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1、第一节第一节 船舶焊接概述船舶焊接概述 焊接技术在工业中应用的历史不长，但是它的发展却是非常迅速的。应用面之广也是非常广泛的。在短短的几十年中焊接已在许多工业部门的金属结构中，如建筑钢结构，造船、车辆、压力容器以及航空、航天工程中几乎全部取代了铆接。焊接在整个工业中的地位还可以从这样一个事实来判断，即世界主要工业国是每年生产的焊接结构约占钢产量的45%左右。 本节内容如下本节内容如下:一、焊接结构的优点一、焊接结构的优点二、船舶焊接技术在造船中的地位二、船舶焊接技术在造船中的地位三、造船焊接技术发展方向三、造船焊接技术发展方向四、我国造船焊接技术的发展四、我国造船焊接技术的发展五、船体结构件焊
2、接工艺的基本原则五、船体结构件焊接工艺的基本原则六、碱性低氢型焊条应用焊缝六、碱性低氢型焊条应用焊缝一、焊接结构的优点一、焊接结构的优点1、与铆接结构相比它可以节省大量金属材料；与铆接结构相比它可以节省大量金属材料；2 2、与铸件相比焊接结构生产不需要制作木模与砂、与铸件相比焊接结构生产不需要制作木模与砂型，工艺制造简单；型，工艺制造简单；3 3、可以与其他金属材料进行拼接，从而使金属结、可以与其他金属材料进行拼接，从而使金属结构工艺简单并提高产品质量；构工艺简单并提高产品质量；4 4、焊接受场地、环境以及温度的影响很小，可以、焊接受场地、环境以及温度的影响很小，可以节省大量资金。节省大量资金
3、。二、船舶焊接技术在造船中的地位二、船舶焊接技术在造船中的地位 焊接在造船中的应用，引起了造船工业的革命，极大地促进了造船事业的发展。船舶焊接代替船舶铆接后，不仅出现了全焊接船（1920年在世界上出现了第一艘全焊接船），并使船体从散装建造方式发展到分段建造，以及现在的区域造船法，极大地缩短了造船周期。在船舶的建造中，焊接是其中的关键和支撑技术，焊接的总工时和成本各占船体建造的总工时和成本的30-40%，焊接技术的质量是反映船体建造质量优劣的重要指标。因此，研究和开发机械化、自动化的高效焊接技术就成为造船企业提高造船质量，提高生产效率、降低建造成本、缩短造船周期的有效技术途径。焊接技术的发展是与
4、20世纪科技高速发展密切相关的。目前船舶焊接技术已进入到一个崭新的发展阶段。在手工电弧焊、埋弧焊、气体保护焊的基础上发展成功能各异的高效机械化、自动化焊接方法；并将当代计算机、微电子、信息、机器人、激光、电子束、等离子等技术领域的最新成果广泛应用于船舶焊接技术，从而将船舶焊接技术推上了现代造船科学技术的领军地位。船舶焊接技术正作为船舶建造工艺这门系统工程中主力而更广泛地应用于现代船舶制造业当中。三、造船焊接技术发展方向三、造船焊接技术发展方向 总体上来看，先进船舶焊接技术的发展趋势是：高速化、大线能量高性能化、高品质化完全自动化。也只有这样才能满足我国建造大型化船、高附加值船、高性能船的需要。
5、比如现在我国各大船厂普遍采用的二氧化碳气体保护焊就是一种非常值得推广的一种焊接技术，它可以单面焊、一次成型、焊接变形小、工艺简单、操作方便，极大地缩短了工艺周期，确保了焊接质量。 四、我国造船焊接技术的发展四、我国造船焊接技术的发展 我国造船焊接技术在二十世纪50年代开始于手工电弧焊、埋弧自动焊和埋弧半自动焊。80年代初，我国造船，特别是改革开放以来，焊接技术、焊接工艺、焊接设备均有了极大的改善。又经过十多年的不懈努力，高焊接技术得到了显著进步，焊接机械化率得到了较大提高。高效焊接工艺方法的种类，从80年代初的35种发展到30多种；高效焊接化率（埋弧焊、二氧化碳焊）也大幅度提高，从84年的20
6、.70%上升到96年的72.35%，机械化率从84年的17.44%上升到96年的41.89%。 五、船体结构件焊接工艺的基本原则五、船体结构件焊接工艺的基本原则 （1）船体外板、甲板的对接焊缝，当是错开板缝时，先焊横向焊缝，后焊纵向焊缝；当是平列板缝时，则先焊纵向焊缝，后焊横向焊缝。（2）构件中同时存在对接缝和角接缝时，先焊对接焊缝，后焊角接焊缝。（3）整体建造船舶或平面分段和立体分段建造时，应从结构的中央向左右和前后逐格对称地进行焊接。（4）具有对称中心线的构件，由双数焊工对称进行焊接。（5）手工电弧焊时，凡超过500mm的长焊缝，应采用分段退焊法或分中分段退焊法进行焊接。（6）构件中同时存
7、在单层焊缝和多层焊缝时，先焊接收缩变形较大的多层焊缝，后焊单层焊缝。多层焊时，在条件允许情况下，各层焊缝的焊接方向应相反，焊缝的接头互相错开。（7）分段或总段的外板纵向接缝以及纵向构件与外板的角接焊缝，其两端应留出200300mm不焊，以利船台装配时对接。（8）肋骨、舱壁等结构靠近总段大接缝边的角焊缝，以及双层底分段中内底边板与外板的上部角焊缝，一般应在大接缝焊后进行焊接。（9）应力较大的接缝，如总段的大接焊缝，焊接过程不应间断，要求连续完成。（10）分段建造中所产生的焊缝缺陷，应在上船台前修补完毕，不应集中在船台上进行。六、碱性低氢型焊条应用焊缝六、碱性低氢型焊条应用焊缝 （1）用低合金钢建
8、造的所有船体焊缝； （2）用碳素结构钢建造的船体大合拢环形对接焊缝和桁材对接焊缝； （3）船壳冰带区的端接缝和边接缝； （4）船长90m的舷顶列板与强力甲板在船中0.5L区域内的角接焊缝； （5）桅杆、吊杆、吊艇架及其受力构件； （6）拖钩架； （7）主机座及其相连接的构件； （8）首柱、尾柱、尾轴架。第二节第二节 船舶建造中的焊接设备船舶建造中的焊接设备一、手工电弧焊设备一、手工电弧焊设备二、埋弧自动焊与自动焊设备二、埋弧自动焊与自动焊设备三、二氧化碳气体保护焊及其设备三、二氧化碳气体保护焊及其设备 一、手工电弧焊设备一、手工电弧焊设备 手工电弧焊是用手操纵焊条进行焊接的一种电弧焊。手弧焊时
