94項目四?焊條電弧焊I形坡口帶鈍邊單邊V形坡口帶鈍邊雙單邊V形坡口帶鈍邊雙J形坡口圖4-9?T形接頭3.角接接頭（1）特點角接接頭是兩焊件端部構成大於30°、小於135°夾角的接頭。角接接頭承載能力差，特別是當接頭承受彎曲力是，焊根易出現應力集中而造成根部開裂。
（2）應用角接接頭一般用於不重要的焊接結構中。角接接頭一般不開坡口，如需要也可以根據焊件厚度開帶鈍邊單邊V形坡口、Y形坡口及帶鈍邊雙單邊V形坡口等，如圖4-10所示。
I形坡口帶鈍邊單邊V形坡口95焊工工藝Y形坡口帶鈍邊雙單邊V形坡口圖4-10?角接接頭4.搭接接頭（1）特點搭接接頭是兩焊件部分重疊構成的接頭。搭接接頭應力分布不均勻，疲勞強度較低，不是理想的接頭形式，但其焊前準備和裝配較簡單。
（2）應用不開坡口的搭接接頭一般用於厚度12mm以下的鋼板，其重疊部分為3～5倍板厚，常用在不重要的結構中。當結構重疊部分的麵積較大時，常選用圓孔塞焊縫和長孔槽焊縫的接頭形式，如圖4-11所示。
不開坡口塞焊縫槽焊縫圖4-11?搭接接頭96項目四?焊條電弧焊5.端接接頭（1）特點端接接頭是兩焊件重疊放置或兩焊件之間的夾角不大於30°，在端部進行連接的接頭，如圖4-12所示。
（2）應用端接接頭通常隻用於密封。
兩焊件重疊放置兩焊件之間的夾角不大於30°圖4-12?端接接頭拓展提高坡口製備坡口製備的方法應根據焊件的尺寸、形狀及加工條件來確定。一般有以下方法：（1）剪邊以剪板機剪切加工，常用於I形坡口。
（2）刨邊用刨床或刨邊機加工，常用於板件加工。
（3）車削用車床或車管機加工，適用於管子加工。
（4）切割用氧——乙炔火焰手工切割或自動切割機切割加工成I形、V形、X形和K形坡口。
（5）碳弧氣刨主要用於清理焊根時的開槽，效率較高、勞動條件較差。
（6）鏟削或磨削用手工或風動、電動工具鏟削或使用砂輪機(或角向磨光機)磨削加工，效率較低，多用於焊接缺陷返修部位的開槽。坡口加工質量對焊接過程有很大影響，應符合圖紙或技術條件要求。
97焊工工藝任務6?焊縫形式及形狀尺寸基礎知識焊件經焊接後所形成的結合部分叫作焊縫。焊縫起著連接金屬和傳遞力的作用，它是焊接過程中由填充金屬和部分母材熔合後凝固而成，其性能決定於兩者熔合後的成分和組織。
任務實施一、焊縫形式在手工電弧焊中，由於焊件厚度，結構形狀以及對質量要求的不同，其焊縫形式也不相同。
1.按焊縫結合形式分類根據GB\/T3375–94的規定，按焊縫結合形式，分為對接焊縫、角焊縫、塞焊縫、槽焊縫和端接焊縫五種。
（1）對接焊縫在焊件或零件的坡口麵與另一零件表麵間焊接的焊縫；（2）角焊縫沿兩直交或近直交零件的交線所焊接的焊縫；（3）端接焊縫構成端接接頭所形成的焊縫；（4）塞焊縫兩零件相疊，其中一塊開圓孔，在圓孔中焊接兩板所形成的焊縫，隻在孔內焊角焊縫者不稱塞焊。
（5）槽焊縫兩板相疊，其中一塊開長孔，在長孔中焊接兩板的焊縫，隻焊角焊縫者不稱槽焊。
2.按施焊時焊縫在空間所處位置分類分為平焊縫、立焊縫、橫焊縫及仰焊縫四種形式。
98項目四?焊條電弧焊3.按焊縫斷續情況分類可分為連續焊縫、斷續焊縫和定位焊縫三種形式。斷續角焊縫如圖4-13所示。
圖4-13?斷續角焊縫二、焊縫形狀尺寸1.對接焊縫形狀尺寸表示對接焊縫幾何形狀的參數有焊縫寬度、餘高、熔深。對接焊縫如圖4-14所示。
（1）焊縫寬度焊縫表麵與母材的交界處稱為焊趾。而單道焊縫橫截麵中，兩焊趾之間的距離稱為焊縫寬度。
圖4-14?對接焊縫99焊工工藝（2）餘高超出焊縫表麵焊趾連線上麵的那部分焊縫金屬的高度稱為餘高。焊縫的餘高使焊縫的橫截麵增加，承載能力提高，但卻使焊趾處會產生應力集中。通常要求餘高不能低於母材，其高度隨母材厚度增加而加大，但最大不得超過3mm。
（3）熔深在焊接接頭橫截麵上，母材熔化的深度稱為熔深。一定的熔深值保證了焊縫和母材的結合強度。當填充金屬材料（焊條或焊絲）一定時，熔深的大小決定了焊縫的化學成分。不同的焊接方法要求不同的熔深值，例如堆焊時，為了保持堆焊層的硬度，減少母材對焊縫的稀釋作用，在保證熔透的前提下，應要求較小的熔深。
2.角焊縫幾何形狀的參數根據角焊縫的外表形狀，可將角焊縫分成兩類：焊縫表麵凸起帶有餘高的角焊縫稱為凸角焊縫；焊縫表麵下凹的角焊縫稱為凹角焊縫，如圖4-15所示。表示角焊縫幾何形狀的參數有焊腳、角焊縫凸度和角焊縫凹度。
(a)凸形角焊縫(b)凹形角焊縫圖4-15?角焊縫（1）焊腳角焊縫的橫截麵中，從一個焊件上的焊趾到另一個焊件表麵的最小距離稱為焊腳。焊腳值決定了兩焊件的結合強度，它是最主要的一個參數。
（2）凸度凸角焊縫截麵中，焊趾連線與焊縫表麵之間的最大距離。
（3）凹度凹角焊縫橫截麵中，焊趾連線與焊縫表麵之間的最大距離。
3.焊縫成形係數焊縫成形係數是指熔焊時，在單道焊縫橫截麵上焊縫寬度（B）與焊縫計算厚度（H）的100項目四?焊條電弧焊B
比值，即焊縫成形係數=，如圖4-16所示。
H圖4-16?焊縫成形係數三、焊接位置焊接位置是指熔焊時，焊件接縫所處的空間位置。可用焊縫傾角和焊縫轉角來表示。
焊縫軸線與水平麵之間的夾角稱為焊縫傾角；通過焊縫軸線的垂直麵與坡口的等分平麵之間的夾角稱為焊縫轉角，如圖4-17所示。
圖4-17?焊縫傾角和焊縫轉角焊接位置分為平焊位置、立焊位置、橫焊位置和仰焊位置四種。
1.平焊位置焊縫傾角0°～5°、焊縫轉角0°～10°的焊接位置稱為平焊位置。在平焊位置進行的焊接就稱為平焊。
101焊工工藝2.立焊位置焊縫傾角80°～90°，焊縫轉角0°～180°的焊接位置稱為立焊位置。在立焊位置進行的焊接就稱為立焊。
3.橫焊位置焊縫傾角0°～5°，焊縫轉角70°～90°的焊接位置稱為橫焊位置。在橫焊位置進行的焊接就稱為橫焊。
4.仰焊位置焊縫傾角0°～15°，焊縫轉角165°～180°的焊接位置稱為仰焊位置。
除以上焊接位置外，焊接中常用的焊接位置還有平角焊位置、立角焊位置、仰角焊位置、全位置焊等。各種焊接位置如圖4-18所示。
圖4-18?各種焊接位置102項目四?焊條電弧焊任務7?認識焊接符號基礎知識焊接圖是焊接加工要求中使用的一種圖樣。在焊接圖上，焊縫的焊接要求一般采用焊縫符號和焊接代號簡明、清晰地表示出來，因而，焊接符號和焊接代號是工程界應用的語言。
任務實施一、焊縫在圖樣上的表示除點焊縫、縫焊縫、塞焊縫和槽焊縫以外的各種焊縫，在圖樣上表示時，應符合下述規定：（1）可見焊縫縱向可用2b～2.5b（b為視圖輪廓線寬度）等粗的實線表示（可使用區別於黑色的顏色），如圖4-19(a)所示；（2）不可見焊縫縱向可用2b～2.5b等粗的粗虛線表示，如圖4-19(b)所示；（3）焊縫的橫截麵應按焊縫實際截麵形狀繪製並塗黑。必要時，可用細實線畫出焊接前的坡口形狀等，如圖4-19(c)、(d)所示。
(a)(b)(c)(d)圖4-19?焊縫圖示法二、焊縫符號焊縫符號由基本符號和指引線組成，必要時還可以附加輔助符號、補充符號和焊縫尺寸符號來表示。在焊接標注時，焊縫的基本符號必須標注。焊縫符號能簡單、明了地在圖紙上說明焊縫的形狀、幾何尺寸和焊接方法。我國的焊接符號是由國家標準GB\/T324–2008焊縫103焊工工藝符號表示法規定的。
1.基本符號表示焊縫橫斷麵形狀的符號，采用近似焊縫橫斷麵形狀的符號來表示。常用的焊縫基本符號示意圖見表4-19。
表4-19常用基本符號序號名?稱示?意?圖符?號1角焊縫2點焊縫3Ⅰ形焊縫4V形焊縫5單邊V形焊縫6帶鈍邊V形焊縫7縫焊縫104項目四?焊條電弧焊續表序號名?稱示?意?圖符?號8塞焊縫或槽焊縫9封底焊縫10喇叭形焊縫11單邊喇叭形焊縫2.輔助符號輔助符號是表示焊縫表麵形狀特征的符號，對焊縫的表麵無要求時，則不標注輔助符號。
常用輔助符號見表4-20。
表4-20常用輔助符號序號名稱示意圖符號標注示例說明平麵V形對接平麵1焊縫一般通過加符號工保證凹麵2凹麵角焊縫符號凸麵3凸麵V形對接焊縫符號105焊工工藝3.補充符號補充符號是為了補充說明焊縫的某些特征而采用的符號，當焊縫具有表4-21所列特征時，則必須標注相應的補充符號。
表4-21補充符號序號名稱示意圖符號標注示例說明帶墊板V形對接焊1
符號縫，底麵有墊板工件三麵施角三麵焊縫2焊縫，焊接方法符號為手工電弧焊周圍焊縫沿工件周圍施3
符號角焊縫標注焊接方法4尾部符號（同上述三麵焊縫符號）及處數等說明4.焊縫尺寸符號常用尺寸符號見表4-22。表中各尺寸符號，在圖樣中應標出具體數值。確定焊縫位置的尺寸不在焊縫符號中給出，而是將其標注在圖樣上。此外，塞焊縫、槽焊縫帶有斜邊時，應該標注孔底部的尺寸。
表4-22焊縫尺寸符號序號名稱示意圖符號標注示例說明角焊縫1焊腳尺寸K焊腳尺寸為KⅠ形焊縫焊縫寬度c2焊縫寬為c焊縫厚度S焊縫厚為S塞焊縫熔核直徑d3熔核直徑d點焊縫焊點直徑d106項目四?焊條電弧焊續表序號名稱示意圖符號標注示例說明4焊縫間距e角焊縫焊腳尺寸為K5焊縫長度l焊縫長度為l焊縫間距為e焊縫段(點)數n焊縫段6n(點)數角焊縫相同焊縫7d焊腳尺寸為K處數相同焊縫處數為N5.指引線與基本符號位置規定完整的焊接標注除了上述基本符號、輔助符號、補充符號、尺寸符號及數據以外，還包括指引線及必要的說明。
（1）指引線指引線一般由一條箭頭線、兩條基準線（一條為細實線，另一條為虛線）組成，粗、細基準線間隔為2b（b為視圖輪廓線寬度），如圖4-20所示。有時還在基準線實線末端加一尾部符號，作其他說明。
①箭頭線：箭頭線可指在焊縫上，也可指在焊縫的背麵，如圖4-21所示。
圖4-20?指引線4-21?帶單角焊縫的T型接頭107焊工工藝②基準線：基準線一般應與圖樣的底邊相平行，必要時也可與底邊相垂直，實線和虛線的位置（上側或者下側）可根據需要互換。
（2）基本符號在基準線上的表示①如果焊縫在箭頭側，則將基本符號標在基準線的細實線側，如圖4-22(a)所示；②如果焊縫在接頭的非箭頭側（即不可見焊縫），則將基本符號標在基準線的虛線側，如圖4-22(b)所示；③標對稱焊縫及雙麵焊縫時，可省略虛線基準線，如圖4-22(c)所示。
圖4-22?焊縫的圖示與標注6.焊縫標注各種符號相對於基準線的位置如圖4-23所示。
圖4-23?符號相對於基準線的位置108項目四?焊條電弧焊7.焊縫標注原則（1）尾部符號標於箭頭線的尾部，並且以90°開口對稱於基準線。
（2）基準線上所標注各種焊縫符號的位置和方向不隨箭頭線方向的變化而變化；尾部符號處標注的內容也不隨尾部方向的變化而改變上下左右的書寫順序。
（3）當基本符號（輔助符號、補充符號）標注在基準線下方時，其方向應與標注在基準線上方時相對稱。
（4）雙麵符號隻能標注基礎件一側的焊接，在基礎件兩側的焊接不能用雙麵符號。
（5）當需要標注的尺寸數據較多又不易分辨時，應在數據前麵增加相應的尺寸符號。
（6）坡口角度、坡口麵角度、根部間隙標注在基本符號的上側或下側。
拓展提高關於焊縫尺寸的其他規定（1）確定焊縫位置的尺寸不在焊縫符號中標注，應將其標注在圖樣上。
（2）在基本符號的右側無任何標注且又無其他說明時，意味著焊縫在工件的整個長度上是連續的。
（3）在基本符號的左側無任何標注且又無其他說明時，表示對接焊縫要完全焊透。
