焊接工阳艺规程设计.ppt
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1、第1篇 第4章 焊接工艺规程设计,4.1 焊接工艺规程设计概念 4.2 焊接符号与标注 4.3 焊接接头及坡口型式 4.4 金属焊接性与焊接工艺评定 4.5 焊接工艺要素和规范 4.6 焊接应力与变形 4.7 焊接缺陷与检验 4.8 锅炉与压力容器用钢焊接工艺特点,4.1 焊接工艺规程设计概念 1.基本概念 (1)生产过程 利用相应制造工艺将原材料转变为成品全过程。 (2)制造工艺 生产过程中制造方法和制造工艺过程的总称。 (3)工艺过程 改变生产对象的形状、尺寸、相对位置和性质使其成为成品或半成品过程。 (4)工艺规程 规定产品或零部件制造工艺过程和操作方法等的工艺文件称为工艺规程。,4.1
2、 焊接工艺规程设计概念 2.工艺规程作用 工艺规程还是连接设计和制造的桥梁。工艺规程是指导生产、组织生产、管理生产的主要工艺文件,是加工、检验、验收、生产调度与安排的主要依据。 3.焊接工艺过程 焊接工艺过程是利用焊接方法使原材料毛坯改变结构形状和尺寸使其成为合格零部件的过程。 焊接工艺过程对焊接产品质量有决定性影响。 4.焊接工艺规程 规定焊接结构件焊接工艺过程和焊接操作方法等的工艺文件。,4.1 焊接工艺规程设计概念 5.焊接生产过程 焊接生产过程是指从投料开始,经过一系列的工序,最后加工成焊接产品的过程。,焊接生产过程,4.2 焊缝符号及标注 (1)焊接图是供焊接加工时所用的图样。除了将
3、焊接件结构表达清楚以外,还必须把与焊接有关内容表示清楚,如焊接接头型式、焊缝型式、焊缝尺寸、焊接方法等。 (2)要看懂焊接机械设备图纸,就必须了解焊缝的符号及其标注方法。焊缝代号是工程语言的一种,它可以统一焊接结构图纸上的符号。我国的焊缝符号是由国家标准GB324规定的。焊缝符号由以下内容组成: (3)焊缝符号由焊接方法代号、基本符号、辅助符号、补充符号和焊缝尺寸符号等组成。,4.2 焊缝符号及标注 1.常用焊接方法的代号 (1)GB324-1964用字母表示,1988标准已取消。 (2)GB5185-1985用数字代号。 (3)图样上焊接方法代号标注在指引线尾部。,2.基本符号:基本符号是表
4、示焊缝横截面形状的符号,近似于焊缝横截面形状,见表。,2.基本符号 见续表。,3.辅助符号 辅助符号是表示焊缝表面形状特征的符号,不需要确切地说明焊缝的表面形状时,可不用。,4.补充符号 补充符号是为了补充说明焊缝的某些特征面用的符号,见下表。,5.焊缝的尺寸符号 焊缝尺寸符号见下表。,4.2 焊缝符号及标注 6.指引线 (1)箭头线和两条基准线(细实线,虚线)组成。 (2)箭头线用细实线绘制,箭头指向有关焊缝处。 (3)需要时,焊接方法可标在尾部。,4.2 焊缝符号及标注/6.指引线 (4)焊缝、符号和指引线位置 若焊缝在箭头侧,则将基本符号标在基准线的细实线一侧,图a。 若焊缝不在箭头侧,
5、则将基本符号标在基准线的虚线一侧,图b。 标注对称及双面焊缝时,可不画虚线,图c。,4.2 焊缝符号及标注 7.常用焊缝尺寸标注法 (1)焊缝横截面上的尺寸,标在基本符号左侧。 (2)焊缝长度方向的尺寸,标在基本符号的右侧 (3)坡口角度、坡口面角度、根部间隙b标在基本符号的上侧或下侧。 (4)相同焊缝数量及焊接方法代号标在尾部。 (5)当数据较多时,可在数据前增加尺寸符号。,4.2 焊缝符号及标注 8.焊缝尺寸标注示例,4.2 焊缝符号及标注 9.焊缝的规定画法 工件经焊接后所形成的接缝称为焊缝。如需在图样中简易地绘制焊缝时,可用视图、剖视图或断面图表示,也可用轴测图示意地表示。焊缝的规定画
