第一篇：薄板焊接變形產(chǎn)生的原因及控制

薄板焊接變形產(chǎn)生的原因及控制

[摘要]焊接變形產(chǎn)生的根本原因就是焊件在焊接過程中經(jīng)受了不均勻的加熱及冷卻，但由于不均勻的溫度場，導(dǎo)致焊件不均勻的膨脹和收縮，從而使焊件內(nèi)部產(chǎn)生焊接應(yīng)力而引起焊接變形。由于焊接熱源對焊件的作用，在焊接結(jié)構(gòu)中產(chǎn)生的尺寸及形狀的變化，從而嚴(yán)重的影響了焊接質(zhì)量。對薄板焊接變形產(chǎn)生的原因進(jìn)行了論述，同時(shí)介紹了控制變形的工藝措施。

[關(guān)鍵詞]薄板焊接 焊接 應(yīng)力與變形 焊接變形控制措施

一、薄板焊接變形產(chǎn)生的原因及影響因素

薄板產(chǎn)生焊接變形的原因有很多，主要是由于自身的拘束能力不足，剛性小，抵抗彎曲變形的性能降低。薄板焊接變形具有復(fù)雜性、多元性，要成功實(shí)現(xiàn)薄板焊接變形的控制，必須了解薄板焊接變形質(zhì)量影響因素。因此，為控制變形應(yīng)采取附加措施，如點(diǎn)固焊、焊后處理等，另外在焊接過程中對焊接熱輸入的控制以及所采取的焊接方法都將對薄板變形產(chǎn)生影響，要成功實(shí)現(xiàn)薄板焊接變形的控制，首先要了解薄板的焊接變形產(chǎn)生的原因，才能有效的控制焊接變形。

（一）焊接方法對焊接變形的影響

選擇焊接方法需要考慮的是生產(chǎn)效率和焊接質(zhì)量，而焊接方法、焊接工藝和焊接程序顯著影響了焊接變形，因此所采用的焊接方法必須具有高的熔敷效率和盡量少的焊道，還必須具有小的熱輸入。通常用于船體焊接的方法有單面埋弧焊、雙面埋弧焊、藥芯焊絲電弧焊、惰性氣體保護(hù)焊、活性氣體保護(hù)焊等。目前薄板的激光焊拼焊在汽車工業(yè)中得到大量應(yīng)用，用于艦船的激光焊已經(jīng)開始在國外的某些大型船廠進(jìn)行試驗(yàn)研究，估計(jì)不久的將來會(huì)得到實(shí)際應(yīng)用。

（二）點(diǎn)固焊工藝對焊接變形的影響

電弧點(diǎn)焊不僅能保證焊接間隙而且具有一定的抗變形能力，但是要考慮點(diǎn)固焊焊點(diǎn)的數(shù)量、尺寸以及焊點(diǎn)間距。對于薄板變形來說，不適當(dāng)?shù)狞c(diǎn)固焊工藝有可能在焊接之前就產(chǎn)生相當(dāng)大的焊接殘余應(yīng)力，對隨后的焊接殘余應(yīng)力積累帶來影響。點(diǎn)焊尺寸過小，可能導(dǎo)致焊接過程中產(chǎn)生接頭開裂使焊接間隙得不到保證，如果過大，可能導(dǎo)致焊道背面未熔透而影響接頭的完整性。點(diǎn)固焊的順序、焊點(diǎn)間距的合理選擇也相當(dāng)重要，其影響結(jié)果在許多文獻(xiàn)中都有描述。

（三）裝配應(yīng)力及焊接程序的影響

應(yīng)盡量減少焊接裝配過程中引起的應(yīng)力，如果該應(yīng)力超過臨界變形應(yīng)力就可能產(chǎn)生變形。

（四）焊接尺寸對焊接殘余應(yīng)力的影響

焊接過程中的局部高溫加熱和快速冷卻在焊縫及近縫區(qū)的母材內(nèi)產(chǎn)生熱應(yīng)變和壓縮塑形應(yīng)變，進(jìn)而引起內(nèi)應(yīng)力，最終導(dǎo)致構(gòu)件的縱向撓曲變形和角變形等。當(dāng)接頭形式和焊板尺寸、材料一定時(shí)，縱向撓曲變形和撓度與總的縱向收縮應(yīng)力相關(guān)，與焊縫金屬斷面面積成正比。

（五）焊接熱輸入對薄板焊接變形的影響

焊接熱輸入對焊接殘余應(yīng)力和變形有很大的影響，所以在保證焊縫成形良好的情況下，盡可能采用小的焊接熱輸入。從而保證焊接應(yīng)力和較小的焊接變形。

（六）板厚對焊接變形的影響

隨著板厚的減小，抵抗彎曲變形的性能降低，這也是薄板焊接變形控制困難的主要原因。

二、控制變形的工藝措施

（一）焊前控制措施

（1）剛性固定法。采用設(shè)計(jì)合理的組對焊胎夾具，將焊件固定起來進(jìn)行焊接，增加其剛性，達(dá)到減小焊接變形的目的，保證裝配的幾何尺寸。當(dāng)薄板面積較大，焊縫教長時(shí)，可采用壓鐵法，分別放在焊縫兩側(cè)來減小焊接變形。

（2）焊接間隙，焊件間隙不能過大，越小越好，最多不超過0.5mm，切割熔渣與剪切毛刺應(yīng)清理干凈，以減少焊接變形。

（3）焊接之前應(yīng)采用較小直徑的焊條（如E4303、直徑2.5mm）進(jìn)行點(diǎn)焊（定位焊），可增加焊件剛性，對減少焊件變形有利。

（二）焊接過程中的控制措施

焊接過程中可以從以下兩個(gè)方面調(diào)整薄板結(jié)構(gòu)的焊接變形。一是減少加熱階段產(chǎn)生的縱向塑性壓應(yīng)變。二是增大冷卻階段的縱向塑性拉應(yīng)變，在焊接過程中使用相應(yīng)夾具、強(qiáng)迫冷卻焊接區(qū)、減少焊接熱輸入或采用溫差拉伸等方法可以減小變形，在一定程度可降低殘余應(yīng)力，但很難做到消除變形或定量控制殘余應(yīng)力水平，因?yàn)檫@些方法未能從根本上解決薄板構(gòu)建焊接變形的特殊問題――主要是焊接過程中產(chǎn)生失穩(wěn)變形。