9、，利用焊条和焊件之间产生的电弧热将焊条和焊件局部加热到熔化状态，焊条端部熔化后的熔滴和熔化的母材一起形成熔池。随着电弧向前移动，熔池液态金属逐步冷却结晶，形成焊缝。手弧焊的过程如下图所示。 手工电弧焊使用的设备简单，操作方法简便灵活，使用性强，可在室内、野外、高空、甚至水下，可进行平、横、立、仰等位置施焊。但是对焊工操作技术要求很高，焊接质量在一定程度上决定于焊工的操作技术水平。此外，手工电弧焊劳动条件差，生产率低。 手工电弧焊适于焊碳钢、低合金钢、不锈钢、耐热钢等特种钢，还适于焊高强钢、铸铁、铜及其合金等。焊接接头与母材大多可达等强度。可焊最小厚度1.0mm，工件一般厚度在1.5mm以上。
10、目前，我国手工电弧焊焊机有三大类：弧焊发电机、弧焊整流器和弧焊变压器。选择设备时要考虑：首先根据焊条药皮类型选择焊机种类。低氢型焊条（E5015）必须选用直流弧焊机（弧焊整流器或直流弧焊发电机），以保证电弧稳定燃烧；酸性焊条虽然交、直流均可使用，但一般选用结构简单且价格较低的交流弧焊机。其次，还要根据焊接产品所需的焊接电流范围和实际负载持续率来选择焊机容量，即焊机的额定电流。 近几年来国际和国内迅速发展一种新型高效机电一体化焊接设备逆变式弧焊整流器。其技术指标和焊接工艺性能均十分优异，具有极高的综合技术指标，是高能耗焊接设备理想的更新换代产品。手工电弧焊的辅助设备与工具有： (1)焊钳 焊钳是
11、用以夹持焊条进行焊接的工具，应安全、轻便、耐用。常用的市售焊钳有300A和500A两种； （2）焊接电源 焊接电源应采用多股细铜线电缆，外面有绝缘耐腐蚀软橡胶包裹。一般可选用YHH型电焊橡皮套电缆或YHHR型电焊橡皮套特软电缆。电缆断面可根据焊机额定焊接电流参考选择。焊接电缆长度一般不宜超过2030m； （3）面罩 面罩是为防止焊接时的飞溅，弧光及其它辅材对焊工面部及颈部损伤的一种遮蔽工具，有手持式和头盔式两种。面罩上安有保护眼睛用的焊工护目遮光镜片。 此外，还应备有敲渣锤、钢丝刷、焊条保温筒等。焊工还应配以绝缘胶鞋、工作服和手套，以防触电和身体烧伤。 二、埋弧自动焊与自动焊设备二、埋弧自动焊
12、与自动焊设备 埋弧自动焊与手工电弧焊的区别，在于焊丝的给送和电弧沿着焊接方向移动都是自动的。埋弧焊接时的热源仍是电弧，其过程是电弧发生在焊丝与母件之间（如图所示）并在一层4060mm厚的焊剂下燃烧。部分焊剂熔化形成一层熔渣，覆盖在焊缝上，使整个电弧燃烧区域形成一封闭空间。随着电弧沿焊接方向移动，焊丝不断地熔化并不断地送进，以填充熔池。与此同时，焊剂也不断地撒在电弧周围，使电弧埋在焊剂中燃烧。这些过程都是自动进行的，所以称之为埋弧自动焊。 埋弧自动焊的优点焊接生产率高焊接生产率高 电弧加热集中，熔深增加，可一次焊透14mm以下不开坡口的钢板。在电流大和熔深大的情况下，焊接速度也相应增加，从而提高
13、了焊接生产率；焊接质量好焊接质量好 因熔池有熔渣和焊剂层的保护，提高了焊缝金属的强度和韧性。同时由于焊接速度快，线能量相对减小，所以焊接热影响区的宽度比手工电弧焊小，这对防止近缝区金属过热和韧性下降以及减小焊接变形都是十分有利的。此外，由于焊丝进给速度恒定，没有手工电弧焊由于用手拿焊钳焊接产生的颤动现象，因此焊缝能确保焊接质量。降低焊工的劳动强度降低焊工的劳动强度 操作时没有弧光，自动进行焊接，劳动条件得以改善，劳动强度大大降低。节省材料和电能节省材料和电能 埋弧自动焊由于焊接时是连续作业，并确保焊接质量，故可节省大量焊接用材料。容易实现生产过程机械化和自动化容易实现生产过程机械化和自动化 由
14、于埋弧自动焊不需要人用手持夹钳作业，并且焊接时由焊丝送进机构，焊接行 机构等联合自动进给作业，可以实现生产过程机械化和自动化。埋弧自动焊设备 埋弧自动焊机主要由焊接电源、控制箱、焊车、焊接电源和控制线等组成。根据施焊需要，还有一些辅助设备，如焊车行走轨道、铺放焊件的平台或电磁平台、移动焊件的胎架等。焊车是完成焊接工作的主要机构，它是一台自行式的小车。小车的横臂上悬挂着机头、焊剂斗、焊丝盘和控制盘。机头功能是给送焊丝，它由一台直流电动机、减速机构和给送轮所组成。焊丝给送速度可在0.52m/min范围内调节。焊丝从滚轮中送出，经导电嘴伸出，导电嘴上引入焊接电源，通过电弧而形成回路，焊剂斗输送焊剂到
15、焊接区。控制盘和焊丝盘安装在横臂的另一端。控制盘上有电流表、电压表、调节小车速度和焊丝给送速度的电位器、控制焊丝上下的按纽、电流增大和减小按纽等。焊车由电动机通过减速器及离合器来带动，焊接速度可在1570m/h范围内调节。 三、二氧化碳气体保护焊及其设备三、二氧化碳气体保护焊及其设备 二氧化碳气体保护焊是用二氧化碳气体为保护气体，依二氧化碳气体保护焊是用二氧化碳气体为保护气体，依靠焊丝与焊件之间产生的电弧来熔化金属的一种电弧焊靠焊丝与焊件之间产生的电弧来熔化金属的一种电弧焊接法。气体二氧化碳密度大，受电弧加热后体积膨胀也接法。气体二氧化碳密度大，受电弧加热后体积膨胀也大，所以在保护电弧和焊接熔
16、池避免有害气体侵入方面，大，所以在保护电弧和焊接熔池避免有害气体侵入方面，效果相当良好。效果相当良好。 二氧化碳气体保护焊的过程如图所示。电源的两端分别接在焊枪和焊件上。焊丝由送丝机构带动，经软管和导电嘴不断地向电弧区域给送。同时，二氧化碳气体以一定压力和流量送入焊枪，经由喷嘴后，形成保护气流，使熔池和电弧不受空气的侵入。随着焊枪的移动，熔池金属冷却凝固而成焊缝，从而将被焊工件连成一个整体。 二氧化碳气体保护焊的优点焊接成本低焊接成本低 二氧化碳气体是酒精厂的副产品，所以二氧化碳气体保护焊的成本只有埋弧焊和手工电弧焊的4060%。生产率高生产率高 因使用的焊接电流大，使熔深增大，焊丝的熔化率提
17、高，熔敷速度加快；另外，焊后无焊渣，特别是在进行多层焊时，节省了清渣时间。所以此种方法生产率通常比手工电弧焊高14倍。抗锈能力强抗锈能力强 二氧化碳气体保护焊中，熔池具有剧烈的沸腾现象，有利于气体逸出；同时由于采用了高锰高硅型焊丝，使焊缝金属的还原作用大为增加，对铁锈的敏感性大为降低。焊接变形小焊接变形小 由于电弧热量集中，加热面积小，焊速快，同时二氧化碳气流具有较大的冷却作用，特别适用于焊接薄板。操作性能好操作性能好 由于是明弧焊，可以看清电弧和熔池情况，能随时发现问题而加以调整；同时二氧化碳半自动焊具有手工电弧焊的灵活性，特别适宜于全位置焊接。 二氧化碳气体保护焊可以焊接低碳钢、低合金钢、