6、法,如图所示。,4.3 焊接接头及坡口型式 1.接头型式 常见焊接接头有对接接头、T形接头、角接接头和搭接接头等四种,如图所示。 焊接接头的选择:主要根据焊接结构形式、焊件厚度、焊缝强度要求及施工条件等来选择。,对接接头 T形接头 角接接头 搭接接头,4.3 焊接接头及坡口型式 2.对接接头 (1)对接接头特点 对接接头容易保证焊透,接头质量高; 应力分布均匀受力情况好; 静载和动载都具有很高连接强度 但是: 对焊前准备和接头装配要求较高。 焊缝余高焊缝与母材过渡处易引起应力集中。锅筒和重要压力容器上的对接焊缝一般要求将焊缝余高打磨平整或喷丸后出厂。,4.3 焊接接头及坡口型式 2.对接接头
7、(2)坡口形式 一般情况,手工电弧焊焊接6mm以下焊件和自动焊焊接14mm以下焊件时,可不开坡口; 钢板超过上述厚度时,电弧不能熔透钢板,应考虑开坡口,开坡口可使热源伸入根部,保证焊透,且可降低热规范,减小热影响区和减少焊件的变形。 按照焊件厚度及坡口准备的不同,对接接头可分为不开坡口、单边V形、V形坡口、U形坡口、单边U形、K形坡口、X形坡口、U形V形混合坡口和双U形坡口等(见图)。,2.对接接头/(2)坡口形式 坡口、钝边和间隙尺寸配合好,可保证焊透,也可避免烧穿、未焊透等缺陷。 坡口型式选择,主要根据被焊工件厚度、焊后应力变形大小、坡口加工的难易程度、焊条消耗量以及焊接工艺等各方面因素来
8、考虑。,2.对接接头 (2)坡口形式 在不同厚度钢板对接时,由于接头处断面有突然变化,会造成应力集中,如焊缝两边钢板中心线不一致,受力时将产生附加弯矩,这些都将影响接头强度。双面或者单面削薄(图)。,3.T形接头 (1)根据工件厚度不同,将两块钢板互成直角连接在一起的焊缝接头称为T形接头。 (2)锅炉、压力容器插入式管接头、管板和锅壳、人孔圈和筒体焊接属于此类。 (3)适于空间类焊件,具有较高强度,如船体结构中约70的焊缝采用了T形接头。 (4)可分不开坡口、单边V形、双边V形及K形坡口,可用单面或双面焊。,未开坡口 T形接头,开坡口 T形接头,4.3 焊接接头及坡口型式 3.T形接头 对不开
9、坡口的T形接头,应尽量避免采用单面角焊缝,因为,该种接头的根部有很深的未焊透缺口,且此种焊缝不能承受反方向的力矩。,4.3 焊接接头及坡口型式 4.角接接头 (1)根据工件厚度不同,将两块钢板互成直角沿边沿连接在一起的焊缝接头称为角接接头。 (2)通常只起连接作用,只用来传递工作载荷。,4.3焊接接头及坡口型式 4.角接接头 图示为不允许的角接焊缝结构。 这些角焊缝应力分布不均,在焊缝根部有较大应力集中,在压力容器的受压件上是禁止采用的。,4.3 焊接接头及坡口型式 5.搭接接头 焊前准备简便,但受力时产生附加弯曲应力,降低了接头强度。,4.4 金属焊接性与焊接工艺评定 焊接是一种复杂的加工工
10、艺,焊接之前需要进行一系列准备工作,其中最重要的技术准备。 (1)人员准备 焊接工人及操作技能 (2)物质准备 原材料 焊接材料 焊接设备 (3)技术准备主要介绍焊接前技术准备 制定焊接工艺金属焊接性试验 验证焊接工艺焊接工艺评定试验,4.4 金属焊接性与焊接工艺评定 4.4.1 金属焊接性 1.焊接性概念 采用一定焊接方法、焊接材料、工艺参数及结构形式条件下,获得优质焊接接头的难易程度,即金属对焊接加工的适应性。两个方面: (1)工艺焊接性接合性能,主要指在给定的焊接工艺条件下,形成完好焊接接头的能力,特别是焊接接头对产生裂纹的敏感性; (2)使用焊接性使用性能,在给定的焊接工艺条件下,焊接