（4）塞焊縫、槽焊縫帶有斜邊時，應標注其底部的尺寸。尺寸標注示例見表4-23。
表4-23焊縫尺寸標注示例標注圖示尺寸含義及說明表示焊腳為4mm的周圍角焊縫，焊接方法為焊條電弧焊表示坡口角度為50°，鈍邊為1mm，根部間隙為3mm的周圍Y形焊縫，焊接方法為CO2氣體保護焊109焊工工藝任務8?焊接及相關工藝方法代號基礎知識在焊接結構圖上，為了簡化焊接方法的標注和說明，國家標準《焊接及相關工藝方法代號》規定了用阿拉伯數字表示金屬焊接及相關工藝方法的代號。
任務實施焊接及相關工藝方法一般用三位數代號表示：第一位數字表示工藝方法大類；第二位數字表示工藝方法分類；第三位數字表示某種工藝方法。
常用焊接及相關工藝方法代號見表4-24。
表4-24常用焊接方法及其代號代號焊接方法代號焊接方法電弧焊3氣焊1
無氣體保護的電弧焊311氧―乙炔焊11手工電弧焊33氧―乙炔噴焊（堆焊）111MAG焊：熔化極非惰性氣體保護焊（含1354壓焊CO氣體保護焊）242摩擦焊2電阻焊7其他焊接方法21點焊781螺柱電弧焊22縫焊782螺柱電阻焊221搭接縫焊（滾焊）225加帶縫焊9硬釺焊、軟釺焊、釺接焊23凸焊91硬釺焊24閃光對焊94軟釺焊110項目四?焊條電弧焊焊接及相關工藝方法代號標注在基準線實線末端的尾部符號中，如圖4-24所示，“111”表示使用“焊條電弧焊”的焊接方法。
拓展提高圖4-24?焊接及相關工藝方法代號的標準焊縫標注示例焊縫標注示例見表4-25。
表4-25焊縫的標注示例焊縫形式焊縫示意圖標注方法焊縫符號意義坡口角度為60°、根部間隙為2mm、鈍對接焊縫邊為3mm且封底的V形焊縫，焊接方法為焊條電弧焊上麵為焊腳為8mm的雙麵角焊縫，下麵角焊縫為焊腳為8mm的單麵角焊縫表示雙麵焊縫，上麵坡口麵角度為45°、對接焊縫與角鈍邊為3mm、根部間焊縫的組合焊縫隙為2mm的單邊V形對接焊縫，下麵是焊腳為8mm的角焊縫表示35段、焊腳為5mm、焦距為30mm、角焊縫每段長為50mm的交錯斷續角焊縫注：符號“Z”表示交錯、斷續的焊縫。
111焊工工藝任務9?認識焊接結構裝配圖基本知識圖樣是工程技術界的語言，焊工在進行焊接作業之前，首先必須看懂圖樣和相關技術要求，才能進行結構件的放樣、下料、成形、裝配和連接，特別是放樣，與機械識圖的知識密切相關。
一張完整的焊接結構裝配圖主要包括以下五部分：標題欄、一組圖形、必要的尺寸、技術要求、零件的序號及明細欄。
1.標題欄、明細欄及零部件序號根據生產組織和管理的需要，按照一定的格式編寫零部件序號，並填寫明細欄和標題欄。
2.一組圖形用一組視圖完整、清晰、準確地表達出機器的工作原理，各零件的相對位置及裝配關係、連接方式和重要零件的形狀結構。一組圖形除包含焊接結構中與焊接有關的內容外，還包含了其他加工所需的內容。
3.必要的尺寸必要的尺寸包括有關裝配件的外形、性能、規格、連接關係、相對位置及裝配檢驗、安裝等尺寸。
4.技術要求技術要求是為了確保結構的裝配、焊接質量滿足使用要求，在焊接結構圖中，對結構的裝配、焊接、檢驗及特殊處理等的質量要求，提出嚴格、合理的規定或說明。技術要求的主要內容包括：性能及安裝調試等方麵的要求；試驗及驗收使用等方麵的要求；熱處理及裝飾等方麵的要求。
112項目四?焊條電弧焊任務實施一、識讀焊接結構裝配圖的方法和步驟1.看標題欄和明細表，了解焊接結構件的名稱、材質、焊接件的板厚、焊縫長度、構件數量等；2.識讀工件結構，分析焊接結構裝配圖中的視圖組成，分析各部件之間的關係以及焊接變形趨勢，分析確定合理的組裝和焊接順序；3.分析裝配圖中的定形尺寸、定位尺寸和總體尺寸；4.識別裝配圖中的技術要求，確定在裝配、焊接、檢驗等過程中需要滿足的一係列要求；5.看焊接結構裝配圖，了解焊縫符號標注內容，包括坡口形式、坡口深度、焊縫有效厚度、焊腳尺寸、焊接方法和焊縫數量等。通過想象分析焊縫空間位置，判斷焊縫能否施焊，以便為焊接確定較為適宜的焊接位置。
二、識讀簡單焊接結構裝配圖1.識讀標題欄分析型鋼對接焊圖，如圖4-25所示。通過讀標題欄可知，該零件名稱為型鋼對接焊，材料為Q235鋼，繪圖比例為1∶2，生產件數為1件。
圖4-25?型鋼對接焊接圖113焊工工藝2.識讀工件結構（1）分析視圖這組圖形采用了主視圖、左視圖兩個視圖，並且左視圖采用了全剖視圖來表達工件。
（2）分析工件結構讀主視圖與左視圖可知，此工件是由兩塊斜口工字鋼對接焊在一起，兩端再焊接兩塊鋼板組成。
3.分析尺寸機械圖紙上的尺寸分為定形尺寸、定位尺寸和總體尺寸。
型鋼對接焊定形尺寸為：工字鋼規格為20，斜口角度為50°，右側斜口工字鋼短端尺寸為255mm，端板長250mm、寬150mm、板厚8mm；定位尺寸為端板上用來確定工字鋼位置的100mm和200mm兩個尺寸；總體尺寸：型鋼對接焊總長為610mm，總寬為150mm，總高為250mm。
4.技術要求型鋼對接焊技術要求有三條：第1條為加工製造的含義；第2、3條為焊縫尺寸要求。
5.識讀焊縫符號（1）工字鋼上、下翼板的對接焊縫，焊縫在接頭的箭頭側。焊縫采用帶鈍邊的V形坡口，坡口根部間隙為3mm，鈍邊尺寸為1mm，坡口角度為60°。
（2）工字鋼腹板的連續、對稱I形焊縫，對接間隙為3mm。
（3）工字鋼與鋼板連接的連續、對稱角焊縫。對稱角焊縫為周圍焊縫，焊腳尺寸為6mm。
拓展提高典型焊接結構裝配圖識讀1.識讀標題欄、明細欄分析軸承掛架結構圖，如圖4-26所示。通過讀標題欄可知，該零件名稱為軸承掛架，繪圖比例為1∶1，圖紙共一張。軸承掛架共分為4個基本件，圓筒、肋板、橫板和壁板，所用114項目四?焊條電弧焊材料均為Q235A鋼。
圖4-26?軸承掛架結構圖2.識讀工件結構（1）分析視圖這組圖形采用了主視圖、左視圖、俯視圖三個視圖來表示軸承掛架的基本結構，並且主視圖、左視圖采用了局部剖視圖來表示。
（2）分析工件結構通過主視圖、左視圖、俯視圖及投影關係分析出四個基本件的基本形狀；綜合分析各個視圖，確定各個基本件的相對位置，件2、3、4相互對齊於件1的前方；件4與件1下方對齊；件3位於件4上方，件2下方；軸承掛架左右對稱。
3.分析尺寸定形尺寸：確定形狀大小的尺寸，如25，40，14、13、10等；定位尺寸：確定各組115焊工工藝成部分之間相對位置的尺寸，如64、65、20等；總體尺寸：軸承掛架的總長為100mm，總高為120mm，總寬為75mm。
4.分析圖中焊縫軸承掛架結構圖中，主視圖上兩處焊縫符號表示壁板與圓筒之間為角焊縫，焊腳尺寸為5mm，環繞圓筒周圍進行焊接；壁板與肋板之間角焊縫的焊腳尺寸為5mm。左視圖上，壁板與橫板間的焊縫符號表明該焊縫是焊腳尺寸為5mm的角焊縫；另一焊縫符號表明橫板與肋板間，肋板與圓筒間為雙麵連續角焊縫，焊腳尺寸為5mm。
任務10?焊接工藝參數影響及選用基礎知識焊接工藝參數（焊接規範）是指焊接時，為保證焊接質量而選定的諸多物理量。選擇合適的焊接工藝參數，對提高焊接質量和提高生產效率是十分重要的。
焊條電弧焊的焊接工藝參數主要有焊條的選擇、焊接電流、電弧電壓、焊接層數、電源種類及極性、焊接速度等。
任務實施一、焊條的選擇1.焊條牌號的選擇通常根據所焊鋼材的化學成分、力學性能、工作環境、焊接結構承載的情況和弧焊設備的條件等，選擇合適的焊條牌號，從而保證焊縫金屬的性能要求。
2.焊條直徑的選擇在工業生產中，通常選用直徑較大的焊條，以提高生產率。但是，選用直徑過大的焊條，易造成焊縫未焊透或焊縫成型不良，因此，必須選用正確的焊條直徑。
116項目四?焊條電弧焊焊條直徑的選擇主要取決於焊件厚度、接頭形式、焊縫位置和焊接層次等因素。
（1）焊件厚度在一般情況下，可根據表4-26按焊件厚度選擇焊條直徑，並傾向於選擇較大直徑的焊條。
表4-26焊條直徑與焊件厚度的關係焊件厚度\/mm≤1.5234～56～12≥12焊條直徑\/mm1.523.23.2～44～54～6（2）接頭形式厚度較大的焊件，搭接和T形接頭的焊縫因不存在全焊透問題，應選用直徑較大的焊條。
（3）焊縫位置板厚相同的情況下，在平焊時，焊條直徑可選擇大一些；立焊時，所用焊條直徑不超過5mm，橫焊和仰焊時，所用直徑不超過4mm，以防止焊接過程中熔化金屬的下淌。
（4）焊接層次開坡口多層焊接時，為了防止產生未焊透的缺陷，第一層焊縫宜采用直徑為3.2mm的焊條。對於小坡口焊件，為了保證底層的熔透，宜采用較細直徑的焊條，如打底焊時一般選用2.5mm或3.2mm焊條，以後各層可根據焊件厚度，選用直徑較大的焊條。
二、焊接電流焊接電流是焊條電弧焊的主要工藝參數，焊工在操作過程中需要調節的隻有焊接電流，而焊接速度和電弧電壓都是由焊工控製的。焊接電流的選擇直接影響著焊接質量和勞動生產率。
焊接電流越大，熔深越大，焊條熔化快，焊接效率也高，但是焊接電流太大時，飛濺和煙霧大，焊條尾部易發紅，部分塗層要失效或崩落，而且容易產生咬邊、焊瘤、燒穿等缺陷，增大焊件變形，還會使接頭熱影響區晶粒粗大，焊接接頭的韌性降低，如圖4-27所示；焊接電流太小，則引弧困難，焊條容易粘連在工件上，電弧不穩定，易產生未焊透、未熔合、氣孔和夾渣等缺陷，且生產率低，如圖4-28所示。
因此，選擇焊接電流時，應根據焊條類型、焊條直徑、接頭形式、焊縫位置及焊接層數來綜合考慮。
圖4-27?焊接電流過大圖4-28?焊接電流過小117焊工工藝1.焊條類型在焊接條件相同的情況下，堿性焊條使用的焊接電流應比酸性焊條小10%～15%，防止焊縫中產生氣孔。不鏽鋼焊條焊接電流應比碳鋼焊條小15%～20%。
2.焊條直徑焊條直徑越粗，熔化焊條所需的熱量越大，必須增大焊接電流。當使用碳鋼焊條焊接時，還可根據選定的焊條直徑用以下經驗公式選擇：I=dK式中I—焊接電流（A）；d—焊條直徑（mm）；K—經驗係數（A\/cm）。
焊接電流經驗係數與焊條直徑的關係，見表4-27。
表4-27焊接電流經驗係數與焊條直徑的關係焊條直徑d\/mm1.62～2.53.24～6經驗係數K20～2525～3030～4040～503.焊縫位置在平焊位置焊接時，可選擇偏大些的焊接電流，非平焊位置焊接時，為了易於控製焊縫成形，焊接電流比平焊位置小10%～20%。
4.焊接層數通常，焊接打底焊道時，為保證背麵焊道的質量，使用的焊接電流較小；焊接填充焊道時，為提高效率，保證熔合好，使用較大的電流：焊接蓋麵焊道時，防止咬邊和保證焊道成形美觀，使用的電流稍小些。
焊接電流一般可根據焊條直徑進行初步選擇，焊接電流初步選定後，要經過試焊，檢查焊縫成形和缺陷，才可確定。對於有力學性能要求的，如鍋爐、壓力容器等重要結構，要經過焊接工藝評定合格以後，才能最後確定焊接電流等工藝參數。
三、電弧電壓根據電源特性，電弧電壓由相應的焊接電流決定。此外，電弧電壓還與電弧長有關，電弧長則電弧電壓高，電弧短則電弧電壓低。焊接過程中，電弧不宜過長，否則會出現電弧燃118項目四?焊條電弧焊燒不穩定、飛濺大、熔深淺及產生咬邊、氣孔等缺陷；若電弧太短，容易粘焊條。一般要求電弧長小於或等於焊條直徑，即短弧焊。在使用酸性焊條焊接時，為了預熱部位或降低熔池溫度，有時也將電弧稍微拉長進行焊接，即所謂的長弧焊。