（三）焊后控制措施

采用多點(diǎn)加熱的方法矯正薄板焊后的凹凸變形，加熱點(diǎn)直徑一般不小于15mm。加熱時(shí)，點(diǎn)與點(diǎn)的距離應(yīng)隨變形量的大小而定，一般在50―100mm之間。根據(jù)焊后熱處理消除殘余應(yīng)力機(jī)制，通過對縫隙試樣、板條及板塊試樣強(qiáng)制變形焊接后再進(jìn)行熱處理，可防止薄板焊接構(gòu)件的焊后回彈變形，穩(wěn)定構(gòu)件尺寸。

三、結(jié)論

綜上所述，薄板焊接變形與控制具有以下特點(diǎn)：

1.薄板焊接變形具有復(fù)雜性、多元性，從而嚴(yán)重影響了焊接質(zhì)量，是國內(nèi)外薄板焊接的一個(gè)技術(shù)難題。

2.要成功實(shí)現(xiàn)薄板焊接變形的控制，必須進(jìn)行薄板焊接變形影響因素的研究及控制焊接變形措施的研究。

3.雖然國內(nèi)外對薄板焊接變形的預(yù)測與控制進(jìn)行了大量研究，但是由于焊接變形控制的難度比較大，所以許多基礎(chǔ)理論及解決辦法還未搞清楚，所以有必要繼續(xù)對這一焊接難題進(jìn)行研究，為縮短與國外技術(shù)的差距奠定基礎(chǔ)。

（作者單位：中原油田采油一廠 河南省濮陽市）

第二篇：焊接殘余應(yīng)力的產(chǎn)生原因及控制方法的總結(jié)

焊接殘余應(yīng)力的產(chǎn)生原因及控制方法的總結(jié)

摘要：焊接應(yīng)力是焊接構(gòu)件產(chǎn)生裂紋和變形的主要因素，對焊接質(zhì)量影響較大。因此，理解和掌握焊接殘余應(yīng)力的產(chǎn)生原因及控制方法，就顯的非常重要。本文對焊接殘余應(yīng)力的產(chǎn)生對結(jié)構(gòu)的影響、焊接殘余應(yīng)力的預(yù)防及焊接殘余應(yīng)力的消除方法，進(jìn)行了全面的歸納和總結(jié)，為學(xué)生能更好地理解和掌握焊接殘余應(yīng)力的相關(guān)知識，起到了一定的幫助作用

關(guān)鍵詞：焊接應(yīng)力產(chǎn)生原因控制方法 焊件在焊接過程中，由于受到了不均勻的局部加熱和冷卻，使焊件產(chǎn)生了不均勻的體積膨脹和收縮，導(dǎo)致焊件內(nèi)部產(chǎn)生了焊接殘余應(yīng)力，而焊接殘余應(yīng)力又是產(chǎn)生裂紋和變形的主要因素。因此，為讓學(xué)生能夠真正理解和掌握焊接殘余應(yīng)力產(chǎn)生的原因、焊接殘余應(yīng)力對焊件產(chǎn)生的影響及如何減少和消除焊接殘余應(yīng)力等內(nèi)容，幫助學(xué)生為今后從事焊接工作打下良好的理論基礎(chǔ)。下面就焊接殘余應(yīng)力的相關(guān)知識，進(jìn)行歸納和總結(jié)。

一、焊接殘余應(yīng)力的產(chǎn)生

1、焊件在焊接過程中，其焊縫高溫區(qū)的膨脹受到了周邊低溫區(qū)的限制與擠壓，使高溫區(qū)域產(chǎn)生局部壓縮塑性變形，當(dāng)焊件在冷卻過程中，受到局部壓縮產(chǎn)生塑性變形的金屬由于不能自由收縮，而受到低溫區(qū)的拉伸，這時(shí)，焊件中就產(chǎn)生了一個(gè)與焊件加熱時(shí)產(chǎn)生的應(yīng)力方向相反的應(yīng)力，即焊接殘余應(yīng)力，又稱溫度應(yīng)力。

2、焊縫在高溫向低溫的冷卻過程中，焊縫金屬會(huì)發(fā)生二次相變，這種二次相變，會(huì)引起金屬材料組織的變化，從而產(chǎn)生體積的變化，在焊接接頭區(qū)域產(chǎn)生了應(yīng)力，又稱相變應(yīng)力。

3、在焊接過程中，如對焊件采用剛性固定，那么，焊接后焊件變形減少，但應(yīng)力卻增加。反之，要使焊件殘余應(yīng)力減少，其變形量就要有一定的增加。但焊接應(yīng)力與變形在一定條件下，都將影響到焊件的質(zhì)量。所以，應(yīng)力和變形要合理控制好。

4、焊接材料的屈服強(qiáng)度、導(dǎo)熱系數(shù)、線膨脹系數(shù)、密度、比熱容、焊件的形狀與尺寸、焊接方法和焊接工藝等因素，對焊接殘余應(yīng)力的分布和大小都將產(chǎn)生較大的影響。

二、焊接殘余應(yīng)力對焊件結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的影響

1、對焊件結(jié)構(gòu)剛度產(chǎn)生的影響當(dāng)焊件某個(gè)區(qū)域所受的應(yīng)力達(dá)到屈服點(diǎn)時(shí)，這一區(qū)域部分的金屬材料就會(huì)產(chǎn)生局部塑性變形，無法再承受外載荷，從而導(dǎo)致焊接結(jié)構(gòu)的有效截面減少，使焊接結(jié)構(gòu)的剛度降低。

