焊接成形技术-焊接结构的设计
单面焊双面成形焊接技术
单面焊双面成形焊接技术
当今工业面临着快速发展和技术进步的迫切需求，很多科学家都在寻求更快更准确的
技术，以满足工业精度越来越高的要求。
焊接技术是其中一项重要的领域，单面焊接双面
成形焊接技术就是其中的一种。
单面焊接双面成形焊接技术的原理是，在材料的一面进行焊接，将另一面形成成形焊。
焊接双面成形焊接工序和单面焊接相似，主要区别是在进行焊接时，外层焊缝要比内部焊
缝更加准确和紧密，以确保所得到的焊件质量符合专业用途的要求。
单面焊接双面成形焊接的主要步骤有：选择焊接的材料类型；将材料连接，使在焊接
前所有后处理接口都位于所需的焊接工艺要求位置；焊接前进行焊接缝洞的预处理；进行
单面焊接；进行热处理；焊接后的机械加工；焊接后的清理等。
单面焊接双面成形焊接技术有很多优点，使用这种技术可以有效减少焊接产品的生产
时间，缩短焊接管线的长度，提高结构连接强度，消除焊缝产生的残余应力，提高焊缝的
界面强度和耐久性能等。
单面焊接，双面成形焊接技术是一种相当精密的技术，操作这项技术时要求技术工人
有足够的专业知识，同时要求配套的焊接设备具有更大的精度和更高的可靠性。
总而言之，单面焊接双面成形焊接技术是一种技术较为复杂的技术，它的准确性要求
很高，是工业生产必不可少的一种技术。
它在当今的工业生产中发挥着重要的作用，并且
在未来还会发挥更大的作用。
1.单面焊双面成形技术的概念
单面焊双面成形技术是采用普通焊条，在不需要任何辅助措施条件下，只是坡口根部在进行组装定位焊时，应按焊接的不同操作手法留出不同的间隙，在坡口的正面进行焊接，就会在破口的正、背两面都能得到均匀整齐、成形良好，符合质量要求的焊缝。这种方法主要适用于板材对接接头、管状对接接头和骑座式管板接头。是锅炉、压力容器焊工应熟练掌握的操作技能[1]。
4.单面焊双面成形焊接质量差的原因分析
4.1 焊接电源自身因素引起的焊接质量差
焊接电源是焊接工艺执行过程中最重要的因素。若焊接电源自身性能不好，必然不会产生良好的焊件。当焊机的引弧性能差，电弧燃烧不稳定，就不能保证工艺参数稳定，焊接过程就无法正常进行，焊接质量就得不到保证。
用交流电源焊接时，电弧稳定性差。采用直流电源焊接时，电弧稳定、柔顺、飞溅少，但电弧磁偏吹较交流严重。低氢型焊条稳弧性差，通常必须采用直流弧焊电源。用小电流焊接薄板时，也常用直流弧焊电源，因为引弧比较容易，电弧比较稳定。低氢型焊条用直流电源焊接时，一般用反接，因为反接的电弧比正接稳定。焊接薄板时，焊接电流小，电弧不稳定，因此焊接薄板时，不论是用碱性焊条还是用酸性焊条，都选用直流反接[3]。
焊缝金属的性能主要由焊条和焊件金属相互熔化来决定。因此，焊条类形选择恰当与否是影响焊缝质量的重要因素。焊条直径的大小除了对生产率有一定的影响外，对焊接质量也有一定的影响。焊条直径一般根据焊件的厚度选择：同时还要考虑接头形式、施焊位置和焊接层数，对于重要的结构还要考虑焊接热输入的要求。在一般情况下，焊条直径与焊件厚度之间的关系的参考数据，见表2。
4.3 操作因素
在焊接生产过程中，焊工的单面焊双面成形操作技术水平低，就意味着打底层的运条方法、焊条角度、接头方法、中间层及盖面层的运条方法、接头、收尾等操作方法掌握不熟练，这是造成焊缝质量差的重要原因之一。
材料的焊接成形工艺技术
掌握正确的焊接操作技巧，如焊接角度、焊接速 度等，确保焊接质量。
焊接质量监控
在焊接过程中实时监测焊接质量，发现问题及时 调整参数或采取补救措施。
焊接后处理
焊缝外观检查
检查焊缝表面质量，确保 无缺陷、无气孔、无夹渣 等。
焊后热处理
