第1篇 第4章 焊接工藝規(guī)程設計,4.1 焊接工藝規(guī)程設計概念 4.2 焊接符號與標注 4.3 焊接接頭及坡口型式 4.4 金屬焊接性與焊接工藝評定 4.5 焊接工藝要素和規(guī)范 4.6 焊接應力與變形 4.7 焊接缺陷與檢驗 4.8 鍋爐與壓力容器用鋼焊接工藝特點,4.1 焊接工藝規(guī)程設計概念 1.基本概念 (1)生產過程 利用相應制造工藝將原材料轉變?yōu)槌善啡^程。 (2)制造工藝 生產過程中制造方法和制造工藝過程的總稱。 (3)工藝過程 改變生產對象的形狀、尺寸、相對位置和性質使其成為成品或半成品過程。 (4)工藝規(guī)程 規(guī)定產品或零部件制造工藝過程和操作方法等的工藝文件稱為工藝規(guī)程。,4.1 焊接工藝規(guī)程設計概念 2.工藝規(guī)程作用 工藝規(guī)程還是連接設計和制造的橋梁。工藝規(guī)程是指導生產、組織生產、管理生產的主要工藝文件，是加工、檢驗、驗收、生產調度與安排的主要依據(jù)。 3.焊接工藝過程 焊接工藝過程是利用焊接方法使原材料毛坯改變結構形狀和尺寸使其成為合格零部件的過程。 焊接工藝過程對焊接產品質量有決定性影響。 4.焊接工藝規(guī)程 規(guī)定焊接結構件焊接工藝過程和焊接操作方法等的工藝文件。,4.1 焊接工藝規(guī)程設計概念 5.焊接生產過程 焊接生產過程是指從投料開始，經過一系列的工序，最后加工成焊接產品的過程。,焊接生產過程,4.2 焊縫符號及標注 (1)焊接圖是供焊接加工時所用的圖樣。除了將焊接件結構表達清楚以外，還必須把與焊接有關內容表示清楚，如焊接接頭型式、焊縫型式、焊縫尺寸、焊接方法等。 (2)要看懂焊接機械設備圖紙，就必須了解焊縫的符號及其標注方法。焊縫代號是工程語言的一種，它可以統(tǒng)一焊接結構圖紙上的符號。我國的焊縫符號是由國家標準GB324規(guī)定的。焊縫符號由以下內容組成： (3)焊縫符號由焊接方法代號、基本符號、輔助符號、補充符號和焊縫尺寸符號等組成。,4.2 焊縫符號及標注 1.常用焊接方法的代號 (1)GB324-1964用字母表示,1988標準已取消。 (2)GB5185-1985用數(shù)字代號。 (3)圖樣上焊接方法代號標注在指引線尾部。,2.基本符號:基本符號是表示焊縫橫截面形狀的符號，近似于焊縫橫截面形狀，見表。,2.基本符號 見續(xù)表。,3.輔助符號輔助符號是表示焊縫表面形狀特征的符號，不需要確切地說明焊縫的表面形狀時，可不用。,4.補充符號補充符號是為了補充說明焊縫的某些特征面用的符號，見下表。,5.焊縫的尺寸符號 焊縫尺寸符號見下表。,4.2 焊縫符號及標注 6.指引線 (1)箭頭線和兩條基準線(細實線，虛線)組成。 (2)箭頭線用細實線繪制，箭頭指向有關焊縫處。 (3)需要時，焊接方法可標在尾部。,4.2 焊縫符號及標注/6.指引線 (4)焊縫、符號和指引線位置 若焊縫在箭頭側，則將基本符號標在基準線的細實線一側，圖a。 若焊縫不在箭頭側，則將基本符號標在基準線的虛線一側，圖b。 標注對稱及雙面焊縫時，可不畫虛線，圖c。,4.2 焊縫符號及標注 7.常用焊縫尺寸標注法 (1)焊縫橫截面上的尺寸，標在基本符號左側。 (2)焊縫長度方向的尺寸，標在基本符號的右側 (3)坡口角度、坡口面角度、根部間隙b標在基本符號的上側或下側。 (4)相同焊縫數(shù)量及焊接方法代號標在尾部。 (5)當數(shù)據(jù)較多時，可在數(shù)據(jù)前增加尺寸符號。,4.2 焊縫符號及標注 8.焊縫尺寸標注示例,4.2 焊縫符號及標注 9.焊縫的規(guī)定畫法 工件經焊接后所形成的接縫稱為焊縫。如需在圖樣中簡易地繪制焊縫時，可用視圖、剖視圖或斷面圖表示，也可用軸測圖示意地表示。焊縫的規(guī)定畫法，如圖所示。,4.3 焊接接頭及坡口型式 1.接頭型式 常見焊接接頭有對接接頭、T形接頭、角接接頭和搭接接頭等四種，如圖所示。 焊接接頭的選擇：主要根據(jù)焊接結構形式、焊件厚度、焊縫強度要求及施工條件等來選擇。,對接接頭 T形接頭 角接接頭 搭接接頭,4.3 焊接接頭及坡口型式 2.對接接頭 (1)對接接頭特點 對接接頭容易保證焊透,接頭質量高; 應力分布均勻受力情況好; 靜載和動載都具有很高連接強度 但是: 對焊前準備和接頭裝配要求較高。 焊縫余高焊縫與母材過渡處易引起應力集中。鍋筒和重要壓力容器上的對接焊縫一般要求將焊縫余高打磨平整或噴丸后出廠。,4.3 焊接接頭及坡口型式 2.對接接頭 (2)坡口形式 一般情況，手工電弧焊焊接6mm以下焊件和自動焊焊接14mm以下焊件時，可不開坡口； 鋼板超過上述厚度時，電弧不能熔透鋼板，應考慮開坡口，開坡口可使熱源伸入根部，保證焊透，且可降低熱規(guī)范，減小熱影響區(qū)和減少焊件的變形。 按照焊件厚度及坡口準備的不同，對接接頭可分為不開坡口、單邊V形、V形坡口、U形坡口、單邊U形、K形坡口、X形坡口、U形V形混合坡口和雙U形坡口等(見圖)。,2.對接接頭/(2)坡口形式 坡口、鈍邊和間隙尺寸配合好，可保證焊透，也可避免燒穿、未焊透等缺陷。 坡口型式選擇，主要根據(jù)被焊工件厚度、焊后應力變形大小、坡口加工的難易程度、焊條消耗量以及焊接工藝等各方面因素來考慮。,2.對接接頭 (2)坡口形式 在不同厚度鋼板對接時，由于接頭處斷面有突然變化，會造成應力集中，如焊縫兩邊鋼板中心線不一致，受力時將產生附加彎矩，這些都將影響接頭強度。雙面或者單面削薄(圖)。,3.T形接頭 (1)根據(jù)工件厚度不同，將兩塊鋼板互成直角連接在一起的焊縫接頭稱為T形接頭。 (2)鍋爐、壓力容器插入式管接頭、管板和鍋殼、人孔圈和筒體焊接屬于此類。 (3)適于空間類焊件，具有較高強度，如船體結構中約70的焊縫采用了T形接頭。 (4)可分不開坡口、單邊V形、雙邊V形及K形坡口，可用單面或雙面焊。,未開坡口 T形接頭,開坡口 T形接頭,4.3 焊接接頭及坡口型式 3.T形接頭 對不開坡口的T形接頭，應盡量避免采用單面角焊縫，因為，該種接頭的根部有很深的未焊透缺口，且此種焊縫不能承受反方向的力矩。,4.3 焊接接頭及坡口型式 4.