项目七 其他焊接及切割方法
知识点：
1.电渣焊、等离子弧切割与焊接。 2.碳弧气刨及其他焊接方法。 技能点：
1.电渣焊、等离子弧切割与焊接的基本原理、特点与分类。 2.碳弧气刨及其他焊接方法。
7.1电渣焊
焊接大厚度板材。1958年我国用电渣焊生产出12000t水压机，焊接大型轧钢设备机架和大型发电机转子和机轴，在造船工业中也得到了较多的应用。
7.1.1电渣焊的基本原理、特点与分类 1.电渣焊的基本原理
利用电流通过液体熔渣产生的电阻热进行焊接。只有立焊位置时才能形成足够深度渣池，并为防止液态渣池和金属流出以及得到良好的成形，采用冷却铜块。
图7-1电渣焊过程示意图
2.电渣焊的特点
（1）大厚度焊件可以一次焊成：不必开坡口。常用于厚度40mm以上的焊件，最大可达2m。对这些焊件而言，电渣焊要比电弧焊的生产率高得多。
(2) 经济效果好：大厚度焊件不需坡口，只需在焊缝处保持20～40mm间隙。 （3）焊缝缺陷少：熔渣保护液态金属，焊缝不易产生气孔、夹渣及裂纹。
（4）焊接接头晶粒粗大：通过焊后热处理细化晶粒。 3.电渣焊的类型
（1）丝极电渣焊：根据焊件厚度不同可用一根（图7-1）或多根焊丝（图7-2）。焊丝作为填充金属。焊接厚板焊丝可作横向摆动。适于中小厚度及较长焊缝。
（2）板极电渣焊：用一条或数条金属板作为熔化电极。不需要电极横向摆动。 （3）熔嘴电渣焊：用板极和丝极组成的电极。板极上端接焊接电源，侧面开槽或附钢管2，焊丝通过钢管进入渣池，补充板极的不足，板极称为熔嘴，起导电、填充金属和送丝的导向作用。可焊焊件厚度达2m，焊缝长度达10m以上。
（4）管状熔嘴电渣焊：用涂有药皮（管状焊条）的熔嘴，电源的一极接在管状熔嘴。管状熔嘴与管内焊丝（丝极）都作为填充金属熔化，凝固后形成焊缝。熔嘴外壁的药皮可自动补充熔渣和向焊缝金属中过渡合金元素。 7.1.2电渣焊过程
1.电渣焊工作过程
（1）建立渣池：先使电极与引弧板之间引弧，熔化添加的焊剂，待熔渣积累到一定深度时，电弧熄灭，转入电渣过程。
（2）正常焊接过程：利用渣池的热量将焊丝焊件边缘熔化并下沉，在渣池下部形成金属熔池，随着金属熔池的上升和渣池的上浮，不断形成焊缝。
（3）焊缝收尾:将焊缝引出焊件，逐渐降低送丝速度和焊接电流，增加电压，在结束前断续几次送丝，以填满尾部缩孔，防止裂纹。
2.电渣焊的热过程
电渣焊的热源是整个渣池。焊接电流经过焊丝末端流入渣池，在焊丝末端与金属熔池间有一堆锥体状的区域电流最大电阻热最多，温度2000℃上，这一区域的熔渣称为高温锥体。电渣焊加热和冷却速度都很缓慢，重要结构焊后需经热处理。
图7-6渣池中的高温锥体 3.电渣焊的冶金过程
① 金属熔池受渣池的良好保护。② 由于渣池保护好冷却缓慢，利于熔池气体及杂质排出，不易产生气孔和夹渣。③ 电渣焊时主要是通过电极直接渗合金。
④ 焊缝中熔化的基本金属比例小，带入焊缝的有害杂质（S，P）少。
⑤ a柱状晶粒沿水平从四周向里长，中心形成偏析易热裂。b不仅向熔池中部还向上生长，弯曲柱状晶把杂质推向上面，最后推到引出板区，提高焊缝抗热裂性。
7.1.3电渣焊用焊接材料
1.电渣焊焊剂：焊剂170和360，还可选埋弧焊焊剂430和431。
2.电极材料：焊碳素及合金结构钢，为减少气孔和裂纹，依靠电极向焊缝过渡锰、硅等元素。常用焊丝H08Mn2SiA，H10Mn2，板极和熔嘴为08MnA,09Mn2等。
7.1.4电渣焊的工艺参数选择原则
电流、电压增大热量增多熔宽c增大；电流过大焊丝熔化加快，渣池上升加快熔宽减小。电压过大破坏电渣焊稳定性。间隙b增大渣池上升减慢，焊件受热增大熔宽加大。间隙过大会降低生产率，过小焊接会困难。渣池深度hz增加，熔宽减小。但渣池过浅，易产生电弧，从而破坏电渣焊过程。
丝极电渣焊工艺参数选择实例如表7-1所列。 7.1.5电渣焊设备
