板对接手工电弧焊(横焊)操作指导书_百度文库
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出门在外也不愁安徽机电职业技术学院1安徽机电职业技术学院毕业设计说明书课题名称Q235-A 钢焊接工艺研究系 （部） 专 班 姓 学 业 级 名 号机械工程系 焊接技术及自动化指导教师2010～ 2011
学年第一学期1安徽机电职业技术学院2指导教师评语等级签名日期2安徽机电职业技术学院3毕 业 设 计 任 务 书专业： 班级： 学生：一：设计题目： Q235-A 钢焊接工艺研究 二：设计内容： 1、Q235-A 钢板焊接试验方案设计； 2、绘制焊接工艺卡片； 3、Q235-A 焊接工艺评定试验设计； 4、论证 Q235-A 最佳焊接试验方案 5、编写设计说明书； 6、试验结果论证 三：原始资料： Q235-A 钢板， 焊接材料， 焊接设备 四：完成日期： 2010 年 2 月 3 日指导教师： 2010 年 11 月 8 日签发3安徽机电职业技术学院4Q235-A 钢焊接工艺研究 摘要随着焊接技术的推广 q235a 钢作为一种低碳钢已被广泛应用本设计是通过 焊接试验来测试 q235a 钢焊接的工艺性能制定焊接试验方案、焊接工艺卡、工艺 说明书及结果。目第一章录绪论………………………………………………………5 绪论 ………………………………………………………5 ………………………………………………………钢的材料特性及应用范围………………………………7 ……………………………… 第二章 Q235 钢的材料特性及应用范围………………………………72.1 2.2 2.3 Q235-A 的介绍 Q235-A 的力学性能 Q235-A 的化学成分第三章3.1 3.2 3.3 3.4 3.5Q235- 钢的焊接性试验及方法………………………… …………………………9 Q235-A 钢的焊接性试验及方法…………………………9Q235-A 钢的焊接试验方法 Q235-A 钢的焊接试验材料 焊条电弧焊的工艺分析 Q235-A 钢的焊接工艺试验 焊条电弧焊+埋弧焊焊接工艺试验第四章 第五章 第六章Q235- 钢的焊接工艺卡的编制………………………… …………………………17 Q235-A 钢的焊接工艺卡的编制…………………………17 焊接中容易出现的问题及预防措施……………………19 焊接中容易出现的问题及预防措施……………………19 …………………… 结束语……………………………………………………23 结束语……………………………………………………23 ……………………………………………………参考文献………………………………………………………………24 参考文献………………………………………………………………24 ………………………………………………………………4安徽机电职业技术学院5第一章绪论焊接技术发明至今已有百余年的历史， 工业生产中的大量重要产品， 如航空、 航天及核能工业中产品的生产制造都离不开焊接技术。当前，新兴工业的发展迫 使焊接技术不断前进，如微电子工业的发展促进了微型连接工艺和设备的发展； 陶瓷材料和复合材料的发展促进了真空钎焊、真空扩散焊、喷涂以及粘接工艺的 发展。 焊接技术将随着科学技术的进步而不断发展。 作为一名焊接技术专业的大学 生，本人将以自己的了解为基础来介绍对 Q235A 的焊接工艺研究。下面先了解 一下焊接技术发展的简单情形，焊接技术是上世纪末发展起来的一种连接方法， 由于它具有许多优越性，所以在近几十年间得到了快速的发展，目前焊接已经广 泛应用在许多行业和领域，目前，在工业发达国家，焊接用钢量已占总用钢量一 半左右， 焊接用钢量占工业用钢量的比例已经成为一个国家工业发展水平的重要 标志。