四、焊接層數焊接層數應視焊件的厚度而定。除薄板外，一般都采用多層焊。多層焊和多層多道焊接頭的顯微組織較細，熱影響區較窄。前一條焊道對後一條焊道起預熱作用，而後一條焊道對前一條焊道起熱處理作用。因此，接頭的延展性和韌性都比較好。焊接層數過少，每層焊縫的厚度過大，對焊縫金屬的塑性有不利的影響。施工中每層焊縫的厚度不應大於4～5mm。
五、電源種類及極性1.電源種類直流電源電弧穩定，飛濺小，焊接質量好，一般用在重要的焊接結構或厚板大剛度結構上。其他情況下，應首先考慮交流電焊機。低氫鈉型焊條穩弧性差，通常采用直流電源。用小電流焊接薄板時，因引弧容易，電弧穩定，也常用直流電源。
2.極性根據焊條的形式和焊接特點的不同，利用電弧中的陽極溫度比陰極高的特點，選用不同的極性來焊接各種不同的構件。用堿性焊條或焊接薄板時，采用直流反接；而用酸性焊條時，通常采用正接。
六、焊接速度單位時間內完成的焊縫長度稱為焊接速度。
對於焊條電弧焊來說，焊接速度是由焊工操作決定的，它直接影響焊縫成形的優劣和焊接生產率。焊接速度和電弧電壓應在焊接過程中根據焊件的要求，憑焊工的焊接經驗靈活掌握。
七、線能量線能量，是指熔焊時，由焊接能源輸入給單位長度焊縫上的能量。電弧焊時，焊接能源是電弧，通過電弧能將電能轉換為熱能，利用熱能來加熱和熔化焊條及焊件。實際上，電弧所產生的熱量總有一些損耗，例如飛濺帶走的熱量，輻射、對流到周圍空間的熱量，熔渣加熱和蒸發所消耗的熱量等。在焊接電流電弧電壓不變的條件下，加大焊接速度，焊件受熱程度減輕，焊件受熱程度還受焊接速度的影響。因此線能量為：119焊工工藝IUq=ηv
其中q—線能量，J\/cm；v—焊接速度，m\/h。
各種電弧焊方法在通用工藝參數條件下的電弧有效功率係數η值參見表4-28。
表4-28各種電弧焊方法有效功率係數在通用工藝參數η值弧焊方法種類η直流手工電弧焊0.75～0.85交流手工電弧焊0.65～0.75埋弧自動焊0.80～0.90CO2氣體保護焊0.75～0.90鎢極氬弧焊0.65～0.75熔化極氬弧焊0.70～0.80例：有一批低碳鋼焊接構件，鋼板厚度為12mm，采用不開坡口埋弧自動焊，焊接工藝參數為：焊絲直徑4mm；焊接電流550A；電弧電壓36V；焊接速度32m\/h。試計算焊接時的線能量。
解：根據已知條件：I=550A；U=36V；v=32m\/h≈8.9mm\/s；查表4-28可知，有效功率係數η值為0.8°～0.9°，取η=0.85。
IU550×36q=η=0.85×≈1891（J\/mm）v8.9答：焊接時的線能量為1891J\/mm。
如圖4-29所示，當焊接電流增大或焊接速度減慢使焊接線能量增加時，過熱區的晶粒粗大，韌性嚴重降低；反之，線能量趨小時，硬度雖有提高，但韌性變差。因此，對於不同鋼圖4-29?焊接線能量對20Mn鋼過熱區性能的影響120項目四?焊條電弧焊種和不同焊接方法存在一個最佳的焊接工藝參數。例如圖中20Mn鋼（板厚16mm，堆焊），在焊接能量q=3000J\/cm左右時，可以保證焊接接頭具有最好的韌性，線能量大於或小於這個數值，都會引起塑性和韌性的下降。
由上述可知，線能量對焊接接頭會產生一定的影響，對於不同的鋼材，線能量的最佳範圍也不相同，需要通過一係列試驗來確定合適的線能量和焊接工藝參數。此外還應指出，線能量數據相同，而其中I、U、v的數值不一定相同，這些參數如配合不合理，還是不能得到良好性能的焊縫。因此，要在合理的焊接工藝參數範圍內反複試焊，才能確定最佳的線能量。
拓展提高一、根據焊接經驗選擇電流的方法1.看飛濺電流合適：弧柔和，飛濺不大。
電流過大：電弧吹力大、爆裂聲大、飛濺大。
電流過小：電弧吹力小，鐵水和熔渣分不清，易粘條。
2.看焊條熔化狀況電流合適：焊完後藥皮不易發紅電流過大：焊條過早發紅，藥皮易脫落。
電流過小：電弧不穩，易粘條。
3.看焊縫成形電流合適：焊縫兩側熔合很好，圓滑過渡。
電流過大：熔深大，餘高低，易咬邊。
電流過小：熔深淺，焊縫窄而高，兩側與母材熔合不好。
二、焊條電弧焊堆焊工藝1.堆焊及其特點堆焊是用焊接的方法將具有一定性能的材料堆敷在焊件表麵上的一種工藝過程，其目的不在於連接焊件，而是在焊件表麵獲得耐磨、耐熱、耐腐蝕等特殊性能的熔敷金屬層，或是121焊工工藝為了恢複磨損或增加焊件的尺寸。
焊條電弧堆焊的特點是方便靈活、成本低、設備簡單，但生產率較低，勞動條件差，不適用於大批量或大型工件的堆焊。
2.堆焊的工藝特點堆焊最易出現焊接裂紋，同時還易產生焊接變形，故而堆焊具有以下工藝特點：（1）堆焊前，必須將堆焊表麵的雜物、油脂清除幹淨。
（2）應對工件進行焊前預熱與焊後緩冷。預熱溫度一般為100℃～300℃。焊接鉻鎳奧氏體型不鏽鋼，不需要預熱。
（3）堆焊時，須根據不同條件選擇不同的焊條。修補堆焊所用的焊條成分一般與焊件金屬相同；堆焊特殊金屬表麵時應選用專用焊條，以適應焊件工作需要。
（4）堆焊第二條焊道時，必須熔化第一條焊道寬度的1\/3～1\/2，以保證時各焊道緊密連接。
（5）多層堆焊時，第二層焊道的堆焊方向應與第一層互成90°。為了使熱量分數還應注意堆焊順序。
（6）堆焊時，為增加堆焊層厚度，減少清渣工作，提高生產效率，通常將焊件的堆焊麵放成垂直位置，用橫焊方法進行堆焊，或將焊件放成傾斜位置，用上坡焊堆焊，並留有3～5mm的加工餘量，以滿足堆焊後焊件表麵機械加工的要求。
（7）堆焊時，盡量選用低電壓、小電流焊接，以降低熔深，減小母材稀釋率和電弧對合金元素的燒損。
（8）軸堆焊時，可采用縱向對稱堆焊和橫向螺旋形堆焊兩種方法，如圖4-30所示。
(a)縱向對稱堆焊(b)橫向螺旋形堆焊圖4-30?軸的堆焊順序122項目四?焊條電弧焊◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇思考與練習◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇1.什麼是焊條電弧焊，其原理與特點是什麼？
2.焊條由哪幾部分組成，各部分都有什麼作用？
3.焊芯中各合金元素對焊接質量有何影響?
4.焊條選用的基本原則是什麼？
5.堿性焊條和酸性焊條如何選用？
6.解釋焊條型號的意義：E4303、E5015、E308–15、E5515–B3–VW。
7.開坡口的目的是什麼？坡口類型如何分類？
8.焊接接頭的基本類型有哪些？各有什麼特點？
9.什麼是焊縫？焊縫按分類方法不同可分為哪幾種形式?
10.焊縫符號由哪幾部分組成？各有什麼作用？
11.焊縫基本符號主要有哪些?
12.焊條電弧焊的焊接工藝參數主要有哪些?
123焊工工藝項目五?
金屬熔化焊過程任務1焊條、焊絲的加熱及熔化任務2熔滴的過渡任務3焊接過程中對焊接區金屬的保護任務4有害元素對焊縫金屬的作用任務5焊縫金屬的一次結晶任務6焊縫金屬的二次結晶任務7熔合區的組織性能和焊接熱循環任務8分析焊接熱影響區的組織和性能任務9控製和改善焊接接頭性能??學習目標?。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。
◆了解焊接化學冶金過程的特點和一般規律◆掌握熔合比知識◆了解熔渣對焊縫金屬的作用◆掌握有害元素的危害與控製措施◆能夠運用化學冶金的一般規律控製改善焊接接頭性能124項目五?金屬熔化焊過程任務1?焊條、焊絲的加熱及熔化基礎知識作為熔焊基礎理論的重要組成部分，焊條（或焊絲）的加熱熔化對焊接工藝、焊接冶金和焊接生產率都有很大的影響。熔化極電弧焊時，用於加熱和熔化焊條（或焊絲）的熱能主要有：電阻熱、電弧熱和化學反應所產生的熱能。一般情況下化學反應所產生的熱能僅占1%～3%，可以忽略不計。
任務實施焊條、焊絲的加熱及熔化分析1.電阻加熱焊接時，電流通過焊條焊芯（或焊絲）時將產生電阻熱。電阻熱的大小取決於焊條長度或焊絲伸出長度、電流強度、焊條或焊絲金屬的電阻率和直徑，詳細關係見表5-1。
表5-1影響電阻熱的因素與電阻熱關係焊條長度\/焊芯\/焊條\/影響電阻熱因素焊接電流焊絲伸出長度焊絲電阻率焊絲直徑與電阻熱關係正比正比正比反比注：默認其他影響因素保持不變的情況下（1）電阻熱對焊接過程的影響電阻熱過大會給焊接過程帶來不利的影響。焊條電弧焊時，電阻熱過大會使焊條藥皮過熱而脫落從而失去保護和冶金作用。自動焊時，過高的電阻熱將使焊絲崩斷而影響焊接。
（2）避免電阻熱過大的措施見表5-2。
125焊工工藝表5-2避免電阻熱過大的措施控製焊條長度\/焊絲伸出長度控製焊接電流同種材料直徑不變的情況下，焊條長度（或焊同樣的情況下，焊接電流越大焊接時產生的電阻熱越絲伸出長度）越長電阻越大，焊接時產生的電阻大。所以，對於一定直徑的焊條或焊絲，在生產中應根熱越大，所以，焊條電弧焊時焊條不能過長。埋據工藝要求選擇合適的焊接電流，絕不能單純為了提高弧焊及氣體保護焊時，對焊絲伸出長度也有一定要求效率而選用過高的電流值因為焊條或焊絲的直徑越小其電阻越大，越長電阻越大。所以，為了有效地控製電阻熱，直徑越小的焊條其長度越短。如直徑5mm的焊條，其最大長度為450mm；而直徑為2.5mm的焊條，其最大長度卻僅為300mm。如果是同樣直徑的不鏽鋼焊條，其長度比低碳鋼焊條還要更短一些，因為不鏽鋼本身的電阻率比低碳鋼要大些。
焊絲沒有藥皮，不會出現電阻熱過大藥皮脫落的情況，所以，同樣直徑的焊絲可以選用比焊條電弧焊大得多的電流。
2.電弧加熱電阻加熱焊條隻是輔助作用，而真正使焊條加熱熔化的熱能是焊接電弧。不過，電弧熱隻有一小部分用來熔化焊條或焊絲。
任務2?熔滴的過渡基礎知識熔滴是電弧焊時在焊條或焊絲端部在電弧熱的作用下形成的向熔池過渡的液態金屬滴。
熔滴脫離焊條或焊絲通過電弧空間向熔池轉移的過程稱為熔滴過渡。熔滴過渡在焊接過程中具有重要意義。它直接影響焊接過程的穩定性，飛濺的大小，焊縫成形的優劣和產生焊接缺陷的可能性。
任務實施一、熔滴過渡的形式和特點根據熔滴過渡的形式和特點大致可分為短路過渡、滴狀過渡和噴射過渡三種，詳見表5-3。
126項目五?金屬熔化焊過程表5-3熔滴過渡形式過渡示意圖特點應用形式短弧焊時，熔滴長大受到了電弧空間的薄板或低熱輸入；限製，當熔滴還沒長大到它最大的尺寸就短路細絲CO氣體保護與熔池發生接觸，形成短路，在強烈過熱2過渡焊；堿性焊條手弧焊和磁收縮的作用下爆斷。能在小電流低電在大電流範圍內壓下實現穩定的熔滴過渡分為粗滴過渡和細滴過渡。粗滴過渡是熔滴呈粗大顆粒向熔池自由過渡的形式，粗絲CO2氣體保護滴狀也稱顆粒過渡，熔滴尺寸大飛濺大，通焊，焊接電流400A過渡常不采用。當電流較大時，電磁力隨之增以上；酸性焊條手弧大，熔滴細化，過渡頻率提高，飛濺減小焊；埋弧焊電弧較穩定，這種過渡形式稱為細滴過渡熔滴呈細小顆粒，並以噴射狀態快速通過電弧空間向熔池過渡的形式。過渡頻率噴射熔化極氬弧焊、富高，熔滴以極細的顆粒沿電弧軸線高速射過渡氬混合氣體保護焊向熔池，發出“噝噝”聲，電弧穩定，飛濺小，焊縫成形美觀二、熔滴過渡的作用力伴隨著熔滴的形成和長大，有多種力作用其上，根據其來源不同，可分為重力、表麵張力、電磁壓縮力、斑點壓力和氣體吹力，如圖5-1所示。
1.熔滴的重力任何物體都會因為自身的重力而下垂。熔滴重力如圖5-2所示。
