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焊接结构主要是指焊接的金属结构，由于其具有优良的力学性能和其他方面的使用性能，较易于适合各方面的使用要求，较少受尺寸和形状的限制，制造过程简单，结构重量轻，便于运输和安装。所以，焊接结构在几乎所有的工艺部门和广泛的生活领域中都有大量的应用。 机器结构是一种很重要的结构类型，随着现代焊接技术的成熟和发展，使焊接结构在机器制造业也得到普遍的应用。以焊代铸、以焊代锻以及采用铸-焊联合结构。锻-焊联合结构，已显示出极大的优越性。近年来在各种机床和大型机械设备的床身、机座、横梁、箱体等都逐渐采用焊接结构。 一．焊接工艺基础知识： 焊接时通过加热、加压，或两者并用，使两工件产生原子间结合的加工工艺和联接方式。焊接应用广泛，既可用于金属，也可用于非金属。 1.焊接方法 金属焊接方法有40种以上，主要分为熔焊、压焊和钎焊三大类。 （1）.熔焊 熔焊是在焊接过程中将工件接口加热至融化状态，不加压力完成焊接的方法。熔焊时，热源将待焊两工件接口处迅速加热融化，形成熔池。熔池随热源向前移动，冷却后形成连续焊缝而将两工件连接成为一体。 在熔焊过程中，如果大气与高温的熔池直接接触，大气中的氧就会氧化金属和各种合金元素。大气中的氨、水蒸气等进入熔池，还会在随后冷却过程中在焊缝中形成气孔、夹渣、裂纹等缺陷，恶化焊缝的质量和性能。 为了提高焊接质量，人们研究出了各种保护方法。例如，气体保护电弧焊就是用氨、二氧化碳等气体隔绝大气，以保护焊接时的电弧和熔池率；又如钢材焊接时，在焊条药皮中加入氧亲和力大的钛铁粉进行脱氧，就可以保护焊条中有益元素锰、硅等免于氧化而进入熔池，冷去后获得优质焊缝。 （2）.压焊 压焊是在加压条件下，使两工件在固态下实现原子间结合，又称固态焊接。常用的压焊工艺是电阻对焊，当电流通过两工件的连接端时，该处因电阻很大而温度上升，当加热至塑性状态时，在轴向压力作用下连接成为一体。 各种压焊方法的共同特点是在焊接过程中施加压力而不加填充材料。多数压焊方法如扩散焊、高频焊、冷压焊等都没有融化过程，因而没有像熔焊那样的有益合金元素烧损，和有害元素入侵焊缝的问题，从而简化了焊接过程，也改善了焊接安全卫生条件。同时由于加热温度比熔焊低、加热时间段，因而热影响区小。许多难以用融化焊焊接的材料，往往可以用压焊焊成与母材同等强度的优质接头。 （3）.钎焊 钎焊是使用比工件熔点低的金属材料做钎料，将工件和钎料加热到高于钎料熔点、低于工件熔点的温度，利用液态钎料润湿工件，填充接口间隙并与工件实现原子间的相互扩散，从而实现焊接的方法。 焊接时形成的连接两个被连接体的接缝称为焊缝。焊缝的两侧在焊接时会受到焊接热作用，而发生组织和性能变化，这一区域被称为热影响区。焊接时因工件材料焊接材料、焊接电流等不同，焊后在焊缝和热影响区可能产生过热、脆化、淬硬或软化现象，也使焊件性能下降，恶化焊接性。这就需要调整焊接条件，焊前对焊件接口处预热、焊时保温和焊后热处理可以改善焊件的焊接质量。 （4）.注意事项 另外，焊接是一个局部的迅速加热和冷却=过程，焊接区由于受到四周工件本体的约束而不能自由膨胀和收缩，冷却后在焊件中便产生焊接应力和变形。重要产品焊后都需要消除焊接应力，矫正焊接变形。 现代焊接技术已能焊出无内外缺陷的、机械性能等于甚至高于被连接件的焊缝。