中国在 2004 年焊接用量就已经突破了 1 亿吨，成为世界最大的焊接大国。 现今，在我国许多行业的制造工厂，如造船厂、锅炉厂、车辆厂、矿山机械厂、 石化机械厂、 起重机厂等都有专有的焊接生产车间， 负责本企业的焊接制造工作。 随着社会的进步和经济的发展， 人们一方面要推出新技术和新的焊接形式来满足 生产发展的需要，另一方面焊接也向着大型化、高参数和高寿命的方向发展。如 500kt 级油轮长达 382m、宽 68m、高 72m。许多焊接产品不仅尺寸大，而且工作 条件苛刻，常处于高温、高压、低温、深冷、高速、腐蚀、易燃、易爆、有毒的 环境中，有的是几种条件共存，又都要求长期运行，一旦出现故障和事故，后果 是不堪设想的，这就对焊接技术提出了更高的要求。 焊接技术将随着科学技术的进步而不断发展，主要体现在以下几个方面 1 能源方面 目前，焊接热源已非常丰富，如火焰、电弧、电阻、超声、摩擦、等离于、电 子束、激光束、微波等等，但焊接热源的研究与开发并未终止，使它更为有效、 方便、经济适用。 2 计算机在焊接中的应用5安徽机电职业技术学院6弧焊设备微机控制系统，可对焊接电流、焊接速度、弧长等多项参数进行分析 和控制，对焊接操作程序和参数变化等作出显示和数据保留，从而给出焊接质量 的确切信息。目前以计算机为核心建立的各种控制系统包括焊接顺序控制系统、 PID 调节系统、最佳控制及自适应控制系统等。这些系统均在电弧焊、压焊和钎 焊等不同的焊接方法中得到应用。 计算机软件技术在焊接中的应用越来越得到人 们的重视。 3 焊接机器人和智能化 焊接机器人是焊接自动化的革命性进步，它突破了焊接刚性自动化的传统方 式，开拓了一种柔性自动化新方式，焊接机器人的主要优点是：稳定和提高焊接 质量，保证焊接产品的均一性；提高生产率，一天可 24 小时连续生产；可在有 害环境下长期工作，改善了工人劳动条件；降低了对工人操作技术要求；可实现 小批量产品焊接自动化；为焊接柔性生产线提供了技术基础。为提高焊接过程的 自动化程度，除了控制电弧对焊缝的自动跟踪外，还应实时控制焊接质量，为此 需要在焊接过程中检测焊接坡口的状况，如熔宽、熔深和背面 。 4 提高焊接生产率 提高焊接生产率是推动焊接技术发展的重要驱动力。 提高生产率的途径有二 个方面：其一,是提高焊接熔敷率。手弧焊中的铁粉焊、重力焊、躺焊等工艺； 埋弧焊中的多丝焊、热丝焊均属此类，其效果显著。其二,是减少坡口截面及熔 敷金属量，为解决这两个问题，世界各国开发出多种不同方案，因而出现了种类 多样的窄间隙焊接法。电子束焊、激光束焊及等离子弧焊时，可采用对接接头， 且不用开波口，因此是理想的窄间隙焊接法，这是它们受到广泛重视的重要原因 之一。6安徽机电职业技术学院7第二章 Q235 钢的材料特性及应用范围Q5-A 的介绍 普通碳素结构钢－普板 是一种钢材的材质。Q 代表的是这种材质的屈服度，后面的 235，就是指这种材质的屈服值，在 235 左右。并会随着材质的厚度 的增加而使其屈服值减小。由于含碳适中，综合性能较好，强度、塑性和焊接等 性能得到较好配合，用途最广泛。常轧制成盘条或圆钢、方钢、扁钢、角钢、工 字钢、槽钢、窗框钢等型钢，中厚钢板。大量用用建筑及工程结构。用以制作钢 筋或建造厂房房架、高压输电铁塔、桥梁、车辆、锅 炉、容器、船舶等，也大 量用作对性能要求不太高的机械零件。C、D 级钢还可作某些专 业用钢使用。 Q235A 韧性和塑性较好，有一定的伸长率，具有良好的焊接性能和热加工 性。