F1-熔滴重力F2-表麵張力圖5-1?熔滴過渡作用力圖5-2?熔滴重力和表麵張力示意圖127焊工工藝2.表麵張力表麵張力是焊條或焊絲端頭上保持熔滴的作用力，表麵張力會使熔化金屬聚成球狀，如圖5-2所示。
焊條或焊絲金屬熔化後，其液體金屬並不會馬上掉下來，隻有在其他力超過表麵張力時，才能促使熔滴過渡到熔池中去。因此，平焊時，表麵張力對熔滴過渡起到阻礙作用。但在仰焊等其他焊接位置時表麵張力卻有利於熔滴過渡。
3.電磁力焊接時，我們可以把焊條或焊絲及其末端的熔滴看成許多平行載流的導體組成，如圖5-3所示。根據電磁效應原理，兩根平行的載流導體通以同向電流時，彼此產生相互吸引的電磁力，方向從外向內，如圖5-4所示。電磁力隨通過導體的電流增大而增大。
熔滴上受到四周向中心的電磁壓縮力。電磁壓縮力對焊條或焊絲端部液態金屬起到徑向壓縮的作用，會促使熔滴很快形成。尤其是熔滴的細頸部分電流密度最大，電磁壓縮力也最大，會促使熔滴很容易脫離焊條端部向熔池過渡，這樣就保證了熔滴在任何位置都能順利地過渡到熔池。所以，電磁壓縮力是在任何空間位置都能促使熔滴過渡的力。
電磁壓縮力是焊接過程中促使熔滴過渡的一個主要作用力。在氣體保護焊時，我們可以通過調節焊接電流的密度來控製熔滴尺寸。
圖5-3?磁力線在熔滴上的壓縮作用力示意圖圖5-4?通有同方向電流的兩根導線的相互作用力4.斑點壓力焊接電弧中的電子和正離子，在電場的作用下分別向兩極運動，撞擊兩極的斑點而產生128項目五?金屬熔化焊過程的機械壓力稱為斑點壓力，它是阻礙熔滴過渡的力。在直流正接時，阻礙熔滴過渡的力是正離子撞擊陰極斑點的壓力；反接時，是電子撞擊陽極斑點的壓力。因為正離子比電子質量大，所以正離子撞擊產生的壓力比電子大，因此反接時熔滴過渡比正接時容易。
5.氣體吹力焊條電弧焊時，焊條藥皮的熔化稍落後於焊芯熔化，在焊條末端形成一個藥皮套筒，套筒內有大量藥皮中的造氣劑分解產生的氣體及焊芯中碳元素生成的CO氣體，這些氣體被電弧加熱到高溫時體積急劇膨脹，順著套筒方向以穩定的氣流衝出，把熔滴吹到熔池中。不論焊縫空間位置如何，氣體的吹力均有利於熔滴的過渡，詳細見表5-4。
表5-4熔滴過渡作用力在各焊接位置下對熔滴過渡的影響????焊接位置平焊橫焊立焊仰焊?作用力熔滴重力促進阻礙阻礙阻礙表麵張力阻礙促進促進促進電磁壓縮力促進促進促進促進斑點壓力阻礙阻礙阻礙阻礙氣體吹力促進促進促進促進三、母材的熔化與熔池熔焊時，在熱源的作用下，焊條熔化的同時，被焊金屬即母材也發生局部熔化。母材上由熔化的焊條金屬與熔化的母材所組成的具有一定幾何形狀的液態金屬稱為熔池。若焊接時不加填充金屬，則熔池僅由熔化的母材組成。焊接時，熔池隨熱源的向前移動而同步運動。
液態熔池的形狀、尺寸、體積、存在時間以及其中流體的運動狀態等，對熔池中的冶金反應、焊縫中夾雜物數量及其分布、焊接缺陷的產生均有及其重要的影響。
1.熔池形狀與尺寸焊接開始後，經過一段過渡，焊件傳熱進入一個準穩定狀態，此時熔池形狀、尺寸和質量不再變化。在電弧焊條件下，熔池的外形類似於不標準的半橢球。其主要尺寸有熔池的長度、最大寬度和最大深度。一般情況下，隨著電流的增加熔池的最大寬度減小，深度增大；隨著電弧電壓的增加，最大寬度增大，最大深度減小。熔池長度的大小與電弧能量成正比。
129焊工工藝2.熔合比熔焊時，被熔化的母材在焊縫中所占的百分比稱為熔合比，用r表示，如圖5-5所示。
圖5-5?熔合比Fmr=Fm+Ft式中r—熔合比；Fm—焊縫截麵中母材金屬所占的麵積；Ft—焊縫截麵中焊條或焊絲金屬所占的麵積。
熔合比主要與焊接方法、焊接參數、接頭形式、坡口形式、焊道數目以及母材的熱物理性質有關。
任務3?焊接過程中對焊接區?
金屬的保護基礎知識焊接化學冶金的首要任務就是對焊接區的金屬進行保護，防止空氣的有害作用。其次是通過熔化金屬、氣體、熔渣之間的冶金反應來消除焊縫金屬中的有害雜質，增加焊縫金屬中某些有益的合金元素，從而保證焊縫金屬的各種性能。事實上，大多數熔焊方法都是基於這種考慮發展和完善起來的。
130項目五?金屬熔化焊過程任務實施一、熔渣保護焊接過程中，焊條藥皮或焊劑熔化後經過一係列化學變化形成覆蓋於焊縫表麵的非金屬物質叫熔渣。熔渣覆蓋在熔池表麵，可以把空氣與液體金屬隔開保護液體金屬不被氧化和氮化，還可以減緩冷卻速度，從而改善焊縫金屬的組織，提高焊縫力學性能。
二、氣體保護氣體保護焊時，主要采用惰性氣體或其他保護氣體對焊接區域進行保護，這些氣體不與焊接區金屬發生反應並能隔離開周圍空氣，從而起到保護作用。
三、渣—氣聯合保護焊條藥皮和焊絲藥芯一般是由造氣劑、造渣劑和鐵合金組成的。這些物質在焊接過程中能形成渣—氣聯合保護。造渣劑熔化後形成熔渣，覆蓋在熔滴和熔池表麵將空氣隔開，這種隔離作用通常稱為機械保護。同時，造氣劑受熱分解後析出大量氣體，這些氣體將焊接區與空氣隔離開。
四、真空保護在真空度高於0.01Pa的真空室內進行電子束焊接，保護效果是最理想的。這時雖然不能把空氣完全排除掉，但隨著真空度的提高，可以把氧和氮的有害作用減到最小。
五、自保護自保護是利用特製焊絲在空氣中進行焊接的一種方法。它不是利用機械隔離空氣的辦法來保護金屬，而是在焊絲中加入脫氧和脫氮劑，故稱為自保護，表5-5是對熔焊方法的保護方式進行的總結。
表5-5熔焊方法的保護方式保護方式熔焊方法熔渣保護埋弧焊、電渣焊、不含造氣成分的焊條和藥芯焊絲焊接氣體保護氣焊，在惰性氣體和其他保護氣體（如CO2、混合氣體）中焊接渣—氣聯合保護具有造氣成分的焊條和藥芯焊絲焊接真空保護真空電子束焊接自保護用含有脫氧、脫氮劑的所謂自保護焊絲焊接131焊工工藝任務4?有害元素對焊縫金屬的作用基礎知識焊接過程中的有害元素主要是氧（O）、氫（H）、氮（N）、硫（S）、磷（P）。其中氧、氫和氮主要來自焊條、焊絲、焊劑等焊接材料，周圍空氣以及未清理的母材表麵；硫、磷主要來自母材、焊條、焊絲及焊劑等。它們將嚴重影響焊接質量，所以，焊接時必須對這些有害元素進行嚴格的控製。
任務實施一、氧對焊縫金屬的作用1.氧對焊接質量的影響（1）焊縫金屬中的氧不僅會使焊縫中有益元素大量燒損，而且會使焊縫的強度、塑性、硬度和衝擊韌性降低，其中衝擊韌性降低尤為明顯；（2）降低焊縫金屬的物理性能和化學性能；（3）氧與碳、氫反應生成不溶於金屬的氣體CO和H2O，若結晶時來不及逸出，則會在焊縫內形成氣孔；（4）產生飛濺影響焊接過程穩定。
2.氧的來源（1）電弧中的氧化性氣體，如CO2、O2和H2O等；（2）空氣中氧的侵入；（3）焊劑、藥皮中的高價氧化物；（4）焊件表麵的鐵鏽、水分等的分解物。
氧在電弧高溫作用下分解為原子，原子氧非常活潑，能使鐵和其他元素氧化，其中氧化132項目五?金屬熔化焊過程生成的FeO能溶解於液態金屬，所以氧在焊縫金屬中主要以FeO形式存在。焊縫中的FeO還會使其他元素進一步氧化。
3.控製氧的措施（1）加強保護，如采用短弧焊，選用合適的氣體流量等；防止空氣入侵還可以在惰性氣體或真空保護下焊接；（2）清理焊件及焊絲表麵的水分、油汙、鏽跡。按規定溫度烘幹焊劑、焊條等焊接材料；（3）對焊縫進行脫氧。
4.焊縫金屬脫氧焊縫金屬脫氧的目的是盡量減少熔池金屬的含氧量，使焊縫金屬中氧化物夾雜物減少到最低限度。焊縫金屬的脫氧主要有兩個途徑：脫氧劑脫氧及擴散脫氧。脫氧劑脫氧按脫氧的時間可分為先期脫氧和沉澱脫氧，表5-6列出了各種脫氧途徑的對比。
表5-6各種脫氧途徑對比盡可能早期把氧去除掉，以免氧與熔化金屬發生作用後使金屬氧化的脫氧方式。主要先期脫氧發生在焊條端部反應區也稱熔池脫氧，利用熔池中的合金元素進行脫氧，並使脫氧後的產物不溶於熔池而排沉澱脫氧入熔渣，脫氧的對象主要是溶解於熔池的FeO熔池中的FeO不斷擴散到熔渣，使熔池的含氧量降低的脫氧方式。但擴散脫氧在堿性擴散脫氧焊條中基本不存在，因為在堿性熔渣中存在大量的強堿性氧化物，而熔池中的FeO也是堿性，因此擴散脫氧難以進行使用脫氧劑脫氧要求脫氧劑在焊接溫度下對氧的親和力應比被焊金屬的親和力大。常用元素對氧的親和力如下：AlTiCSiMnFe對氧的親和力由強到弱在實際生產中，常用它們的鐵合金或金屬粉，如錳鐵、矽鐵、鈦鐵、鋁粉等作為脫氧劑。
元素對氧的親和力越大，脫氧能力越強。另外，脫氧後的產物應不溶於金屬，且熔點較低，密度比金屬小，容易從熔池中上浮入渣。
133焊工工藝酸性焊條和堿性焊條的藥皮類型不同，它們采用的脫氧途徑及脫氧劑選用的元素也有所區別，表5-7列出了兩種焊條脫氧的對比。
表5-7酸性焊條和堿性焊條脫氧對比酸性焊條堿性焊條焊條藥皮加熱過程中，藥皮中的碳酸鹽焊條藥皮加熱過程中，藥皮中的大理石原料先期（CaCO3、MgCO3）受熱分解放出CO2，這時藥（CaCO3）受熱分解放出CO2，這時藥皮中的矽鐵脫氧皮中的錳鐵（Mn-Fe）和CO2反應，氧化物轉入（Si-Fe）、鈦鐵（Ti-Fe）和CO2反應，氧化物轉入渣中固定渣中固定利用矽鐵、鈦鐵進行脫氧利用錳鐵進行脫氧沉澱2FeO+SiSiO2+2FeFeO+MnMnO+Fe脫氧2FeO+TiTiO2+2FeMnO與酸性氧化物結合進入熔渣SiO2、TiO2進入熔渣熔渣中大量的SiO、TiO等酸性氧化物和作為擴散22堿性氧化物的FeO很容易結合成穩定的熔渣，降基本不存在脫氧低熔池中FeO的含量，從而達到脫氧的目的二、氫對焊縫金屬的作用1.氫對焊接質量的影響（1）形成氣孔熔池的結晶使氫的溶解度突然降低，容易造成過飽和的氫殘留在焊縫金屬中，當焊縫金屬的結晶速度大於它的逸出速度時，就會產生氣孔，如圖5-6所示。
圖5-6?焊縫中的氫氣孔（2）白點對於碳鋼或低合金鋼焊縫，如含氫量較高，則常常在其拉伸或彎曲試件的斷麵上，出現銀白色圓形局部脆短點，稱為白點。白點的直徑一般為0.5～3mm，好像魚眼一樣，故又稱魚眼。如焊縫產生白點，則其塑性大大降低。
134項目五?金屬熔化焊過程（3）氫脆金屬中因吸收氫而導致塑性嚴重下降的現象稱為氫脆，會使焊縫金屬塑性嚴重下降。
（4）產生冷裂紋氫是產生冷裂紋的因素之一，焊縫含氫量高時容易產生冷裂紋。
2.氫的來源焊接區的氫主要來自受潮的藥皮或焊劑中的水分、焊條藥皮或焊劑中的有機物、空氣中的水分、焊件表麵的鐵鏽、油脂及油漆等。
3.控製氫的措施（1）焊前清理幹淨焊件及焊絲表麵的鐵鏽、油汙、水分等汙物。
（2）焊前按規定溫度烘幹焊劑、焊條，對氣體保護焊的保護氣體進行去水、幹燥處理。
（3）盡量選用低氫型焊條，焊接時采用直流反接，短弧操作。
（4）焊後消氫處理，焊後立即將焊件加熱到250℃～350℃，保溫2～6h，使焊縫金屬中的擴散氫加速逸出，降低焊縫和熱影響區中的氫含量。
三、氮對焊縫金屬的作用1.氮對焊接質量的影響（1）形成氣孔與氫一樣，在熔池結晶時溶解度突然降低，此時有大量的氮氣會析出，當來不及析出時就會形成氣孔。
（2）影響焊縫力學性能氮與鐵等形成化合物，並以針狀夾雜物形式存在於焊縫金屬中，使焊縫的硬度和強度提高，塑性、韌性降低，影響其力學性能。
2.氮的來源焊接區中的氮主要來自周圍空氣。氮以原子、NO及離子形式溶入鐵及其合金中，氮在鐵中的溶解度隨溫度升高而增大。氮既不溶解於銅等金屬，又不與其形成化合物，故焊接這類金屬時，可用氮作為保護氣體。
3.控製氮的措施（1）加強對焊接區液態金屬的保護，防止空氣中的氮侵入，是控製焊縫中氮含量的主要措施。