18、不锈钢等材料，还适于磨损零件和有缺陷零件的表面修复补焊。二氧化碳气体保护半自动焊可用于短焊缝、曲线焊缝和空间焊缝的焊接，也适用于薄板件的点焊及定位焊。长而直的焊缝则宜采用二氧化碳气体保护自动焊。 总之，二氧化碳气体保护焊是一种单面焊，双面成形，一次焊透，变形小、成形快、省时、省力、省钱并确保焊缝强度和冲击韧性，从而确保焊接质量，提高环保指数的最佳焊接工艺方法。目前，在各大船厂中，特别是建造万吨级以上的大船均采用这种方法。 二氧化碳气体保护焊设备由三部分组成，即焊接电源及控制箱、焊栓及送丝系统和二氧化碳的供给装置。如图所示为二氧化碳气体保护焊设备示意图。第三节第三节 船舶用结构钢焊接材料的选用原
19、则船舶用结构钢焊接材料的选用原则一、选用焊接材料的基本原则二、船舶结构钢常用的几种焊剂材料 三、焊接材料的使用与保管 一、选用焊接材料的基本原则一、选用焊接材料的基本原则（一）焊条的选用原则（二）埋弧自动焊焊接材料的选用原则（三）二氧化碳气体保护焊的焊接材料的选用原则 （一）焊条的选用原则 焊条是由焊芯（金属芯）和药皮组成的。在焊条药皮前端有45左右的倒角，这是便于引弧。在尾部有一段裸焊芯，约占焊条总长1/16，便于焊钳夹持并有利于导电。焊条直径（实际指的是焊芯直径）通常为2、2.5、3.2mm或3、4、5、5.8mm（或6mm）等几种，常用的是3.2、4、5三种，其长度一般在250450mm
20、之间。焊条的选用原则如下：1、考虑焊件的力学性能、化学成分 （1）低碳钢、中碳钢和低合金钢可按其强度等级来选用相应强度的焊条；在焊接结构刚性大，受力情况复杂时，应选用比钢材强度低一级的焊条。这样，焊后可保证焊缝既有一定的强度，又能得到满意的塑性，以避免因结构刚性过大而使焊缝撕裂。 （2）在焊条的强度确定后再次决定选用酸性还是碱性焊条时，主要取决于焊接结构具体形状的复杂性，钢材厚度的大小，焊件载荷的情况和钢材的抗裂性等。一般来说，对于塑性、冲击韧性和抗裂性能要求较高，低温条件下工作的焊缝都应选用碱性焊条。当受某种条件限制而无法清理低碳钢焊件坡口处的铁锈、油污和氧化皮等脏物时，应选用对铁锈、油污和
21、氧化皮敏感性小，抗气孔性能较强的酸性焊条。2、考虑焊件的工作条件与使用性能 （1）对于工作环境有特定要求的焊件，应选用相应的焊条，如低温钢焊条，水下焊条等。 （2）对珠光体耐热钢，一般选用与钢材化学成分相似的焊条或根据焊件的工作温度来选取。3、考虑简化工艺、提高生产率、降低成本 （1）薄板焊接或点焊须考虑使焊件不易烧穿且易引弧。 （2）在满足焊件使用性能和焊条操作性能的前提下，应选用规格大、效率高的焊条。 （3）在使用性能基本相同时，应尽量选择价格较低的焊条，降低焊接生产的成本。为了保证焊工的身体健康，在允许的情况下应尽量多采用酸性焊条。焊剂的选用原则除了和前面焊条的选用原则相同之外还应提到的
22、是：埋弧焊的焊丝与手工电弧焊焊条的钢芯，同属于一个国家标准。按照焊丝的成分和用途，可分为碳素结构钢、合金结构钢和不锈钢三大类。埋弧焊所用的焊丝的要求，与焊条的钢丝基本相同。常用的焊丝直径为2、3、4、5mm和6mm。焊丝在使用时，表面要清洁，不应有氧化皮、铁锈及油污等杂质。在焊接时，根据被焊材料来选用焊剂，并要配以合适的焊丝，方可得到化学成分和力学性能符合要求的焊缝金属。在一般的低碳钢、普通低合金钢焊接中，为保证焊缝的综合力学性能良好，并不要求其化学成分与焊件金属完全相同，通常要求焊缝金属的含碳量低，且含有适量的锰、硅等元素，以达到焊件所需的力学性能。焊接实践证明，较为理想的焊缝金属化学成分，
23、其含碳量为0.1%0.13%；含锰量为0.6%0.9%；含硅量为0.15%0.30%，这都要求我们依靠焊剂和焊丝的选配来实现。（二）埋弧自动焊焊接材料的选用原则（三）二氧化碳气体保护焊的焊接材料选用原则 二氧化碳气保焊中的二氧化碳气体，纯度应该在99.5%以上，其含水量、含氮量均不超过0.1%，否则会降低焊的力学性能，焊缝易产生气孔。 为了确保焊缝的力学性能，并防止气孔出现，与二氧化碳气体相匹配的焊丝必须比焊件含有更多的Mn和Si等脱氧元素。此外，为减小飞溅，焊丝含碳量必须限制在0.1%以下。 二氧化碳气保焊的焊丝直径在0.55mm范围内，二氧化碳半自动焊的常用焊丝有2.0、2.5、3.0、4
24、.0、5.0mm。焊丝表面有镀铜和不镀铜两种，镀铜可防止生锈，有利于保存，并可改变焊丝的导电性及焊丝的稳定性。焊丝在使用前应适当清除表面的油污和铁锈。 二、船舶结构钢常用的几种焊剂材料二、船舶结构钢常用的几种焊剂材料 （一）手工电弧焊焊条药皮材料 （二）埋弧自动焊焊剂材料（三）二氧化碳气体保护焊的焊剂 （一）手工电弧焊焊条药皮材料 焊条是涂有药皮的并供手工电弧焊用的熔化电极，它由药皮和焊芯两部分组成。药皮被压涂在焊芯表面，在焊接过程中起着极为重要的作用。药皮在焊接过程中起着复杂的冶金反应和物理、化学变化，药皮是决定焊缝质量的主要因素之一。 药皮的作用药皮的作用 （1）机械保护作用气保护 在焊接
25、时，焊条药皮熔化后产生大量的气体，笼罩着电弧区和熔池，基本上把熔化金属和空气隔绝开来。这些气体中绝大部分是还原气体（CO、H2等），能在电弧区和熔池周围形成一个很好的保护层，防止空气中的氧、氮侵入，起到了保护熔化金属的作用。渣保护 焊接过程中药皮被电弧高温熔化后形成熔渣，覆盖着熔滴和熔池金属，这不仅隔绝空气中的氧、氮，保护焊缝金属，而且还能减缓焊缝的冷却速度，促进焊缝金属中气体的排出，减少生成气孔的可能性，并能改善焊缝的成形和结晶。 （2）冶金处理作用 通过熔渣与熔化金属冶金反应，除去有毒杂质（如氧、氢、硫、磷）和添加有益的合金元素，使焊缝获得合乎要求的力学性能。 （3）改善焊接工艺性能 电弧