角接接頭 (1)根據(jù)工件厚度不同，將兩塊鋼板互成直角沿邊沿連接在一起的焊縫接頭稱為角接接頭。 (2)通常只起連接作用，只用來傳遞工作載荷。,4.3焊接接頭及坡口型式 4.角接接頭 圖示為不允許的角接焊縫結構。 這些角焊縫應力分布不均，在焊縫根部有較大應力集中，在壓力容器的受壓件上是禁止采用的。,4.3 焊接接頭及坡口型式 5.搭接接頭 焊前準備簡便，但受力時產生附加彎曲應力，降低了接頭強度。,4.4 金屬焊接性與焊接工藝評定 焊接是一種復雜的加工工藝，焊接之前需要進行一系列準備工作，其中最重要的技術準備。 (1)人員準備 焊接工人及操作技能 (2)物質準備 原材料 焊接材料 焊接設備 (3)技術準備主要介紹焊接前技術準備 制定焊接工藝金屬焊接性試驗 驗證焊接工藝焊接工藝評定試驗,4.4 金屬焊接性與焊接工藝評定 4.4.1 金屬焊接性 1.焊接性概念 采用一定焊接方法、焊接材料、工藝參數(shù)及結構形式條件下，獲得優(yōu)質焊接接頭的難易程度，即金屬對焊接加工的適應性。兩個方面： (1)工藝焊接性接合性能，主要指在給定的焊接工藝條件下，形成完好焊接接頭的能力，特別是焊接接頭對產生裂紋的敏感性； (2)使用焊接性使用性能，在給定的焊接工藝條件下，焊接接頭在使用條件下安全運行的能力，包括焊接接頭的力學性能和其它特殊性能（如耐高溫、耐腐蝕、抗疲勞性能等）。,4.4 金屬焊接性與焊接工藝評定 4.4.1金屬焊接性 2.金屬焊接性的意義 原則上，各種金屬都能進行焊接，但金屬本身固有的基本性能，還不能直接表明它在焊接時會出現(xiàn)什么問題以及焊接以后焊接接頭的性能是否能滿足使用要求，所以，金屬材料對焊接加工的適應性用焊接性來衡量。 金屬材料焊接性是金屬的工藝性能在焊接過程中的反映，了解及評價金屬材料的焊接性，是焊接結構設計、確定焊接方法、焊接工藝評定、制定焊接工藝的重要依據(jù)。,4.4 金屬焊接性與焊接工藝評定 4.4.1 金屬焊接性 3.焊接性試驗方法 (1)按試驗者與研究對象的關系分類 間接試驗：以推理或模擬為主要特征； 直接試驗：以焊接試件為主要特征。 (2)按照金屬焊接性的內涵分類 工藝焊接性試驗：評定結合性能； 使用焊接性試驗：評定使用性能。,4.4 金屬焊接性與焊接工藝評定 4.4.2 焊接工藝評定驗證焊接工藝 1.概念:焊接工藝評定是按采用焊接工藝在接近實際生產條件下焊制模擬產品試板，并從焊成試板中按產品技術條件截取拉力、彎曲和沖擊韌性試樣，并將焊接條件變化是否影響接頭力學性能作為是否需要重新評定焊接工藝的判斷準則，如果所有試樣的檢驗結果全部符合技術要求，則證明所編制的焊接工藝是可行的，可根據(jù)工藝評定報告擬定正式的焊接工藝細則卡。 鍋爐壓力容器焊接工藝內容廣泛，任何一種焊接工藝要素改變都會對接頭性能產生影響，對將用于生產的每項焊接工藝應作相應評定。,4.4.2 焊接工藝評定 2.焊接工藝評定的目的 焊接工藝評定用以評定施焊單位是否有能力焊出符合規(guī)程和產品技術條件所要求的焊接接頭，驗證施焊單位的焊接工藝指導書是否合適。 3.焊接工藝評定特點和程序 焊接工藝評定是在焊接性試驗基礎上進行的生產前工藝驗證試驗。應在制定焊接工藝指導書以后，焊接產品以前進行。 焊接產品焊接前，焊接單位應按規(guī)定對焊接接頭進行焊接工藝評定。 可按以下三個程序進行：,4.4.2 焊接工藝評定 3.焊接工藝評定特點和程序 (1)由具有專業(yè)知識和實踐經驗焊接工藝人員，根據(jù)鋼材焊接性能試驗，結合產品特點、工藝條件來擬定，內容包括焊接工藝重要因素、補加因素和次要因素，擬定焊接工藝指導書。 (2)按照焊接工藝指導書和標準規(guī)定來施焊試件，檢驗及測定試樣性能，填寫焊接工藝評定報告。如果評定不合格，應修改焊接工藝指導書繼續(xù)評定，直到評定合格。 (3)經評定合格的焊接工藝指導書可直接用于生產，也可以根據(jù)焊接工藝指導書、焊接工藝評定報告結合實際生產條件，編制焊接工藝卡，用于產品施焊。,焊接性試驗 焊接工藝指導書 焊接試板 焊接工藝評定 焊接工藝細則卡 焊接產品,制定,驗證,應用,4.4.2 焊接工藝評定 4.焊接工藝評定試驗 (1)由施焊單位的熟練焊工進行試件焊接； (2)焊接工藝評定試板應具有足夠的尺寸; SMAW和氣保焊，至少為300mm500mm； 埋弧焊，400600，電渣焊500800。 (3)試板焊完后，應按焊接工藝指導書規(guī)定焊接工藝試件，然后對工藝試件進行外觀、無損探傷、力學性能和金相等檢驗。 (4)試件檢驗合格后，加工拉力、彎曲和沖擊試樣(圖)，試樣尺寸按相應國家標準規(guī)定制作。 (5)試驗結果應符合產品技術條件要求。,對接焊縫板狀試件切取試樣部件圖,角接焊縫管板試件切取宏觀試樣示意圖,4.5 焊接工藝要素和規(guī)范 焊接工藝是控制接頭焊接質量的關鍵因素。 焊接生產以焊接工藝細則卡來規(guī)定焊接工藝的要素。焊接工藝細則卡的編制依據(jù)是相應的焊接工藝評定試驗結果。焊接工藝細則卡規(guī)定的焊接工藝要素： 焊前準備，焊接設備，焊接材料，坡口加工，清洗，裝配； 焊接方法選擇； 焊接工藝規(guī)范參數(shù)，預熱、電參數(shù)、后處理； 焊接操作技術； 焊后檢查等。,4.5 焊接工藝要素和規(guī)范 4.5.1 焊前準備 1.坡口加工 (1)剪切常用于不開坡口的薄板生產率高，加工方便，邊緣平直，但不能剪切厚板，不能加工有角度坡口，一般適用于25mm以下板厚。 (2)刨邊用于直邊坡口 用刨床或刨邊機加工 直邊坡口，加工質量 好，坡口平直，精度高。,4.5.1 焊前準備/1.坡口加工 (3)車削用于管子坡口車削可加工出各種型式的坡口，厚壁筒體的U型坡口常用這種加工方法，對較長、較重等無法搬動的管子可用移動式的管子坡口機。小直徑薄壁管子可用手動式坡口機，大直徑厚壁管子則可采用電動車管機。,移動式管子坡口機 便攜式管道坡口機,氧乙炔切割加工坡口,4.5.1 焊前準備/1.坡口加工 (4)氧乙炔切割應用最廣的加工坡口方法利用氣割可以得到任何角度的V形、X形、單邊V形、K形等坡口，更適合厚鋼板的切割，生產率高。氣割有手工、半自動和自動，可同時安裝二三把割炬，能將V形、X形坡口一次切成)。質量好，生產率高。,4.5.1 焊前準備 1.