1）焊件中的拉伸應(yīng)力區(qū)域越大，對焊接結(jié)構(gòu)剛度的影響也越大。當(dāng)卸載后，焊件殘余變形也就越大。

2）焊件的結(jié)構(gòu)受到彎曲時(shí)，如果焊縫所在區(qū)域的彎曲應(yīng)力越大，則對焊件的剛度影響也越大。

3）當(dāng)焊件的結(jié)構(gòu)上，同時(shí)存在縱向焊縫和橫向焊縫，或?qū)讣M(jìn)行火焰校正時(shí)，都有可能在相當(dāng)大的截面上產(chǎn)生拉伸應(yīng)力，會(huì)對焊件的尺寸精度和焊件的穩(wěn)定性產(chǎn)生較大的影響。

2、對焊件靜載強(qiáng)度產(chǎn)生的影響對焊件靜載強(qiáng)度的影響，主要取決于焊件材料。如焊接材料具有一定的塑性變形能力，則焊接殘余應(yīng)力并不會(huì)影響焊接結(jié)構(gòu)的靜載強(qiáng)度。當(dāng)焊接材料處于脆性狀態(tài)時(shí)，則有可能會(huì)使焊件局部區(qū)域在應(yīng)力作用下，產(chǎn)生斷裂現(xiàn)象，導(dǎo)致焊件結(jié)構(gòu)的破壞。

3、對疲勞強(qiáng)度產(chǎn)生的影響。焊接構(gòu)件的疲勞強(qiáng)度在焊件的應(yīng)力集中處受到拉伸應(yīng)力時(shí)會(huì)降低，因此，我們要從焊件的設(shè)計(jì)和工藝兩方面來考慮降低應(yīng)力集中系數(shù)，從而降低焊接殘余應(yīng)力對疲勞強(qiáng)度的影響程度。

4、對焊件加工精度和尺寸穩(wěn)定性的影響。隨著機(jī)械加工中殘余應(yīng)力的平衡狀態(tài)被破壞，將會(huì)使焊件產(chǎn)生新的變形，最終導(dǎo)致加工精度下降。另外，焊后組織的不穩(wěn)定及穩(wěn)定組織在溫度升高時(shí)，都會(huì)使焊接殘余應(yīng)力產(chǎn)生較大的變化，導(dǎo)致焊件尺寸穩(wěn)定性的下降。

5、對應(yīng)力腐蝕開裂產(chǎn)生的影響。焊接殘余應(yīng)力的大小，直接影響應(yīng)力腐蝕開裂的時(shí)間，焊接殘余應(yīng)力越大，焊件發(fā)生應(yīng)力腐蝕的時(shí)間就越短。

三、焊接殘余應(yīng)力的減小和消除

1、焊接殘余應(yīng)力的減小措施。減少焊接殘余應(yīng)力和改善殘余應(yīng)力分布可以從設(shè)計(jì)和工藝兩個(gè)方面來考慮解決。并且，要采取設(shè)計(jì)優(yōu)先的原則，使減小焊接應(yīng)力的措施，達(dá)到事半功倍的作用。

1）設(shè)計(jì)措施。（1）在保證焊件結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的前提下，可適量采用沖壓結(jié)構(gòu)，以減少焊接結(jié)構(gòu)。盡量減少焊件焊縫的數(shù)量和截面尺寸。同時(shí)，焊縫不要過于集中，以防局部區(qū)域的熱輸入過大，盡量減少焊接殘余應(yīng)力的產(chǎn)生。（2）焊縫要盡量布置在最大工作應(yīng)力區(qū)以外，防止焊接殘余應(yīng)力與外部載荷產(chǎn)生的應(yīng)力疊加，影響結(jié)構(gòu)的承載能力。并盡量防止焊縫過于集中、交叉，保持較好的焊接操作性。（3）采用降低局部剛度的方法和合理的接頭形式，使焊縫能較自由的收縮，減少焊接接頭產(chǎn)生應(yīng)力集中現(xiàn)象。（4）采取熱輸入較小和能量密度集中的焊接方法來減小焊接殘余應(yīng)力。如氬弧焊與離子弧焊等。

2）工藝措施（1）在焊接過程中，要先焊錯(cuò)開的短焊縫、收縮量較大的焊縫和受力較大的焊縫。同時(shí)，根據(jù)不同的焊件結(jié)構(gòu)采取相應(yīng)的焊接順序，這樣才能使焊縫有較大的收縮自由，保證焊縫中的殘余應(yīng)力盡可能減少，并要保證焊件的焊接殘余應(yīng)力的分布要合理。（2）在焊接拘束度較大的焊縫時(shí)，要注意降低焊縫的拘束度。例如，可采用反變形法來降低焊件的局部剛度，減少了焊縫拘束應(yīng)力。（3）采用合理的焊接工藝參數(shù)及合適的加工方法。如選用小直徑焊絲、采用較小的焊接電流及提高焊接速度等方法來控制焊接熱輸入，也可采用預(yù)熱、加熱減應(yīng)區(qū)及捶擊等方法，來減少焊縫的焊接殘余應(yīng)力。

2、焊接殘余應(yīng)力的消除措施對易發(fā)生脆性斷裂危險(xiǎn)的截面、重要的壓力容器和要保證尺寸精度、加工精度及剛度的結(jié)構(gòu)，一定要進(jìn)行消除應(yīng)力處理。具體方法如下：

1）焊件熱處理熱處理包括焊件整體高溫回火和焊件局部高溫回火。它是把焊件整體或局部加熱至600~650℃，保溫后緩慢冷卻，因加熱溫度在相變點(diǎn)以下，金屬組織末發(fā)生變化，只是其屈服點(diǎn)降低了，使內(nèi)部在殘余應(yīng)力作用下產(chǎn)生一定的塑性變形，使應(yīng)力得以消除。值的注意的是，整體加熱要注意保溫時(shí)間，局部加熱要保證有足夠的加熱寬度。