11、接头在使用条件下安全运行的能力,包括焊接接头的力学性能和其它特殊性能(如耐高温、耐腐蚀、抗疲劳性能等)。,4.4 金属焊接性与焊接工艺评定 4.4.1金属焊接性 2.金属焊接性的意义 原则上,各种金属都能进行焊接,但金属本身固有的基本性能,还不能直接表明它在焊接时会出现什么问题以及焊接以后焊接接头的性能是否能满足使用要求,所以,金属材料对焊接加工的适应性用焊接性来衡量。 金属材料焊接性是金属的工艺性能在焊接过程中的反映,了解及评价金属材料的焊接性,是焊接结构设计、确定焊接方法、焊接工艺评定、制定焊接工艺的重要依据。,4.4 金属焊接性与焊接工艺评定 4.4.1 金属焊接性 3.焊接性试验方法
12、(1)按试验者与研究对象的关系分类 间接试验:以推理或模拟为主要特征; 直接试验:以焊接试件为主要特征。 (2)按照金属焊接性的内涵分类 工艺焊接性试验:评定结合性能; 使用焊接性试验:评定使用性能。,4.4 金属焊接性与焊接工艺评定 4.4.2 焊接工艺评定验证焊接工艺 1.概念:焊接工艺评定是按采用焊接工艺在接近实际生产条件下焊制模拟产品试板,并从焊成试板中按产品技术条件截取拉力、弯曲和冲击韧性试样,并将焊接条件变化是否影响接头力学性能作为是否需要重新评定焊接工艺的判断准则,如果所有试样的检验结果全部符合技术要求,则证明所编制的焊接工艺是可行的,可根据工艺评定报告拟定正式的焊接工艺细则卡。
13、 锅炉压力容器焊接工艺内容广泛,任何一种焊接工艺要素改变都会对接头性能产生影响,对将用于生产的每项焊接工艺应作相应评定。,4.4.2 焊接工艺评定 2.焊接工艺评定的目的 焊接工艺评定用以评定施焊单位是否有能力焊出符合规程和产品技术条件所要求的焊接接头,验证施焊单位的焊接工艺指导书是否合适。 3.焊接工艺评定特点和程序 焊接工艺评定是在焊接性试验基础上进行的生产前工艺验证试验。应在制定焊接工艺指导书以后,焊接产品以前进行。 焊接产品焊接前,焊接单位应按规定对焊接接头进行焊接工艺评定。 可按以下三个程序进行:,4.4.2 焊接工艺评定 3.焊接工艺评定特点和程序 (1)由具有专业知识和实践经验焊
14、接工艺人员,根据钢材焊接性能试验,结合产品特点、工艺条件来拟定,内容包括焊接工艺重要因素、补加因素和次要因素,拟定焊接工艺指导书。 (2)按照焊接工艺指导书和标准规定来施焊试件,检验及测定试样性能,填写焊接工艺评定报告。如果评定不合格,应修改焊接工艺指导书继续评定,直到评定合格。 (3)经评定合格的焊接工艺指导书可直接用于生产,也可以根据焊接工艺指导书、焊接工艺评定报告结合实际生产条件,编制焊接工艺卡,用于产品施焊。,焊接性试验 焊接工艺指导书 焊接试板 焊接工艺评定 焊接工艺细则卡 焊接产品,制定,验证,应用,4.4.2 焊接工艺评定 4.焊接工艺评定试验 (1)由施焊单位的熟练焊工进行试件