坡口加工 (5)鏟削用于加工坡口, 清焊根用風鏟來鏟削坡口、勞動強度較大，噪聲嚴重。這種方法已日益被碳弧氣刨所代替。 (6)碳弧氣刨常用于清焊根碳弧氣刨效率比風鏟高，勞動強度小特別在開u形坡口時更為顯著，正在逐漸取代風鏟。缺點是要用直流電源，刨割時煙霧大，要采取排煙措施。,4.5.1 焊前準備 2.坡口清洗 (1)坡口兩側的內、外表面必須清除銹斑、氧化膜和油垢等污染，這是防止焊縫產生氣孔和裂 紋的有效措施。 (2)手工電弧焊清理寬度為20mm范圍；埋弧自動焊為30mm；電渣焊為40mm。 (3)焊接過程中不發(fā)生冶金反應的焊接方法,如TIG焊，MIG焊，PAW焊等，更應重視。,4.5.1 焊前準備 3.坡口裝配 (1)焊件組裝時，接頭兩側邊緣必須相互對準。 焊件組裝后應進行錯邊量檢查，在壓力容器制造中，對接接頭錯邊量的要求較高。A，B類焊縫對口錯邊量應符合下表規(guī)定。,4.5 焊接工藝要素和規(guī)范 4.5.2 焊接工藝規(guī)范參數(shù) 焊接工藝規(guī)范參數(shù)包括焊前的預熱溫度，焊接電參數(shù)(電流、電壓、電流種類、頻率、焊接和送絲速度等)，后熱溫度和保溫時間，消氫處理溫度和保溫時間，焊后熱處理和消除應力處理制度等。在氣體保護焊中，還應包括氣體種類、混合比和流量等。 1.焊前預熱溫度的選定 焊前預熱的作用： 降低焊接熱影響區(qū)的冷卻速度，避免淬硬組織的形成，防止冷裂紋并改善熱影響區(qū)塑性；,4.5 焊接工藝要素和規(guī)范 4.5.2 焊接工藝規(guī)范參數(shù) 減小焊接區(qū)的溫度梯度，從而降低焊接接頭的內應力； 擴大焊接區(qū)加熱范圍，使焊接接頭在較寬區(qū)域內處于塑性狀態(tài)，減弱焊接應力的不利影響。 改變焊接區(qū)的應變集中區(qū)部位，降低了促使冷裂紋形成的應力峰值； 延長焊接區(qū)l00以上停留時間，利于焊縫金屬中氫逸出，降低氫致裂紋危險。 對于結構簡單的焊件，可按表47規(guī)定的溫度范圍進行預熱。,4.5 焊接工藝要素和規(guī)范 4.5.2 焊接工藝規(guī)范參數(shù) 2.焊接電參數(shù) (1)在使用連續(xù)的交流電和直流電焊接時，焊接規(guī)范中的電參數(shù)主要是焊接電壓和焊接電流。 (2)采用脈沖電流焊接時，電參數(shù)還包括電流的交變頻率、通斷比、基本電流和峰值電流值。 (3)焊接規(guī)范參數(shù)的選擇原則首先是保證接頭的熔透、無裂紋并獲得成形良好的焊道，同時還應保證接頭的性能滿足技術條件規(guī)定的各項要求，因而在選擇電參數(shù)時要 考慮焊接熱輸入量對接頭性能的影響。手工電弧焊 焊條直徑選擇及相應的焊接電流范圍見表4-8.,4.5.2 焊接工藝規(guī)范參數(shù) 3.焊后加熱和消氫處理焊后加熱是指焊后將焊件或焊接區(qū)立即加熱到150250，保溫一定時間，該工藝簡稱后熱。若以消氫為目的，后熱處理應在300400溫度范圍內進行，這種處理就稱為“消氫處理”。其要點是每條焊縫焊完后立即將焊件或整 條焊縫加熱到上述溫度，保溫24h后空冷。 4焊后熱處理常用的焊后熱處理有： (1)水調質處理，即水淬火加回火處理。淬火后回火處理溫度對焊接接頭的性能有很大影響?；鼗饻囟葢谠贏C3以上50100。,4.5.2 焊接工藝規(guī)范參數(shù) 4焊后熱處理 對一種鋼材最適用的回火溫度范圍可通過預先的回火處理試驗來確定。 (2)正火或正火加回火：厚壁筒節(jié)縱縫電渣焊縫晶粒粗大，達不到所要求的力學性能，因此焊后必須作正火處理以細化晶粒。某些采用埋弧焊焊成的筒節(jié)也可能在熱校和熱整形過程中經受正火處理。正火溫度應在該種鋼材AC3以上3050。 過高的正火溫度會導致晶粒的長大， 起不到正火的效果。保溫時間按12min/min壁厚計算。保溫結束后將工件放在平靜空氣中冷卻。,4.5.2 焊接工藝規(guī)范參數(shù) 4焊后熱處理 (3)消除應力處理當壓力容器的壁厚超過下表所列的界限就必須將其作消除應力處理。 消除應力處理的作用： 消除殘余應力，穩(wěn)定構件尺寸； 改善構件母材與焊接接頭的性能； 析出焊接區(qū)域有害氣體，防止延遲裂紋； 提高構件抗應力腐蝕的能力； 提高耐疲勞強度。,4.6 焊接應力和變形 4.6.1焊接應力和變形概念 1.概念:在焊接過程中，焊件中產生隨時間而變化的變形和內應力分別稱為焊接瞬時變形和瞬時應力。焊后溫度冷卻至室溫時留存于焊件中的變形和應力分別稱為焊接殘余變形和焊接殘余應力(weldingresidualstresses) 。,沿焊縫的縱向裂開 船體結構焊接變形,4.6 焊接應力和變形 4.6.1 焊接應力和變形概念 2.自由變形:焊接過程是一個不均勻加熱和冷卻的過程。在施焊時，焊件上產生不均勻的溫度場，焊縫及其附近溫度最高，可達1600以上，而鄰近區(qū)域溫度則急劇下降。 熱脹冷縮沒有受到阻礙的自由變形量: 單位長度的自由變形量:,4.6.2 焊接應力和變形產生的原因 1.焊接加熱時 焊縫區(qū)不均勻加熱和冷卻是產生焊接應力和變形的根本原因。焊接時，局部加熱使焊件金屬受熱膨脹，應該產生abcde的伸長變形。 但鋼板是一個整體，伸長不能自由地實現(xiàn)，只能比較均衡地伸長。此時，焊縫中心兩側受拉應力作用，而焊縫中心受壓應力，當壓應力超過屈服強度時，將產生壓縮塑性變形。,4.6.2 焊接應力和變形產生的原因 2.焊接冷卻后：因焊縫中心已經受到過壓縮變形，冷卻后的尺寸比原來尺寸短，焊縫兩側只發(fā)生彈性變形的金屬應恢復原長度，焊件端面應產生lmnop的形狀，但焊件是整體，各部位變形相互牽制，因此，焊縫兩側的金屬就阻礙中間區(qū)域縮短，焊縫中心產生拉應力，在兩側金屬中則存在壓應力，應力處于平衡狀態(tài)。平板對接焊后比焊前縮短了。,4.6 焊接應力和變形 4.6.3 焊接殘余應力的分布、影響和消除 焊接應力可分為熱應力、拘束應力、相變應力和焊接殘余應力，焊接殘余應力往往數(shù)值很 大，在厚度較大的焊接結構中，焊接殘余應力一般可達到材料的屈服極限s。 1. 