2）機(jī)械拉伸法對焊件施加載荷，使焊件壓縮變形區(qū)域被拉伸，這樣，可減少由焊接引起的局部壓縮塑性變形的量，使焊接殘余應(yīng)力降低。值的注意的是對焊件施加載荷的方向要確定。

3）溫差拉伸法對較規(guī)則焊縫和厚度不大的板殼結(jié)構(gòu)，可采用溫差拉伸法。目的是對有壓應(yīng)力的焊縫進(jìn)行拉伸，從而消除或降低焊接殘余應(yīng)力。

4）振動(dòng)法對一些重要的結(jié)構(gòu)簡單的焊件，可對其在固有頻率下進(jìn)行振動(dòng)處理，以消除焊件內(nèi)的殘余應(yīng)力。此種方法應(yīng)用較廣。

四、結(jié)束語：焊接殘余應(yīng)力在焊接過程中極易產(chǎn)生，它對焊件的質(zhì)量危害較大，造成焊件疲勞強(qiáng)度降低，加工精度和穩(wěn)定性降低，減少了焊件的使用壽命。所以，預(yù)防和控制焊接殘余應(yīng)力非常重要，相信通過對焊接殘余應(yīng)力的產(chǎn)生原因、控制方法和消除方法進(jìn)行分析和總結(jié)，一定會(huì)對學(xué)生理解和掌握本章內(nèi)容，起到了積極的幫助作用，為學(xué)生今后從事焊接工作打下良好的理論基礎(chǔ)。參考文獻(xiàn)

[1]吳金杰焊接工程師專業(yè)技能入門與精通[M]北京：機(jī)械工業(yè)出版社 2009.6

第三篇：如何控制焊接變形

大型復(fù)雜結(jié)構(gòu)件焊接工藝措施

隨著焊接技術(shù)的發(fā)展，尤其是焊接設(shè)備的更新?lián)Q代，焊接輔材的豐富，焊接母材含碳量的有效控制，合金元素的增多，材料強(qiáng)度級別大幅的提高，使許多低合金高強(qiáng)度鋼的可焊性越來越好，大型復(fù)雜結(jié)構(gòu)件的制作難度大幅降低，從而為大型結(jié)構(gòu)件的設(shè)計(jì)，通過合適的焊接工藝措施，把設(shè)計(jì)模型變?yōu)閷?shí)物而成為現(xiàn)實(shí)。

對于大型結(jié)構(gòu)件制作來說，最常見的就是兩大問題：一是焊接變形；二是焊接裂紋。下面從焊接工藝方面說明如何解決上述兩大問題。

焊接變形是大型結(jié)構(gòu)件最關(guān)鍵也是最難控制的問題之一，大型結(jié)構(gòu)件一旦產(chǎn)生超出控制量的變形，是很難校正的，不但會(huì)造成極大的直接經(jīng)濟(jì)損失，同時(shí)也極大地影響制作周期，我們通常采取如下工藝措施對變形進(jìn)行控制：

1.母材（鋼板）選用控制：選用大鋼廠的材料，因?yàn)榇箐搹S設(shè)備先進(jìn)，注重軋制工藝，熱處理工藝規(guī)范到位，板材平展，內(nèi)應(yīng)力小，既能保證機(jī)械性能，也能保證化學(xué)成分的穩(wěn)定。

2.備料變形控制：采用對稱備料，減少熱量集中引起的熱應(yīng)力變形，控制平彎，側(cè)彎，扭曲變形。對于厚板采用鉆孔分段切割，對于由熱切割引起的不可避免的變形，則通過機(jī)械校平直，為總裝作準(zhǔn)備。3.裝配方式控制：對于超大型結(jié)構(gòu)件，首先應(yīng)根據(jù)整體結(jié)構(gòu)，分析容易產(chǎn)生變形的焊接應(yīng)力區(qū)，對這些應(yīng)力區(qū)通常采取“化整為零”的方法，也就是將整體細(xì)化成相對“獨(dú)立”的小單元，分單元組裝，局部施焊，讓整體焊接應(yīng)力產(chǎn)生在小單元中，這些小單元不但能更容易地進(jìn)行機(jī)械或熱校平，還能在總裝發(fā)揮小單元時(shí)進(jìn)行整體變形的有效控制。

4.施焊方式控制：通過分析大型結(jié)構(gòu)件結(jié)構(gòu)特性，確定中性線，制定合理的焊接工序，能用對稱焊的采用對稱焊。對于截面較大的焊縫，采用多層多道多次填滿。對于截面突變的大型結(jié)構(gòu)件，在截面附近的焊縫，要特別注意控制焊接規(guī)范，通過控制焊接規(guī)范調(diào)節(jié)工件變形，也就是朝著我們需要控制的方向變，這種方法在橫梁類結(jié)構(gòu)件中取得了很好的效果。

5.反變形法控制：在分析基本應(yīng)力分布情況及主焊縫位置關(guān)系后，對厚板件，尤其是鍛造導(dǎo)軌件采用反變形的方法效果顯著。如：CKX52125X60/400-M13350 橫梁的制作就是很成功的例子，橫梁總長17630，其截面最大尺寸2000X1300，總重51.7噸，導(dǎo)軌總長17630，導(dǎo)軌截面尺寸240X310，將此導(dǎo)軌沿中心軸線反變形約15mm，總裝焊接完成后，經(jīng)檢查，其導(dǎo)軌平直度在8mm以下，完全能夠滿足加工要求（加工余量為15mm）。