HS—1000型电渣焊机。适用于丝极和板极电渣焊，可焊60～500mm厚的对接立焊缝。可分别使用l～3根焊丝或板极，由自动焊机头、导轨、焊丝盘、控制箱等组成，并配有焊接不同焊缝的附加零件，电源采用BPl—3×1000型焊接变压器。
7.2等离子弧切割与焊接
利用高温（15000～30000℃）的等离子弧来进行切割和焊接的工艺方法。 7.2.1等离子弧的产生原理、特点及类型
1.等离子弧的产生原理：对弧柱强迫“压缩”，获得导电截面收缩得比较小、能量集中、弧柱中气体几乎可达到全部等离子体状态的电弧就是等离子弧。
（1）机械压缩效应：弧柱通过喷嘴，同时送入一定压力的工作气体使弧柱强迫通过细孔道，便受到了机械压缩。
（2）热收缩效应：电弧通过水冷却的喷嘴，同时又受到外部高速冷却气流冷却作用，弧柱外围强烈冷却，电弧电流密度急剧增加。
（3）磁收缩效应：带电粒子在弧柱内的运动，可看成是电流在一束平行的“导线”内移动，导线自身的磁场产生的电磁力相互吸引产生磁收缩效应。。
图7-10等离子弧的压缩效应
等离子弧通过下图的发生装置来实现的，即先通过高频振荡器8的激发，使气体电离形成电弧，然后在上述压缩效应作用下，形成等离子弧6。
图7-11等离子弧发生装置原理图
2.等离子弧的特点 （1）能量高度集中。（2）电弧的温度梯度极大。（3）电弧挺度好。 （4）具有很强的机械冲刷力。（5）等离子弧呈中性。 3.等离子弧的类型
根据电极不同接法，等离子弧可以分为转移弧、非转移弧、联合型弧3种。 （1）非转移弧：等离子弧产生在电极和喷嘴表面之间，连续送入的工作气体穿过电弧空间之后，成为从喷嘴内喷出的等离子焰来加热熔化金属。
（2）转移弧：电弧首先在电极与喷嘴内表面间形成。当电极与焊件间加上较高电压后，电极与焊件间产生等离子弧，即电弧转移到电极与焊件间。
（3）联合型弧：转移弧和非转移弧同时存在就称为联合弄弧。主要用于微弧等离子焊接和粉末材料的喷焊。
7.2.2等离子弧电源、电极及工作气体
1.等离子电源：等离子焊接、喷焊、堆焊，电源空载电压为80V以上；等离子切割和喷焊，空载电压在180V以上；对自动切割或大厚度切割可以高达400V以上。
2.等离子弧电极材料；含少量钍（2%以内）的钨极或铈钨极，它比纯钨的电子发射力强，因此在同样直径下可使用较大的工作电流，烧损也较慢。
氩气纯度在95%以上即可满足要求。工作气体中混入氢，会明显地提高等离子弧的热功率，但氢是一种可燃气体，常单独使用，多与其他气体混合使用。
7.2.3等离子弧切割
1.等离子弧切割的原理及特点
（1） 等离子弧切割的原理：用高温等离子弧将被切割的材料熔化，用压缩的高速气流的机械冲刷力将已熔化的金属或非金属吹走而形成狭窄口的过程。可以切割用氧—乙炔焰不能切割的所有材料。
（2） 等离子弧切割的特点
① 可切割任何黑色或有色金属。② 可切割各种非金属材料。③ 速度快、生产率高。④ 切割质量高。
2.等离子切割工艺
（1） 等离子切割用气体：有氮、氩及混合气体。。
（2） 等离子切割工艺参数：空载电压、切割电流、工作电压、气体流量、切割速度、喷嘴到割件的距离、钨极到喷嘴端面的距离及喷嘴的尺寸等。先根据割件厚度和材料性质选择合适的功率，根据功率选用切割电流大小，然后决定喷嘴孔径和电极直径，再选择合适的气体流量及切割速度，便可获得质量良好的割缝。
7.2.4等离子弧焊接
借助水冷喷嘴对电弧的拘束作用，获得较高能量密度的等离子弧进行焊接。 利用特殊构造的等离子焊枪所产生的高温等离子弧来熔化金属，采用直流陡降外特性电源，通常与非熔化极气体保护相似。等离子弧焊接有下列几种。
1.穿透型焊接法：利用小孔效应（等离子弧焊接，随着等离子弧向前移动，弧柱在熔池前缘穿透焊件形成小孔现象）实现等离子弧焊接的方法。