（2）采取正確的焊接工藝措施，如盡量采用短弧焊接，因為電弧越長，氮侵入熔池越多，焊縫中氮的含量越高。此外，采用直流反接比直流正接可減少焊縫中氮的含量。
135焊工工藝四、焊縫金屬中硫、磷的危害及控製1.硫、磷的危害與存在形式硫通常以MnS和FeS兩種形式存在於焊縫中。當硫以FeS形式存在時危害性最大，因為它可以無限地溶解於液態鐵中，而在固態鐵中的溶解度隻有0.015%～0.020%。因此，在熔池凝固時FeS析出，並與α-Fe、FeO等形成低熔點共晶，尤其在焊接高鎳合金鋼時，硫與鎳形成的NiS與Ni共晶的熔點更低。這些低熔點共晶呈液態薄膜狀聚集於晶界，導致晶界處開裂，產生所謂的熱裂紋。此外，還會降低焊縫金屬的衝擊韌性和耐腐蝕性能。
磷在焊縫中主要以鐵的磷化物Fe2P、Fe3P的形式存在，與硫一樣可以與鐵形成低熔點共晶Fe3P+P，聚集於晶界，易產生熱裂紋。此外，這些磷化物還削弱了晶粒間的結合力，且它本身硬而脆，增加了焊縫金屬的冷脆性，使衝擊韌性降低，造成冷裂，表5-8列出了共晶時的熔點。
表5-8硫化物共晶、磷化物共晶的熔點共晶物FeS+（α-Fe）FeS+FeONiS+NiFe3P+P熔點\/?℃98594064410502.硫、磷的來源焊縫中的硫、磷主要來自母材、焊絲、藥皮、焊劑等材料。
3.控製硫、磷的措施（1）脫硫的措施焊接過程中脫硫的主要措施有元素脫硫和熔渣脫硫兩種。
①元素脫硫：元素脫硫就是在液態金屬中加入一些對硫親和力比鐵大的元素，把鐵從FeS中還原出來，形成硫化物不溶於金屬而進入熔渣，從而達到脫硫的目的。在焊接中最常用的是利用Mn元素脫硫，因為Mn的脫硫產物MnS幾乎不溶於金屬而進入熔渣，其反應式為：FeS+MnFe+MnS②熔渣脫硫：熔渣脫硫是利用熔渣中的堿性氧化物，如CaO、MnO及CaF2等進行脫硫。
脫硫產物CaS、MnS進入熔渣被排除，從而達到脫硫的目的。其反應式如下：FeS+MnOFeO+MnSFeS+CaOFeO+CaSCa比Mn對硫的親和力強，並且CaS完全不溶於金屬，所以CaO脫硫效果比MnO要好。CaF2脫硫主要是利用氟與硫化合生成揮發性氟硫化合物及CaF2與SiO2作用產生的CaO136項目五?金屬熔化焊過程進行的。
（2）脫磷的措施焊接過程中脫磷的措施分為兩步：①將磷氧化成P2O5；②利用堿性氧化物與P2O5形成磷酸鹽進入熔渣。
從上述論述中可知，熔渣中若同時有足夠的自由FeO和自由的CaO，則脫磷效果好。但實際上在堿性焊條或酸性焊條中，要同時具有上述兩個條件是很困難的。
4.酸性焊條和堿性焊條的脫硫和脫磷（1）酸性焊條酸性焊條熔渣中堿性氧化物CaO及MnO較少，熔渣脫硫能力弱，僅靠Mn元素脫硫。同時堿性氧化物CaO較少，脫磷能力差。所以酸性焊條脫硫、脫磷效果較差。
（2）堿性焊條堿性焊條藥皮中含有大量的大理石、螢石和鐵合金，熔渣中有大量的堿性氧化物CaO、MnO等，既能進行熔渣脫硫和脫磷，同時又可進行元素脫硫。所以堿性焊條的脫硫、脫磷能力比酸性焊條強，這是堿性焊條的力學性能、抗裂性能比酸性焊條強的重要原因。
五、焊縫金屬合金化焊縫金屬合金化就是將所需的合金元素由焊接材料通過焊接冶金過程過渡到焊縫金屬中去的反應，也稱焊縫金屬的滲合金。
1.焊縫金屬合金化的目的（1）補償焊接過程中由於合金元素氧化和蒸發造成的損失，以保證焊縫金屬的成分、組織和性能符合預定的要求。
（2）通過向焊縫金屬中滲入母材中不含或少含的合金元素，以滿足焊件對焊縫金屬的特殊要求。如用堆焊方法來提高焊件表麵耐磨、耐熱、耐蝕性能等。
（3）消除焊接工藝的缺欠，改善焊縫金屬的組織和性能。如向焊縫金屬中加入錳以消除硫引起的熱裂紋等。
2.焊縫金屬合金化的方式焊條電弧焊時，焊縫金屬合金化的方式有兩種：一種是通過焊芯過渡；另一種是通過焊條藥皮過渡。這兩種方式還可以同時兼有。
通過焊芯過渡，即利用合金鋼焊芯過渡。焊芯合金化，外麵再塗以堿性熔渣的保護藥皮，焊縫金屬合金化的效果與可靠性最好。通過藥皮實現合金化，是在焊條藥皮中加入各種鐵合137焊工工藝金粉末和合金元素，然後在焊接時，把這些元素過渡到焊縫金屬中去。這種方法在生產上應用較廣，通常是采用在低碳鋼（H08、H08A）焊條藥皮中加入合金劑，從而達到合金化的目的。焊條藥皮常用的合金劑有：錳鐵、矽鐵、鎳鐵、鉬鐵、鎢鐵、硼鐵等。
拓展提高雖然冶金反應脫硫、脫磷能降低焊縫中的含硫含磷量，且堿性焊條的脫硫、脫磷能力比酸性焊條強。但由於焊接冶金時間短，脫硫、脫磷反應來不及充分進行，總的來說，酸性焊條和堿性焊條的脫硫和脫磷效果仍較差。因此，嚴格控製母材和焊接材料中的硫、磷的來源是控製焊縫金屬中含硫含磷量的主要措施。
任務5?焊縫金屬的一次結晶熔池金屬在經曆了一係列的化學冶金反應之後，隨著熱源的離去，溫度迅速下降，凝固後成為牢固的焊縫。從高溫液體狀態到常溫固體狀態，焊縫金屬經曆了兩次結晶過程。第一次是從液相轉變為固相的結晶過程；第二次是在固相中出現同素異構轉變的結晶過程。
基礎知識焊縫金屬由液態轉變為固態的凝固過程稱為焊縫金屬的一次結晶。一次結晶包括晶核生成和晶核長大兩個基本過程。
熔化焊時，隨著電弧的移去，熔池液態金屬溫度逐漸降低，原子間的活動能力逐漸減弱，吸引力逐漸增強。當達到凝固溫度時，原子便重新有規則地排列起來，形成微小晶體，稱為“晶核”。由已形成的晶核吸附周圍液體中的原子的過程，稱為“長大”。這樣不斷產生新的晶核，並且不斷長大，直至液態金屬完全消失為止。
在熔池中，最先出現晶核的部位是在熔合線上。此處散熱快、溫度最低，半熔化晶粒形成附近液態金屬結晶的晶核，如圖5-7(a)所示。由於晶體是向著與散熱方向相反的方向長大，如圖5-7(b)所示，同時也向兩側長大，因此受到相鄰長大的晶體的阻礙，使晶粒生長方向指向熔池中心，形成柱狀結晶，如圖5-7(c)所示。當柱狀晶粒不斷長大至互相接觸時，焊138項目五?金屬熔化焊過程縫的結晶過程結束，如圖5-7(d)所示，焊縫結晶如圖5-8所示。
(a)開始結晶(b)晶體長大(c)柱狀晶體(d)結晶結束圖5-7?焊接熔池的結晶過程焊縫金屬在一次結晶時冷卻速度很快，固相內的成分很難趨於一致，而且結晶又有先後，因此在相當大的程度上存在著化學成分不均勻性。這種焊縫金屬中化學成分分布不均勻的現象稱為偏析。偏析會導致焊縫性能改變，同時也是產生裂紋、氣孔、夾雜物等焊接缺陷的主要原因之一。
圖5-8?焊縫結晶示意圖焊縫中的偏析主要有顯微偏析、區域偏析和層狀偏析。
任務實施一、認識顯微偏析在一個柱狀晶粒內部和晶粒之間的化學成分分布不均勻的現象，稱為顯微偏析。
柱狀晶粒生長過程中，一方麵是在結晶的軸向延長，另一方麵是徑向擴展，如圖-所示。
59圖5-9?柱狀晶粒生長過程139焊工工藝焊縫結晶時，最先結晶的結晶中心（即結晶軸）的金屬最純，而後結晶的部分含合金元素和雜質略高，最後結晶的部分，即晶粒的外緣和前端含合金元素和雜質最高。這樣一個柱狀晶粒內部化學成分分布不均勻的現象叫晶內偏析。
焊縫結晶過程是無數個柱狀晶粒同時生長的過程，每個晶粒都有自己的結晶軸，很多相鄰的晶粒都以自己的晶軸為中心向四周和前方發展，所以相鄰晶粒之間的液體結晶最遲，含有較多的合金元素和雜質，這種晶粒之間化學成分分布不均勻的現象稱為晶間偏析。
一般對於低碳鋼來說，因其結晶開始和終了的溫度區間不大，所以顯微偏析並不那麼嚴重。而在高碳鋼、合金鋼中含合金元素較多，結晶區間大，顯微偏析現象就很嚴重，常常會因此而引起熱裂紋等缺陷。所以，高碳鋼、合金鋼等焊件焊後必須進行擴散及細化晶粒的熱處理，以此來消除顯微偏析。
二、認識區域偏析熔池結晶時，由於柱狀晶體的不斷長大和推移，把雜質推向熔池中心，這樣熔池中心的雜質含量要比其他部位高，這種現象稱為區域偏析。
焊縫成形係數不同，其偏析的地方也不一樣。焊縫成形係數小，焊縫窄而深，各柱狀晶粒的交界在中心，使窄焊縫的中心聚集較多的雜質，如圖5-10(a)所示，這時極易形成熱裂紋；焊縫成形係數大，焊縫寬而淺，雜質聚集在焊縫上部，如圖5-10(b)所示，這種焊縫具有較強的抗熱裂紋能力。因此，可以利用這一特點來降低焊縫產生熱裂紋的可能性，如圖5-11所示。如同樣厚度的鋼板，用多層多道焊要比一次熔焊的焊縫抗熱裂紋的能力強得多。
(a)成形係數小(b)成形係數大圖5-10?不同成形係數焊縫斷麵對偏析分布的影響圖5-11?焊縫熱裂紋三、層狀偏析焊接熔池始終是處於氣流和熔滴金屬的脈動作用下，所以，無論是金屬的流動或熱量的140項目五?金屬熔化焊過程提供和傳遞都具有脈動性質。同時，熔池結晶過程中放出的結晶潛熱，造成結晶過程周期性停頓，使晶體長大速度出現周期性增加和減少。晶體長大速度的變化，引起結晶前沿液體金屬中夾雜濃度的變化，這樣就形成周期性的偏析現象，稱為層狀偏析。層狀偏析常集中了一些有害元素，因而缺欠也往往出現在偏析層中。圖5-12所示是由層狀偏析所造成的氣孔。
(a)焊縫橫斷麵(b)焊縫縱斷麵圖5-12?層狀偏析氣孔的分布任務6?焊縫金屬的二次結晶基礎知識一次結晶結束後，熔池金屬就轉變為固態的焊縫。高溫的焊縫金屬冷卻到室溫時，要經過一係列的相變過程，這種相變過程稱為焊縫金屬的二次結晶。
任務實施低碳鋼焊縫的二次結晶對於低碳鋼而言，焊縫的常溫組織，即二次結晶後的組織為鐵素體加珠光體。在低碳鋼的平衡組織中，珠光體含量很少。焊接時，由於冷卻速度較快，所以焊縫組織中珠光體含量一般都比平衡組織中的含量大。冷卻速度越快，珠光體含量越多，焊縫的硬度和強度隨之增加，而塑性和韌性則隨之降低。
141焊工工藝任務7?熔合區的組織性能和焊接?熱循環熔焊時，不僅焊縫在焊接熱源的作用下發生從熔化到固態相變等一係列變化，而且焊縫兩側未熔化的母材也會因焊接熱傳遞的影響而產生組織和性能的變化。此外，由母材到焊縫也存在著性能既不同於焊縫，又不同於母材的過渡區，這些都會對焊接接頭的性能產生較大的影響。
基礎知識熔合區是指在焊接接頭中，焊縫向熱影響區過渡的區域，即熔合線附近，又稱半熔化區，溫度處在鐵碳合金狀態圖中固相線和液相線之間。在靠近熱影響區一側，其金屬組織處於過熱狀態組織，塑性很差。這個區域範圍很窄，但對焊接接頭強度、塑性都有很大影響。往往是使焊接接頭產生裂紋或局部脆性破壞的發源地，是焊接接頭中性能最差的區域。
在焊接熱源的作用下，焊件上某點的溫度隨時間變化的過程稱為焊接熱循環。焊接熱循環是針對焊件上某個具體的點而言，當熱源向該點靠近時，該點的溫度隨之升高直至達到最大值，隨著熱源的離開，溫度又逐漸降低至室溫，該過程可用一條曲線來表示，叫作熱循環曲線，如圖5-13所示。在焊縫兩側距焊縫遠近不同的各點，所經曆的熱循環不同，顯然，距焊縫越近的各點，加熱達到Tm-加熱的最高溫度Ta-相變溫度t相變溫度以上停留時間的最高溫度越高；距焊縫越遠的各點，加熱A-達到的最高溫度越低。距焊縫不同距離焊件圖5-13?焊接熱循環曲線142項目五?金屬熔化焊過程上各點的熱循環如圖5-14所示。
焊接熱循環具有加熱溫度高，停留時間短（幾秒到幾十秒），加熱和冷卻速度快等特點。其主要參數有：加熱的最高溫度（Tm）、在相變以上停留時間（tA）和冷卻速度。
影響焊接熱循環的主要因素：焊接參數、焊接方法、預熱和層間溫度、接頭形式、母材導熱性等。
圖5-14?距焊縫不同距離焊件上各點的熱循環任務8?分析焊接熱影響區的?