26、稳定燃烧、飞溅小、焊缝成形好、易脱渣和熔敷效率高等。在药皮中加入低电离电位的物质，来提高电弧燃烧的稳定性。药皮的组成药皮的组成 药皮是由多种矿物类、铁合金和金属类、有机物类及化工产品（水玻璃）等原料组成。一种焊条药皮的配方中，组成物多达七、八种之多。药皮的组成物按照在焊接中的作用包括以下几种：稳弧剂 其作用主要是改善焊条引弧性能和提高焊接电弧稳定性。造渣剂 这类药皮组成物能熔成一定密度的熔渣浮于液体金属表面，使空气不能侵入，并具有一定的粘度和透气性及与熔池金属进行必需的冶金反应能力，确保焊缝金属的质量和成形美观。造气剂 造气剂的主要作用是造成保护气体，同时也有利于熔滴过渡。脱氧剂 脱氧剂的主要
27、作用是对熔渣和焊缝金属脱氧。合金剂 合金剂的主要作用是向焊缝金属中掺入必要的合金成分。稀释剂 稀释剂的主要作用是降低焊接熔渣的粘度，增加熔渣的流动性。粘结剂 粘结剂的主要作用是将药皮牢固地粘结在焊芯上。增塑剂 增塑剂的主要作用是改善涂料的塑性和滑性，使之易于用机械压深在焊芯上。 （二）埋弧自动焊焊剂材料焊剂的作用是： （1）焊接时覆盖焊接区，防止空气中氮、氧等有害气体侵入熔池，焊后熔渣覆盖在焊缝金属层上，减缓了焊缝金属的冷却速度，改善焊缝的结晶状况及气体逸出的条件，从而减少气孔。 （2）对焊缝金属掺入合金，改善焊缝的化学成分和提高力学性能。 （3）防止焊缝中产生气孔和裂纹。对焊剂的要求是： （
28、1）与焊丝配合，能保证焊缝金属的化学成分及力学性能都符合要求。 （2）应有良好的焊接工艺性，即电弧能稳定燃烧，脱渣容易，焊缝成形美观。 （3）应有一定的物理性能，且不易吸潮。在使用焊剂时要注意的是： （1）焊剂应妥善运输防止破损，应存放在干燥的库房内，防止受潮。 （2）焊前焊接处应清除铁锈及油污。 （3）使用中回收的焊剂，应清除其中的渣壳、碎粉及其它杂物，并与新焊剂混匀后使用。 （4）使用直流电源时，一般均采用直流反接。（三）二氧化碳气体保护焊的焊剂 焊接用的二氧化碳一般是将其压缩成液体贮存于钢瓶内，以供使用。二氧化碳气体的涂色标注为铅白色，并标有“液化二氧化碳”字样。 一般容量为40L的气瓶
29、，可装25kg的液态二氧化碳，满瓶压力约为57MPa。气瓶内的压力与外界温度有关，其压力随着外界温度的升高而增大。因此，二氧化碳气体不准靠近热源或置于烈日下爆晒，以防止发生意外。 液态二氧化碳在大气压力下的沸点为-78，所以在常温下容易气化，1kg液态二氧化碳可汽化成509L气态的二氧化碳。液态二氧化碳在温度高于-11 时比水轻，可溶解占重量约0.05%的水。溶于液态二氧化碳中的水分，蒸发成水汽混入二氧化碳气体中，影响二氧化碳气体的纯度。 气瓶内汽化的二氧化碳气体中的含水量，与瓶内的压力有关，随着使用时间的增长，瓶内压力降低，水汽增多。当压力降至0.98MPa时，二氧化碳气体中含水量大为增加，
30、便不能继续使用。 焊接用二氧化碳气体的纯度应大于99.5%，含水量，含氮量均不应超过0.1%，否则会降低焊缝的力学性能，焊缝也易产生气孔。如果二氧化碳气体的纯度达不到标准，可进行提纯处理。 三、焊接材料的使用与保管三、焊接材料的使用与保管 （一）手工电弧焊焊条的使用与保管（二）焊丝和焊剂的使用与保管 （一）手工电弧焊焊条的使用与保管（一）手工电弧焊焊条的使用与保管焊条的合理使用 碱性低氢型焊条需经250350的温度烘干不少于2小时。当天用多少烘干多少，随用随取。若烘好的焊条当天未用完，第二天再用时仍需重新烘干。 酸性焊条可视受潮的具体情况，经70150的温度烘干12小时。但氧化钛纤维型焊条的焙
31、烘温度不宜超过100。 烘干焊条时，不可将焊条突然放入高温中或突然拿出冷却，以防止药皮因骤冷或骤热而产生开裂、剥落。 一般受潮的焊条，焊芯上虽有轻微锈斑，经烘干后焊接时，如未发现药皮成块脱落现象，焊接时焊缝表面无气孔，并不影响焊接接头的机械性能时，可以使用（在质量要求相当高的产品中不得使用）。如受潮严重，出现焊芯生锈、药皮变质等现象，应视其受潮程度分别降级使用或报废。焊条的保管 焊条必须存放于干燥、通风良好的库房内，库房室温最好为1025，相对湿度小于50%，严防焊条受潮变质。 焊条存放时必须垫高，距离地面应在200毫米以上，并应分垛堆放，垛间与墙壁间应保持一定距离，使其上下左右通风流畅。 焊
32、条搬运、堆放时应小心轻放，以免药皮脱落。 使用焊条时应随用随拆包装，未用完的焊条应妥善保管。 （二）焊丝和焊剂的使用与保管（二）焊丝和焊剂的使用与保管1、焊丝焊剂应置于干燥通风的室内，严防焊丝生锈及焊剂受潮。2、焊剂在使用前应经250 温度烘焙12小时。3、焊丝在使用前盘入焊丝盘时应清除焊丝上的油污和锈蚀。而带有油污、锈蚀、毛刺和压痕的焊丝不允许使用。 另外，焊接材料，特别是低氢型焊条和焊剂，在使用前均按技术文件或说明书规定的温度和时间进行焙烘和保温。焙烘时每层堆放高度一般不超过70mm，两层相经空间应大于100mm。对于经焙烘易于发生药皮开裂的焊条，应随炉升温和降至150以下温度出炉。 经焙
33、烘的焊条，应有放在保温箱、筒内。保温箱、筒内的温度可根据焊条的性质和使用要求选定。 已经焙烘的焊条和焊剂，在空气中允许存放时间不超过4h。第四节第四节 船舶结构焊接技术与工艺船舶结构焊接技术与工艺一、手工电弧焊焊接技术与工艺二、埋弧自动焊焊接技术与工艺三、二氧化碳气体保护焊焊接技术与工艺 一、手工电弧焊焊接技术与工艺一、手工电弧焊焊接技术与工艺（一）手工电弧焊的焊剂准备（二）基本操作技术（三）各种位置焊缝的焊接（四）手工电弧焊工艺 （一）手工电弧焊的焊剂准备（一）手工电弧焊的焊剂准备1焊条烘干 焊条烘干目的是除去因受潮涂层中的水分，以便减少熔池及焊缝中的氢、防止产生气孔和冷裂纹。2清理焊接前，
34、工件坡口及两侧各20mm范围内的锈、水、油污、油漆等必须清除干净，以防止产生气孔和裂纹。3组装定位 组装工件时，除保证焊件结构的开口尺寸外，还要按工艺规定在接缝处留出根部间隙和反变形量，将对接的两工件装对平齐，使错边量不大于允许值。4预热 预热是焊接开始前对被焊工件的整体或局部进行适当加热的工艺措施。预热的目的是减少接头焊后冷却速度，避免内部组织产生淬硬组织，从而减少焊接应力及变形和裂纹。预热温度要根据焊件金属的化学成分、板厚和施焊环境温度等条件来决定。整体预热常用各种炉子加热，局部预热一般采用气体火焰加热或红外线加热。预热温度要控制。船舶结构预热绝大部分为局部预热。 （二）基本操作技术（二）