穿透法焊接采用焊接电流较大（约100～300A），适宜于焊接2~8mm的合金钢板材，可在不开坡口和背面不衬垫的情况下进行单面焊接双面成形。
2.熔透型焊接法：焊接中只熔透件但不产生小孔效应的等离子弧焊接法。 3.微束等离子弧焊：利用小电流（通常小于30A）进行焊接的等离子弧焊。 微束等离子弧焊接的焊接电流很小（约为0.2～30A）,主要用来焊接厚度在0.01～2mm的薄板及金属丝网。微束等离子弧焊接采用联合型弧。
7.3碳弧气刨及其他焊接方法简介
7.3.1碳弧气刨
使用石墨棒与刨件间产生电弧将金属熔化，压缩空气将其吹掉来加工沟槽。 （1） 特点：① 采用碳弧气刨比采用风铲可提高4倍生产率。 ② 与风铲比较，没有震耳的噪声，易实现机械化。 ③ 在对封底焊进行碳弧气刨挑焊根时易发现细小缺陷，并可克服风铲由于位置狭窄而无法使用的缺点。
（2）应用：可用碳弧气刨挑焊根；焊件缺陷需返修时，可用碳弧气刨清理缺陷。 7.3.2电阻焊
1.电阻焊的实质：将焊件组合后通过电极施加压力，利用电流通过接头的接触面及邻近区域产生的电阻热进行焊接的方法。
① 热效率高② 焊缝致密。 2.电阻焊的特点
（1）电阻焊的优点：① 焊接生产率高。② 焊接质量好。③ 焊接成本低。 （2）电阻焊的缺点：① 由于焊接过程进行得很快，对焊接质量的稳定性有影响时。② 设备比较复杂。③ 焊件的厚度形状和接头形式受到一定程度的限制。
7.3.3钎焊
1.钎焊的原理及优缺点
（1）钎焊的原理：用比母材熔点低的金属材料作钎料，熔化的钎料依靠润湿和毛细作用吸入或保持在两焊件的间隙内，依靠液态钎料和固态金属相互扩散而成。
（2）钎焊的优缺点
优点：①钎料熔化，被焊金属不熔化，对钎焊金属的各种性能影响较小。 ② 钎焊时工件的变形小。③ 可以连接不同金属以及金属与非金属。 ④ 利用焊接能制造形状复杂的结构，可以一次完成多个零件的连接，生产率高。 ⑤ 钎焊接头不平整光滑，外形美观。
缺点：钎焊接头强度较底，耐高温能力差：接头形式以搭接为主，增加了结构重量；钎焊的装配要求比熔化焊高，要严格保证间隙。
2.钎焊的分类
（1）按加热温度：分为低温钎焊450℃以下、中温钎焊450~950℃、高温钎焊950℃以上。450℃以下的钎焊称软钎焊； 450℃以上的称硬钎焊。
（2）按加热方式：火焰钎焊、烙铁钎焊、电阻钎焊、感应钎焊以及浸渍钎焊等。7.3.4磨擦焊：利用焊件表面相互磨擦产生的热，使端面达到热塑性状态，然后 迅速顶锻完成焊接。
7.3.5扩散焊
1.基本原理：把两个接触的金属焊件，加热到T焊=（0.7～0.8）T熔并施加一定压力，焊件产生显微变形，经过较长时间后原子互相扩散而得到牢固的连接。
扩散焊接主要分为以下两类：
① 无中间层的扩散焊接。② 有中间层的扩散焊接。
中间层可以是粉状或片状的，用真空喷涂或电镀的方法加在焊接面上。 2.扩散焊接的主要特点与应用
① 加热温度低，能连接不适于熔焊的材料如钼、钨等，金属与非金属焊接。 ② 焊接接头成份、性能都与母材金属相近，利用显微镜也难看出接合面。 小结：电渣焊，等离子弧切割与焊接，碳弧气刨等焊接方法弥补了传统焊接的不足。 作业：
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项目八 异种金属的焊接
知识点：
1.异种金属焊接的焊接性、异种钢的焊接。
2.钢与铝及铝合金焊接、钢与铜及铜合金焊接。 技能点：
1.会异种金属焊接的焊接性、异种钢的焊接。
2.能说出钢与铝及铝合金焊接、钢与铜及铜合金焊接。
8.1异种金属焊接的焊接性
8.1.1异种金属的焊接性概述
异种金属焊接性：不同化学成分、不同组织性能的两种金属焊接的性能。两种材料的物理、化学性能及组织成分差别越大，焊接性越差。还与焊接工艺有关。主要影响因素为被焊材料、焊接方法、焊接件结构及使用要求等。