組織和性能基礎知識焊接熱影響區就是指在焊接過程中，母材因受熱影響但未熔化而發生金相組織和力學性能變化的區域。焊接熱影響區的組織和性能基本上反映了焊接接頭的性能和質量。
對於低碳鋼及合金元素較少的低合金高強度結構鋼等不易淬火鋼，焊接熱影響區可分為過熱區、正火區、不完全重結晶區和再結晶區，如圖5-15所示。
143焊工工藝1—熔合區2—過熱區3—正火區4—不完全重結晶區5—再結晶區6—母材圖5-15?不易淬火鋼焊接熱影響區任務實施一、過熱區焊接熱影響區中，具有過熱組織或晶粒顯著粗大的區域稱為過熱區，又稱粗晶區。過熱區的加熱溫度是在固相線以下到1100℃左右之間。在這樣高的溫度下，奧氏體晶粒嚴重長大，冷卻後呈現為晶粒粗大的過熱組織，甚至出現魏氏體組織。過熱區塑性、韌性很低，尤其是衝擊韌性比母材低20%～30%，是熱影響區中性能最差的區域。
二、正火區正火區的加熱溫度範圍約在Ac3～1100℃之間。焊接時該區域的鐵素體和珠光體全部轉變為奧氏體。由於溫度不高，晶粒長大較慢，空冷後，獲得均勻而細小的鐵素體和珠光體，相當於熱處理時的正火組織，因此，該區也稱為相變重結晶區或細晶區。其力學性能略高於母材，是熱影響區中綜合力學性能最好的區域。
三、不完全重結晶區該區的加熱溫度範圍處於Ac1～Ac3之間。焊接時該區部分鐵素體和珠光體轉變為奧氏體，冷卻時奧氏體轉變為細小的鐵素體和珠光體；而未溶入奧氏體的鐵素體不發生轉變，晶粒長144項目五?金屬熔化焊過程大粗化，成為粗大的鐵素體。所以這個區的金屬組織是不均勻的，一部分是經過重結晶的晶粒細小的鐵素體和珠光體，另一部分是粗大的鐵素體。由於晶粒大小不同，所以力學性能也不均勻。
四、再結晶區對於焊接前經過冷塑性變形（冷軋、冷成型）的母材，加熱溫度在Ac1～450℃之間的區域，將發生再結晶。經過再結晶，焊縫的塑性韌性提高了，但強度卻降低了。
任務9?控製和改善焊接接頭性能基礎知識焊接接頭是由焊縫、熔合區和焊接熱影響區組成的，是一個成分、組織和性能均不一樣的不均勻體。因此，必須采取措施加以控製，改善焊接接頭的性能。
任務實施一、選用合適的焊接材料焊接材料與母材不同的匹配將會影響焊縫金屬的化學成分和性能，但不影響熱影響區的組織和性能。
1.等強度原則對於低碳鋼、低合金高強度結構鋼、低溫鋼，一般不要求焊縫金屬與母材成分一樣，而是要求力學性能與母材相近。為提高焊縫的抗裂性，減少焊縫中碳和硫、磷等雜質元素的含量。為提高焊縫的塑性和韌性，一般在焊接材料中加入碳化物或氮化物的形成元素，如鉬、铌、釩、鈦、鋁等，以細化焊縫組織。
2.等成分原則對於耐熱鋼和不鏽鋼等特殊性能的鋼材，為保證焊縫具有與母材相接近的特殊性能，如145焊工工藝高溫性能和耐腐蝕性能等，其焊接材料的化學成分應與母材大致相同。
二、控製熔合比熔合比將對焊縫金屬的化學成分產生影響，進而影響焊縫金屬的性能。
當焊接材料與母材的化學成分基本相同時，熔合比對焊縫和熔合區的性能無明顯影響。
當母材中合金元素較少，焊接材料中合金元素較多時，在這些合金元素對改善焊縫性能起關鍵作用的情況下，應減少焊縫中母材金屬的含量，避免焊縫性能下降，這時應控製熔合比小一些。當母材中含合金元素較多，而焊接材料中合金元素較少時，如果這些合金元素對改善焊縫性能有利，則增加熔合比可提高焊縫性能。
當母材中碳和硫、磷含量較多時，應減少熔合比，以減少碳、硫、磷成分進入焊縫，提高焊縫的塑性和韌性，防止產生裂紋。
在生產中，常常通過調節焊接坡口的大小來控製熔合比。不開坡口，熔合比最大；坡口越大，熔合比越小。
三、選用合適的焊接工藝方法（表5-9）表5-9常用焊接方法對焊接接頭性能影響保護合金元氣體元素及雜質元素含量焊縫及熱影響區接頭性能效果素燒損加熱速度慢，熱影響區寬，易產氣焊差大較高較差生過熱和過燒組織，晶粒粗大接頭高溫停留時間較短，焊縫焊條電弧焊較好較少較低和熱影響區的組織較細，熱影響較好區寬度相對較窄埋弧焊較好較少較低熱影響區組織較粗大較好熱量集中，熱輸入小，接頭高溫基本手工鎢極氬弧焊好極少停留時間短，焊縫和熱影響區組織好沒有細，熱影響區窄CO2氣體保護焊好較多較低熱影響區窄較好四、選擇合適的焊接熱輸入及焊接參數焊接熱輸入及焊接參數直接影響焊縫形狀和焊接熱循環特征，從而影響焊接接頭的組織和性能。
1.焊接參數對焊接接頭性能的影響及控製采用小的焊接電流、較高的電弧電壓焊接時，可以獲得寬而淺的焊縫，結晶時最後凝固146項目五?金屬熔化焊過程的低熔點雜質被推向焊縫表麵，因而可以改善焊縫中心處的力學性能，並可防止產生熱裂紋。
若采用大電流、低電壓焊接時，焊縫窄而深，凝固時形成嚴重的區域偏析，易產生熱裂紋。
2.焊接熱輸入對焊接接頭性能的影響及控製焊接熱輸入越大，高溫停留時間越長，焊接熱影響區越寬，過熱現象越嚴重，晶粒也越粗大，因而塑性和韌性嚴重下降；焊接熱輸入過小，則焊後冷卻速度增大，易產生硬脆的馬氏體組織，導致塑性和韌性嚴重下降，甚至產生冷裂紋。
對於淬硬傾向較小的鋼，采用小的熱輸入時冷裂傾向也不大，所以從減少過熱，防止晶粒粗化出發，應選用小的熱輸入；對於淬硬傾向較大的鋼，為降低淬硬傾向，防止冷裂紋產生，熱輸入應偏大些。但熱輸入過大，又會增大粗晶脆化傾向，這時采用預熱等工藝措施配合小的熱輸入更為合理。
◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇思考與練習◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇1.熔化極電弧焊時，加熱熔化焊條、焊絲的熱量有哪些？各有什麼特點？
2.什麼是熔滴過渡？熔滴過渡的形式有哪些？各有何特點？
3.熔滴過渡的作用力有哪些？簡述其在焊接過程中的作用。
4.什麼是焊接化學冶金過程？
5.簡述焊接區氧、氮、氫的來源以及對焊縫金屬的影響。
6.焊縫金屬脫氧的途徑有哪些？
7.硫、磷在焊縫金屬中有什麼危害？
8.什麼叫熔合比？
9.什麼叫焊縫金屬的一次結晶和二次結晶？
10.什麼叫偏析？焊縫偏析有哪幾種形式？偏析有什麼危害？
11.什麼是焊接熱循環？
12.什麼是焊接熱影響區？
13.控製和改善焊接接頭性能的方法有哪些？
147焊工工藝項目六?
焊接應力與變形任務1焊接應力與變形的形成任務2預防焊接殘餘變形的設計和工藝措施任務3焊接殘餘應力的控製方法??學習目標?。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。
◆掌握焊接應力與變形的概念及分類◆掌握焊接應力與變形產生的原因◆了解焊接應力與變形的特點◆掌握焊接殘餘變形的分類及影響因素◆掌握預防焊接殘餘變形的設計和工藝措施◆能夠掌握控製焊接殘餘變形的措施◆了解焊接殘餘應力的分類及其對焊接結構的影響◆掌握焊接殘餘應力的控製方法◆能夠掌握消除焊接殘餘應力的方法148項目六?焊接應力與變形任務1?焊接應力與變形的形成基礎知識應力與變形的基本知識1.變形物體在外力或溫度等因素的作用下，其形狀和尺寸發生變化，這種變化稱為物體的變形。
當使物體產生變形的外力或其他因素去除後變形也隨之消失，物體可恢複原狀，這樣的變形稱為彈性變形。當外力或其他因素去除後變形仍然存在，物體不能恢複原狀，這樣的變形稱為塑性變形。物體的變形還可按拘束條件分為自由變形和非自由變形。在非自由變形中，有外觀變形和內部變形兩種。
2.應力存在於物體內部的、對外力作用或其他因素引起物體變形所產生的抵抗力，叫作內力。
另外，在物理、化學或物理化學變化過程中，如溫度、金相組織或化學成分等變化時，在物體內也會產生內力。物體單位截麵積上的內力叫作應力。
根據引起內力的原因不同，可將應力分為工作應力和內應力。工作應力是由外力作用於物體而引起的應力；內應力是由物體的化學成分、金相組織及溫度等因素變化，造成物體內部的不均勻性變形而引起的應力。內應力存在於許多工程結構中，如鉚接結構、鑄造結構、焊接結構等。焊接應力就是一種內應力。
3.焊接應力與焊接變形焊接應力是焊接過程中及焊接過程結束後，存在於焊件中的內應力。由焊接而引起的焊件尺寸的改變稱為焊接變形。
149焊工工藝焊接變形的特點為：（1）某一瞬時各部位的膨脹和收縮不同。
（2）焊縫的位置對變形的影響很大。
（3）焊接順序對焊接變形影響也很大。
焊接應力的特點有：（1）焊接應力都是內應力。
（2）在焊件內構成平衡力係，在一個截麵上，拉應力和壓應力共存並平衡。
（3）在焊接過程中，應力隨時間變化。
任務實施焊接應力與變形產生的原因產生焊接應力與變形的因素很多，其中最根本的原因是焊接過程中對焊件進行了局部的、不均勻的加熱，其次是由於焊縫和焊縫附件受熱區的金屬都發生縮短、金相組織的變化及焊件的剛性不同所致。另外，焊縫在焊接結構中的位置、裝配焊接順序、焊接方法、焊接電流及焊接方向等對焊接應力與變形也有一定的影響，下麵著重介紹4個主要因素。
1.焊件的不均勻受熱焊件的焊接是一個局部的加熱過程，焊件上的溫度分布極不均勻，為了便於了解不均勻受熱時應力與變形的產生，下麵對不同條件下的應力與變形進行討論。
（1）長板條中心加熱（類似於堆焊）引起的應力與變形如圖6-1(a)所示的長度為L0，厚度為δ的長板條，材料為低碳鋼，在其中間沿長度方向上進行加熱，為簡化討論，我們將板條上的溫度分為兩種，中間為高溫區，其溫度均勻一致；兩邊為低溫區，其溫度也均勻一致。
加熱時，如果板條的高溫區與低溫區是可分離的，高溫區將伸長，低溫區不變，如圖6-1(b)所示。但實際上板條是一個整體，所以板條將整體伸長，此時高溫區內產生較大的壓縮塑性變形和壓縮彈性變形，如圖6-1(c)所示。冷卻時，由於壓縮塑性變形不可恢複，所以，如果高溫區與低溫區是可分離的，高溫區應縮短，低溫區應恢複原長，如圖6-1(d)所示。但實際上板條是一個整體，所以板條將整體縮短，這就是板條的殘餘變形，如圖6-1(e)所示。同時，在板條內部也產生了殘餘應力，中間高溫區為拉應力，兩側低溫區為壓應力。
150項目六?焊接應力與變形(a)原始狀態(b)、(c)加熱過程(d)、(e)冷卻以後圖6-1?鋼板條中心加熱和冷卻時的應力與變形（2）長板條一側加熱（相當於板邊堆焊）引起的應力與變形如圖6-2(a)所示的材質均勻的鋼板，在其上邊緣快速加熱。假設鋼板由許多互不相連的窄條組成，則各窄條在加熱時將按溫度高低而伸長，如圖6-2(b)所示。但實際上，板條是一整體，各板條之間是互相牽連、互相影響的，上一部分金屬因受下一部分金屬的阻礙作用而不能自由伸長，因此產生了壓縮塑性變形。由於鋼板上的溫度分布是自上而下逐漸降低，因此，鋼板產生了向下的彎曲變形，如圖6-2(c)所示。
鋼板冷卻後，各板條的收縮應如圖6-2(d)所示。但實際上鋼板是一個整體，上一部分金屬要受到下一部分的阻礙而不能自由收縮，所以鋼板產生了與加熱時相反的殘餘彎曲變形，如圖6-2(e)所示。同時在鋼板內產生了如圖6-2(e)所示的殘餘應力，即鋼板中部為壓應力，鋼板兩側為拉應力。
由上述討論可知：對構件進行不均勻加熱，在加熱過程中，隻要溫度高於材料屈服點的溫度，構件就會產生壓縮塑性變形，冷卻後，構件必然有殘餘應力和殘餘變形。
圖6-2?鋼板邊緣一側加熱和冷卻時的應力與變形151焊工工藝2.焊縫金屬的收縮焊縫金屬冷卻時，當它由液態轉為固態時，其體積要收縮。由於焊縫金屬與母材是緊密聯係的，因此，焊縫金屬並不能自由收縮。這將引起整個焊件的變形，同時在焊縫中引起殘餘應力。另外，一條焊縫是逐步形成的，焊縫中先結晶的部分要阻止後結晶部分的收縮，由此也會產生焊接應力與變形。
3.金屬組織的變化鋼在加熱及冷卻過程中發生相變，可得到不同的組織，這些組織的比容也不一樣，由此也會造成焊接應力與變形。
4.焊件的剛性和拘束焊件的剛性和拘束對焊接應力和變形也有較大的影響。剛性是指焊件抵抗變形的能力；而拘束是焊件周圍物體對焊件變形的約束。剛性是焊件本身的性能，它與焊件材質、焊件截麵形狀和尺寸等有關；而拘束是一種外部條件。焊件自身的剛性及受周圍的拘束程度越大，焊接變形越小，焊接應力越大；反之，焊件自身的剛性及受周圍的拘束程度越小，則焊接變形越大，而焊接應力越小。
拓展提高焊接時產生的應力和變形危害分析1.焊接應力造成的危害性焊接應力是造成焊接熱裂紋、冷裂紋及再熱裂紋的原因之一。如發現宏觀裂紋的焊接結構，則需要進行返修或報廢。而在腐蝕介質中工作的焊接構件，如果具有拉伸殘餘應力，就會使構件產生應力腐蝕開裂的應力脆斷。由於存在焊接應力，降低了焊接結構的承載能力，所以當焊接應力超過材料的屈服點時，將會使材料的塑性受到損失。具有焊接應力的焊接構件，如果進行焊後機械加工，則會破壞構件內應力的平衡，引起焊接構件的變形，影響加工尺寸的不穩定性。
2.焊接變形造成的危害性焊接變形的危害在某種程度上比應力的危害要大，由於焊件的變形導致構件尺寸及形狀的技術指標的精度超差，降低了焊接結構的裝配質量及承載能力。對此需要將發生變形的構152項目六?焊接應力與變形件進行矯正，因此浪費大量的工時及材料。當焊件變形過大，而且難以矯正時，就會導致產品的報廢。在焊接生產加工過程中，操作者要精心設計，盡量避免焊接應力與變形的產生。
任務2?預防焊接殘餘變形的?