Q235A 一般在热轧状态下使用，用其轧制的型钢、钢筋、钢板、钢管可用 于制造各种焊接结构件、桥梁及一般不重要的机器零件，如螺栓、拉杆、铆钉、 套环和连杆等Q5-A 的力学性能2.3.1Q235-A 钢的组织性能分析 屈服强度 σs (MPa)： ≤16 时:≥235; ＞抗拉强度 σb (MPa)： 375～46016～40 时:≥225; ＞40～60 时: ≥215; ＞60～100 时: ≥205; ＞ 100～150 时: ≥195; ＞150 时: ≥185 伸长率 δ5 (％)：≤16 时:≥26;＞16～40 时:≥25;＞40～60 时:≥24;＞60～100 时:≥23;＞100～150 时:≥22;＞150 时:≥21 试样尺寸：试样厚度(直径) 热处理规范及金相组织： 热处理规范：热轧。 金相组织：铁素体+珠光体。 ●交货状态：一般以热轧（包括控轧）状态交货。根据需方要求，经双方协议，也可以正火处理状 态交货. 执行标准：外部标准为：GB/T709-2006《热轧钢板和钢带的尺寸、外形、重 量及允许偏差》，内部标准为：GB/T 《碳素结构钢和低合金结构钢热 轧厚钢板和钢带》7安徽机电职业技术学院8Q235-A 的冷弯试验列表序号 检验项目 取样个数 取样方法 试验方法 GB233.1-233.5 GB233.8-233.12 GB233.18-233.191化学分析1GB233.23-233.24 GB222 GB233.31-233.32 GB233.362 3 4 5拉伸 冷弯 常温冲压 低温冲压1 1 3 3GB2975 GB2975 GB2975 GB2975GB228、GB6397 GB232 GB2160 GB4159的化学成分： 2.3 Q235 的化学成分： 碳 C ：0.14～0.22 0.050 磷 P ：≤0.045 硅 Si：≤0.30 锰 Mn：0.30～0.65 硫 S ：≤铬 Cr：允许残余含量≤0.030镍 Ni：允许残余含量≤0.030铜 Cu：允许残余含量≤0.030注：脱氧方法:F、b、Z8安徽机电职业技术学院9第三章 Q235-A 钢的焊接试验及方法Q5-A 钢的焊接试验方法 为了更好更全面的掌握 Q235-A 的焊接性，我们主要从以下几个方面进行试 验： 3.1.1 冲击韧性测试 韧性是材料在塑性应变和断裂全过程中吸收能量的能力，它是强度和塑性的 综合表现。20 世纪 80 年代后期，工程技术人员和专家开始重点关注焊接热影响 区出现的脆化问题。热影响区脆化问题主要有粗晶区脆化、临界热影响区脆化、 多层焊时临界热影响区脆化、过临界粗晶热影响区脆化、亚临界粗晶热影响区脆 化等。 焊接热影响区中韧性的恶化时由于在高热输入焊接下晶粒粗化和小面积的 低韧性区域造成的。 本试验重点考察热影响区中的临界热影响区脆化、粗晶区脆化、过临界粗晶 热影响区脆化、多层焊时临界热影响区脆化的韧性问题。 依照 GB/T229―1994《金属夏比缺口冲击试验方法》，将冲击试样加工至最 终尺寸 10mm×10mm×55mm，采用 JB―30B 冲击试验机，进行常温下夏比 V 型缺口冲击试验。要求对热影响区中的临界热影响区脆化、粗晶区脆化、过临界 粗晶热影响区脆化、多层焊时临界热影响区脆化四区的冲击能量进行测试。 3.1.2 接头的硬度测试 硬度是材料抵抗局部变形，特别是塑性变形、压痕或划痕的能力，是反映金 属材料综合力学性能的一个重要指标，可作为评定其冶金性能的参考。由于维氏 硬度试验时可任意选择力而不影响所测的硬度值， 金刚石压头又使得该方法适用 于任何硬度的材料，因此，在这里进行维氏硬度测试。 试验设备：小负荷的维氏硬度仪 HVA―10A 型 试验条件：载荷 10kg，加载持续时间 15s，测试焊接接头热影响区中的临界 热影响区、粗晶区、过临界粗晶热影响区、多层焊时临界热影响区的硬度。 