被焊接体在空间的相互位置称为焊接接头，接头处的强度除受焊缝质量影响外，还与其几何形状、尺寸、受力情况和工作条件等有关。接头的基本形式有对接、搭接、丁字接（正交接）和角接等。 对接接头焊缝的横截面形状，决定于被焊接体在焊接前的厚度和两接边的坡口形式。焊接较厚的钢板时，为了焊透而在接边处开出各种形状的坡口，以便较容易地送入焊条或焊丝。坡口形式有单面施焊的坡口和两面施焊的坡口。选择坡口形式时，除保证焊透外还应考虑施焊方便，填充金属量少，焊接变形小和坡口加工费用低等因素。 厚度不同的两块钢板对焊时，为避免截面急剧变化引起严重的应力集中，常把较厚的板边逐渐削薄，达到两接边处等厚，。对接接头的静强度和疲劳强度比其他接头高。在交变、冲击载荷下或低温高压容器中工作的联接，常优先采用对接接头的焊接。 搭接接头的焊前准备工作简单，装配方便，焊接变形和残余应力较小，因而在工地安装接头和不重要的结构上时常采用。一般来说，搭接接头不适于交变载荷、腐蚀介质、高温或低温等条件工作。 采用丁字接头和角接头通常是由于结构上的需要。丁字接头上未焊透的角焊缝工作特点与搭接接头的角焊缝相似。当焊缝与外力方向垂直时便成为正面角焊缝，这时焊缝表面形状会引起不同程度的应力集中；焊透的角焊缝受力情况与对接接头相似。 角接头承载能力低，一般不单独使用，只有在焊透时，或在内外均有角焊缝时才有所改善，多用于封闭形结构的拐角处。 焊接产品比铆接件、铸件和锻件重量轻，对于交通运输工具来说可以减轻自重，节约能量。焊接的密封性好，适于制造各类容器。发展联合加工工艺,使焊接与锻造、铸造相结合，可以制成大型、经济合理的铸焊结构和锻焊结构，经济效益很高。采用焊接工艺能有效利用 材料，焊接结构可以在不同部位采用不同性能的材料，充分发挥各种材料的特长，达到经济、优质。焊接已成为现代化工业中一种不可缺少，而且日益重要的加工工艺方法。 在近代金属焊接比铸造、锻压工艺发展较晚，但发展速度很快。焊接结构的重量约占刚才产量的45%，铝和铝合金焊接结构的比重也不断增加。 未来的焊接工艺，一方面要研制新的焊接方法、焊接设备和焊接材料，以进一步提高焊接质量和安全可靠性，如改进现有电弧、等离子、电子束、激光等焊接能源；运用电子技术和控制技术，改善电弧的工艺性能，研制可靠轻巧的电弧跟踪方法。 另一方面要提高焊接机械化和自动化水平，如韩吉实现程序控制、数字控制；研制从准备工序、焊接到质量监控全部过程自动化专用焊机；在自动焊接生产线上，推广、扩大数控的焊接机械手和焊接机器人，可以提高焊接生产水平，改善焊接卫生安全条件。 二.常用焊接结构的材料 （一）.金属的焊接 是指金属材料对焊接加工的适应性，主要指在一定焊接工艺条件下（包括焊接方法、焊接材料、焊接规范及接头形式等），获得优质焊接接头的难以程度。金属焊接性包括两方面的概念：一是在焊接加工时金属形成完美焊接接头的能力，即结合性能；二是已焊成的焊接接头在使用条件下安全运行的能力，即使用性能。改善金属的焊接方法、焊接材料、工艺措施，能使金属材料获得优质的焊接接头。 （二）.工艺焊接性 焊接接头的 工艺焊接性是金属或合金在一定的工艺条件下，经过物理、化学反应而形成具有一定使用性能的焊接接头的能力。工艺焊接性与很多因素密切相关，影响工艺焊接性的主要因素如下： （1）.材料因素 影响焊接接头的材料因素包括母材本身和使用的焊接材料。例如，焊条电弧焊时的焊条；气体保护焊时的焊丝和气体等。它们在焊接时都直接参与熔池和半融化区的冶金过程。