6.燜火控制：最后一道控制變形的方法就是燜火過程中控制，具體方法就是對已經(jīng)變形打不到加工要求的件，根據(jù)變形情況，墊好支點(diǎn)，上部適當(dāng)位加壓，并控制合適的燜火溫度，這比較適合截面和長度比較小的結(jié)構(gòu)件。

對于大型結(jié)構(gòu)件來說，裂紋是較易出現(xiàn)的一種焊接缺陷，并且裂紋是一種致命的缺陷，對重型結(jié)構(gòu)件來講是要嚴(yán)格控制的，產(chǎn)生裂紋通常有幾大因素，一是結(jié)構(gòu)件本身具有剛性決定的拘束度（R），二是由化學(xué)成分決定的綜合指標(biāo)碳當(dāng)量（對于一般材料來說主要是碳的含量），三是焊接母材、焊接輔材及環(huán)境影響決定焊縫氫的含量，含氫量過大易產(chǎn)生氫致延遲裂紋。

通常來說，重型結(jié)構(gòu)件的R都是比較大的，因此由焊接應(yīng)力引起的（剛性）裂紋是很大的。為了避免由上述因素引起的裂紋，在實(shí)際制作中我們采取了如下控制措施：

1.為了減少氫致延遲裂紋的影響，首先選擇優(yōu)質(zhì)焊接材料（對于關(guān)鍵焊縫，焊絲與母材化學(xué)成分應(yīng)匹配），并妥善存放，隨用隨取，開包后不宜放置時(shí)間過長，其次焊縫周圍去銹要徹底，對于氣割坡口，表面氧化物要清理干凈等。

2.結(jié)構(gòu)選材一經(jīng)確定，該件的可焊性就決定了，建議設(shè)計(jì)時(shí)不要選用含碳量較高的材料。

3.對于碳當(dāng)量較大的母材，采焊前預(yù)熱、焊后保溫，控制工件冷卻過快和焊縫位置出現(xiàn)淬硬傾向，控制易裂組織（馬氏體）的產(chǎn)生。

重型機(jī)床結(jié)構(gòu)件除了從焊接工藝角度控制焊接變形和焊接裂紋除外，設(shè)計(jì)在考慮滿足重型機(jī)床結(jié)構(gòu)件強(qiáng)度、剛度和局部硬度的前提下，也應(yīng)該重點(diǎn)考慮正確選用材料，結(jié)構(gòu)施工空間。

武重鑄鍛公司金結(jié)廠

第四篇：CO2焊接時(shí)氣孔的產(chǎn)生原因及分類

CO2電弧焊時(shí)，由于熔池表面沒有熔渣蓋覆，CO2氣流又有較強(qiáng)的冷卻作用，因而熔池金屬凝固比較快，但其中氣體來不及逸出時(shí)，就容易在焊縫中產(chǎn)生氣孔。

可能產(chǎn)生的氣孔主要有3種：一氧化碳?xì)饪住錃饪缀偷獨(dú)饪?。一、一氧化碳?xì)饪桩a(chǎn)生CO氣孔的原因，主要是熔池中的FeO和C發(fā)生如下的還原反應(yīng)： FeO+C==Fe+CO，該反應(yīng)在熔池處于結(jié)晶溫度時(shí)，進(jìn)行得比較劇烈，由于這時(shí)熔池已開始凝固，CO氣體不易逸出，于是在焊縫中形成CO氣孔。

如果焊絲中含有足夠的脫氧元素Si和Mn，以及限制焊絲中的含碳量，就可以抑制上述的還原反應(yīng)，有效地防止CO氣孔的產(chǎn)生。所以CO2電弧焊中，只要焊絲選擇適當(dāng)，產(chǎn)生CO氣孔的可能性是很小的。

二、氫氣孔

如果熔池在高溫時(shí)溶入了大量氫氣，在結(jié)晶過程中又不能充分排出，則留在焊縫金屬中形成氣孔。

電弧區(qū)的氫主要來自焊絲、工件表面的油污及鐵銹，以及CO2氣體中所含的水分。油污為碳?xì)浠衔?，鐵銹中含有結(jié)晶水，它們在電弧高溫下都能分解出氫氣。減少熔池中氫的溶解量，不僅可防止氫氣孔，而且可提高焊縫金屬的塑性。所以，一方面焊前要適當(dāng)清除工件和焊絲表面的油污及鐵銹，另一方面應(yīng)盡可能使用含水分低的CO2氣體。CO2氣體中的水分常常是引起氫氣孔的主要原因。

另外，氫是以離子形態(tài)溶解于熔池的。直流反極性時(shí)，熔池為負(fù)極，它發(fā)射大量電子，使熔池表面的氫離子又復(fù)合為原子，因而減少了進(jìn)入熔池的氫離子的數(shù)量。所以直流反極性時(shí)，焊縫中含氫量為正極性時(shí)的1/3～1/5，產(chǎn)生氫氣孔的傾向也比正極性時(shí)小。

三、氮?dú)饪?/p>

氮?dú)獾膩碓矗阂皇强諝馇秩牒附訁^(qū)；二是CO2氣體不純。試驗(yàn)表明：在短路過渡時(shí)CO2氣體中加入φ（N2）=3%的氮?dú)?，射流過渡時(shí)CO2氣體中加入φ（N2）=4%的氮?dú)?，仍不?huì)產(chǎn)生氮?dú)饪?。而正常氣體中含氮?dú)夂苌?，φ（N2）≤1%。由上述可推斷，由于CO2氣體不純引起氮?dú)饪椎目赡苄圆淮?，焊縫中產(chǎn)生氮?dú)饪椎闹饕蚴潜Ｗo(hù)氣層遭到破壞，大量空氣侵入焊接區(qū)所致。