根据需要，对焊件进行适 当的热处理，以消除内应 力、提高焊缝强度等。
压力容器
焊接在压力容器的制造 中具有重要作用，要求
高强度、高密封性。
焊接成形技术的发展趋势
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高效化
提高焊接效率，降低生产成本 是焊接成形技术的重要发展方
向。
自动化与智能化
随着机器人技术的发展，自动 化和智能化的焊接技术将得到
广泛应用。
新材料焊接
随着新材料的发展，研究和开 发适用于新材料的焊接技术是
无损检测
采用X射线、超声波等方法 对焊缝进行无损检测，确 保焊缝质量符合要求。
05 焊接缺陷与质量控制
常见焊接缺陷及其成因
裂纹
由于焊接过程中热应力、材料 缺陷或焊接结构设计不当等原 因，导致焊接区域出现裂纹。
气孔
焊接过程中，熔融金属中的气 体未能完全逸出，在焊缝中形 成气孔。
夹渣
焊接过程中，熔渣未能及时浮 出熔池，残留在焊缝中形成夹 渣。
焊接自动化与智能化
随着技术的发展，船舶制造中焊接自动化和智能化技术的应用越来 越广泛，提高了焊接质量和效率。
压力容器制造中的焊接成形技术应用
压力容器安全要求高
压力容器需要承受高压和高温，因此对焊接质量和密封性能要求极 高。
材料多样
压力容器制造中使用的材料种类繁多，包括碳钢、不锈钢、合金钢 等，不同材料的焊接工艺和要求不同。
焊接ppt课件
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三. 埋弧焊工艺
2）采取防漏措施 ① 双面焊； ② 手工电弧焊封底； ③ 焊剂垫； ④ 垫板。
3)要有引弧板和引出板
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四、埋弧焊应用
应用： 主要用于较厚 钢板的长直焊 缝和较大直径 环形焊缝焊接。
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压力容器的环焊缝和直焊缝、锅炉冷却壁的长直 焊缝、船舶和潜艇壳体、起重机械、冶金机械 （高炉炉身）等的焊接。
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三. 埋弧焊工艺
1）焊前准备 板厚在20~25mm以下的工件可不开坡口； 实际生产中，板厚在14~22mm应开Y型坡口， 板厚在22~50mm，可开双Y型坡口或U型坡口。
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三. 埋弧焊工艺
1）焊前准备
环焊缝： 焊丝起弧点应与环 的中心偏离一定距 离a(a=20~40mm), 直径小于250mm一 般不采用埋弧焊。
钎焊：
软钎焊、 硬钎焊
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焊接成形的特点
● 接头牢固、密封性好。 ● 可化大为小、以小拼大。 ● 可实现异种金属的连接。 ● 重量轻、加工装配简单。 ● 焊接结构不可拆卸 。 ● 焊接应力变形大，接头易产 生裂纹、夹渣、气孔等缺陷。
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第四篇 焊接
电弧焊 其他常用焊接方法 常用金属材料的焊接 焊接结构设计
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第四篇 焊接
用加热或加压力等手段，借助金属原子 的结合与扩散作用，使分离的金属材料 牢固地连接起来的方法。
焊接动画