焊接應力的分類 (1)縱向應力：沿著焊縫長度方向的應力; (2)橫向應力：垂直于焊縫長度方向且平行于構件表面的應力; (3)厚度方向應力：垂直于焊縫長度方向且垂直于構件表面的應力。,4.6.3 焊接殘余應力的分布、影響和消除 2. 焊接殘余應力的分布 (1)焊縫縱向應力x 沿著焊縫縱向的應力稱為縱向應力x；把垂直于焊縫縱向的應力稱為橫向應力y 。焊縫及其附近的壓縮塑性變形區(qū)內x的為拉應力，其值一般可達材料的屈服強度。,4.6 焊接應力和變形 2. 焊接殘余應力的分布 (2)焊縫橫向應力：圖為一定長度平板焊縫中橫向應力y的分布。焊縫及其附近的壓縮塑性變形區(qū)內y為拉應力，兩端為壓應力，離開焊縫中心越遠，y迅速衰減。,4.6 焊接應力和變形 2. 焊接殘余應力的分布 (3)厚度方向應力：厚板焊接結構中除了縱向應力和橫向應力外，還存在沿厚度方向的應力。 這三個方向內應力在厚度方向分布極不均勻。厚板電渣焊時焊縫中心出現(xiàn)三軸向拉應力，隨板厚的增加而增加，但在表面為壓應力。而多層焊時，與此相反（圖）。,4.6 焊接應力和變形 4.6.3 焊接殘余應力的分布、影響和消除 3. 焊接殘余應力的影響 (1)對結構強度與受壓件穩(wěn)定性的影響在構件承受拉伸載荷時，焊接殘余內應力將與載荷應力相疊加，從而影響構件的強度。 (2)對構件脆性斷裂的影響增大了構件的名義應力，加上焊接接頭區(qū)材料韌性的下降和焊接缺陷的產 生，都會促使構件在外載不大的情況下發(fā)生低應力脆斷。 (3)對疲勞強度的影響：焊縫區(qū)的殘余拉應力能提高結構平均拉應力值，使疲勞壽命降低。,4.6 焊接應力和變形 4.6.3 焊接殘余應力的分布、影響和消除 3. 焊接殘余應力的影響 (4)對焊件加工精度和尺寸穩(wěn)定的影響 (5)對裂紋擴展的影響評定焊接區(qū)裂紋狀態(tài)時，必須考慮焊接殘余應力。在計算裂紋擴展驅動力應力強度因子 KI時，殘余應力r用拉應力的當量值3 來考慮殘余應力對裂紋擴展的貢獻，即： 3 = rr 其中r 和裂紋的類型(穿透裂紋、埋藏裂紋、表面裂紋)及裂紋方向(和熔合線平行的裂 紋、和熔合線垂直的裂紋、角焊縫裂紋)有關。,4. 減少和消除焊接殘余應力的措施與方法 從設計和焊接工藝兩方面減少焊接殘余應力 (1)設計上減少焊接應力的核心是正確布置焊縫，從而避免應力疊加，降低應力峰值。 盡量減少焊縫數(shù)量，減少焊縫尺寸和長度。 焊縫應避免過分集中(圖)，有足夠距離，要 盡可能避免交叉，以免出現(xiàn)三向復雜應力。 焊縫不要布置在高應力 區(qū)及斷面突變的地方， 以避免應力集中。 采用剛性較小接頭表式。 翻邊替插入管。,4.6 焊接應力和變形 4.6.3 焊接殘余應力的分布、影響和消除 4. 減少和消除焊接殘余應力的措施與方法 (2)工藝上減小焊接應力的方法 采用合理的焊接順序和方向。讓大多數(shù)焊縫在剛性較小的情況下施焊。 縮小焊接區(qū)與結構整體之間的溫差，從而礎小焊接內應力。整體預熱，采用較小的線能量。 錘擊焊縫。減小焊接應力與變形。 減少氫含量及消氫處理。 (3)消除殘余應力方法主要是焊后消除殘余應力對厚度超過一定尺寸的鍋爐、壓力容器受壓元件，均應進行焊后熱處理以消除內應力。,4.6 焊接應力和變形 4.6.4 焊接變形的形式、影響因素及控制方法 工件焊后一般都會產生變形，如果變形量超過允許值，就會影響工件使用。 變形產生的主要原因是焊件不均勻地局部加熱和冷卻。因為焊接時，焊件僅在局部區(qū)域被加熱到高溫，但加熱區(qū)域金屬因受到周圍溫度較低的金屬阻止，卻不能自由膨脹；而冷卻時又由于周圍金屬的牽制不能自由地收縮。結果這部分加熱的金屬存在拉應力，而其它部分的金屬則存在與之平衡的壓應力。當這些應力超過金屬屈服極限(s)時，將產生焊接變形；當超過金屬強度極限(b)時，則會出現(xiàn)裂縫。,4.6.4 焊接變形的形式、影響因素及控制方法 焊接變形的形式焊接變形可能是多種多樣的，最常見的有五種基本形式或者是這幾種變形的組合。 圖(a)是平板對接焊接以后產生的縱向和橫向收縮變形； 圖(b)是平板對接后的角變形； 圖(c)是圓筒件焊縫布置偏離焊件形心軸形成的彎曲變形； 圖(d)是薄壁焊件焊后產生的波浪形變形。 圖(e)是梁柱結構焊接時容易出現(xiàn)的扭曲變形。其中收縮變形、彎曲變形屬整體變形，而另外幾種形式為局部變形。,4.6.4 焊接變形的形式、影響因素及控制方法 2.焊接變形的影響因素 (1)焊縫位置對焊接變形的影響結構對稱的焊縫，只產生縱向和橫向縮短; 不對稱時，則會引起彎曲變形; 而當焊縫截面重心偏離接頭截面重心時，則會產生角變形。 (2)結構剛性的影響：受同樣大小的力，剛性大的結構變形小，剛性小的結構則變形大。 焊接變形總是沿著結構 或焊件剛性的約束最小的方向進行。,4.6.4 焊接變形的形式、影響因素及控制方法 2.焊接變形的影響因素 (3)裝配和焊接次序的影響：多條焊縫焊接時，剛性約束大小取決于裝配焊接次序。對截面對稱、焊縫對稱焊接結構，可采用先裝配成整體的方法。 對復雜焊接結構，因為焊縫多，各焊縫引起的變形相互影響，難以控制，因此必須采用部分裝配、焊接、再裝配、再焊接的次序，以控制總體焊接變形。 (4)其他影響因素：焊接變形還和坡口型式、裝配間隙、焊接規(guī)范、焊接方法也密切相關。,4.6.4 焊接變形的形式、影響因素及控制方法 3.控制焊接變形的方法 為了控制和減小焊接變形，應采用必要的合理設計方案和工藝措施。 (1)合理的設計方案保證承載能力條件下，應盡量減小焊縫數(shù)量、長度和尺寸。應合理安排焊縫的位置，使結構中所有焊縫盡量對稱于截面中性軸，或接近中性軸，以減小焊件的變形。 (2)必要的工藝措施 預留收縮余量。在工件備料時加一定收縮余量。 一般焊縫的縱向收縮量按焊縫的長度來計算。數(shù)值和坡口、接頭型式及板厚有關。,反變形法用經驗或計算方法，須先判斷工件在焊后可能發(fā)生變形大小和方向，在焊前裝配時、預先將焊件向將要變形的反方向擺放或人為變形，控制得當，可使得到正確形狀，防止殘余變形。,反變形法,薄壁殼體管座焊接結構,4.6.4 焊接變形的形式、影響因素及控制方法 選擇合理的焊接方法和規(guī)范 采用能量集中熱源和快速焊接方法; 使用氣保焊替代氣焊和SMAW，可減小變形； 使用SMAW焊時，多層焊比單層焊變形?。?