造成保護(hù)氣層失效的因素有：過小的CO2氣體流量；噴嘴被飛濺物部分堵塞；噴嘴與工件的距離過大，以及焊接場地有側(cè)向風(fēng)等。

因此，適當(dāng)增加CO2保護(hù)氣體流量，保證氣路暢通和氣層的穩(wěn)定、可靠，是防止焊縫中氮?dú)饪椎年P(guān)鍵。

另外，工藝因素對氣孔的產(chǎn)生也有影響。電弧電壓越高，空氣侵入的可能性越大，就越可能產(chǎn)生氣孔。焊接速度主要影響熔池的結(jié)晶速度。焊接速度慢，熔池結(jié)晶也慢，氣體容易逸出；焊接速度快，熔池結(jié)晶快，則氣體不易排出，易產(chǎn)生氣孔。

CO2氣體保護(hù)焊中產(chǎn)生氣孔的原因及對策

發(fā)布日期：2012-12-06 來源：《現(xiàn)代焊接》 作者：鄧才智 瀏覽次數(shù)：2247 摘要：氣孔是焊接過程中常見的缺陷，將嚴(yán)重影響焊縫的力學(xué)性能。本文分析了CO2氣保焊氣孔產(chǎn)生的種類、危害性及影響因素，探討了預(yù)防氣孔產(chǎn)生的工藝措施。實(shí)踐證明，采用合理的焊接工藝將有效控制氣孔缺陷，獲得滿意的焊縫質(zhì)量。

摘要：氣孔是焊接過程中常見的缺陷，將嚴(yán)重影響焊縫的力學(xué)性能。本文分析了CO2氣保焊氣孔產(chǎn)生的種類、危害性及影響因素，探討了預(yù)防氣孔產(chǎn)生的工藝措施。實(shí)踐證明，采用合理的焊接工藝將有效控制氣孔缺陷，獲得滿意的焊縫質(zhì)量。關(guān)鍵詞：CO2氣體保護(hù)焊；氣孔；預(yù)防 前言

CO2氣體保護(hù)焊是指利用CO2作為保護(hù)氣體，以焊絲和焊件之間產(chǎn)生的電弧來熔化被焊金屬的熔化極半自動(dòng)電弧焊，與手工電弧焊相比，CO2氣體保護(hù)焊具有生產(chǎn)效率高、焊接變形小、操作簡單，適用于各種位置焊接等優(yōu)點(diǎn)，是工程機(jī)械制造車間采用的主要焊接方法，但是在實(shí)際生產(chǎn)過程中，如果焊接工藝選擇不當(dāng)，再加上焊工操作技能水平所限，導(dǎo)致在焊縫中容易出現(xiàn)氣孔，影響焊縫的質(zhì)量，對產(chǎn)品質(zhì)量留下安全隱患。因此，在結(jié)構(gòu)件焊接過程中，如何避免焊縫中氣孔的產(chǎn)生，是提升焊縫質(zhì)量的重點(diǎn)之一。1 氣孔的種類及危害 1.1氣孔的特點(diǎn)

氣孔是指焊接時(shí)，熔池中的氣體在凝固前未能完全逸出而殘留下來形成的空穴。常見的有氫氣孔、氮?dú)饪?、一氧化碳?xì)饪椎?。車間結(jié)構(gòu)件施焊后焊縫中出現(xiàn)的氣孔如圖1所示。

圖1 焊縫中出現(xiàn)氣孔

1.1.1氫氣孔

氫可以溶解于液態(tài)金屬，高溫下焊接熔池中存在大量被溶解的氫，在金屬結(jié)晶的過程中，氫氣溶解度隨溫度降低而急劇減小，這些氣體來不及從熔池中逸出，就會(huì)在焊縫中形成氣孔。氫主要來自焊絲和工件表面的油污、鐵銹以及CO2氣體中所含的水分。氫氣孔大多出現(xiàn)在焊縫表面，呈喇叭口形，如圖2所示。

[1]

圖2 氫氣孔特征

1.1.2 氮?dú)饪?/p>

氮?dú)饽苋苡谝簯B(tài)金屬，在熔池冷卻結(jié)晶過程中來不及逸出會(huì)形成氮?dú)饪?。氮?dú)饪字饕且驗(yàn)镃O2氣體氣流保護(hù)效果不好或者CO2氣體純度不高造成。氮?dú)饪锥嘣诤缚p表面，有時(shí)成堆出現(xiàn)，與蜂窩相似。1.1.3一氧化碳?xì)饪?/p>

當(dāng)焊縫反應(yīng)中脫氧元素（Si、Mn）不足時(shí)，導(dǎo)致大量的FeO不能被還原，因而進(jìn)入熔池中發(fā)生反應(yīng)產(chǎn)生CO氣孔，方程式如下，CO氣孔在焊縫內(nèi)沿結(jié)晶方向分布，如條蟲狀，如圖3所示。

FeO+C=Fe+CO↑

圖3 氮?dú)夂鸵谎趸蓟旌蠚怏w特征

1.2氣孔的危害

1.2.1削弱焊縫的有效工作截面，降低焊縫接頭的抗變形、抗斷裂能力；

1.2.2焊接過程中本身存在熱量和成分分布的不均勻，導(dǎo)致焊接過程中不可避免存在內(nèi)應(yīng)力。在外部應(yīng)力尤其是動(dòng)載荷作用下，不規(guī)則分布的氣孔會(huì)引發(fā)應(yīng)力集中，從而降低焊縫的疲勞強(qiáng)度，使氣孔與焊縫裂紋連通造成穿透性破壞，增加焊縫脆性斷裂的幾率。2 產(chǎn)生氣孔的原因 2.1 電流和電壓的影響

焊接電壓主要決定于送絲速度，焊接電流的大小還與電流極性、焊絲的干伸長、焊絲直徑等因素相關(guān)。電弧電壓（主要取決于電弧長度）則與焊接電流，即合適的熔滴過渡型式有關(guān)。熔滴過渡的穩(wěn)定性決定了焊接過程中的平穩(wěn)和飛濺的大小。對于細(xì)絲CO2焊接，電弧電壓和焊接電流的匹配關(guān)系如圖4所示。[2]