异种金属的结合性能（工艺焊接性能）：在给定工艺条件下实现致密结合的接头的能力。常用来评定异种金属焊接接头对焊接缺陷的敏感性。
异种金属的使用性能（使用焊接性）：接头满足使用性能要求的程度。常用使用性能评定异种金属焊接接头能否满足技术条件的要求。
异种金属的焊接性应从工艺焊接性和使用焊接性综合评价。 8.1.2异种金属焊接性的影响因素
1.物理性能的差异：熔化温度、线膨胀系数、热导率和比电阻等的差异，将影响焊接的热循环过程、结晶条件，降低焊接接头的质量。
2.结晶化学性能的差异：晶格类型、晶格参数、原子半径、原子的外层电子结构等的差异。液态不相溶的金属不能熔焊，如铁与镁、铁与铅、铅与铜等，当两种金属晶格类型相同，晶格常数、原子半径相差不超过10%~15%，电化学性能差异不太大时，溶质能不断地固溶于溶剂，形成连续固溶体时具有良好的焊接性。
3.材料的表面状态：表面氧化层、结晶表面层、吸附的氧离子和空气分子、水、油污、杂质等的状态，都直接影响异种金属的焊接性。
8.2异种钢的焊接
8.2.1异种珠光体钢焊接 1.焊接特点
① 根据结构承载分布情况，设计时就规定了采用不同强度级别的钢种。 ② 在锻、铸与轧材的联合焊接结构中，各组成零件的钢号、状态化学成分不同。 ③ 停止用途的结构中各部位工作条件不同，各零部件采用专业与一般钢种。 ④ 由于钢材品种多，生产现场规格不齐，致使制造过程中要求代用材料。 钢含碳量超过0.25%时，采用合理焊接顺序、预热、最佳工艺参数等。异种珠光体钢焊接，焊缝强度不能低于结构中强度较低的一种钢材。
2.焊接材料的选用
异种珠光体钢焊接时，按强度较低一侧钢材的强度要求选择焊接材料，焊接的热强性能应等于或高于母材金属，焊后一般不进行热处理。为防止焊后热处理或在使用过程中出现碳的迁移，应选用合金成分介于两种母材金属之间的焊接材料。
碳钢与低碳合金钢焊接，焊接材料要保证接头常温力学性能；热稳定钢保证接头高温力学性能。常温工作的珠光体淬火钢，如果焊前不预热，可用A焊条接，保持焊缝金属的高塑性，避免焊缝及热影响区出现裂纹。高温下工作的热稳定钢，不能用A焊条焊接，会形成脆性金属间化合物层和脱碳层或增碳层。
淬火钢焊前用塑性好，淬硬倾向低的焊条堆焊8～10mm过渡层,之后回火。
不同焊接方法，接头形式对P钢和A钢熔合比影响如表8-1。异种金属多层焊时，每层熔合比都不相同，焊缝金属化学成分和力学性能也各不相同。
焊接异种P钢时，选用低氢型焊条，以保证焊接接头的抗裂性能。 3.焊接的工艺参数
在此，以Q235钢与16Mn钢的焊接为例。 （1）手工电弧焊：按Q235性能和异种材料接头性能，根据等强原则，选E4303，承受重载荷的构件可采用E4315。
（2）CO2保护焊：Q235与16Mn薄板结构。加强脱氧防气孔和飞溅，选含Si，Mn，Ti，Al较多的焊丝，如H08Mn2TiA。
（3）埋弧自动焊：中厚板以上、较长直线形状焊缝的Q235钢与16Mn等低合金钢结构件，选H08A或H08E焊丝配合HJ431或HJ430焊剂。
8.2.2异种低合金高强钢的焊接
1.异种普通低合金高强钢焊接：厚板或较大拘束度或低温施焊时有冷裂倾向。熔化焊，焊接材料根据强度较低的母材选择，焊接工艺根据强度较高的母材确定。
2.异种低碳调质钢的焊接：焊接有淬硬倾向的低合金钢时冷却速度要适当小，并保证热影响区中马氏体量不超过25%～30%，就可以保证焊缝的高强度。
焊前预热可降低焊后热影响区冷却速度。预热温度不能太高防止晶粒长大。
8.3钢与铝及铝合金的焊接
8.3.1焊接特点
铝中加入铁会提高强度和硬度，降低塑性。含大量铝的钢，具有如抗氧化性，但含铝量超过5%时，具有很大的脆性，焊接性能严重下降。
8.3.2钢与铝及铝合金的熔化焊 1.钢与铝及铝合金的氩弧焊
（1）碳钢与防锈铝的氩弧焊：常用TIG焊，采用直径3mm的钨电极。填充金属采用NiZnSi系合金。