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焊接成形的分类
熔化焊：
电弧焊、电渣 焊、电子束焊、 激光焊、等离 子弧焊等
焊接技术
图4-4 直流弧焊机的不同极性接法
四、电焊条
1. 电焊条的组成及作用 焊芯
焊条芯
焊缝的填充材料 — 填充焊缝
电焊条 药皮
电极传导电流 — 导电
机械保护的作用 冶金的作用
稳定电弧的作用
药皮
药皮的作用：提高电弧燃烧的稳定性，防止空气对熔化金
属的有害作用，保证焊缝金属的脱氧和加入合金元素。
药皮的种类： ① 氧化钛型；②氧化钛钙型；
适用于易氧化的有色金属及合金钢材料的焊接。如： 铝、镁、钛及其合金和耐热钢、不锈钢等。为了防止 保护气流破环，氩弧焊只能在室内进行。
CO2气体保护焊
利用CO2作为保护气体的气体保护焊，简称CO2焊。 焊接热源：电弧热 保护介质：CO2 ① 与金属发生化学反应—产生夹渣缺陷 ② 溶解于液体金属中—产生 CO 气孔缺陷 ③ 比重大于空气（25%）
焊接方法的分类
常见的焊接方法
焊接的特点：
1、生产周期短，生产率高，易实现机械化、自动化。 2、接头牢固、密封性好。 3、可化大为小、以小拼大。 4、可实现异种金属的连接。
5、重量轻、加工装配简单。
6、焊接应力变形大，接头易产生裂纹、夹渣、气孔等缺陷。
胶接 —胶粘剂连接各种材料。 机械联接 —采用标准件为连接件连接各种材料。
焊接变形是在焊接过程中产生的变形。金属结构 与零件在焊接过程中，常常会产生各种焊接变形以及 焊缝的断裂，从而影响焊接质量。 焊后焊件中温度冷至室温时残留在焊件中的变形 和应力分别称为焊接残余变形和焊接残余应力。
2、焊接应力与变形产生的原因
焊接应力与变形产生的根本原因是： 焊件(工件）在焊接过程中受到局部或不均匀加热和快速冷却。
3.焊条型号
焊接结构设计的基本要求和基本原则
焊接结构设计的基本要求和基本原则1.设计的基本要求设计任何焊接结构都应满足下列基本要求1）实用性结构必须达到所要求的使用功能和预期效果2）可靠性结构在使用期内必须安全可靠，应能满足强度、刚度、稳定、抗振、耐蚀等方面的要求。
3）工艺性应该是能焊接施工的结构。
所选的金属材料既有良好的焊接性能，又具有良好的焊前预加工性能和焊后热处理性能；所设计的结构应具有焊接和检验的可达性，并易于实现机械化和自动化焊接。
4）经济性制造该结构时所消耗的原材料、能源和工时应最少，其综合成本低。
此外，还要适当注意结构的造型美观。
上述要求是设计者追求的目标，设计时要统筹兼顾，应以可靠性为前提，实用性为核心，工艺性和经济性为制约条件。
2.设计的基本原则为了使设计能达到上述的基本要求，设计焊接结构时，应遵循下列的设计原则。
（1）合理选择和利用材料所选用的金属材料必须同时满足使用性能和加工性能的要求，前者包括强度、韧度、耐磨、耐蚀、抗蠕变等性能；后者主要是焊接性能，其次是其他冷、热加工性能，如热切割、冷弯、热弯、金属切削及热处理等性能。
在结构上有特殊性能要求的部位，可采用特种金属材料，其余采用能满足一般要求的廉价材料。
如有防腐蚀要求的结构，可采用以普通碳钢为基体。
以不锈钢为工作面的复合钢板或者在基体上堆焊抗腐蚀层；又如有耐磨要求的构件，仅在工作面上堆焊耐磨合金或热喷涂耐磨层等。
充分发挥异种金属材料能进行焊接的特点。
尽可能选用扎制的标准型材料和异型材。
通常轧制型材表面光洁平整、质量均匀可靠；使用时不仅减少许多备料工作量，还可减少焊缝数量。
由于焊接量减少，焊接变形易于控制。
在划分结构的零部件时，要考虑到备料过程中合理排料的可能性，以减少余料，提高材料利用率。