15、焊接; (2)焊接工艺评定试板应具有足够的尺寸; SMAW和气保焊,至少为300mm500mm; 埋弧焊,400600,电渣焊500800。 (3)试板焊完后,应按焊接工艺指导书规定焊接工艺试件,然后对工艺试件进行外观、无损探伤、力学性能和金相等检验。 (4)试件检验合格后,加工拉力、弯曲和冲击试样(图),试样尺寸按相应国家标准规定制作。 (5)试验结果应符合产品技术条件要求。,对接焊缝板状试件切取试样部件图,角接焊缝管板试件切取宏观试样示意图,4.5 焊接工艺要素和规范 焊接工艺是控制接头焊接质量的关键因素。 焊接生产以焊接工艺细则卡来规定焊接工艺的要素。焊接工艺细则卡的编制依据是相应的焊接
16、工艺评定试验结果。 焊接工艺细则卡规定的焊接工艺要素: 焊前准备,焊接设备,焊接材料,坡口加工,清洗,装配; 焊接方法选择; 焊接工艺规范参数,预热、电参数、后处理; 焊接操作技术; 焊后检查等。,4.5 焊接工艺要素和规范 4.5.1 焊前准备 1.坡口加工 (1)剪切常用于不开坡口的薄板 生产率高,加工方便,边缘平直,但不能剪切厚板,不能加工有角度坡口,一般适用于25mm以下板厚。 (2)刨边用于直边坡口 用刨床或刨边机加工 直边坡口,加工质量 好,坡口平直,精度高。,4.5.1 焊前准备/1.坡口加工 (3)车削用于管子坡口 车削可加工出各种型式的坡口,厚壁筒体的U型坡口常用这种加工方法
17、,对较长、较重等无法搬动的管子可用移动式的管子坡口机。小直径薄壁管子可用手动式坡口机,大直径厚壁管子则可采用电动车管机。,移动式管子坡口机 便携式管道坡口机,氧乙炔切割加工坡口,4.5.1 焊前准备/1.坡口加工 (4)氧乙炔切割应用最广的加工坡口方法 利用气割可以得到任何角度的V形、X形、单边V形、K形等坡口,更适合厚钢板的切割,生产率高。气割有手工、半自动和自动,可同时安装二三把割炬,能将V形、X形坡口一次切成)。质量好,生产率高。,4.5.1 焊前准备 1.坡口加工 (5)铲削用于加工坡口, 清焊根 用风铲来铲削坡口、劳动强度较大,噪声严重。这种方法已日益被碳弧气刨所代替。 (6)碳弧气
18、刨常用于清焊根 碳弧气刨效率比风铲高,劳动强度小特别在开u形坡口时更为显著,正在逐渐取代风铲。缺点是要用直流电源,刨割时烟雾大,要采取排烟措施。,4.5.1 焊前准备 2.坡口清洗 (1)坡口两侧的内、外表面必须清除锈斑、氧化膜和油垢等污染,这是防止焊缝产生气孔和裂 纹的有效措施。 (2)手工电弧焊清理宽度为20mm范围;埋弧自动焊为30mm;电渣焊为40mm。 (3)焊接过程中不发生冶金反应的焊接方法,如TIG焊,MIG焊,PAW焊等,更应重视。,4.5.1 焊前准备 3.坡口装配 (1)焊件组装时,接头两侧边缘必须相互对准。 焊件组装后应进行错边量检查,在压力容器制造中,对接接头错边量的要
19、求较高。A,B类焊缝对口错边量应符合下表规定。,4.5 焊接工艺要素和规范 4.5.2 焊接工艺规范参数 焊接工艺规范参数包括焊前的预热温度,焊接电参数(电流、电压、电流种类、频率、焊接和送丝速度等),后热温度和保温时间,消氢处理温度和保温时间,焊后热处理和消除应力处理制度等。在气体保护焊中,还应包括气体种类、混合比和流量等。 1.焊前预热温度的选定 焊前预热的作用: 降低焊接热影响区的冷却速度,避免淬硬组织的形成,防止冷裂纹并改善热影响区塑性;,4.5 焊接工艺要素和规范 4.5.2 焊接工艺规范参数 减小焊接区的温度梯度,从而降低焊接接头的内应力; 扩大焊接区加热范围,使焊接接头在较宽区域