設計和工藝措施基礎知識焊接殘餘變形的分類及影響因素焊接殘餘變形在焊接結構中的分布是很複雜的。按變形對整個焊接結構的影響程度可將焊接變形分為局部變形和整體變形；按照變形的外觀形態來分，可將焊接變形分為五種基本形式：收縮變形、角變形、彎曲變形、波浪變形和扭曲變形。這些基本變形形式的不同組合，形成了實際生產中焊件的變形。下麵將分別討論各種變形的形成規律和影響因素。
1．收縮變形焊件尺寸比焊前縮短的現象稱為收縮變形。它分為縱向收縮變形和橫向收縮變形，如圖6-3所示。
圖6-3?縱向和橫向收縮變形153焊工工藝（1）縱向收縮變形縱向收縮變形即沿焊縫軸線方向尺寸的縮短。這是由於焊縫及其附近區域在焊接高溫的作用下產生縱向的壓縮塑性變形，焊後這個區域要收縮，便引起了焊件的縱向收縮變形。
縱向收縮變形量取決於焊縫長度、焊件的截麵積、材料的彈性模量、壓縮塑性變形區的麵積以及壓縮塑性變形率等。焊件的截麵積越大，焊件的縱向收縮量越小。焊縫的長度越長，縱向收縮量越大。從這個角度考慮，在受力不大的焊接結構內，采用間斷焊縫代替連續焊縫，是減小焊件縱向收縮變形的有效措施。
（2）橫向收縮變形橫向收縮變形是指沿垂直於焊縫軸線方向尺寸的縮短。構件焊接時，不僅產生縱向收縮變形，同時也產生橫向收縮變形。產生橫向收縮變形的過程比較複雜，影響因素很多，如線能量、接頭形式、裝配間隙、板厚、焊接方法以及焊件的剛性等，其中以線能量、裝配間隙、接頭形式等影響最為明顯。不管何種接頭形式，其橫向收縮變形量總是隨焊接熱輸入的增大而增加。
2.角變形中厚板對接焊、堆焊、搭接焊及T形接頭焊接時，都可能產生角變形，角變形產生的根本原因是由於焊縫的橫向收縮沿板厚分布不均勻所致。焊縫接頭形式不同，其角變形的特點也不同。幾種焊接接頭的角變形如圖6-4所示。
(a)堆焊(b)T形接頭(c)搭接接頭圖6-4?幾種接頭的角變形3.彎曲變形焊接梁或柱時容易產生彎曲變形，主要是由於焊縫的中心線與結構截麵的中性軸不重合或不對稱，焊縫的收縮沿構件寬度方向分布不均勻而引起的。彎曲變形分為兩種：焊縫縱向收縮引起的彎曲變形和焊縫橫向收縮引起的彎曲變形。
（1）縱向收縮引起的彎曲變形圖6-5所示為不對稱布置焊縫的縱向收縮所引起的彎曲變形。彎曲變形（撓度?）的大小與焊縫在結構中的偏心距s及假想偏心力Fp成正比，與焊件的剛度EI成反比。而假想偏心力又與壓縮塑性變形區有關，凡影響壓縮塑性變形區的因素154項目六?焊接應力與變形均影響偏心力Fp的大小。偏心距s越大，彎曲變形越嚴重。焊縫位置對稱或接近於截麵中性軸，則彎曲變形就比較小。
（2）橫向收縮引起的彎曲變形焊縫的橫向收縮在結構上分布不對稱時，也會引起構件的彎曲變形。如工字梁上布置若幹短筋板，由於筋板與腹板及筋板與上翼板的角焊縫均分布於結構中性軸的上部，它們的橫向收縮將引起工字梁的下撓變形，如圖6-6所示。
圖6-5?焊縫的縱向收縮引起的彎曲變形圖6-6?焊縫橫向收縮引起的彎曲變形4.波浪變形波浪變形常發生於板厚小於6mm的薄板焊接過程中，又稱之為失穩變形。大麵積平板拚接，如船體甲板、大型油罐罐底板等，極易產生波浪變形。產生原因，一是由於焊縫的縱向縮短對薄板邊緣造成的壓應力；二是由於焊縫橫向縮短所造成的角變形。采用大量筋板的結構，每塊筋板的角焊縫引起的角變形，連貫起來就造成波浪變形，如圖6-7所示。
圖6-7?焊接角變形引起的波浪變形155焊工工藝5.扭曲變形裝配質量不好、工件擱置不當以及焊接順序和焊接方向不合理，都可能引起扭曲變形。
但歸根結底是由於焊縫的角變形沿焊縫長度方向分布不均勻。如圖6-8所示中的工字梁，若按圖6-8(b)所示順序和方向焊接，則會產生圖示的扭曲變形，這主要是角變形沿焊縫長度逐漸增大的結果。如果改變焊接順序和方向，使兩條相鄰的焊縫同時向同一方向焊接，就會克服這種扭曲變形。
圖6-8?工字梁的扭曲變形任務實施一、預防焊接變形的措施構件焊後一般都要產生變形，變形量小的可以通過矯正達到使用要求，但變形量大可能導致焊件報廢，因此，從焊接結構的設計開始，就應考慮控製變形可能采取的措施。進入生產階段，可采用焊接預防變形的措施，以及在焊接過程中的工藝措施1.設計措施（1）選擇合理的焊縫形狀和尺寸主要做到以下兩點：①選擇最小的焊縫尺寸。在保證結構有足夠承載能力的前提下，應采用盡量小的焊縫尺寸，尤其是角焊縫尺寸，最容易盲目加大。焊接結構中有些僅起連接作用或受力不大，並經強度計算尺寸甚小的角焊縫，應按板厚選取工藝上可能的最小尺寸。
對受力較大的T字或十字接頭，在保證強度相同條件下，采用開坡口的焊縫比不開坡口156項目六?焊接應力與變形而用一般角焊縫可減少焊縫金屬，對減小角變形有利，如圖6-9所示。
②選擇合理的坡口形式。相同厚度的平板對接，開單麵V形坡口的角變形大於雙麵V形坡口。因此，具有翻身條件的結構，宜選用兩麵對稱的坡口形式。T形接頭立板端開半邊U形（J形）坡口比開半邊V形坡口角變形小，如圖6-10所示。
(a)不開坡口(b)開坡口(a)角變形大(b)角變形小圖6-9?相同承載能力的十字接頭圖6-10?T字接頭的坡口（2）減少焊縫的數量隻要允許，多采用型材、衝壓件；焊縫多且密集處，可以采用鑄—焊聯合結構，就可以減少焊縫數量。此外，適當增加壁板厚度，以減少筋板數量，或者采用壓型結構代替筋板結構，都對防止薄板結構的變形有利。
（3）合理安排焊縫位置梁、柱等焊接構件、常因焊縫偏心配置而產生彎曲變形。合理的設計應盡量把焊縫安排在結構截麵的中性軸上或靠近中性軸，力求使中性軸兩側的變形大小相等方向相反，起到相互抵消作用。如圖6-11所示的箱形結構，圖中(a)焊縫集中於中性軸一側，彎曲變形大，圖中(b)、(c)的焊縫安排合理。圖6-12(a)的筋板設計、使焊縫集中在截麵的中性軸下方，筋板焊縫的橫向收縮集中在下方，將引起上拱的彎曲變形。改成圖6-12(b)所示的設計，就能減小和防止這種變形。
(a)不合理(b)、(c)合理圖6-11?箱形結構的焊縫安排圖6-12?合理安排焊縫位置防止變形157焊工工藝2.工藝措施（1）留餘量法此法即是在下料時，將零件的長度或寬度尺寸比設計尺寸適當加大，以補償焊件的收縮。餘量的多少可根據公式並結合生產經驗來確定。留餘量法主要是用於防止焊件的收縮變形。
（2）反變形法此法就是根據焊件的變形規律，焊前預先將焊件向著與焊接變形的相反方向進行人為的變形（反變形量與焊接變形量相等），使之達到抵消焊接變形的目的。
①無外力作用下的反變形。平板對接焊產生角變形時，可按圖6-13(a)所示方法；電渣焊產生的終端橫向變形大於始端問題，可以在安裝定位時，使對縫的間隙下小上大，如圖6-13(b)所示。
②有外力作用下的反變形。利用焊接胎具或夾具使焊件處在反向變形的條件下施焊，焊後鬆開胎夾具，焊件回彈後其形狀和尺寸恰好達到技術要求。
(a)平板對接焊(b)工字梁翼板反變形圖6-13?無外力作用下的反變形法圖6-14中(a)、(b)、(c)、(d)所示的空心構件，均因焊縫集中於上側，焊後將產生彎曲變形。采用如圖6-14(e)所示的轉胎，使兩根相同截麵的構件“背靠背”地，兩端夾緊中間墊高，於是每根構件均處在反向彎曲情況下施焊。該轉胎使施焊方便，而且還提高生產效率。
反變形法主要用於控製角變形和彎曲變形。
圖6-14?彈性支撐法158項目六?焊接應力與變形③剛性固定法。利用外加剛度約束來減少焊件焊後變形的方法稱為剛度固定法，其實質是通過剛度約束來增加結構的整體剛度從而減少焊接變形，因為剛度大的焊件焊後變形較小。
圖6-15、圖6-16、圖6-17所示為幾種不同焊接結構采用剛度固定法減少焊接變形的實例。
④合理地選擇焊接方法和焊接工藝圖6-15?薄板拚接時的剛性固定參數。方法的線能量不相同，因而產生的變形也不一樣。能量集中和熱輸入較低的焊接方法，可有效地降低焊接變形。用CO2氣體保護弧焊焊接中厚鋼板的變形比用氣焊和焊條電弧焊小得多，更薄的板可以采用脈衝鎢極氬弧焊、激光焊等方法焊接。電子束焊的焊縫很窄，變形極小，一般經精加工的工件，焊後仍具有較高的精度。
圖6-16?對接拚板時的剛性固定1-底板2-立板3-緣口板4-臨時支撐物圖6-17?防護罩焊接時的臨時支撐159焊工工藝⑤熱平衡法。某些焊縫不對稱布置的結構，焊後往往會產生彎曲變形。如果在與焊縫對稱的位置上采用氣體火焰與焊接同步加熱，隻要加熱的工藝參數選擇適當，就可以減小或防止構件的彎曲變形。如圖6-18所示，采用熱平衡法對邊梁箱形結構的焊接變形進行控製。
⑥散熱法。散熱法又稱強迫冷卻法，就是利用各種辦法將焊接處的熱量迅速散走，使焊縫附近的金屬受熱麵大大減小，同時還使受熱區的受熱程度大大降低，達到減小焊接變形的目的。
圖6-18?采用熱平衡法防止焊接變形二、控製矯正焊接殘餘變形的方法在焊接結構生產中，免不了要出現焊接變形，因此焊後對殘餘變形的矯正是必不可少的一種工藝措施。常用的矯正焊接變形的方法有：1.手工矯正法手工矯正法就是利用手錘、大錘等工具錘擊焊件的變形處。主要用於一些小型簡單焊件的彎曲變形和薄板的波浪變形。
2.機械矯正法機械矯正法就是利用機器或工具來矯正焊接變形，如圖6-19所示。具體地說，圖6-19?機械矯正法矯正梁的彎曲變形就是用千斤頂、拉緊器、壓力機等將焊件160項目六?焊接應力與變形頂直或壓平。機械矯正法一般適用於塑性比較好的材料及形狀簡單的焊件。
3.火焰加熱矯正火焰加熱矯正就是利用火焰對焊件進行局部加熱，使焊件產生新的變形去抵消焊接變形。
火焰加熱矯正法在生產中應用廣泛，主要用於矯正彎曲變形、角變形、波浪變形等，也可用於矯正扭曲變形。
火焰加熱的方式有點狀加熱、線狀加熱和三角形加熱。
（1）點狀加熱如圖6-20所示，加熱點的數目應根據焊件的結構形狀和變形情況而定。
厚板加熱點直徑d要大些、薄板的要小些，一般不小於15mm。變形量越大，加熱點之間距離a應小一些，一般在50～100mm；變形量小時，加熱點之間距離應大一些。