（2）合理设计结构形式能满足上述基本要求的结构形式都被认为是合理的结构设计，也就是可从实用、可靠、可加工和经济等方面对结构设计的合理性进行综合评价。
设计时，一般应注意以下几点。
1）根据强度、刚度和稳定的要求，以最理想的受力状态去确定结构的几何形状和尺寸。
熔焊成形基础教学课件PPT
二、焊接接头的组织和性能 3. 2 热影响区—过热区
1～3mm宽，晶粒粗大，塑性、韧度差，属性能最差部 位
二、焊接接头的组织和性能 3.3 热影响区—正火区
1.2～4mm宽，晶粒均匀细小，塑性、韧度较高，是 热影响区中力学性能最好的区域
二、焊接接头的组织和性能 3.4 热影响区—部分正火区
晶粒大小不均，力学性能较正火区差
焊接成形应用
应用广泛，如各种批量型材间，型材、铸、锻件间， 同种或异种金属间，不同尺寸、形状件之间，连接或 修补
§3-1 熔焊成形基础
焊接（welding）：利用加热或加压手段，借助金属原 子结合与扩散作用，使分离的金属永久的连接起来。
一、焊接电弧与电弧冶金过程
1. 焊接过程：
液态熔渣 气体
固态渣壳
2. 焊接热源
电弧热、化学热、电阻热、等离子焰、电子束、激光束等。 1）能量密度高→焊接加热区小，热量集中，生产率高； 2）热源性能稳定→保证质量； 3）高的热效率→节约能耗。
焊接电弧：电弧焊的热源，它 是在电极与工件间产生的的强烈 而持久的气体放电现象
特点：电压低、电流大、温度 高、能量密度较大、移动性好
机械连接
螺铆 熔 栓接 焊
连接（joining）
焊接
压
钎
焊
焊
胶接
相近加 工方法
电电电 激气铝 弧渣子 光焊热 焊焊束 束 剂
焊焊 焊
电 高 摩 超爆 阻 频 擦 声炸 焊 焊 焊 波焊
焊
热 碳 堆喷 切 弧 焊镀 割气
刨
连接技术（joining technology）
可拆连接：螺纹连接、键连接、销连接、型面连接； 永久性连接：焊接、铆钉连接、胶接等。成本低
焊接结构变形分析系统——Weld_Sta介绍
• 浙江省重大科技专项（优先主题）工业项目
大型船体焊接变形控制技术研究与示范
• 江苏省科技厅科技支撑计划--工业部分项目(BE2010172)
大型船体焊接变形仿真技术研究及其应用
• 国际合作项目
大阪大学、 IHIMU、IEM、日本东京计装株式会社、克康（上海）等
• 横向合作项目
外高桥、沪东、江南、武昌、新扬子江等船厂、江南重工、株洲机车厂、 上海城市建设设计院、611所、 702所等
提交文件
指定求解器
计 算 结 果 文 件
POSTSTART STEPSTART NODAL_DATA STEPEND POSTEND
后处理
云图 输出 动画 曲线
五、本系统的衍生系统
利用本系统的平台以及3维有限元模型可以开发 •装焊过程仿真系统 模拟分段搭载 •焊接工程管理系统 焊接工艺文件制定、3维焊接作业指导文件、焊 接工时计算、焊 接日常管理等 •变形测量数据采集系统
Frame 001 05 Sep 2001 DISPLACEMENT
500
W 0 -0.1 -0.2 -0.3 -0.4 -0.5 -0.6 -0.7 -0.8 -0.9 -1
500
W 0 -0.1 -0.2 -0.3 -0.4 -0.5 -0.6 -0.7 -0.8 -0.9 -1
400
400
固有应变的概念
• 理论上固有应变认 为是焊接应力和变 形的源 简单的说固有应变 可以认为是焊缝的 残余收缩
固有应变
e* = 外观变形e＋弹性应变ee
固有应变的影响因素
影响因素： 最高温度T 对应于焊接条件
拘束度b 对应于结构特征
基于固有应变的有限元法
在焊缝附近施加与固有应变相等的初始应变，通过一 次弹性板单元有限元分析求的整个结构的焊接变形