20、内处于塑性状态,减弱焊接应力的不利影响。 改变焊接区的应变集中区部位,降低了促使冷裂纹形成的应力峰值; 延长焊接区l00以上停留时间,利于焊缝金属中氢逸出,降低氢致裂纹危险。 对于结构简单的焊件,可按表47规定的温度范围进行预热。,4.5 焊接工艺要素和规范 4.5.2 焊接工艺规范参数 2.焊接电参数 (1)在使用连续的交流电和直流电焊接时,焊接规范中的电参数主要是焊接电压和焊接电流。 (2)采用脉冲电流焊接时,电参数还包括电流的交变频率、通断比、基本电流和峰值电流值。 (3)焊接规范参数的选择原则首先是保证接头的熔透、无裂纹并获得成形良好的焊道,同时还应保证接头的性能满足技术条件规定的各项
21、要求,因而在选择电参数时要 考虑焊接热输入量对接头性能的影响。手工电弧焊 焊条直径选择及相应的焊接电流范围见表4-8.,4.5.2 焊接工艺规范参数 3.焊后加热和消氢处理 焊后加热是指焊后将焊件或焊接区立即加热到150250,保温一定时间,该工艺简称后热。若以消氢为目的,后热处理应在300400温度范围内进行,这种处理就称为“消氢处理”。其要点是每条焊缝焊完后立即将焊件或整 条焊缝加热到上述温度,保温24h后空冷。 4焊后热处理 常用的焊后热处理有: (1)水调质处理,即水淬火加回火处理。 淬火后回火处理温度对焊接接头的性能有很大影响。回火温度应在在AC3以上50100。,4.5.2 焊接工
22、艺规范参数 4焊后热处理 对一种钢材最适用的回火温度范围可通过预先的回火处理试验来确定。 (2)正火或正火加回火: 厚壁筒节纵缝电渣焊缝晶粒粗大,达不到所要求的力学性能,因此焊后必须作正火处理以细化晶粒。某些采用埋弧焊焊成的筒节也可能在热校和热整形过程中经受正火处理。 正火温度应在该种钢材AC3以上3050。 过高的正火温度会导致晶粒的长大, 起不到正火的效果。保温时间按12min/min壁厚计算。保温结束后将工件放在平静空气中冷却。,4.5.2 焊接工艺规范参数 4焊后热处理 (3)消除应力处理 当压力容器的壁厚超过下表所列的界限就必须将其作消除应力处理。 消除应力处理的作用: 消除残余应力
23、,稳定构件尺寸; 改善构件母材与焊接接头的性能; 析出焊接区域有害气体,防止延迟裂纹; 提高构件抗应力腐蚀的能力; 提高耐疲劳强度。,4.6 焊接应力和变形 4.6.1焊接应力和变形概念 1.概念:在焊接过程中,焊件中产生随时间而变化的变形和内应力分别称为焊接瞬时变形和瞬时应力。焊后温度冷却至室温时留存于焊件中的变形和应力分别称为焊接残余变形和焊接残余应力(welding residual stresses) 。,沿焊缝的纵向裂开 船体结构焊接变形,4.6 焊接应力和变形 4.6.1 焊接应力和变形概念 2.自由变形:焊接过程是一个不均匀加热和冷却的过程。在施焊时,焊件上产生不均匀的温度场,焊
24、缝及其附近温度最高,可达1600以上,而邻近区域温度则急剧下降。 热胀冷缩没有受到阻碍的自由变形量: 单位长度的自由变形量:,4.6.2 焊接应力和变形产生的原因 1.焊接加热时 焊缝区不均匀加热和冷却是产生焊接应力和变形的根本原因。焊接时,局部加热使焊件金属受热膨胀,应该产生abcde的伸长变形。 但钢板是一个整体,伸长不能自由地实现,只能比较均衡地伸长。此时,焊缝中心两侧受拉应力作用,而焊缝中心受压应力,当压应力超过屈服强度时,将产生压缩塑性变形。,4.6.2 焊接应力和变形产生的原因 2.焊接冷却后:因焊缝中心已经受到过压缩变形,冷却后的尺寸比原来尺寸短,焊缝两侧只发生弹性变形的金属应恢
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