（2）镀锌低碳钢与铝及铝合金的氩弧焊
碳钢表面镀3～5μm的Zn，Sn，Ag可以获得较好的接头。 （3）不锈钢与铝及铝合金的氩弧焊
采用中间金属过渡层。Cu，Ni，Sn复合镀层效果较好；Ni，Zn复合镀层效果更佳。焊前对铝及铝合金表面清洁及镀层。
2.碳钢与铝的气焊
碳钢与铝常用氩弧焊，但有时需要气焊。填充金属采用AlZnSn系合金，并配用气焊熔剂CJ401。为防止氧化，采用中性焰进行焊接。
8.4钢与铜及铜合金的焊接 8.4.1铜—钢焊接的主要特点
钢与铜及铜合金的焊接主要存在如下3个问题：
（1）焊缝易产生热裂纹：铜与钢会形成低熔点共晶，线膨胀系数相差较大，焊缝易产生热裂纹和晶界偏析，在焊接应力作用下出现裂纹。
（2）热影响区产生铜的渗透裂纹：防止渗透裂纹需选用小的焊接热输入量及合适的填充材料，控制易产生低熔点共晶的元素（S，P，Cu2O，FeS，FeP），向焊缝中加入A1，Si，Mn，Ti，V，Mo，Ni等元素。
（3）焊接接头力学性能降低：接头晶粒长大，杂质和合金元素掺入焊缝，容易形成各种脆性的低熔点共晶体或脆性相。
8.4.2钢与铜及铜合金的熔焊
1.铜与钢的CO2气体保护焊：焊前预热至600℃，焊接中保温，防止气孔。焊后保温2 h后缓冷防裂纹。电弧偏向铜侧，待铜加热到将要熔化时，再加热钢侧。
2.铜与钢的钎焊：适于钢与铜精密焊接。不会出现熔焊时易产生的裂纹、气孔、偏析，但会降低接头的抗腐蚀性能，接头强度较低。 小结：异种金属的焊接性，异种钢的焊接特点。 作业：
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项目九
焊接结构的破坏
知识点：
1.焊接结构。
2.焊接结构的脆性断裂、焊接结构的疲劳断裂。 技能点：
1.焊接结构的特点及分类。
2.焊接结构的脆性断裂、疲劳断裂原因、特征、危害及评定方法，防止措施。
9.1焊接结构概述
9.1.1焊接结构的特点 1.焊接结构的优点
①可减轻结构重量，提高产品质量。
②与铆接相比具有很好的气密性和水密性。 ③与铸件相比，工序简单且节省材料。
④多用轧材制造，它的过载能力、承受冲击载荷能力较强。
⑤可在同一个零件上，采用不同的材料或分段制造来简化工艺。 2.焊接结构存在的问题
①存在焊接残余应力和变形。
②有较大的性能不均匀性，对结构的力学性能特别是断裂必须重视。 ③焊接结构是一个整体，刚度大，在焊接结构中易产生裂纹等缺陷。 ④到目前为止，能百分之百检出焊缝缺陷的检测手段仍然缺乏。
9.1.2焊接结构的分类
按焊接结构工作的特征，并参照其设计和制造工艺，结构的分类如下。
1.梁、柱和桁架结构：焊接梁是由型钢焊接的实腹受弯构件，承受横向弯曲载荷。焊接柱是由型钢经焊接的受压构件。桁架由多种杆件被节点联成承担梁或柱的载荷，如输变电钢塔、电视塔等。
2.壳体结构：焊接容器。要求焊缝致密，应按国家标准规定设计和制造。 3.薄板结构：车体、船体结构、集装箱、机器外罩及控制箱等。
4.复合结构及机械零部件：机床大件、压力机机身、减速器箱体等。有铸、压—焊、铸—焊和锻—焊结构等。通常是在交变载荷下工作，要求良好的动载性能和刚度，保证机械加工后的尺寸精度和使用稳定性等。
9.2焊接结构的脆性断裂
9.2.1金属断裂的分类
按断裂前塑性变形量大小，分成脆性断裂和塑性断裂（延性断裂）两大类。 9.2.2脆性断裂的危害 1.脆断事故事例
（1）焊接船舶脆性断裂（2）焊接桥梁脆断（3）圆筒形和球形贮罐破坏事故 2.脆性断裂：在应力不高于结构的设计许用应力和没有显著的塑性变形的情况下发生，具有突然破坏的性质。
9.2.3焊接结构脆断的特征
通过大量焊接结构脆断事故分析发现有如下一些现象和特点： ①断裂一般都在没有显著塑性变形情况下发生，突然破坏。 ②多数脆断是在温度降低时发生，也称为低温脆断。