增加焊接速度，也能減小焊接變形。 合理的裝配焊接次序把大型結構適當?shù)胤殖蓭讉€部件，分別裝配焊接，然后再拼焊成整體。,4.6.4 焊接變形的形式、影響因素及控制方法 剛性固定法焊前將結構固定夾緊，依靠外加約束減小焊接變形，但是剛性夾持阻止了焊件的自由收縮，將在構件內部產生較大內應力，應針對焊件材料和結構形式慎重選擇。,4.6.4 焊接變形的形式、影響因素及控制方法 采用合理的焊接順序,4.6.3 焊接變形的形式、影響因素及控制方法 4. 矯正焊接變形方法 即使采用控制變形方法，構件焊接后難以避免產生變形。當焊件超出產品技術要求所允許焊接變形時，都要求焊后進行矯正，使之符合產品質量要求。 矯正的實質是使焊接構件產生新的變形，以抵消焊接時所發(fā)生的變形。 矯正焊接變形過程往往增加構件的內應力。因此矯正變形之前最好先消除焊接殘余應力，以免矯正變形時構件發(fā)生局部破裂。生產中常用機械矯正和火焰加熱矯正,4. 矯正焊接變形方法 (1)機械矯正法：用機械加壓或錘擊產生塑性變形方法。錘擊或輾壓焊縫應在剛焊完時進行。錘擊應均勻、適度，避免錘擊過分產生裂紋。,4.6.4 焊接變形的形式、影響因素及控制方法 4. 矯正焊接變形方法 (2)火焰矯正法：火焰加熱矯正法是利用火焰局部加熱后的冷卻收縮，來抵消該部分伸長變 形。加熱部位必須正確，火焰加熱矯正的加熱溫度一般為600800。,火焰加熱校正法,4.6.4 焊接變形的形式、影響因素及控制方法 4. 矯正焊接變形方法 (3)矯形時，要特別注意鋼種: 對耐腐蝕的零部件不宜使用錘擊方法，以防產生應力腐蝕; 對具有晶間隙蝕傾向的不銹鋼和淬硬傾向較大的鋼材不宜用火焰矯形,可能產生敏化傾向； 對冷裂傾向較大的高強鋼要少用機械法矯形，因該法易產生冷作硬化。,4.7 焊接缺陷及檢驗 1.概念:焊接過程中或焊后一段時間內，由于焊接的原因(冶金、材料或內外力)，在焊接接頭范圍內產生的金屬材料分離現(xiàn)象(局部斷裂)。 裂紋是一種最危險焊接缺陷，端部尖銳，張開位移比裂紋長度小得多。防止焊接裂紋是焊接結構設計和制造的重大內容。,焊接裂紋 母材原始裂紋,4.7 焊接缺陷及檢驗 現(xiàn)代焊接技術是完全可以得到高質量的焊接接頭的。但是，焊接生產： (1)生產工序繁多； (2)使用多種工藝裝備和焊接材料； (3)受操作者的技術水平等許多因素影響； 因此，焊接極易出現(xiàn)各種各樣的焊接缺陷。,4.7.1 焊接缺陷 1.焊接缺陷分類 (1)外部缺陷,分幾何尺寸和形狀缺陷 尺寸缺陷：焊縫長、寬不齊，高低不平； 形狀缺陷：咬邊，凹坑，焊瘤，燒穿； (2)內部缺陷,分體積性和平面狀缺陷 體積性缺陷 氣孔(porosity) 夾渣(inclusions) 縫隙狀缺陷 未熔合(lack of fusion) 未焊透(lack of penetration) 裂紋(cracks),4.7.1 焊接缺陷 2.焊接缺陷特點、形成原因 (1)尺寸缺陷 長度和寬度不夠、焊道寬狹不齊、表面高低不平、焊高低于母材、焊腳兩邊不均。 主要原因： 坡口角度不恰當 或裝配間隙不勻； 焊接電流過大或過?。?焊接速度不當 或焊條傾角不合適； 電弧長度控制不穩(wěn)等。,4.7.1 焊接缺陷 2.焊接缺陷特點、形成原因 (2)焊縫的形狀缺陷:指焊縫表面形狀可以反映出來的不良狀態(tài)，會降低焊縫的質量。 咬邊由于焊接 參數(shù)選擇不當，或 操作工藝不正確， 沿焊趾母材部位產 生的溝槽或凹陷。 咬邊分為內、外咬 邊或者焊縫兩側同 時咬邊。,4.7.1 焊接缺陷 2.焊接缺陷特點、形成原因 (2)焊縫的形狀缺陷： 凹坑焊縫表面或背面形成低于母材表面局部低洼。它發(fā)生在焊縫表面或焊縫根部。 燒穿熔化金屬自坡口背面流出，形成穿孔的缺陷。發(fā)生燒穿現(xiàn)象必須修補填平。 焊瘤熔化金屬流淌到焊縫之外的未熔化母材上所形成的金屬瘤。,根部凹坑 外(a)內(b)焊瘤,4.7.1 焊接缺陷 2.焊接缺陷特點、形成原因 (3)體積性缺陷 氣孔焊接時，熔池中氣體在凝固時未能逸出所形成的空穴稱為氣孔。 夾渣焊后殘留在焊縫中熔渣稱為夾渣。它在焊縫中形狀有單個點狀夾渣、條狀夾渣、鏈狀夾渣和密集鏈狀夾渣等。,氣孔 夾渣,4.7.1 焊接缺陷 2.焊接缺陷特點、形成原因 (4)縫隙狀缺陷 未焊透焊接接頭根部未完全熔透的現(xiàn)象叫未焊透。易出現(xiàn)在單面焊根部和雙面焊中部。 未熔合焊道與 母材之間或焊道與 焊道之間，未完全 熔化結合的部分稱 為未熔合，,4.7.1 焊接缺陷 2.焊接缺陷特點、形成原因 (4)縫隙狀缺陷 裂紋(cracks)焊接時，新界面產生的縫隙稱為裂紋。裂紋具有尖銳的端部和大的長寬比的特征，按其產生方向及部位不同，可分為縱向、橫向、熔合線、根部裂紋、弧坑裂紋以及熱影響區(qū)裂紋等。 裂紋是焊縫中最危險 的缺陷，大部分焊接 構件破壞是由裂紋造 成的。焊接接頭中不 允許有裂紋存在。,4.7 焊接缺陷及檢驗 4.7.2 焊接裂紋 1.焊接裂紋分類：焊接裂紋種類繁多，其區(qū)分也有較大不同，一般按裂紋發(fā)生時期和部位分類。 (1)熱裂紋(hot cracks)； (2)冷裂紋(cold cracks) (3)再熱裂紋(reheat cracks) (4)層狀撕裂(lamellar tearing),4.7.2 焊接裂紋 2.焊接裂紋形態(tài),樹枝狀裂紋,4.7.2 焊接裂紋 2.焊接裂紋形成的一般條件 高強鋼橋梁，造船鋼結構，冷裂紋，占90。石化裝置或動力設備，熱裂紋則占多數(shù)。 珠光體耐熱鋼，其再熱裂紋又很容易出現(xiàn)。裂紋的產生有兩個原因。按內因外因論： (1)內因：一定材料在特定溫度區(qū)間存在致脆因素,使接頭具體部位在拉伸應力作用下發(fā)生開裂。 (2)外因：拘束造成的應力應變是造成開裂的主要原因之一。開裂過程必須要求有一定的應力作用，而焊接過程中的局部不均勻加熱過程必然造成接頭在焊接的冷卻過程中由于結構整體的拘束而受到拉伸應力應變。,4.7.2 焊接裂紋 3.熱裂紋 (1)焊接熱裂紋的特征 大多數(shù)發(fā)生在凝固過程中，也有凝固之后。 