圖6-20?點狀加熱（2）線狀加熱火焰沿直線緩慢移動，或者同時在寬度方向作橫向擺動，形成帶狀加熱的加熱方式，稱為線狀加熱。線狀加熱有直通加熱、鏈狀加熱和帶狀加熱三種形式，如圖6-21所示。
加熱線的橫向收縮一般大於縱向收縮。因此，應盡可能發揮加熱線橫向收縮的作用。橫向收縮隨著加熱線的寬度增加而增加，加熱寬度一般為鋼板厚度的0.5～2倍左右。線狀加熱可用於矯正波浪變形、角變形和彎曲變形等。圖6-21?線狀加熱161焊工工藝（3）三角形加熱三角形加熱即加熱區域呈三角形，一般用於矯正剛度、厚度較大結構的彎曲變形。加熱時，三角形的底邊應在被矯正結構的拱邊上，頂端朝向焊件的彎曲方向，如圖6-22所示。三角形加熱與線狀加熱聯合使用，對矯正大而厚焊件的焊接變形，效果更佳。圖6-22?工字梁彎曲變形的火焰矯正拓展提高裝配焊接順序對焊接變形的影響采用合理的裝配焊接順序來減小變形具有重大意義。同樣一個焊接構件采用不同的裝配順序，焊後產生的變形不一樣。為了控製和減小焊接變形，裝配焊接順序應按以下原則進行：（1）大型而複雜的焊接結構，隻要條件允許，把它分成若幹個結構簡單的部件，單獨進行焊接，然後再總裝成整體。
（2）正在施焊的焊縫應盡量靠近結構截麵的中性軸。
（3）對於焊縫非對稱布置的結構，裝配焊接時應先焊焊縫少的一側。
（4）焊縫對稱布置的結構，應由偶數焊工對稱地施焊。如圖6-23所示的圓筒體對接焊縫，應由兩名焊工對稱地施焊。
（5）長焊縫（1m以上）焊接時，可采用圖6-24所示的方向和順序進行焊接，來減小其焊後的收縮變形。
圖6-23?圓筒體對接焊圖6-24?長焊縫的幾種焊接順序162項目六?焊接應力與變形任務3?焊接殘餘應力的控製方法基礎知識一、焊接殘餘應力的分類（1）根據應力性質劃分：拉應力、壓應力。
（2）根據引起應力的原因劃分：熱應力、組織應力、拘束應力。
（3）根據應力作用方向劃分：縱向應力、橫向應力、厚度方向應力。
（4）根據應力在焊接結構中的存在情況劃分：單向應力、兩向應力、三向應力。
（5）根據內應力的發生和分布範圍劃分：第一類應力、第二類應力、第三類應力。
二、焊接殘餘應力對焊接結構的影響1.對結構強度的影響當材料處於脆性狀態時，則拉伸內應力和外載引起的拉應力疊加有可能使局部區域的應力首先達到抗拉強度，導致結構早期破壞。曾有許多低碳鋼和低合金結構鋼的焊接結構發生過低應力脆斷事故，經大量試驗研究表明：在工作溫度低於材料的脆性臨界溫度的條件下，拉伸內應力和嚴重應力集中的共同作用，將降低結構的靜載強度，使之在遠低於屈服點的外應力作用下就發生脆性斷裂。因此，焊接殘餘應力的存在將明顯降低脆性材料結構的靜載強度。
2.對構件加工尺寸精度的影響焊件上的內應力在機械加工時，因一部分金屬從焊件上被切除而破壞了它原來的平衡狀態，於是內應力重新分布以達到新的平衡，同時產生了變形，於是加工精度受到影響。
圖6-25所示為在T形焊件上加工一平麵時的情況，當切削加工結束後鬆開加壓板，工件會產生上拱變形，加工精度受到影響。為了保證加工精度，應對焊件先進行消除應力處理，再進行機械加工。也可采用多次分步加工的辦法來釋放焊件中的殘餘應力和變形。
163焊工工藝圖6-25?機械加工引起內應力釋放和變形3.對受壓杆件穩定性的影響焊接工字梁或焊接箱形梁時，腹板的中心部位存在較大的壓應力，這種壓應力的存在，往往會導致高大梁結構的局部或整體的失穩，產生波浪變形。
4.對低溫冷脆的影響焊接殘餘應力對低溫冷脆的影響經常是決定性的，必須引起足夠的重視。在厚板和具有嚴重缺陷的焊縫中，以及在交叉焊縫的情況下，產生了阻礙塑性變形的三軸拉應力，使裂紋容易發生和發展。
5.對疲勞強度的影響焊縫及其附近的主體金屬，殘餘拉應力通常達到鋼材屈服點，此部位正是形成和發展疲勞裂紋最為敏感的區域。因此，焊接殘餘應力對結構的疲勞強度有明顯不利影響。
任務實施一、減小焊接殘餘應力的措施減小焊接殘餘應力，即在焊接結構製造過程中采取一些適當的措施以減小焊接殘餘應力。
一般來說，可以從設計和工藝兩方麵著手，設計焊接結構時，在不影響結構使用性能的前提下，應盡量考慮采用能減小和改善焊接應力的設計方案；另外，在製造過程中還要采取一些必要的工藝措施，以使焊接應力減小到最低程度。
1.設計措施（1）盡量減少結構上焊縫的數量和焊縫尺寸。多一條焊縫就多一處內應力源；過大的焊縫尺寸，焊接時受熱區加大。使引起殘餘應力與變形的壓縮塑性變形區或變形量增大。
164項目六?焊接應力與變形（2）避免焊縫過分集中，焊縫間應保持足夠的距離。焊縫過分集中不僅使應力分布更不均勻，而且又能出現雙向或三向複雜的應力狀態。壓力容器設計規範在這方麵要求嚴格，如圖6-26所示為其中一例。
（3）采用剛性較小的接頭形式。例如，圖6-27所示容器與接管之間連接接頭的兩種形式，插入式連接的拘束度比翻邊式的大，前者的焊縫上可能產生雙向拉應力，且達到較高數值；而後者的焊縫上主要是縱向殘餘應力。
圖6-26?容器接管焊縫圖6-27?焊接管連接2.工藝措施（1）采用合理的裝配焊接順序和方向除了防止彎曲及角變形要考慮合理安排焊接順序外，為了減小應力也應選擇合理的焊接順序。合理的裝配焊接順序就是能使每條焊縫盡可能自由收縮的焊接順序。具體應注意以下幾點：①平麵上的焊縫焊接時，要保證焊縫的縱向及橫向（特別是橫向）收縮能夠比較自由，165焊工工藝而不是受到較大的約束。如圖6-28的拚板焊接，合理的焊接順序應是按圖中l～10施焊，即先焊相互錯開的短焊縫，後焊直通長焊縫。
圖6-28?拚接焊縫合理的裝配焊接順序②收縮量最大的焊縫應先焊。因為先焊的焊縫收縮時受阻較小，故殘餘應力就比較小。
如圖6-29所示的帶蓋板的雙工字梁結構，應先焊蓋板上的對接焊縫l，後焊蓋板與工字梁之間的角焊縫2，原因是對接焊縫的收縮量比角焊縫的收縮量大。
圖6-29?帶蓋板的雙工字梁結構焊接順序③工作時受力最大的焊縫應先焊。如圖6-30所示的大型工字梁，應先焊受力最大的翼板對接焊縫l，再焊腹板對接焊縫2，最後焊預先留出來的一段角焊縫3。
圖6-30?對接工字梁的焊接順序166項目六?焊接應力與變形④在對接平麵上帶有交叉焊縫的接頭時，必須采用保證交叉點部位不易產生缺陷的焊接順序。如圖6-31所示為幾種T形接頭焊縫和十字接頭焊縫，應采用圖中(a)、(b)、(c)的焊接順序，才能避免在焊縫的相交點產生裂紋及夾渣等缺陷。圖(d)為不合理的焊接順序。同時，焊縫的起弧或收尾也可避開交點，或雖然在交點上，但在焊相交的另一條焊縫時，起弧或收尾處事先已被鏟掉。大型油罐、船殼建造等大麵積拚板焊接中必須注意這一點。
圖6-31?平麵交叉焊縫的焊接順序⑤如圖6-32所示為對接焊縫與角焊縫交叉的結構。對接焊縫1的橫向收縮量大，必須先焊對接焊縫1，後焊角焊縫2。反之，如果先焊角焊縫2，則焊接對接焊縫1時，其橫向收縮不自由，極易產生裂紋。
（2）預熱法預熱法是在施焊前預先將焊件局部或整體加熱到150℃～650℃。
對於焊接或焊補那些淬硬傾向較大的材料的焊件，以及剛性較大或脆性材料焊件圖6-32?對接焊縫與角焊縫交叉時，常常采用預熱法。
（3）冷焊法冷焊法是通過減少焊件受熱來減小焊接部位與結構上其他部位間的溫度差。具體做法有：①采用焊條直徑較小，焊接電流偏低的焊接工藝參數。
②每次隻焊很短的一道焊縫。例如，焊鑄鐵每道隻焊10～40mm。焊剛度大的鋼件，每次焊半根到一根焊條，等這道焊縫區域的溫度降低不燙手時才能焊下一道很短的焊縫。
167焊工工藝（4）降低焊縫的拘束度平板上鑲板的封閉焊縫焊接時拘束度大，焊後焊縫縱向和橫向拉應力都較高，極易產生裂紋。為了降低殘餘應力，應設法減小該封閉焊縫的拘束度。
圖6-33所示是焊前對鑲板的邊緣適當翻邊，做出角反變形，焊接時翻邊處拘束度減小。若鑲板收縮餘量預留得合適，焊後殘餘應力可減小且鑲板與平板平齊。
(a)平板少量翻邊(b)鑲塊壓凹圖6-33?降低局部剛度減少內應力（5）加熱“減應區”法選擇結構的適當部位進行低溫或高溫加熱使之伸長。加熱這些部位以後再去焊接或焊補原來剛性很大的焊縫時，焊接應力可大大減小。這個加熱的部位就叫作“減應區”。如圖6-34所示表示出了此法的減應原理。
(a)加熱過程(b)冷卻過程圖6-34?加熱“減應區”法示意圖168項目六?焊接應力與變形三、消除焊接殘餘應力的方法常用的消除殘餘應力的方法如下：1.熱處理法熱處理法是利用材料在高溫下屈服點下降和蠕變現象來達到鬆弛焊接殘餘應力的目的，同時，熱處理還可改善焊接接頭的性能。生產中常用的熱處理法有整體熱處理和局部熱處理兩種。
（1）整體高溫回火是將焊接結構整體放入加熱爐中，並緩慢加熱到一定的溫度（低碳鋼為600℃～650℃），並保溫一定的時間（一般按每毫米板厚保溫2～4分鍾，但總時間不少於30分鍾），然後空冷或隨爐緩冷。考慮到自重可能引起構件的歪曲等變形。在放入爐子時要把構件支墊好。整體熱處理消除殘餘應力的效果取決於加熱溫度、保溫時間、加熱和冷卻速度、加熱方法和加熱範圍。一般可消除60%～90%的殘餘應力，在生產中應用比較廣泛。
（2）局部高溫回火對於某些不允許或不可能進行整體熱處理的焊接結構，可采用局部熱處理，局部熱處理就是對構件焊縫周圍的局部應力很大的區域及其周圍，緩慢加熱到一定溫度後保溫，然後緩慢冷卻，其消除應力的效果不如整體熱處理，它隻能降低殘餘應力峰值，不能完全消除殘餘應力。對於一些大型筒形容器的組裝環縫和一些重要管道等，常采用局部熱處理來降低結構的殘餘應力。
2.機械拉伸法機械拉伸法是通過不同方式在構件上施加一定的拉伸應力，使焊縫及其附近產生拉伸塑性變形，與焊接時在焊縫及其附近所產生的壓縮塑性變形相互抵消一部分，達到鬆弛殘餘應力的目的。實踐證明，拉伸載荷加得越高，壓縮塑性變形量就抵消得越多，殘餘應力消除得越徹底。在壓力容器製造的最後階段，通常要進行水壓試驗，其目的之一也是利用加載來消除部分殘餘應力。