35、基本操作技术手工电弧焊的基本操作技能有引弧、运条和收尾三部分组成。引弧 指的是将焊条末端与焊件表面接触形成短路，然后迅速将焊条提起24mm的距离，此时电弧引燃。运条 电弧引燃后，开始焊接过程。焊条要做三个方向的运动：焊条连续不断地向熔池送进；焊条沿首接缝方向移动，移动速度要适当；焊条的横向摆动。这个动作是增加焊缝的宽度，保证焊缝正确成形，延缓熔池金属冷却结晶时间，有利熔渣和气体的浮现。此外，还要保持正确的焊条与焊缝的倾斜角度。焊缝的连接与收尾 一条长焊缝通常由数十条短焊缝连接，因此为保证焊缝外观质量，必须注意焊段之间的连接与收尾。（三）各种位置焊缝的焊接（三）各种位置焊缝的焊接根据焊缝所处的空
36、间位置，可将焊缝分为平焊缝(a)、立焊缝(b)、横焊缝(c)、仰焊缝(d)等几种。（四）手工电弧焊工艺（四）手工电弧焊工艺焊接14mm的薄板可不开坡口，但装配要严格，使接缝间隙很小，防止板材烧穿。焊接425mm的厚板时，可采用V形坡口，双面焊。正面焊缝熔深大于焊件厚度一半，然后将焊件反面用碳弧气刨沿焊缝根部开槽，消除其中的熔渣、气孔等缺陷。最后进行封底焊。根据钢板厚度不同，可进行双面单层焊，也可以进行双面多层或多层多道焊。在多层或多层多道焊中，第一层的打底焊要用较细的焊条，以便焊透。为减少焊接变形，可采用X形坡口，因为V形坡口因截面为非对称性，容易引起板材上翘，焊接坡口如图所示。二、埋弧自动焊
37、焊接技术与工艺二、埋弧自动焊焊接技术与工艺焊前的准备工作是：板边加工 接缝应平直且间隙均匀一致，为此板边要用刨边机或铣边机加工，也可以用自动或半自动气割机加工。焊接钢板在14mm以下可不开坡口，因为此时焊接电流大，易烧穿；当板大于14mm时，为保证焊透，要开坡口，形状和手工电弧焊基本相同。 边缘清理 在接缝附近应清理，直至露出金属光泽为止。所用的清锈工具是风动砂轮机和风动钢丝刷等。钢板装配 经过清理的钢板应立刻进行装配焊接，以防时间相隔太长，钢板表面重新生锈。埋弧自动焊技术 薄钢板的装配可不留间隙，局部偏差不应大于1mm。厚板的装配间隙应由试验确定。另外在接缝的两端应放置工艺板（引弧板和熄弧板
38、），板的长度皆为150mm左右，厚度与焊件相同。安放工艺板的目的是将质量较差的起焊处和断弧的焊缝去除，以保证整个焊缝质量一致。接缝焊完后要去掉工艺板。埋弧自动焊工艺参数的选择（1）焊接电流 增大焊接电流则提高生产率，熔滴与熔深也随之加大。在一定的焊速下，焊接电流过大造成烧穿和过大的热影响区；反之，熔深不足，焊缝成形变坏。（2）焊接电压 焊接电压对焊形状影响很大。焊接电流过大，焊剂熔化量增加，电弧不稳，熔深减小，严重时会造成咬边；焊接电压过大（电弧也过长）时，还会产生焊缝气孔。（3）焊接速度 焊接速度增大，母材熔合比减小。焊接速度过快会造成咬边、未焊透、电弧偏吹、气孔等，焊缝成形变坏；焊接速度过
39、慢，则形成大熔池、满溢、焊缝成形粗糙、易引起夹渣等。 （4）焊丝直径与伸出长度 当焊接电流一定时，减小焊丝直径，电流密度则增加，使熔深增大，形状系数减小；增大焊丝深出长度，熔敷速度和加强高增大。（5）焊剂层厚度 过小则电弧保护不良，易产生气孔或裂纹；过大则焊缝形状变狭，形状系数减小。（6）焊丝与焊件位置 单丝焊时，一般用垂直位置。焊丝前倾，可增大形状系数，常用于焊薄板。后倾，熔深与加强高增大，熔宽明显减小，焊缝成形不良，一般仅用于多弧焊的前导焊丝。上坡或下坡焊对焊缝也有影响。（7）装配间隙与坡口大小 在同一工艺参数下，间隙与坡口角增大，使熔合比与加强高减小，同时熔深增大，而焊接厚度大致保持不变
40、。三、二氧化碳气保焊焊接技术与工艺三、二氧化碳气保焊焊接技术与工艺按熔滴过渡形式二氧化碳气体保护焊的工艺参数一般分为两类：一类是小规范，采用细焊丝、低电压、小电流，产生熔滴短路过渡，具有焊缝美观、飞溅少、热输入量低、变形小，可进行全位置焊接等优点，但熔深浅，多层焊易产生未焊透，故多适用于焊薄板；另一类是大规范，采用大电流、高电压、熔滴呈颗粒状过渡，特点是生产率高，焊缝外形美观，熔深大，飞溅较大，适用于焊接中厚板。二氧化碳气保焊焊接技术要点 （1）一般习惯于采用左焊法进行对接焊，因为左焊法不易焊偏。在角焊接和搭接焊时，左焊法与右焊法都可以采用，但右焊法的焊缝外形比较饱满。左、右焊法时，焊丝与垂线
41、间的夹角一般为1520左右。（2）对于长焊缝，应当预先点固，点固距离以200300mm为宜。然后用压板和夹具压平夹紧，以防止工件挠曲，此点对越薄的板材越重要。（3）为了改善焊缝成形系数，可以采取以下措施： 尽量采用大一些的电流和电压。 焊接坡口应有较大的间隙。 必要时焊把可做横向摆动。 采用左焊法焊接。第五节第五节 船舶结构用钢可焊性的评定船舶结构用钢可焊性的评定 金属可焊性，就是“金属材料能否焊好”的问题。金属材料能否焊好，如何评定，我们一般采用某种可靠的试验方法或通过碳当量公式的估标来进行评定。 目前，有关焊接性试验的方法有上百种，而每一种方法都有其一定的实用性，又有其一定的局限性，每个国
42、家所采用的焊接性试验方法都各有其特点。俄罗斯和日本各种焊接性试验方法均有采用。美国则偏重于钢材焊接后的脆性研究；英国则着重于裂纹的研究；捷克则重视焊接接头的冲击韧性试验。无论用什么工艺焊接试验方法都是为了评定焊接结构的以下主要指标： （1）可靠性 焊后是否有气孔、夹渣、裂纹。 （2）力学性能 焊缝及焊接接头的强度、塑性、冲击韧性。 （3）耐久性 包括抗腐蚀性能、时效、耐磨、耐热以及耐酸性等。碳当量法是估称船体结构钢可焊性的另一种常用方法。碳当量法是根据化学成分对钢材焊接热影响区淬硬性的影响程度粗略地评价焊接时产生冷裂缝倾向及脆化倾向的一种估标方法。 国际焊接学会和中国造船规范推荐的碳钢及低合金
43、结构钢常用的碳当量标准是： 当碳当量0.6%时，淬硬倾向强，属于较难焊的钢材，需采取较高的预热温度和严格的工艺措施。船用碳素钢的焊接性船用碳素钢的焊接性 目前，船用碳素钢主要是A、B、C、D、E以及代用的普碳钢等。这些钢种均属低碳钢（C 0.22%），用一般的手工电弧焊、埋弧自动焊、二氧化碳气体保护焊等焊接方法均无困难。但是，在焊接时必须遵守合理的工艺规程，方能保证优良的焊接质量。特别是在使用碱性焊条时，应严格遵照碱性焊条的操作规程，否则，在焊缝中极易产生气孔。 在具体工作中，船壳板的个别十字接头的热影响区也发现过微裂缝。经分析认为，主要是由于该处的结构刚性较大，而采取的焊接程序又不合理，因此