發(fā)生在焊縫或熱影響區(qū)的近縫區(qū),多數(shù)在焊縫表面開口，有氧化色彩。 裂紋一般具有高溫沿奧氏體晶界開裂性質。,SAW凝固熱裂紋(solidification cracking),4.7.3 焊接裂紋 3.熱裂紋 (2)形成機理： 焊縫及近縫區(qū)凝固過程中,當存在低熔點共晶體時，由于焊接冷卻速度快，當晶粒已凝固，而晶界處于液態(tài)，變形阻力幾乎為零時，若焊接拉應力較大，沿晶界拉開，形成裂紋。,3.熱裂紋 (3)影響因素 焊縫化學成份的影響 焊接中的許多低熔共晶體是焊接冶金反應的產物。凡能產生低熔共晶體的元素都是促進熱裂的元素；凡能細化晶?；虍a生高熔點化合物或能使低熔點共晶體成球狀或塊狀分布的元素均對抑制熱裂有效。,3.熱裂紋 (3)影響因素 焊縫斷面形狀的影響 深而窄的焊縫由于宏觀偏析主要集中于焊縫中間，易形成熱裂紋，為此在厚板埋弧自動焊時要特別注意調節(jié)焊接電流與電弧電壓的比例，使焊縫形狀系數(shù)大于1.31.5。手弧焊時焊縫截面小，電流低，不易造成深而窄的焊縫。,影響焊縫形狀系數(shù)的因素,3.熱裂紋 (3)影響因素 焊接工藝及焊件結構的影響 焊件結構和焊接工藝直接影響到焊接接頭的拘束度，反映在焊接拉伸應變大小上，它對熱裂紋的影響屬于力學因素。,3.熱裂紋 (4) 預防焊接熱裂紋的措施 預防熱裂紋基本措施是嚴格控制焊縫化學成份，限制碳、硫、磷雜質元素含量，也可在焊接材料中加入足夠脫硫劑。 采取工藝措施，如焊前預熱、伴熱、用大線能量(應保證焊縫形狀系數(shù)不過小)。 盡量降低焊件剛性等，減小焊接內應力。,4.冷裂紋 (1)冷裂紋的特征 冷裂紋是焊接低合金高強度鋼、中合金鋼和中碳鋼等易淬火鋼材時最易產生的焊接缺陷。 焊后冷至較低溫度下產生,對低合金高強度鋼一般產生于馬氏體轉變溫度以下或更低溫度。 主要產生熱影響區(qū)，產生焊縫區(qū)可能性極小。 端口具有發(fā)亮金屬光澤，裂紋無分叉，常具有延遲性。 (2)產生原因：冷裂紋產生的本質，是焊件熱影響區(qū)的低塑性組織(淬硬組織)、焊接接頭中的氫和焊接應力綜合作用的結果。,4.冷裂紋/(3)影響因素 鋼的淬硬傾向焊接時近縫區(qū)會產生硬而脆的粗大馬氏體組織，當受到焊接拉應力作用時就易開裂，淬硬傾向越大，越易產生裂紋。 鋼材化學成分對硬度的影響可用碳Cd當量表示：,4.冷裂紋/(3)影響因素 氫的作用氫所誘發(fā)的冷裂紋，從潛伏、萌生、擴展，以至開裂具有延遲斷裂和特征，至于延遲時間長短和焊接接頭的應力水平以及氫的濃度有關。臨界應力左圖，臨界氫濃度右圖 臨界氫含量和化學成分及碳當量有關。,4.冷裂紋/(3)影響因素 氫的作用(續(xù)) 研究表明：母材本身的含 氫量對冷裂紋不起主要作 用，主要焊接過程中溶解 的原子或半電離狀態(tài)氫。 富氫區(qū)的形成： 電弧高溫分解溶解 冷卻溶解度過飽和 擴散冷卻條件不同 兩條溫度轉變線AB邊界 熱影響區(qū)富氫區(qū),4.冷裂紋/(3)影響因素 焊接應力的作用當焊接應力為拉應力、氫析集和材料淬火硬化同時發(fā)生時，極易發(fā)生冷裂紋。 厚板焊接更易根部冷裂 一是因為厚板剛性大， 二是因為厚板冷卻快， 促使產生淬硬性火組織， 三是焊接應力大所致。 熱應力 相變應力 拘束應力 左圖示出氫在應力中擴展。,4.冷裂紋 (4)預防冷裂紋的措施 冷裂紋是三個因素的綜合作用，排除或削弱其中任何一個因素都對防冷裂有利。若僅存在某一因素的作用，冷裂紋也不致產生。 最大限度降低焊縫氫含量。焊條和焊劑要高溫烘干，去除潮氣，清除坡口區(qū)域的油銹水。焊后加熱到200300，以利于氫擴散逸出。 焊前預熱，焊后緩冷。用預熱、伴熱和焊后熱處理以及采用大線能量施焊均利于氫的逸出和降低淬火傾向。 嚴格控制母材含磷量，以防冷脆。 采取有利于降低焊接殘余應力的措施。,5.再熱裂紋 (1)再熱裂紋的特征 再熱裂紋是在焊后消除應力熱處理再加熱到540930范圍內產生的 裂紋沿熱影響區(qū)的粗晶區(qū)的晶界擴展； 呈樹枝狀分枝的晶間裂紋，裂紋擴展到焊縫或母材的細晶粒區(qū)就終止了。,熱影響區(qū)粗晶區(qū) 裂紋形態(tài),5.再熱裂紋 (2)再熱裂紋形成機理 焊后消除應力熱處理再加熱受到550700時經過保溫，合金碳化物彌散析出在位錯線上，強化了晶內，同時粗晶區(qū)晶界的強度低，塑性差，再加熱過程中，殘余應力釋放，晶界強度又低于晶內，導致晶界開裂。,5.再熱裂紋 (3)影響因素影響再熱裂紋的因素很多： 如母材的化學成分、拘束狀態(tài)、焊接規(guī)范、 焊條強度、消除應力規(guī)范和使用溫度等。 化學成份主要影響熱影響區(qū)晶界塑性； 拘束狀態(tài)、焊接規(guī)范影響焊接殘余應力大??； 消除應力熱處理規(guī)范或使用溫度主要影響再熱作用下所引起的塑性應變量和合金碳化物彌散析出程度。因此，熱影響區(qū)粗晶區(qū)的塑性變形能力、焊接殘余應力和再熱引起的塑性應變量是影響再熱裂紋的三個基本因素。,5.再熱裂紋/(4) 預防再熱裂紋的措施 一是改善焊接熱影響區(qū)粗晶區(qū)的塑性； 二是減少焊接殘余應力。 選用再熱裂紋敏感性小的母材，是根本措施； 采取一切有利于降低焊接殘余應力的措施； 避免焊接殘余應力與其他應力(結構應力、再熱過程中的熱應力等)的復合； 采用低匹配焊接材料 利于吸收變形。 改變焊后消除應力處理 的參數(shù)，如快速加熱， 或以后熱代替再熱等。,6.層狀撕裂/(1)層狀撕裂的特征 焊縫快速冷卻過程中，在板厚方向焊接拉伸應力作用下，在鋼板中產生與母材軋制表面平行的裂紋，常發(fā)生T形、K形厚板接頭中； 大多數(shù)在焊后冷卻到150以下或室溫以后產生，當結構拘束度大，敏感性較高時，在300250范圍內也可能產生。,6.層狀撕裂 (2)造成層狀撕裂的主要因素 夾雜物的影響。 MnS夾雜為主，呈清晰階梯狀； 硅酸鹽夾雜，呈直線狀 Al2O3夾雜，呈不規(guī)則階梯狀； 母材性能的影響。 金屬基體的塑性、韌性對層狀撕裂有重要影響。塑性、韌性差，抗層狀撕裂能力差。 拘束應力的影響。 一般在角接接頭和T形接頭這類易形成較大兩向拘束應力的情況下，才會引起層狀撕裂。,6.