所以，母材或焊接材料选用不当，会造成焊缝金属化学成分不合格，力学性能和其他性能降低，甚至造成裂纹、气孔等严重缺陷，即工艺焊接性变差。由此可见，材料因素对焊接质量的影响非常重要。正确选用母材和焊接材料是保证工艺焊接性良好的重要保证。例如，45钢的工艺焊接性较差，不能跟Q235A进行焊接。 （2）工艺因素 对于同一种被焊接材料，当采用不同的焊接方法和工艺措施时，所表现的工艺焊接性也不同。 工艺措施对防治焊接接头缺陷，提高使用性能也有重要作用。最常见的工艺措施就是焊前预热和焊后缓冷，这些 措施对防止热影响去淬硬变脆。降低焊接应力、避免氢致冷裂纹都是比较有效的。 合理安排焊接顺序能减小应力与变形。 此外，焊前的冷作变形（如弯曲）、装配、气割等工序也应符合材料特点，以免造成硬化、脆化或不利的应力状态，一起裂纹等缺陷。 （3）.结构因素 焊接接头的结构设计会影响应力状态，从而对焊接性也产生影响。设计结构时应使焊接接头处于刚度较小的状态，使接头能够自由收缩，有利于防止焊接裂纹。 （4）.使用条件 焊接结构的使用条件多种多样，如工作稳固的高低、工作介质的种类、载荷性质等。使用条件越不利，对焊接性的要求就越高。 可见，工艺焊接性与材料、工艺、结构和使用条件等因素都有密切关系。所以，面对复杂的结构材料，为了解决焊接性问题，必须根据结构、使用条件的要求，正确选择母材、焊接方法和焊接材料，采取适当的工艺措施，避免不合理的结构形式。不但可以提高焊接接头的可靠性，还可以降低生产成本。 （三）.焊件几何形状的复杂程度、刚性大小及焊缝位置 对与形状复杂、结构刚性大以及大厚度的焊件，由于焊接过程中易产生较大的焊接应力，而导致裂纹的产生。必须采用抗裂性好的低氢型或超低氢型焊接材料。焊接部位为空间任一位置时，必须选用能更尽心全位置焊接电焊条或药芯焊丝。接头坡口难以清理干净时，应采用氧化性强，对铁锈、油垢等不敏感的酸性焊条或焊丝。 三.焊接接头及其设计 （一）。焊接接头的特点与类型 1.焊接接头的概念及特点 （1）.焊接接头的基本概念 焊接连接是一种不可拆卸的连接，焊接接头就是用焊接方法连接的不可拆卸接头。 在焊接结构中，焊接接头主要起两方面的作用：一是连接作用，即把被焊工件连接成一个整体；二是传力作用，即传递被焊工件所承受的载荷。根据其作用焊接接头可以分为一下三类： ①工作接头 它是焊缝与被焊接工件串联的接头，焊缝传递全部载荷，它把焊接结构中的作用力从一个零件传至另一个零件，焊缝一旦断裂，结构就会立即失效。 ②.联接接头 它是焊缝与被焊工件并联的接头，焊缝传递很小载荷，它将两个或多个的零件连接成整体，以保持其相对位置，焊缝一旦断裂，结构也不会失效。 ③.双重性接头 焊缝即起连接作用，又起传力作用，这种焊缝就称双重性焊缝，它既有联系应力，又有工作应力。 2.焊接接头的特点 （1）.焊接接头的突出特点 ①.能很好的适应不同形状、不同材料结构的要求。材料=利用率高，接头占用空间小。 ②.现代焊接和检验技术水平可以获得高质量、高可靠性的焊接接头。特别是焊透的熔焊接头，能很好的承受各项载荷。 ③.施工难度低，可实现自动化，制造成本相对较低，不易产生废品。 （2）.焊接接头的突出问题 ①.外形尺寸突变，可能存在各种焊接缺陷，从而引起应力集中，减小承载面积，形成断裂源。 ②焊接接头是一个不均匀体，可能存在脆化区、软化区、各种劣质区。 ③.焊接区存在角变形、错边等焊接变形和接近材料屈服应力水平的残余应力。