44、导致了热影响区的开裂。 虽然焊接船用碳素钢通常并不困难，且不必采用特殊的工艺措施（如预热等）。但是，在工作中假如麻痹大意，也可以造成严重的焊接缺陷，这种经验教训我们必须牢记。船用低合金钢的焊接性船用低合金钢的焊接性随着低合金高强度钢在造船中的广泛应用，它的焊接问题也就需要加以研究。 对16Mn、16Mn-Cu等合金钢，实践证明，焊接时没有特殊困难，其焊接工艺和低碳钢相同，采用“E5015”焊条即可以获得等强度的焊接接头。对16Mn钢的可焊性，有关单位曾做了全面的研究，皆获得了令人满意的结果。但在实际生产中也会出现过一些问题，如船壳板的十字接头处，某万吨轮的甲板上都曾出现过裂纹。分析其原因，主要
45、是由于钢材中的碳含量偏高，因此对该钢种当时曾提出其碳含量要求控制在0.18%以下（而冶炼标准规定为0.12%0.2%）。结果在建造万吨轮的整个过程十分顺利，故我们认为，一般情况下，此种低合金钢的焊接性还是满意的。 15MnV钢在造船中已被广泛采用，此种钢的屈服强度较（431牛顿/平方毫米），所以用低碳钢焊条焊接就不能获得等强度的焊接接头，而必须采用强度等级为539牛顿/平方毫米的电焊条。为了焊接此种船体钢材，我国专门研制了“波浪55”的专用焊条。几年来的生产实践证明，这种钢材的焊接性一般来说是好的，但在实际生产中也出现过一些问题，如强度不够及焊缝中产生白点（微裂缝）等。产生白点的原因是焊条药皮
46、中水分太高的原因。因此，在使用前需对焊条进行严格的烘焙，以便将药皮中的水分降低到最低限度。对于屈服限高于588牛顿/平方毫米的低Ni、Cr高强度韧性调质钢及无Ni、Cr的Mn、Mo高强度韧性调质钢，也必须采用专用焊条焊接，才能满足接头的强度要求。因为这些钢种焊接时有两大缺陷，即产生裂纹和接头冲击韧性过低。 前面提到，焊接时产生裂纹的原因是焊条药皮及焊缝坡口的潮气，为了解决裂纹问题，焊前除了焊条必须烘干，焊缝坡口必须清理外，在焊接工艺上也必须采取一定措施。如多层焊时需保护层间温度（5070 ），为潮气的逸出创造条件。另外，可采取多层多道焊的方法。每层都用多焊道的并列形式，最后一道盖面层为退火焊，
47、以便减小应力。避免产生裂纹。第六节第六节 焊接裂缝焊接裂缝一、焊接冷裂缝二、焊接接头的再热裂缝一、焊接冷裂缝 冷裂缝是指焊接中碳钢、高碳钢、低合金高强度钢以及某些钛合金和铝合金等材料在焊接时容易出现的一种工艺缺陷。冷裂缝一般在焊后冷却至200300或以下的温度时产生的。焊接冷裂缝有时在焊后冷却到一定温度下立即出现，但有时要经过几小时、几天、甚至更长时间才出现（或才被发现），这种冷裂缝又称为延迟裂缝。焊后至出现裂缝的时间，称裂缝的潜伏期。冷裂缝出现在焊缝金属中或产生在热影响区的熔合线附近的过热区中。冷裂缝的成因 1.由钢材的淬硬倾向所决定的低塑性组织 在焊接热循环作用下，钢材的热影响区，易形成马
48、氏体等淬硬组织，致使金属结晶颗粒加大，因而使近缝区的组织塑性大大降低，内应力大大集中，而造成最容易出现裂缝的条件。这里要值得我们注意的是：焊接规范、线能量、预热温度、板厚、接头形式及环境温度等都要考虑在内。 2.焊缝金属中的氢含量 焊接时，焊缝金属中氢的来源是：焊条、焊丝、焊剂及保护气体中的水分；焊接区中母材的油污、铁锈以及大气中的水分。在焊接电弧的高温下，水分分解，进入熔池被焊缝所吸收。在冷却过程中，由于温度及组织的变化，氢在焊缝中的溶解度急剧变化，扩散能力也显著不同，使氢处于过饱和状态，而使氢向周围的焊缝金属或热影响区扩散。氢气向微观缺陷处富集，当富集到一定程度时，在一定的应力作用下，形成
49、初始裂源，等到足以使金属脆化时，裂缝进一步扩展。 3.焊接接头中的应力 应力由下三种应力所组成： （a）焊缝和热影响区在不均匀加热和冷却过程中所产生的热应力； （b）由于焊接接头不均匀的组织转变所引起的组织应力； （c）焊接接头受焊件刚性拘束引起的拘束应力。 在焊接接头的复杂的应力场中，应力梯度越大，氢的扩散驱动力也越大，也就越容易使氢向应力集中源扩散和富集；应力越高，引起裂缝的含氢量越低，引起的开裂时间也越短；应力越低，诱发裂缝的时间也越长。冷裂缝的防止措施工艺方面 选择合理的焊接规范及线能量,控制冷却时间，改善焊缝及热影响区组织状态。 焊前预热、控制层间温度及焊后保温缓冷或后热，能降低冷却
50、速度，改善组织，加快氢的扩散逸出。 焊前仔细清理焊丝的油、锈及坡口的油污、水分。焊条严格烘干，去除水分。 焊后及时热处理，可消除焊内应力，改善接头组织性能并降低接头中的氢含量。 冶金方面 选用碱性低氢焊条或低氢的焊接方法，如气体保护焊。 合理选择焊缝金属的合金成分，提高焊缝的塑性储备及抗裂能力。在有些情况下，可采用奥氏体焊缝金属，它能大量溶解氢，提高焊缝塑性，从而防止热影响区裂缝。 严格控制氢的来源。降低焊接应力 选择合理的焊接顺序，减小焊接内应力。 改进焊接设计，减小拘束度，避免应力集中。 二、焊接接头的再热裂缝 再热裂缝指的是焊接结构经受一次焊接热循环后，在再经受一次加热的过程中（如消除应
51、力处理或其它加热工艺以及高温的工作条件），发生在焊接接头热影响区的粗晶区，沿原来奥氏体晶界开裂的裂缝。产生再热裂缝的原因 一般认为在相当于消除应力处理的温度规范内，当晶界的塑性应变能力不足以承受松弛应力过程中所产生的应变时，则产生再热裂缝。关于再裂缝的形成机理，大致有以下三点： （1）认为在再加热时，由于一次热过程中过饱和固熔的碳化物（主要是钒、钼、铬、钛等的碳化物）再次析出造成晶内强化，使滑移应变集中于原先奥氏体晶界，从而形成再热裂缝。 （2）认为主要是微量元素（如硫、磷、锡、锑、硼等）在晶界偏析聚集而造成晶界脆化，从而形成再热裂缝。 （3）认为由于晶界清移时空位于晶界成核，造成晶界空洞致使