層狀撕裂 (3)層狀撕裂的預防措施 層狀撕裂修復困難，主要是預防。 當焊接接頭的拘束程度可能會導致層狀撕裂時，就應對所用鋼板進行層狀撕裂敏感性評定，并選用對層狀撕裂敏感性低的鋼板。 采用合理的坡口型式，盡可能使焊縫熔合線同鋼板成一角度。,6.層狀撕裂 (3)層狀撕裂的預防措施 對層狀撕裂比較敏感的鋼種，如設計允許，可用強度等級較低、塑、韌性較好的焊接材料，降低鋼板厚度方向的應力。 鋼種層狀撕裂敏感性較高，可在焊接坡口處的鋼板表面預先堆焊幾層低強度的焊縫金屬。,4.7 焊接缺陷及檢驗 4.7.3 焊接缺陷檢驗 1.焊接缺陷檢驗方法非破壞性與破壞性檢驗。 （Non-Destructive & Destructive Testing） (1)非破壞性檢驗不破壞焊接產品本身的檢驗。 外觀檢驗 無損檢測 致密性試驗。 (2)破壞性檢驗用焊接試板制取試樣進行檢驗。 化學成分分析 力學性能試驗 金相組織檢驗,4.7.3 焊接缺陷檢驗 2.破壞性檢驗 在鍋筒主焊縫(縱、環(huán)縫)進行焊接的同時，需進行焊接試樣板的焊接。 焊接試樣板所用材料及板厚必須與鍋筒相同，所用焊接設備、工藝規(guī)范、焊后熱處理規(guī)范均應與鍋筒焊接相同，以便使焊接試樣板焊接接頭質量在一定程度上代表鍋筒的焊接質量。 對割取的試樣進行各項試驗，包括： 力學性能試驗:拉伸，彎曲，沖擊試驗 化學成分分析:光譜分析,化學分析 材料的金相組織檢驗:光學顯微鏡，SEM,TEM,4.7.3 焊接缺陷檢驗 3.非破壞性檢驗 (1)外觀檢驗 鍋筒上的全部焊縫均應進行外觀檢驗。檢驗前應將焊縫表面熔渣和污垢清理干凈，然后依靠肉眼或低倍(20倍)放大鏡檢查焊縫和熱影響區(qū)是否有表面缺陷，并檢查焊縫外形尺寸是否符合要求。,2.非破壞性檢驗 (2)無損檢測(Non destructive TestingNDT) 無損檢測方法很多，各有其特點及適用范圍。限于目前檢測的水平，一般不能直接辯認缺陷的種類及性質，只能識別缺陷的大小和形狀，由此間接地判斷缺陷的性質。 無損檢測技術是一門以物理學、力學、電子學和材料科學為基礎的新興學科。其檢測手段和相關原理涉及到力、熱、磁、光、電等物理、力學現(xiàn)象，主要對產品和焊接接頭的內部及表面的缺陷狀態(tài)進行檢查。形成了射線、超聲波、滲透、磁性、聲發(fā)射、渦流、紅外、液晶、聲振動、激光全息等檢測方法。彌補以統(tǒng)計學為依據(jù)的破壞性檢測的局限性。,2.非破壞性檢驗 (2)無損檢測(NDT) 1)射線檢測(Radiographic TestingRT) 射線探傷是利用射線可穿透物質和在物質中有衰減的特性來發(fā)現(xiàn)缺陷的一種檢測方法。 按檢測所使用的射線不同，可分為X射線、射線、高能射線檢測三種。 由于其顯示缺陷的方法不同，每種射線檢測都又分電離法、熒光屏觀察法、照相法和工業(yè)電視法。射線檢驗主要用于檢驗焊縫內部的裂紋、未焊透、氣孔、夾渣等缺陷。,2.非破壞性檢驗/(2)無損檢測(NDT) 1)射線檢測(Radiographic TestingRT),2.非破壞性檢驗/(2)無損檢測(NDT) 2)超聲波檢測(Ultrasonic TestingUT) 超聲波在在不同介質的界面上會產生反射，因此可用于內部缺陷的檢驗。 超聲波可以檢驗任何 材料、任何部位缺陷 ，且能較靈敏地發(fā)現(xiàn) 缺陷位置，但對缺陷 性質、形狀和大小較 難確定。所以超聲波 檢測常與射線檢驗配 合使用。,2.非破壞性檢驗/(2)無損檢測(NDT) 3)磁力檢測(Magnetic TestingMT) 磁力檢驗是利用磁場磁化鐵磁性金屬零件所產生的漏磁來發(fā)現(xiàn)缺陷的。按漏磁測量方法不同，分為磁粉法、磁感應法和磁性記錄法，其中以磁粉檢測和渦流檢測應用最廣。磁力檢測只能發(fā)現(xiàn) 磁性金屬表面和近 表面缺陷。對于缺 陷性質和深度也只 能根據(jù)經驗來估計。 磁力檢測之磁粉檢測 (Magnetic Particle Testing),2.非破壞性檢驗/(2)無損檢測(NDT) 3)磁力檢測之 渦流檢測(Eddy Current TestingET) 高頻交變電流通過勵線圈向工件輸送一次激勵磁場，在工件中產生感應渦流，渦流又產生自生的二次磁場，渦流磁場包含工件性質及性能信息，依靠檢測線圈接收渦流磁場變化的信息， 檢測工件中表面(Surface)或近表面(Sub-S)缺陷。,2.非破壞性檢驗/(2)無損檢測(NDT) 3)磁力檢測之 渦流檢測(Eddy Current TestingET) 渦流檢測儀器含三部分： 發(fā)生(generating)為檢測線圈提供交流電流； 接收(receiving)接收信號并進行信號處理； 顯示(displaying)以熒光屏，磁帶等顯示記錄。,2.焊接接頭的檢驗方法/(2)無損檢測(NDT) 4)滲透檢驗(Liquid Penetrant TestingPT) 滲透檢驗是利用某些 液體的滲透性等物理 特性來發(fā)現(xiàn)和顯示缺 陷的，包括著色檢驗 和熒光檢驗兩種，可 檢查鐵磁性和非鐵磁 性材料表面缺陷。只 適合發(fā)現(xiàn)開口的表面 缺陷。,2.焊接接頭的檢驗方法/(2)無損檢測(NDT) 5)聲發(fā)射檢驗(Acoustic Emission TestingAET) 固體材料受外力后，引起塑性變形，應變能以彈性波的形式瞬態(tài)釋放后產生聲頻信號的現(xiàn)象稱為聲發(fā)射(acoustic emission，簡稱AE）。 聲發(fā)射檢測技術是 一種動態(tài)檢測技術 可實時檢測，適合,無損檢測；,在線監(jiān)控；,安全評估；,結構完整性評價；,早期險情預報。,2.焊接接頭的檢驗方法/(2)無損檢測(NDT) 5)聲發(fā)射檢驗(Acoustic Emission TestingAET) 聲發(fā)射是一種常見物理現(xiàn)象。1950s初，德國人Kaiser研究并發(fā)現(xiàn)后來以他名字命名的聲發(fā)射不可逆效應Kaiser效應: 聲發(fā)射現(xiàn)象僅在第一次加載時產生，卸載后終止， 只有后加載荷值超過第一 次加載最大值，才有聲發(fā) 射產生。