3.1.3 试样的拉伸试验 在工业生产中，拉伸试验是应用最广泛的材料力学性能试验的方法之一。试 验时在标准光滑圆柱试样的两端缓慢地施加载荷，使试样的 工作部分受轴向拉 力的作用沿轴向拉长，使它不断产生变形，直至把试样拉断为止。通过拉伸试验 可以测定出材料的基本力学性能。Q5-A 钢的焊接试验材料 3.2.1 Q235-A 焊接试验用板材9安徽机电职业技术学院10Q235-A 钢属于碳素结构钢，其塑性好，有一定的强度，用于制造受力不大的 零件。本设计选用的母材是 Q235-A，板厚 12mm，手工电弧焊用焊条 J507，气 体保护焊用焊丝牌号为 ER50-6。 3.2.2 焊条电弧焊原理、特点及应用 用手工操作焊条进行焊接的电弧焊方法称焊条电弧焊（缩写 SMAW， ISO 代号为 111）。它是利用焊条与焊件之间建立起来的稳定燃烧的电弧，使焊条和 焊件溶化，从而获得牢固的焊接接头，原理如图 焊条电弧焊的原理图焊条电弧焊具有设备简单、 操作方便、 适应性强， 对焊接接头的装配要求低， 能在空间任何位置焊接，但对焊工技术要求高、劳动条件差、生产效率低、焊接 质量依赖程度高等特点。3.3 焊条电弧焊的工艺分析 3.3.1 焊前准备用气割或碳弧气刨加工坡口时，应保证加工质量，防止其表面凹凸不平，不 合格的予以修磨，坡口表面不得有裂纹、夹渣、分层等缺陷，否则予以去除或修 补。清除坡口及两侧 10-20mm 范围内的油污、铁锈、氧化物等赃物，焊条应按 照规定的温度烘干， 入炉和出炉的温度不应过高， 以防药皮脆裂。 焊接接头形式、 坡口和焊缝 （1）接头形式 焊接接头常用的接头形式有：对接接头、搭接接头、角接接头和 T 型接头。选择焊接接头形式主要根据产品的结构，并综合考虑受力条件、 加工成本等因素。本设计采用对接形式，它是焊接结构中最常见的接头形式。 （2）坡口准备 试验采用单面焊双面成型技术，坡口形式采用 V 型坡口。焊条电弧焊坡口角度 60?,单边坡口角度均为 30?;埋弧焊横焊坡口角度 60?,焊10安徽机电职业技术学院11根间隙 3.0-3.5，钝边高度 1.0-1.5mm。国家标准 GB/T985―1988 对此作了详细的 规定。 （3）焊前预热 Q235-A 属于普通碳素钢，焊接前无需进行预热。 （4）焊材烘干 Q235-A 用的焊材必须进行烘干（试验过程中对真空包装的焊条也要进行烘 干）以降低扩散氢水平，防止产生冷裂纹并避免产生成片的分散气孔。根据试验 结果，烘干时间一般为 250?×1h，试焊时焊条应置于焊条保温桶内。 （5）焊接设备 焊 条 电 弧焊 是 采用 奥太 ZX7-400S 逆 变 焊 机 ， 气 体保 护 焊是 采用 奥 太 NBC-400。 （6）试件剩磁的处理 试件采用直流焊接时会产生磁偏吹，原则上采用交流焊机，但用交流电源焊 接时，电弧的稳定性差，而且由于试件比较小，所以采用直流电源焊接，并且要 控制试件的磁性，接线时采用反接。 3.3.2 焊接过程中技术要求（1）层温及线能量 Q235-A 的晶粒尺寸对韧性有很大的影响，晶粒越细，韧性越好，所以焊接 时要用小的线能量进行焊接，要控制层间温度，不宜过高，防止金属过热引起韧 性下降的现象。再者，焊接线能量越大，稀释率（母材金属在焊接金属中所占的 百分比）越大，焊缝中 C、Si、Mn 质量分数越低，致使焊接金属强度下降。 （2）运条方式 为减小线能量，焊接过程中运条尽量以直拉、微摆的连弧焊接方式进行焊接。 （3）焊接层数及道数 为控制热输入，焊接层数及道数设计示意图如下图所示 焊条电弧焊焊缝的层数图11安徽机电职业技术学院123.4Q235-A 钢的焊接工艺试验 Q235-3.4.1 焊条电弧焊焊接工艺试验 （1）焊接工艺参数及选择 焊条电弧焊的焊接工艺参数包括;焊条直径、焊接电流、电弧电压、焊接速 度、电源种类和极性、焊接层数等。