。 ü 焊缝尺寸符号及数据的标注原则： a、焊缝横截面上的尺寸标在基本符号的左侧； b、焊缝长度方向尺寸标在基本符号的右侧； c、坡口角度、坡口面角度、根部间隙等尺寸标在基本符号的上侧或下 侧； d、相同焊缝数量符号标在尾部； e、当需要标注的尺寸数据较多又不易分辨时，可在数据前面增加相应 的尺寸符号； f、当箭头线方向变化时，上述原则不变。 ü 具体标注要求见下图示意： 40 l 焊缝标注具体要求图示： 41 l 焊缝符号的标注方法： ü 当同一图样上全部焊缝所采用的焊接方法完全相同时，焊缝符号尾部 表示焊接方法的代号可省略不注，但必须在技术要求或其他技术文件中 注明“全部焊缝均采用……焊”等字样；当大部分焊接方法相同时，也 可在技术要求或其他技术文件中注明“除图样中注明的焊接方法外，其 余焊缝均采用……焊”等字样。 ü 在焊缝符号中标注交错对称焊缝的尺寸时，允许在基准线上只标注一 次。 ü 当断续焊缝、对称断续焊缝和交错断续焊缝的段数无严格要求时，允 许省略焊缝段数。 ü 在同一图样中，当若干条焊缝的坡口尺寸和焊缝符号均相同时，可采 用集中标注（多条指引线）；当这些焊缝同时在接头中的位置均相同时， 也可采用在焊缝符号的尾部加注相同焊缝数量的方法简化标注；但其他 型式的焊缝，仍需分别标注。 42 l 关于焊缝尺寸符号的几点说明： ü 确定焊缝位置的尺寸不在焊缝符号中给出，而是将其标注在图样上。 ü 在基本符号的右侧无任何标注且又无其他说明时，意味着焊缝在工件 的整个长度上是连续的。 ü 在基本符号的左侧无任何标注且又无其他说明时，表示对接焊缝要完 全焊透。 ü 塞焊缝、槽焊缝带有斜边时，应该标注孔底部的尺寸。 ü 当同一图样中全部焊缝相同且已用图示法明确表示其位置时，可统一 在技术要求中用符号表示或用文字说明，如“全部焊缝为 ”；当部 分焊缝相同时，也可采用同样的方法表示，但剩余焊缝应在图样中明确 标注。 ü 当焊缝长度的起始和终止位置明确（已由构件的尺寸确定）时，允许 在焊缝符号中省略焊缝长度。 ü 在不致引起误解的情况下，当箭头线指向焊缝，而非箭头侧又无焊缝 要求时，允许省略非箭头侧的基准线(虚线)。 43 Ø 焊接结构件设计时应注意的事项： 在设计焊接结构 时，应尽可能采用最合理的结构形式和焊接工艺，以 保证： l 在满足设计功能要求下，焊接工作量能减至最少； l 焊接件可不再需要或只需要少量的机械加工； l 焊接变形和焊接应力能减至最少； l 能为焊接操作者创造良好的劳动条件； l 结构的生产成本低，生产效率高。 Ø 概括起来讲就是要保证产品的制造合理性、经济合 理性、使用安全性。 l 下面就一些具体的事项说明如下： 十、焊接结构设计与要求 44 l 毛坯上与其他件连接的部分应离开焊缝至少3mm。 Ø 制造合理性方面： l 焊接件应具有好的定位基准——保证组装的可操作性。 l 考虑焊接时操作方便，结构特殊更应考虑焊缝的布置，在设计图1 结构中应保证焊接作业时的最小间距L；在图2中（a）结构设计不合 理，（b）结构设计合理。 45 l 焊缝的位置应使焊接设备的调整次数和工件的翻转次数为最少。 Ø 经济合理性方面： l 考虑最有效的焊接位置，以最小量焊接达到最大量效果。 l 在不影响产品性能的前提下，长焊缝尽量采用间断焊缝。 l 根据产品结构特点，尽量设计为平焊、横焊，避免立焊、仰焊。 46 l 正确选用角焊缝的计算厚度。角焊缝在较小的负载下，不必计算 强度，可按经验确定焊角高度尺寸k，即按连接钢板中较薄的板厚考 虑。单面角焊缝k≥0.6δ；双面角焊缝k≥0.3δ。一般k不应超过 12mm，根据强度计算k值需大于12mm时，应选择其他形式的焊缝。 l 一般情况下尽量不要把焊缝布置在加工面上。 47 l 根据不同的焊接方法和板厚确定合理的坡口形式：如V形坡口焊缝 制备简单，但焊接工作量大，使焊接成本提高；X形坡口焊缝，但制 备较复杂，焊接工作量小，在对接焊缝中可适当选用，在角焊缝中双 面角焊缝填充金属小，并能承受较高负载，变形也小，应优先采用。 Ø 使用安全性方面： l 避免将焊缝设计在应力容易集中的地方，特别是重要部件或承受 反复载荷的焊接件，更应注意这一点。合理布置构件的相互位置，以 保证焊接件的刚性。 48 l 焊缝的根部在避免处于受拉应力的状态。 l 直接传递负载的焊接件，采用整体嵌接为好，将工作焊缝转为联 系焊缝。 49 l 箱形焊接结构件应设计为折弯件的拼焊。 