52、晶面受到减弱，从而形成再热裂缝。产生再热裂缝的条件与特征 （1）再热裂缝起源于焊接热影响区的粗晶区，具有晶界断裂的特征；受后道焊缝区热影响的前道焊缝热影响区有时也有此类裂缝发生。裂缝大多发生在应力集中的部位。 （2）通常再热裂缝发生在500以上的再加热过程中。600附近有一敏感区。敏感温度随钢种而异。超过650以上时，敏感倾向有所减弱。 （3）合金元素对低合金高强度钢再热裂缝的影响以钒、铬、钼、硼为最大，其它如铜、钛、铌等也有影响。防止再热裂缝的途径 虽然，从钢材及焊缝去除对再热缝敏感的合金元素，是最根本的防止再热裂缝的办法。但实际上，由于必须满足对钢材综合性能的要求，这一办法往往不易实现。在
53、生产工艺上减小再热裂缝倾向的措施大致有： （1）减小残余应力和应力集中，如提高预热和后热温度，保持焊缝平滑过渡，防止各类焊接缺陷造成的应力集中缺口，以及必要时，可将焊缝及其与母材交界处打磨光滑。 （2）在不影响接头工作性能的前提下，选择合适的焊接材料，提高焊缝金属在消除应力处理温度时的塑性，以提高承担松弛应变的能力。 （3）减小母材热影响区的过热倾向，细化奥氏体晶粒尺寸。 此外，由于上述措施各有一定的局限性，还应该根据不同结构、不同材料和不同要求选用。第七节第七节 焊接应力与焊接变形焊接应力与焊接变形一、焊接应力与焊接变形的基本知识二、焊接残余应力与分布三、减少与消除残余应力和措施一、焊接应力
54、与焊接变形的基本知识 我们已经知道，焊缝由于有内部结构上的缺陷和内部应力的释放、焊件将产生焊缝裂缝。同时，在焊接过程中，焊件受到不均匀的电弧加热，受热区域的金属膨胀程度也就不同，此时产生的内应力和变形是暂时的，但当焊接完毕待焊件完全冷却后，剩余的内应力和变形称为残余内应力和变形。焊接内应力的种类焊接后产生的内应力简称焊接应力，根据其空间位置和相互关系可分以下几种：单向应力 焊接薄板的对接焊缝以及在焊件表面上堆焊时，焊件存在的应力是单方向的。双向应力 在焊接较厚板的对接焊缝时，焊件存在的应力虽不同向，但均在一个平面内，即应力是双向的。三向应力 当焊接厚大焊件的对接焊缝时，焊件存在的应力是沿空间三
55、个方向作用的。当结构焊件三个方向焊缝的交叉处亦有三向应力存在。 根据焊接应力相对于焊缝的方向不同，可分为平行于焊缝的纵向应力和垂直于焊缝的横向应力。 单向应力对焊件的强度影响不大，有时不必采取特殊的方法消除它们。但当焊缝中存在双向应力和三向应力时，焊缝金属的强度和冲击值都要显著下降，容易产生裂缝。因此，在焊接厚件25mm时，焊后一般应对焊件进行热处理，以消除三向应力。三个方向焊缝的 ，焊缝不应焊到交角的顶点，以避免三向应力的产生。焊接应力按其产生的原因，也可以分为焊接热应力和组织应力。在船体焊接时，一般只考虑焊接热应力。焊接变形的种类 焊接变形的种类，按其对结构影响的大小可分为下面两种：整体变
56、形 整体变形是指整个结构的形状或尺寸发生变化。整体变形是由于焊缝在各个方向收缩所引起的。它包括直线变形、弯曲变形、扭曲变形等。如图所示。 直线变形是指结构的长、宽、高尺寸的改变，按其方向又可分为纵向变形和横向变形。纵向变形是指平行于焊缝方向的变形。横向变形是指垂直于焊缝方向的变形。局部变形 局部变形是指结构的某种部分发生变形。它包括角变形和波浪变形两种。焊后变形将严重影响到结构的外形和它的承载能力，其中整体变形对结构的影响较大，而局部变形的影响则较小。二、焊接残余应力与分布 焊接残余应力和变形产生的主要原因是焊接时的不均匀加热，近缝区的构件在加热和随后冷却过程中发生了塑性变形。 受到焊接残余应
57、力的焊缝金属的收缩变形有以下几种情况：（一）纵向焊接残余应力和变形（二）横向焊接残余应力和变形（三）弯曲变形（四）角变形（五）波浪变形（六）扭曲变形（一）纵向焊接残余应力和变形 长板对接接头焊缝处受热温度较高，因此焊缝金属有较大伸长，离焊缝金属较远的部位温度较低，伸长则较小。钢板中间温度高的金属受到两边温度低的金属限制，阻碍了它的自由伸长，因此这部分产生压力。同时两边温度低的金属受到反作用力而产生应力，这时钢板中存在压应力和拉应力，并处于平衡，如有纵向微小缩短，数值都较小。对接接头纵向残余应力在焊缝横截面上的分布情况板边堆焊时的纵向残余应力与变形不同长度焊缝纵截面上纵向残余应力 的分布（二）横
58、向焊接残余应力和变形 根据实际生产中知，构件焊后不仅会产生纵向焊接残余应力和变形，同时还会产生横向残余应力和变形。 在与焊缝轴线垂直的方向上，焊缝和热影响区金属在加热过程中也要受到压应力，并发生塑性变形，而冷却后则存在焊接残余应力和变形，这叫做焊接横向残余应力和变形。 当两块钢板在对接焊时，沿焊缝中心线向两焊缝边缘焊缝区将产生纵向压缩，这种收缩的结果将使钢板产生变形。但是，焊接接头是由焊缝连接成一个不可分离的整体，结果在焊缝中部产生横向拉应力，而焊缝两端出现横向压应力。另外，我们又知由于一条焊缝不是在同一时内完成，而总是要一段一段地逐步焊完，焊缝全长上的加热时间不一致，同一时间内各段受热温度不
59、均匀，膨胀与收缩也不一致，因此这段与那段之间就形成了对自由变形的互相限制。先焊部分受到后焊焊缝横向收缩的作用，而它又限制了后焊焊缝的横向收缩，因此后焊焊缝末端受到拉应力作用，先焊部位受到压应力作用。总的横向应力是由上述两部分应力合成的结果。 对接焊缝的横向收缩所引起的横向应力分布比较复杂。当焊接方法、施焊方向、焊接程序、焊接线能量、外界刚性固定条件等稍有不同，则其应力分布也不同。 当两块钢板固定后进行接头对接焊缝时，虽然变形较小，但应力值很大，可能引起裂缝，因此采用时要特别考虑这一点。分段退焊法和从中间向两端焊（对称焊法）较好，应力分布比较均匀，焊接变形较小。但是要注意在直通焊时，板材则往往由
60、于受到很大的压缩应力，丧失稳定性而产生波浪变形。 a)b)c)不同长度平板对接焊时y 的分布a)短焊缝 b)中长焊缝 c)长焊缝 纵向收缩引起的横向残余应力y 的分布a)b)c)（三）弯曲变形 焊接结构的变形是由各种形式的变形综合而成的，钢材边缘堆焊，除了纵向收缩变形外，同时也产生弯曲变形。 板件接头焊接时，对焊件的加热是集中在边缘一个很小的宽度内，加热很均匀，而且无热的传导，也就是说，与加热区邻接的金属是冷的。加热区金属膨胀，如焊件不太大，就会在膨胀力作用下产生弯曲，而在加热区产生压缩塑性变形。而冷却后，这加热部分金属受到拉应力作用，它的反作用力也就使焊件发生反向弯曲。 弯曲变形的大小以挠度