焊接工艺参数选择的正确与否，直接影响焊 缝形状、尺寸、焊接质量和生产率。 焊条直径 焊条直径是指焊芯的直径。它是保证焊接质量和效率的重要因素。焊条直径的选择一般根据焊件的厚度选择，还应考虑接头形式、施焊位置和 焊接层数，对于重要的焊接结构还要考虑焊接热输入的要求，一般情况，焊条直 径与焊件厚度之间的参考数据见下表。表 3-1 焊条直径与焊件厚度之间的关系 焊件厚度2 (mm) 3 4～5 6～12 &13焊条直径2 （mm） 3.2 32.～4 4～5 4～6焊接电流的选择选择焊接电流时， 应根据焊条类型、 焊件直径、 焊件厚度、接头形式、焊接位置和层数等因素综合考虑。焊接电流选择不当易造成未焊透、 夹渣或咬边、焊穿金属飞溅等。对于一定的直径的焊条有一个合适的电流范围， 可参考下表 表 3-2 焊接电流和焊条直径放入关系 焊条直径1.6 （mm） 2.0 2.5 3.2 4 5 6焊接电流25～40 （A） 40～65 50～80 100～130 160～210 200～250 260～300在相同焊条直径的条件下，平焊的电流可大一些，其它的位置焊接电流应小 一些。相同条件下，碱性焊条的焊接电流比酸性焊条小 10%左右。 电弧电压与焊接速度 焊条电弧焊的电弧电压主要由电弧长度来决定：电弧越长，电弧电压越大；电弧越短，电弧电压越小。在焊接过程中应尽量使用短弧 焊接。（2）试验基本情况与焊接工艺参数，可参考下表12安徽机电职业技术学院13表 3-3 焊条电弧焊的焊接工艺参数焊接电流 焊层名 （A） 根焊 90-95 （V） 19-25 （cm/min） 6.5-7.5 （KJ/cm） 13.4-17.7 电弧电压 焊接速度 线能量填充95-10519-2512-187.6-10.0盖面90-10019-2510-158.7-11.4（3）焊接接头力学性能测试结果 试件经无损检测后，参照 ASME、IX、国内 JB4708 标准要求切割试件进行 试验，接头拉伸、弯曲和冲击试验结果如下表所示表 3-5 拉伸试验试件宽度 试件编号 （mm） HP01 40 （mm） 12 （mm） （KN） （MPa） 450 征 热影响区 试件厚度 横截面积 断裂载荷 抗拉强度 断裂部位及特HP024012445热影响区表 3-6 弯曲试验试件厚度 试件编号 HP01-1 试件类型 （mm） 面弯 背弯 12 12 （mm） 26 26 （?） 180 180 合格 合格 弯心直径 弯曲角度 试验结果HP01-2面弯1226180合格背弯1226180合格表 3-7 冲击试验冲击吸收功 V 型缺口 试件编号 位置 单值 Q235-A-01 焊缝中心 熔合区 Q235-A-02 焊缝中心 熔合区 72 90 73 86 68 88 70 90 69 92 67 89 71 93 72 87 70 87 68 88 平均值 70 90 70 8813安徽机电职业技术学院14从以上三表中可以看出，上述焊材对应的焊接接头的强度性能、弯曲性能、 冲击韧性能均较好。3.5 3.6气体保护焊焊接工艺试验二氧化碳气体保护焊是利用 CO2 气作为保护气体的一种熔化极气体保护的 焊接方法: 1.使用二氧化碳气体保护焊,可以减少飞溅:它是利用二氧化碳气体热物理 性能的特殊性，使用常规焊接电源时，焊丝端头熔化金属不可能形成平衡的轴向 自由过渡，通常需要采用短路和熔滴缩颈爆断、因此，与 MIG 焊自由过渡相比， 飞溅较多。但如采用优质焊机，参数选择合适，可以得到很稳定的焊接过程，使 飞溅降低到最小的程度。 2.