l 避免焊缝过分集中，以防止裂纹、减少变形；同时，焊缝间应保 持足够的距离。 50 l 焊接端部产生锐角的地方，应尽量使角度变缓；薄板筋的锐角必 须去掉，因为尖角处易熔化。 l 焊缝应交错布置，避免交叉焊缝，特别是厚截面时更应注意。 51 l 合理安排焊缝位置，焊缝应相对构件中性轴对称，或靠近中性轴， 以减少收缩力矩或弯曲变形。如有困难，则应使较厚的焊缝布置在靠 近中性轴，较薄的焊缝布置在另一边。 l 尽量减少焊缝的数量，在可能的情况下，用冲压结构代替筋板结构， 特别是对薄板结构十分有效。 l 蒙皮采用接触点焊代替熔化焊，可减少变形。 52 l 丁字接头受集中载荷作用时，必须使集中载荷作用处有足够的刚度。 53 l 在不同厚度钢板的对接焊接件设计时，两板的厚度差（t2-t1）超过下 列允许数值时，应在较厚板上作出单面或双面削薄，其削薄长度为 L=3（t2-t1）： 较薄板厚度t1为2~5mm时，允许厚度差（t2-t1）为1mm； 较薄板厚度t1为5~9mm时，允许厚度差（t2-t1）为2mm 较薄板厚度t1为9~12mm时，允许厚度差（t2-t1）为3mm； 较薄板厚度t1为大于12mm时，允许厚度差（t2-t1）为4mm。 54 十一、焊缝探伤检验基本方法简介 Ø GB/T 3323-87 钢熔化焊对接接头射线照相和质量分级 l 本标准规定了2～200mm母材厚度钢熔化焊焊缝的X射线和γ射线 照相方法以及焊缝的质量分级。分为X射线和γ射线照相两种方法。 l 按射线源、工件和胶片之间的相互位置关系，透照方式分为纵 缝透照法、环缝外透法、环缝内透法、双壁单影法和双壁双影法五种。 l 按所需要达到的底片影象质量，射线照相方法分为A级(普通级)， A B级(较高级)和B级(高级)。选用B级时，焊缝余高应磨平。 l 焊缝质量分级： 根据缺陷的性质和数量，焊缝质量分为四级： ü I级焊缝内应无裂纹、未熔合、未焊透和条状夹液。 ü II级焊缝内应无裂纹、未熔合和未焊透。 55 ü Ⅲ级焊缝内应无裂纹、未熔合以及双面焊和加垫板的单面焊中的 未焊透。不加垫板的单面焊中的未焊透允许长度按条状夹渣长度的Ⅲ 级评定。 ü 焊缝缺陷超过Ⅲ级者为Ⅳ级。 ü 条状夹渣的分级：长、宽比大于3的夹渣定义为条状夹渣。（用 条状夹渣总长在检测焊缝内所占的长度）。 ü 圆形缺陷的分级：长、宽比小于或等于3的缺陷定义为圆形缺陷。 它们可以是圆形、椭圆形、锥形或带有尾巴等不规则的形状(在测定尺 寸时应包括尾部)；包括气孔、夹渣和夹钨。（用缺陷点数进行评级）。 56 l 本标准规定了检验焊缝及热影响区缺陷、确定缺陷位置、尺寸和 缺陷评定的一般方法及探伤结果的分级方法；适用于母材厚度不小于8 mm的铁素体类钢全焊透熔化焊对接焊缝脉冲反射法手工超声波检验； 不适用于铸钢及奥氏体不锈钢焊缝，外径小于159mm的钢管对接焊缝， 内径小于或等于200 mm的管座角焊缝及外径小于250mm和内、外径之比 小于80%的纵向焊缝。 Ø GB/T 11345-1989 《钢焊缝手工超声波探伤方法和探伤结果 分级》： l 检验等级的分级： 根据质量要求检验等级分为A、B、C三级，检验的完善程度A级最 低，B级一般，C级最高，检验工作的难度系数按A、B、C顺序逐级增高。 应按照工件的材质、结构、焊接方法、使用条件及承受载荷的不同合 理的选用检验级别。A级难度系数为1、B级为5~6、C级为10~12。 57 l 检验等级的检验范围 ü A级检验：采用一种角度的探头在焊缝的单面单侧进行检验，只 对可以扫查到的焊缝截面进行探测。 ü B级检验：采用一种角度探头在焊缝的单面双侧进行检验，对整 个焊缝截面进行探测。 ü C级检验：至少要采用两种角度探头在焊缝的单面双侧迸行检验。 58 检 验 等 级板 厚 ： mm 评 定 等 级 A B C 8～50 8～300 8～300 Ⅰ 2/3t、 最小12 1/3t、 最小10 最大30 1/3t、 最小 10 最大20 Ⅱ 3/4t、最小12 2/3t、 最小12 最大50 1/2t、 最小 10 最大30 Ⅲ ＜t、最小20 3/4t、 最小16 最大75 2/3t、 最小 12 最大50 Ⅳ 超过Ⅲ级的焊缝 l 本在标准GB/T11345-1989中，焊缝质量等级可分为四级，根据检 验等级及反射波幅的长短来评定焊缝的等级，具体可参照下表等级要 求（其中t为坡口加工侧母材厚度，母材板厚不同时，以较薄侧板厚为 准） ： 59