圖4 電弧電壓與電流對應(yīng)關(guān)系 2.2 焊接速度的影響

焊接速度過大時(shí)，會(huì)引起焊縫兩邊咬邊，而速度過小時(shí)會(huì)導(dǎo)致燒穿等缺陷。在不影響焊縫成形的前提下，適當(dāng)選取慢速將使焊接熱輸入值提高，有利于減小氣孔的產(chǎn)生。2.3 氣體流量的影響

流量過大，容易產(chǎn)生紊流，惡化氣體保護(hù)效果；流量過小，CO2氣體未能充分保護(hù)熔池，使焊縫中產(chǎn)生氣孔的傾向加大，尤其是N2孔。一般說來，200A以下的薄板，CO2氣體流量為10～15L/min；200A以上的薄板，CO2氣體流量為15～25L/min。2.4 外界氣流的影響

CO2氣保焊時(shí)，由于氣體保護(hù)層是柔性的，容易受外界氣流的影響而產(chǎn)生氣孔。因此，當(dāng)焊接場地風(fēng)速超過2m/s時(shí)，應(yīng)設(shè)置必要的防風(fēng)措施，嚴(yán)禁出現(xiàn)穿堂風(fēng)。2.5 焊絲干伸長的影響

干伸長太大，電弧不穩(wěn)，難以操作，同時(shí)飛濺也較大，可能破壞保護(hù)氣而產(chǎn)生氣孔。但干伸長過小時(shí)，電流增加，弧長變短，飛濺物會(huì)大量粘在噴嘴內(nèi)壁，影響CO2氣體的保護(hù)效果，導(dǎo)致氣孔的產(chǎn)生。因此，焊絲伸出長度以10～12倍焊絲直徑為宜，一般在10～20mm范圍內(nèi)。2.6 焊絲種類的影響

影響焊縫產(chǎn)生氣孔的因素有兩個(gè)方面，一方面是焊絲本身所含的化學(xué)成分的影響，焊絲含碳量較高，在焊接過程中會(huì)因劇烈的氧化還原作用而產(chǎn)生較大的飛濺，并產(chǎn)生氣孔。因此，一般要求焊絲含碳量不超過0.11%；另一方面，焊絲成分應(yīng)符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)并含足夠的脫氧元素Si和Mn，因Si和Mn元素與O2的結(jié)合能力比Fe大，可以有效抑制CO2對Fe的氧化作用，防止CO氣孔的產(chǎn)生，目前國內(nèi)的CO2焊絲大都采用鍍銅作為保護(hù)層，并以化學(xué)鍍?yōu)橹鳎瘜W(xué)鍍層結(jié)合強(qiáng)度低，鍍銅層不均勻，易掉銅屑，并且鍍銅容易生銹，所以，在使用前應(yīng)檢查焊絲的表面質(zhì)量，以減少產(chǎn)生氣孔的來源。2.7 其他影響

CO2氣體純度小于99%，飛濺物將噴嘴堵塞，母材和坡口附近打磨不干凈，電弧過長或偏吹等。3預(yù)防和減少氣孔產(chǎn)生的對策

3.1根據(jù)材料特點(diǎn)、板厚及坡口型式選擇合適的焊接工藝參數(shù)，保持焊接過程的穩(wěn)定性，減少氣孔的產(chǎn)生。

3.2選用與母材合適的焊絲、焊劑及保護(hù)氣體，焊前清理坡口及兩側(cè)20～30mm范圍內(nèi)的油污、鐵銹及氧化物等雜物，保證氣路及送絲結(jié)構(gòu)暢通。

[3]3.3根據(jù)實(shí)際情況，焊前對工件進(jìn)行預(yù)熱，選用合適的焊接速度，在焊接終了和焊接中途停頓時(shí)，應(yīng)慢慢撤離焊接熔池，使熔池緩慢冷卻，從而使氣體充分從熔池中逸出，減少氣孔的產(chǎn)生。3.4盡量采用短弧焊接規(guī)范，填加焊絲要均勻，操作時(shí)應(yīng)適當(dāng)擺動(dòng)，同時(shí)防止有害氣體入侵。4結(jié)束語

綜上所述，CO2氣保焊中產(chǎn)生氣孔的原因是多方面的。為了減少焊接過程中氣孔的產(chǎn)生，除了嚴(yán)格遵照焊接工藝規(guī)程，提高操作技能水平等之外，在施焊現(xiàn)場還應(yīng)該多注意觀察和思考，積極分析氣孔產(chǎn)生的原因，采取有效的工藝措施，才能獲得滿意的焊接接頭，達(dá)到控制焊接質(zhì)量的目的。

構(gòu)成氣孔的氣體，一是來自于周圍介質(zhì)，二是化學(xué)冶金反應(yīng)的產(chǎn)物。按不同的來源，氣體可以分為兩類：一類是高溫時(shí)能大量溶于液體金屬，而在凝固過程中溶解度突然下降的氣體，如H2、N2；另一類是在熔池進(jìn)行化學(xué)冶金反應(yīng)中形成而又不溶解于液體金屬中的氣體，如CO、H2O。焊接低碳鋼和低合金鋼時(shí)，形成氣孔的氣體主要是H2和CO，即通常所說的氫氣孔和一氧化碳?xì)饪住錃饪椎闹饕獊碓词呛笚l藥皮和焊劑中的有機(jī)物、結(jié)晶水或吸附水、焊絲與母材表面的油污、鐵銹以及空氣中的水分等，在高溫下分解產(chǎn)生H2,氫分子進(jìn)一步分解為氫原子和離子。氫在液態(tài)金屬中的溶解度很高，在高溫時(shí)熔池和熔滴就有可能吸收大量的氫。而當(dāng)溫度下降時(shí)，溶解度隨之下降，即熔池開始凝固后，氫的溶解度要發(fā)生突變。隨著固相增多，液相中氫的濃度必然增大，并聚集在結(jié)晶前沿的液體中，使其濃度升高處于過飽和狀態(tài)，形成氣泡。氣泡長大到一定程度上浮，當(dāng)氣泡上浮速度小于結(jié)晶速度時(shí)就形成氫氣孔。