61、的数值来度量，而挠度的大小与焊件的长度成正比。纵向收缩可造成弯曲变形，横向收缩也可以造成弯曲变形。横向收缩变形对弯曲的影响也是不容忽视的。 事实上，焊接时焊件的弯曲变形是综合的，它是由纵向弯曲变形和横向弯曲变形综合而成的。弯曲变形与加热引起的压缩塑性变形区宽度、焊缝离构件重心的距离以及构件的刚性等有密切关系。构件的刚性，是它抵抗变形的能力，主要决定于结构的形状和尺寸的大小。在其他条件相同时，增加焊件的刚性，将有利于减小弯曲变形。（四）角变形 焊缝沿厚度方向加热不均匀以及各层焊缝的收缩不一致，都会使板材绕焊缝轴线旋转一个角度，这种现象称为角边形。 厚板焊接时，焊接的一面温度高，另一面温度低，因此
62、，温度高的一面产生的压缩塑性变形大，温度低的一面则小。冷却时则在板的厚度上发生各层焊缝收缩不均匀现象，焊接的一面收缩大，另一面收缩小，所以容易产生角变形。 角变形的大小与焊接规范、接头型式、坡口角度等因素有关。如果焊缝区域加热能量大，对薄板来说，降低了角变形；对较厚板来说，角变形反而增加；但当焊件厚度很大时，由于其刚性增大很多，角变形又会减小。坡口角度和坡口形状对角变形影响较大。坡口角度越大，上下横向收缩量的差别越大，角变形也就越大。不同的施焊方法，其最终的角变形也不一样。采用多层焊要比单层焊时的角变形大。（五）波浪变形 波浪变形主要出现在薄板焊接结构，产生的原因一种是由于焊缝的纵向缩短对薄板
63、边缘造成的压应力；另一种是由于焊缝横向缩短所造成的角变形。 在船体结构中有很多是平面板材，如甲板、内底版、舷侧外板等，往往大面积拼板焊接时便显得板薄、刚性不够，在压缩应力过大的情况下，板材就会丧失稳定性而出现波浪变形。（六）扭曲变形 装配质量不好，工件搁置不当以及焊接程序和焊接方向不合理，都可能引起扭曲变形。产生这种变形的根本原因就是焊后焊缝的纵向和横向缩短引起各种形式的变形和焊接残余应力。在焊接结构中，焊接残余应力与变形之间的关系是一个矛盾的两个方面。如果在焊接过程中焊件能够自由地收缩，则焊后焊件的变形较大而焊接应力较小，如果焊接过程中焊件受外界约束或自身刚性较大而不能自由收缩，则焊后焊件变
64、形小，但其内部存在较大的焊接残余应力。我们在实际生产中要善于掌握和应用结构焊接残余应力和变形的基本理论，在实际生产中采取有效的工艺措施，以利于控制船体结构的焊接变形和焊接残余应力状态，从而提高船舶的建造质量。三、减少与消除残余应力和措施 当船体结构经焊接后的变形若超过允许范围，则会使结构承受载荷的能力降低，或使其外形受到影响。在船体线型复杂，同时又是板材结构，如果焊接时不采取一定的措施，便容易产生变形。船体的变形不但影响船型外表美观，更会增加船舶航行阻力，降低了船舶的航行性能，同时也会大大降低船体结构强度。因此，对船体结构焊接变形应引起足够的重视。在焊接结构生产中，常常采取如下的生产工艺措施以
65、防止和减少焊接残余应力与变形。（）选择合理的装配和焊接程序尽可能考虑焊缝的自由收缩 对于大型船结构的焊接应从中间向四周对称进行。如工字梁在对焊接时，无论先焊面板或是腹板的接头，横向收缩会在角焊缝内引起很大应力，甚至产生裂缝，所以应设法使它能自由收缩。为此可采取将角焊缝留出一段后焊，使对接接头的横向收缩能自由地进行。收缩量大的焊缝先焊 对带筋板的工字梁，如先进行面板和腹板的焊接，再焊筋板的角焊缝，则由于角焊缝的横向收缩很大，会在面板和腹板的角焊缝内造成很大的焊接应力。采取对称焊接 对于刚性大而断面对称的构件，施焊时可采用对称的焊接程序，这对于保证构件得到最小的弯曲变形是十分有利的。对称布置的焊缝
66、，应采用双数焊工对称的进行焊接。采用焊缝的不同焊接法 在焊接长焊缝（1m）时，可采用分断退焊法、分中分段退焊法、跳焊法、交替焊法；对中等长度（0.51m）的焊缝可采用分中对称焊法。（2）反变形法所谓反变形法，就是根据焊后变形的情况，预先给以一个方向相反、大小相等的变形，使构件焊后变形很小甚至完全消失。采用此法时，应预先确定反变形的数值，以便达到消除焊后变形的目的。反变形的数值，一般是凭经验进行估算。（3）刚性固定法由于刚性大的船体构件焊后变形小，因此，如果焊前加强构件的刚性，同样也可以减小焊接变形。所以，刚性固定法是采用强制手段来减小构件焊后变形的有效办法，在船厂亦普遍应用。刚性固定是一般采用
67、定位焊或简单工夹具将构件固定在平台或胎架上以达到减小变形的目的。刚性固定法只适用塑性好的材料，特别是低碳钢。对于脆性较大的和容易淬火而变硬脆的中碳钢等材料不宜采用刚性固定法进行结构焊接，否则易导致焊缝产生裂缝。（4）散热法散热法又称强迫冷却法，是将散热物体放置在焊接区域的周围，使焊件迅速冷却借以减小焊接受热区域，使变形减小。但是，这种方法对淬火倾向较大的材料易产生冷淬而出现焊接裂纹。（5）机械矫正法机械矫正法就是对焊缝及其周围区域施加外力，可以减小收缩应力和变形。其原理是利用焊缝及其周围金属受外力后产生塑性变形，而将已产生收缩的焊缝纤维伸长，从而减小了构件的可见变形和应力。机械矫正最好在热状态
68、下进行，这时的金属具有较高的塑性。对于低碳钢构件焊缝机械矫正的最佳温度在15000左右。（6）预热法焊件在焊前加热能减小焊件的温度差，并降低焊后的冷却速度，从而减小焊接应力。焊件焊前预热可根据焊件的大小和施工条件，采取局部预热或整体预热。预热温度的大小主要根据焊件的材料性质，厚度以及周围环境的温度等综合来考虑。（7）回火法焊件焊好后，将焊件整体放入加热炉中，并以2560的升温速度进行加热。低碳钢焊件加热在600650左右，并保温一定时间，然后与炉子一起冷至5060，焊件才出炉。当焊件尺寸大而不能进行整体回火时，可局部回火，此时，回火后应缓慢地冷却。此法是用氧乙炔火焰喷嘴加热在焊缝两侧，构件表面加热至200左右。在火焰嘴后面一定距离，喷水冷却，造成加热区与焊缝区之间一定温度差，使焊缝区金属被拉长，而达到部分消除焊缝拉伸内应力的目的。