③脆断应力较低，低于材料屈服点及设计应力，又称为低应力脆性。 ④从焊接缺陷处或几何形状突变、应力和应变集中处开始。
⑤破坏时没有或极少有宏观塑性变形产生。断口是脆性的平断口。
⑥裂纹传播速度极高。裂纹扩展进入更低应力区或材料高韧性区时停止扩展。 9.2.4焊接结构脆断的原因 脆断是材料（母材和焊材）、结构设计和制造工艺3因素作用的结果。 1.影响金属材料脆断的主要因素（外因）：温度、加载速度和应力状态。 （1）温度的影响很大（2） 加载速度的影响（3） 应力状态的影响 （4）材料状态的影响（内因） 2.影响结构脆断的设计因素 （1）焊接连接是刚性连接。（2）焊接结构的整体性。（3）应力集中因素。 （4）结构细部设计不合理。 3.影响结构脆断的工艺因素 （1）应变时效的影响。（2）金相组织改变的影响。（3）焊接缺陷的影响。 裂纹是最危险。其他缺陷如咬边、未焊透、焊缝外表成形不良等，都会产生应力集中并引起脆性破坏，最好将焊缝布置在应力集中区以外。
（4）角变形和错边的影响。（5）残余应力和塑性变形的影响。 9.2.5脆性断裂的评定方法 1.转变温度法：（1）冲击试验法。（2）落锤试验法。（3）静载试验。
2.断裂力学法。
9.2.6防止焊接结构脆性破坏的措施
材料韧性不足、结构上存在应力集中和过大的拉应力是造成结构脆坏的主因。 1.正确选用材料
1) 在结构工作条件下，焊缝、热影响区及熔合线等部位应有抗开裂性能，母材应具有止裂性能。
2)钢材强度和韧度要兼顾，从缺口韧性和断裂韧度两方面进行材料选定。 ① 按缺口韧性试验选择材料：选用、验收和评定材料韧性的试验方法。
② 按断裂韧度来选材：KⅠC、δC和JⅠC抗裂指标为选材依据。KⅠC/σS抗裂比，材料工作温度应高于断裂韧度试验温度。
2.合理的结构设计
1) 了解焊接结构工作条件，最低气温和气温变化情况。 2) 减少结构或焊接接头部位的应力集中。
① 采用应力集中系数小的对接接头，避免搭接。把T形或角接头改成对接。 ②避免断面有突变。不同厚度对接采用圆滑过渡，宽度不同拼接应平缓过渡。 ③ 避免焊缝密集，焊缝间保持一定距离，如图12。
④ 焊缝应布置在便于施焊和检验的部位，以减少焊接缺陷。
3)尽量减小结构刚度。刚度过大会引起对应力集中的敏感性和拘束应力。 4)不采用厚截面，厚截面易形成三向拉应力约束塑性变形，降低断裂韧性。 5) 对附件或不受力的焊缝设计给予足够重视。 3.焊接结构的制造
① 任何焊缝都看成是工作焊缝，焊缝内外质量同样重要。 ② 在保证焊透的前提下减少焊接线能量。
③ 充分考虑应变时效引起局部脆性的不利影响，要注意加工硬化。 ④ 减小或消除焊接残余内应力。焊后热处理。
⑤不能随意在构件上打火引弧；减少错边、角变形、焊接接头内外缺陷。
9.3焊接结构的疲劳断裂
9.3.1疲劳破坏的基本特征和类型
材料在循环应力作用下，经较长时间形成裂纹或发生断裂的现象。 1.疲劳破坏的基本特征
（1）都经历裂纹萌生、稳定扩展和失稳扩展3个阶段
（2）裂纹断口呈脆性：断口裂纹源、光滑裂纹扩展区和粗糙断裂区。 （3具有突发性：疲劳裂纹的萌生和稳定扩展不易发现，断裂突然发生。 2.疲劳破坏的基本类型 （1）高周疲劳。（2）低周疲劳。（3）热疲劳。（4）腐蚀疲劳。（5）接触疲劳。 9.3.2疲劳极限的表示法：疲劳寿命和疲劳极限两种。
1.疲劳寿命：裂纹形成前的应力循环次数称疲劳的无裂纹寿命，裂纹形成后直到疲劳断裂的应力循环次数称疲劳的裂纹扩展寿命。材料总疲劳寿命为两者之和。
① S-N曲线（疲劳曲线）。应力σ为纵，以达到疲劳破坏应力循环次数N为横。 ② p-S-N曲线。应力σ为纵，以一定存活率的疲劳寿命N为横，绘出存活率—应力—寿命曲线。疲劳设计时可根据所需存活率，利用与其相应的S-N曲线设计。P-S-N曲线代表了更全面应力—寿命关系，比S-N曲线有更广泛的用途。