CO主要是FeO、O2或其它氧化物與C作用的產(chǎn)物。即 [C]+[O]=CO(1)[FeO]+[C]=CO+[Fe](2)[MnO]+[C]=CO+[Mn](3)[SiO2]+2[C]=2CO+[SiO](4)碳對氧的親和力隨溫度升高而增大，高溫下碳比鐵、錳、硅等元素對氧的親和力都大些。因此，上述反應(yīng)主要發(fā)生在熔滴區(qū)和熔池頭部。CO不溶于液態(tài)鐵中，在高溫形成后很容易形成氣泡并迅速排出，不僅不會(huì)形成氣孔，而且氣泡析出時(shí)使熔池沸騰，有助于其它氣體和雜質(zhì)排出。生成氣孔的CO是在冶金反應(yīng)后期形成的。熔池開始凝固后，液體金屬中的C和FeO的濃度隨固相增多而加大，造成二者在液體金屬某一局部富集，濃度增加促使了式（2）的反應(yīng)進(jìn)行，而生成一定數(shù)量的CO。這時(shí)形成的CO由于溫度 下降、液體金屬粘度增加及冷卻快等原因，難于從熔池中逸出，而被圍困于樹枝晶粒間。此外，式（2）的反應(yīng)是吸熱過程，促使冷速加大，對氣體析出更有利。

4影響氣孔生成的因素

在生產(chǎn)中一般將影響氣孔形成的因素歸納為冶金與工藝兩方面，而工藝因素往往是通過冶金反應(yīng)來起作用，所以解決氣孔的問題，冶金因素的作用更為重要。4.1 熔渣的氧化性

焊接時(shí)，熔渣的氧化性強(qiáng)弱對產(chǎn)生氣孔的傾向有明顯的影響。無論是酸性氧化物還是堿性氧化物，只有當(dāng)氧化性（或還原性）在一定范圍之內(nèi)時(shí)焊縫才不會(huì)產(chǎn)生氣孔。當(dāng)氧化性過強(qiáng)會(huì)出現(xiàn)CO氣孔，還原性過強(qiáng)則出現(xiàn)氫氣孔。酸、堿性熔渣對氣孔的敏感性不同，堿性焊條對CO氣孔和氫氣孔都更為敏感。4.2 焊條藥皮與焊劑組成物的影響

堿性焊條藥皮中加入一定的CaF2，在焊接時(shí)可與氫、水蒸氣反應(yīng)產(chǎn)生穩(wěn)定的氣體化合物HF，減少氫氣的來源，有效防止了氫氣孔；高硅高錳焊劑（HJ431）中加入一定的CaF2，焊接時(shí)CaF2與SiO2作用后，生成SiF4亦可起到脫氫作用。含有CaF2的焊條藥皮或焊劑中，為穩(wěn)定電弧而需加入K、Na等低電離電位物質(zhì)，使對鐵銹敏感性增加，導(dǎo)致氣孔傾向加大。4.3 鐵銹及水分等的作用

母材表面的氧化皮、鐵銹、水分、油漬以及焊接材料中的水分也是導(dǎo)致氣孔產(chǎn)生的重要原因。其中以母材表面的鐵銹的影響最大。即 3Fe2O3=2Fe3O4+O(5)2Fe3O4+H2O=3Fe2O3+H2(6)Fe+H2O=FeO+H2(7)Fe3O4+Fe=4FeO(8)Fe2O3+Fe=3FeO(9)結(jié)晶水分解后產(chǎn)生H2、H、O及OH等.上述反應(yīng)的結(jié)果,在增強(qiáng)了氧化作用的同時(shí)又提高了氫的分壓, 因而使CO氣孔與氫氣孔的傾向都有可能增大.焊接材料中殘存的水分和金屬表面的油漬在高溫時(shí)分解也要增加氣孔傾向。

第五篇：手工電弧焊焊接產(chǎn)生氣孔的原因

手工電弧焊焊接產(chǎn)生氣孔跟蹤分析報(bào)告

輕鋼裝配車間張運(yùn)平反饋，員工在使用焊條電弧焊裝配及修補(bǔ)時(shí)，經(jīng)常出現(xiàn)氣孔，現(xiàn)就反映的問題進(jìn)行跟蹤分析并提供解決措施：

一、手工電弧焊焊接產(chǎn)生氣孔的原因：

（1）焊條未經(jīng)過烘干，便進(jìn)行焊接。且焊條拆開后焊條要一段時(shí)間才能用完，造成焊條潮濕。

（2）焊條及待焊處母材表面的水分、油污、氧化物, 尤其是鐵銹, 焊接高溫作用下分解出氣體。（照片如下：）

（3）焊接速度太快。（4）電流過大，易產(chǎn)生氣孔。

二、解決措施

（1）焊條使用前必須烘干（烘干溫度：350°C、烘干時(shí)間：1.5h）。（2）焊接前清理待焊處母材表面20mm處水分、油污、氧化物,鐵銹。（3）降低焊接速度，使內(nèi)部氣體容易逸出。（4）焊條直徑為φ3.2、焊接電流為90-100A；

焊條直徑為φ4.0、焊接電流為140-160A。

三、先按以上方法做，若電弧焊焊接出現(xiàn)氣孔，再討論是否購買保溫筒。

四、經(jīng)過2周的跟蹤及員工反饋，產(chǎn)生氣孔的原因主要是個(gè)人操作技能問題。目前跟蹤也未發(fā)現(xiàn)點(diǎn)焊及修補(bǔ)打磨焊接時(shí)產(chǎn)生氣孔。

工藝科

2012-3-2