此外，还可能造成整个结构的变形。 （二）.焊接接头的基本类型 焊接接头的种类和形式很多，可以从不同的角度加以分析。例如，可按所采用的焊接方法、接头构造形式以及坡口形状、焊缝类型等来分类。 1.按焊接方法的不同进行分类 焊接接头可以分为熔焊接头、压焊接头和钎焊接头三大类。又因出采用的具体焊接方法不同细分。例如，属于熔焊接头的有焊条电弧焊接头、埋弧焊接头、气体保护焊接头、电渣焊接头等；属于压焊接头的有点焊接头、缝焊接头、对焊接头等；属于钎焊接头的有软、硬钎焊接头等。 2.按接头的构造形式不同进行分类 焊接接头可以分为对接接头、搭接接头、T形接头、十字接头、角接接头、套筒接头、塞焊（槽焊）接头等十种方式。归纳起来，共有五种即对接接头、T形（十字）接头、搭接接头、角接接头和端接接头。 （三）.熔焊接头的基本类型 熔焊时应用最广泛、最普遍的焊接方法，上述五大类接头基本类型都适用于熔焊。 1.对接接头 是把同一平面上的两件被焊工件相对焊接起来而形成的接头。是比较理想的接头形式。在焊接不同厚度的对接接头时，需要把被焊工件的接头边缘加工成各种形式的坡口进行焊接。最常用的有V形、单边V形、双边V形、Y形等。 2.T形接头 是把相互垂直的或成一定角度的被焊工件用角焊缝的接头。是一种典型的电弧焊接头。能承受各种方向的力和力矩。特别适用于承受动载荷的结构。 3.搭接接头 是把两件被焊工件部分的重叠在一起或加上专门的搭接件用角焊缝或塞焊缝、槽焊缝连接起来的接头。搭接接头的应力分布不均匀，疲劳强度低，不是理想的接头类型。对于承受动载的接头不宜采用。 4.角接接头 是两件被焊工件断面间构成大于30o、小于135o夹角的接头。角接接头多用于箱体构件上。采用双面角焊缝连接其承载能力可大大提高。 5.端接接头 是两被焊工件重叠放置或两工件间的夹角不大于30o，在端部进行连接的接头。通常用于密封。 （四）.焊接方法 不同的焊接方法有不同的焊接工艺。焊接工艺主要依据被焊工件的材质、牌号、化学成分、焊接接头类型、焊接性能要求来确定。首先要确定焊接方法，如手弧焊、埋弧焊、钨极氩弧焊、熔化极气体保护焊等等，焊接方法的种类非常多，只能根据具体情况选择。确定焊接方法后，再制定焊接工艺参数，焊接工艺参数的种类各不相同，如手弧焊主要包括：焊条型号（或牌号）、=直径、电流、电压、焊接电源种类、极性接法、焊接层次、道数、检验方法等。Co2气体保护焊主要包括：焊丝型号、直径、电流、电压、气体流量等。 （1）.预热： 预热有利于减低中碳钢热影响区的最高硬度，防止产生冷裂纹，这是焊接中碳钢的主要工艺措施，预热还能改善接头塑性，减小焊后残余应力。通常，35和45钢的预热温度为150~250℃含碳量再高或者因厚度和刚度很大，裂纹倾向大时，可将预热温度提高至250~400℃. 若焊件很太大,整体预热有困难时,可进行局部预热,局部预热的加热范围为焊口两侧各150-200mm。 （2）.焊条条件 许可时优先选用碱性焊条和药芯焊丝。 （3）.工艺参数 由于母材融化到第一层焊缝金属中的比例高达30%左右，所以第一层焊缝焊接时，应尽量采用小电流、慢焊接速度，以减小母材的熔深。 % u1 z6 k! ~5 u; q5 B2 l% ~
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发表于 2015-12-18 14:08:41