2.疲劳极限。
1）应力循环特性。：劳强度的数值与应力循环特性有关。应力循环特性参量： σmax—应力循环内的最大应力；σmin—应力循环内的最小应力；
σm=（σmax+σmin）/2—平均应力；σa=（σmax-σmin）/2—应力振幅； r=σmin/σmax，r的变化范围在-1～1之间。 2）疲劳强度常用表示方法。
对称交变载荷，σmin=-σmax而r=-1（见图16a），其疲劳强度用σ-1表示。 脉动载荷，σmin=0而r=0（见16b），其疲劳强度用σ0表示。
拉伸变载荷，σmin和σmax均为拉应力，但大小不等，r在0～1之间。其疲劳强度用σr表示。图9-16具有不同循环特性的变动载荷
疲劳图：疲劳强度和循环特性关系。在各种循环特征下测得一系列疲劳极限σr，又称材料疲劳极限曲线、等寿命曲线。可以根据应力循环特征r确定出材料疲劳极限，或进行疲劳强度设计。
①ax-r曲线以r为横，以σmax为纵坐标。将σmax与r的关系表示出来，ACB曲
线上任一点的纵坐标即该点所对应循环特征r的疲劳极限。
②σm-σa曲线以平均应力σm为横，应力幅σa为纵。ACB为试验曲线，上面任一点纵、横坐标和等于相应循环特征的疲劳极限，即σr=σm+σa。A点为对称循环的疲劳极限σ-1；B点为σm接近于零的疲劳极限等于材料静载强度（σ+1=σb)；C点为脉动循环疲劳极限σ0。在曲线ACB以内的任意点，表示不发生疲劳破坏。
9.3.3影响焊接结构疲劳强度的因素
1.应力集中和表面状态。2.焊接残余应力。3.焊接缺陷。4.热影响区金属性能变化的影响。
9.3.4提高焊接结构疲劳强度的措施 1.降低应力集中 2.调整残余应力场
3.改善材料的组织和性能。
小结：焊接结构的破坏方式及防治措施。 作业：
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项目十 焊接质量检验
知识点：
1.焊接质量检验的分类及检验。 2.非破坏性检验、破坏性检验。 技能点：
1.焊接质量检验的分类及检验方法。
2.外观、强度、致密性及无损探伤检验，力学性能试验、化学分析及腐蚀试验方法。
10.1焊接质量检验的分类及检验过程
10.1.1焊接质量检验的分类
焊接质量的检验方法分为破坏性检验、非破坏性检验和声发射3类。
1.破坏检验
① 力学性能试验：拉伸（室温、高温）试验、弯曲试验、硬度试验、冲击试验、断裂韧性试验、疲劳试验及其他试验。
② 化学分析试验：化学成分分析试验、腐蚀试验、含氢量测定试验。
③ 金相检验：宏观组织检验、微观组织检验、断口分析（成分和形貌）检验。 ④ 其他：如焊接性试验、事故分析等。 2.非破坏性检验
（1） 外观检查 （2） 无损检验
① 表面检查：磁粉探伤（MT）；渗透探伤（PT），包括：着色和荧光检验。 ② 内部检查：超声探伤（UT）；射线探伤（RT），包括，X射线、γ射线和高能射线探伤。
③ 接头的强度试验：水压试验、气压试验。 ④ 致密性检验：气密性试验、氨渗漏试验等。 3.声发射检测
10.1.2焊接质量检验过程
把焊接检验工作扩展到整个焊接生产和产品使用过程中去，才能更充分、更有效地发挥各种检验方法的积极作用，达到预防和及时防止由缺陷所造成的废品和事故的目的。
焊接的检验过程，基本上由焊前检验、焊接过程检验、焊后检验、安装调试质量检验和产品服役质量检验等5个环节组成，其中前3个过程是构件生产过程中的焊接检验过程。
1.焊前检验
焊前检验是指焊件投产前应进行的检验工作，是焊接检验的第一阶段，其目的是预先防止和减少焊接时产生缺陷的可能性。包括的项目有以下几方面。
① 检验焊接基本金属、焊丝、焊条的型号和材质是否符合设计或规定的要求。 ② 检验其他焊接材料，如埋弧自动焊剂的牌号、气体保护焊保护气体的纯度和配比等是否符合工艺规程的要求。