該現(xiàn)象表明：聲 發(fā)射不顯示和記錄具有一 定缺陷尺寸的缺陷，而是 顯示正擴展的最危險缺陷。,檢驗內部缺陷的方法,檢驗表面缺陷的方法,4.8 鍋爐與壓力容器用鋼焊接工藝特點,4.8 鍋爐與壓力容器用鋼焊接工藝特點 4.8.1低碳鋼焊接工藝 低碳鋼含有C、Si、Mn、S、P五種基本元素，用以制造中溫350以下的鋼板制件和450以下的鋼管制件。 1.低碳鋼碳含量低，塑性好，一般沒有淬硬傾向，對焊接熱過程不敏感，可焊性好； 2.工藝性能好，一般不必采用特殊工藝措施，通常一些薄壁件也不需要焊后熱處理； 3.可采用所有焊接方法進行焊接，并能獲得性能良好的焊接接頭。,4.8.2 低合金高強度鋼的焊接工藝特點 鍋爐壓力容器廣泛采用低合金高強度鋼，鋼中添加Mn、Ni、Mo、Nb等合金元素，主要用于制造450以下的鋼板制件，分成兩類： 1.屈服極限小于400MPa 16Mng，16MnR，19Mng，22Mng，20MnG，25MnG等， Mn含量提高了鋼的強度，但未損害鋼的塑性和韌性，碳含量低，沒有淬硬傾向，可焊性好，工藝性能好。 2.屈服極限大于400MPa 15MnVR，13MnNiMoNbg等，強度高，塑性韌性差，淬火敏感性高，可焊性差，焊接接頭中易產生各種缺陷，特別是焊接裂紋，焊后必須采取嚴格的工藝措施，才能保證焊接質量。,4.8.2 低合金高強度鋼的焊接工藝特點 (1)使用堿性低氫焊條，烘干后隨用隨取。 (2)焊前預熱和焊后低溫消氫處理相配合，防止強度級別較高的低合金鋼產生冷裂紋。 (3)采取適當?shù)暮附右?guī)范以控制焊接冷卻速度。對于有過熱傾向而又有一定淬硬性的鋼，可以用線能量小的規(guī)范，以減少高溫停留時間，同時采用預熱來減小過熱區(qū)的淬硬性。 (4)盡量減少結構的剛性和裝配應力，禁止強力組裝，并采用合理的焊接順序。 (5)采用焊后熱處理，以減少焊縫殘余應力和改善組織狀態(tài)。,4.8.3 珠光體耐熱鋼的焊接工藝特點 珠光體耐熱鋼正火后組織為珠光體，具有足夠蠕變強度和抗氧化能力。用于中高壓以上鍋爐過熱器、再熱器管束、集箱等，使用溫度可達450600的蠕變狀態(tài)；常用的有： 15MoG，20MoG，15CrMoG，12Cr2MoG， 12Cr1MoVG，12Cr2MoWVTiB，12Cr3MoVSiTiB 1.珠光體耐熱鋼含有不等 Cr,Mo,V合金元素，冷卻速度不同，焊后組織狀態(tài)也不同，具有明顯淬硬傾向，焊縫和焊接熱影響區(qū)易出現(xiàn)硬而脆馬氏體組織，容易產生裂紋。 厚工件自然冷卻時，冷卻速度快； 薄工件焊后自然冷卻時，冷卻速度較慢； 焊前預熱，焊后緩冷，冷卻速度很慢。,4.8.3 珠光體耐熱鋼的焊接工藝特點 2.任何厚度耐熱鋼接頭焊后應進行熱處理，消除殘余應力，加快氫逸出，避免冷裂紋產生。 3.焊前預熱，焊后緩冷。,4.8.4 912%Cr馬氏體型耐熱鋼焊接工藝特點 9%12%Cr系馬氏體型耐熱鋼具有很高的蠕變斷裂強度和抗氧化能力，填補了低合金鋼和奧氏體鋼之間空白，其中10C9Mo1VNb鋼625的蠕變斷裂強度和奧氏體鋼0Cr18Ni9等強度 、10Cr9MoW1.6VNb、10Cr12MoW2VNb的性能則更加優(yōu)異，是下一步發(fā)展更高參數(shù)、更大容量的超超臨界發(fā)電機組主力鋼種。 (1)含有不等的合金元素Cr,Mo,V,Nb等。這類鋼焊接時焊縫和熱影響區(qū)易形成淬硬組織，使焊接接頭脆性增大，容易產生裂紋。 (2)焊前預熱，焊后進行熱處理，避免產生冷裂紋。任何厚度的耐熱鋼焊接接頭焊后都應進行熱處理， 以消除殘余應力，加快接頭中氫的逸出，避免冷裂紋產生。,4.8.5 奧氏體不銹鋼的焊接工藝特點 奧氏體鋼具有高的熱強性和優(yōu)良的抗氧化性、抗腐蝕能力，是高蒸汽參數(shù)的鍋爐過熱器，再熱器管材高溫段主要用鋼。主要18-8，15-10型，25-20型奧氏體不銹鋼。 1.晶間腐蝕是奧氏體鋼焊接的主要問題 焊后450850溫度范圍停留一段時間后，碳向奧氏體晶界擴散，并 和鉻化合析出碳化鉻， 造成奧氏體晶界貧鉻， 使晶間喪失抗腐蝕性能 ，產生晶間腐蝕。,4.8.5 奧氏體不銹鋼的焊接工藝特點 奧氏體鋼焊接工藝 (1)控制含碳量。碳是造成晶間腐蝕的主要因素。如含碳量很小，則碳全部溶解在固溶體中，不易擴散產生晶間腐蝕。焊接材料的含碳量應控制在0.08%以下或更低(0.04)，可提高焊縫抗晶間腐蝕性能。 (2)添加穩(wěn)定劑。在焊接材料中加入鈦、鉭、鈮、鋯和碳親和力比鉻強元素，能夠與碳結合成穩(wěn)定的碳化物，從而避免在奧氏體晶界造成貧鉻，可提高抗晶間腐蝕能力。,4.8.5 奧氏體不銹鋼的焊接工藝特點 奧氏體鋼焊接工藝 (3)采用合理的工藝措施。為防止奧氏體鋼在450850停留時間過長，產生晶間腐蝕，焊奧氏體鋼時，一般不預熱，應盡可能采用大的焊接速度、短弧和焊條不作橫向擺動。多道焊時、待前一條焊縫完全冷卻再焊下一道焊縫，或用墊板加速焊縫冷卻。 (4)焊后熱處理。焊后可將焊接接頭進行固溶處理。方法是把焊接接頭加熱到10501100，此時碳化鉻又重新溶人奧氏體中，然后迅速冷卻以穩(wěn)定奧氏體組織。,4.8.6 異種鋼焊接工藝特點 鍋爐介質的變化溫度是一個連續(xù)的過程，因此，隨著蒸汽溫度的升高，所要求的鍋爐耐熱材料的熱強性也不斷提高，低合金耐熱鋼的最高耐熱溫度約為600，912Cr鐵素體鋼的最高耐溫度約為650，因為當蒸汽溫度處于566和593時，高溫過熱器的金屬壁溫將達到650以上，因此，鐵素體鋼和奧氏體不銹鋼的異種鋼焊接問題不可避免。異種鋼焊接問題常會遇到一些特殊問題，如，兩種材料所含合金元素熔入焊縫，可能使其性能良好，或產生裂開缺陷。,4.8.6 異種鋼焊接工藝特點 焊縫金屬的稀釋問題異種鋼焊縫金屬的化學成分取決于填充金屬的成分及其被母材稀釋的程度。為了確保焊縫成分的合理性， 必須選用高合金材料作為填充金屬，并在焊接時適當控制熔合比。 對熔合區(qū)塑性的影響異種鋼焊接時奧氏體焊縫金屬中緊鄰熔合線處存在一個窄的低塑性帶，寬度一般為0.20.6 mm，稱作熔合區(qū)脆性交界層。它的存在會嚴重降低焊接接頭的韌性。因此，在低溫下工作的異種鋼接頭