③ 焊接工艺措施进行检验，以保证焊接能顺利进行。
④ 检验焊接坡口的加工质量和焊接接头的装配质量是否符合图样要求。 ⑤ 检验焊接设备及其辅助工具是否完好，接线和管道连接是否合乎要求。 ⑥ 检验焊接材料是否按照工艺要求进行去锈、烘干、预热等。 ⑦ 对焊工操作技术水平进行鉴定。
⑧ 检验焊接产品图样和焊接工艺规程等技术文件是否齐备。
2.焊接过程检验
焊接过程中的检验是焊接检验的第二阶段，由焊工在操作过程中进行，其目的是为了防止由于操作原因或其他特殊因素的影响而产生的焊接缺陷，便于及时发现问题并加以解决，包括以下几方面: ① 检验在焊接过程中焊接设备的运行情况是否正常。 ② 对焊接工艺规程和规范规定的执行情况进行检验。 ③ 检验焊接夹具在焊接过程中的夹紧情况是否牢固。
④ 检验操作过程中可能出现的未焊透、夹渣、气孔、烧穿等焊接缺陷等。 ⑤ 焊接接头质量的中间检验，如厚壁焊件的中间检验等。
焊前检验和焊接过程中检验，是防止产生缺陷、避免返修的重要环节。尽管多数焊接缺陷可以通过返修来消除，但返修要消耗材料、能源、工时，增加产品成本。通常返修要求采取更严格的工艺措施，造成工作的麻烦，而返修处可能产生更为复杂的应力状态，成为新的影响结构安全运行的隐患。
3.焊后检验
虽然在前两个阶段都进行了检验，但由于制造过程中的外在因素的影响，焊件仍可能出现缺陷，因此，必须进行焊后检验，需按产品的设计要求逐项检验。包括的项目主要有：检验焊缝尺寸、外观及探伤情况是否合格；产品的外观尺寸是否符合设计要求；变形是否控制在允许范围内；产品是否在规定的时间内进行了热处理等。成品检验方法有破坏性和非破坏性两大类，有多种方法和手段，具体采用哪种方法，主要根据产品标准、有关技术条件和用户的要求来确定。
4.安装调试质量检验
包括两个方面：其一，现场组装的焊接质量的检验；其二，对产品制造时的焊接质量进行现场复查。
5.产品服役质量的检验
主要包括产品运行期间的质量监控、产品检修质量的复查、服役产品质量的现场处理和焊接结构破坏事故的现场调查分析等4个方面。
10.2非破坏性检验
非破坏性检验又称无损检验，是指在不损坏被检验材料或成品的性能、完整性的条件下进行检测缺陷的方法。 10.2.1外观检验
外观检验是用肉眼借助样板、焊接检验尺或用低倍（约10倍）放大镜及量具观察焊件，检查焊缝的外形尺寸是否符合要求以及有无焊缝外气孔、咬边、满溢以及焊接裂纹等表面缺陷的方法，所以也称为目视检查。 10.2.2强度检验
强度试验是利用对产品进行超载试验来判断接头强度及受压元件是否合格，包括水压试验和气压试验。
1.水压试验 2.气压试验 10.2.3致密性检验
致密性检验的目的是为了检查焊缝的致密性，应在焊缝经外观检查后进行，主要用来发现贮存液体或气体容器焊缝内的贯穿性裂纹、气孔、夹渣、未焊透等不致密缺陷。
1.气密性试验2.氨渗漏试验3.吹气试验4.煤油渗漏试验5.真空试漏法 10.2.4无损探伤检验
不损坏被检查材料或成品的性能和完整性而检测其缺陷的方法称为无损（探伤）检验。
1.射线探伤 2.超声波探伤 3.磁力探伤 4.渗透探伤
10.3破坏性检验：
从焊件或试件上切取试样，或以产品（或模拟体）的整体破坏做试验，测定焊接接头、焊缝及熔敷金属的强度、塑性和冲击吸收功等力学性能及耐腐蚀性能等。包括力学试验、化学分析、腐蚀试验、金相检验、焊接性试验等。 10.3.1力学性能试验
1.拉伸试验 2.弯曲试验 3.冲击试验 4.压扁试验 5.硬度试验 6.疲劳试验
10.3.2化学分析及腐蚀试验
1.焊缝化学分析 2.腐蚀试验 3.金相试验
小结：焊接质量检验在保证焊接产品质量和工程质量上发挥着愈来愈重要的作用，是焊接生产必不可少的重要工序。 作业：
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