二氧化碳气体保护焊,可以降低成本,提高焊接质量:由于 CO2 气比空气重, 因此从喷嘴中喷出的 CO2 气可以在电弧区形成有效的保护层,防止空气进入熔池, 特别是空气中氧等有害物质的影响.熔化电极(焊丝)通过送丝滚轮不断的送进, 与工件之间产生电弧,在电弧热的作用下,熔化焊丝和工件形成熔池,随着焊枪的 移动,熔池凝固形成焊缝,再加上二氧化碳保护气体价格低廉， 采用短路过渡时焊 缝成形良好，加上使用含脱氧剂的焊丝即可获得无内部缺陷质量焊接接头。这种 焊接方法目前已成为黑色金属材料最重要焊接方法之一。原理如图 熔化极气体保护焊的工作原理图3.5.1焊条电弧焊+二氧化碳气体保护焊焊接工艺参数焊 条 电 弧 焊采 用 同 上面 一 样 型 号奥 太 焊 机， 二 氧 化 碳气 体 焊 采用 奥 太 NBC-400 焊机，，就坡口形式、焊接电流、电弧电压、焊接速度等工艺参数， 在试验后要根据 GB150―1998《钢制压力容器》等相关标准进行检验。14安徽机电职业技术学院153.5.2焊前准备用气割或碳弧气刨加工坡口时，应保证加工质量，防止其表面凹凸不平，不 合格的予以修磨，坡口表面不得有裂纹、夹渣、分层等缺陷，否则予以去除或修 补。清除坡口及两侧 20-30mm 范围内的油污、铁锈、氧化物等赃物，焊条应按 照规定的温度烘干，入炉和出炉的温度不应过高，以防药皮脆裂。 3.5.3 焊接接头形式、坡口和焊缝（1）坡口形式 采用 V 型坡口，坡口角度 60?,焊根间隙 3.0-3.5，钝边高度 1.0-1.5mm。先 用手工电弧焊进行打底，然后用二氧化碳气体保护焊进行填充和盖面，焊后用碳 弧气刨进行反面清根，最后在进行一次二氧化碳气体保护焊。 （2）接头形式 本试件采用对接形式 （3）焊前预热 Q235-A 属于普通碳素钢，焊接前无需进行预热。 （4）焊材烘干 Q235-A 用的焊材必须进行烘干（试验过程中对真空包装的焊条也要进行烘 干）以降低扩散氢水平，防止产生冷裂纹并避免产生成片的分散气孔。根据试验 结果，烘干时间一般为 250?×1h，试焊时焊条应置于焊条保温桶内。 （5）试件剩磁的处理 试件采用直流焊接时会产生磁偏吹，原则上采用交流焊机，但用交流电源焊 接时，电弧的稳定性差，而且由于试件比较小，所以采用直流电源焊接，并且要 控制试件的磁性，接线时采用反接。 （6）焊接环境 焊接环境温度在 15～20℃， 环境湿度在 45%～50%RH， 环境风速小于 0.2m/s。 3.5.4 Q235-A 钢焊接工艺试验（1） 焊接工艺参数及选择 气体保护焊工艺参数分为主要参数和次要参数。 主要参数就是指那些直接影 响焊缝质量和生产效率的参数，它们是焊接电流、电弧电压、焊接速度、焊丝成 分、电流的种类及极性和预热温度等。对焊接质量产生有限或无多大影响的参数 均称为次要参数。15安徽机电职业技术学院16表 3-10 气体保护焊焊接工艺参数的选择焊条或焊丝直径 焊接层名 （mm） 根焊 填充焊 盖面焊 3.2 1.2 1.2 （A） 85～90 250～300 150～250 （V） 19～25 17～24 17～24 （m/h） 17～19 25～30 28～32 焊接电流 电弧电压 焊接速度（2）焊接接头力学性能测试 试件经无损检测后，参照 ASME、IX、国内 JB4708 标准要求切割试件进行 试验，接头拉伸、弯曲和冲击试验结果如下表所示 表 3-11 拉伸试验试件宽度 试件编号 （mm） HP01 40 （mm） 12 （mm） （KN） （MPa） 450 征 热影响区 试件厚度 横截面积 断裂载荷 抗拉强度 断裂部位及特HP024012445热影响区表 3-12 弯曲试验试件厚度 试件编号 HP01-1 试件类型 （mm） 面弯 背弯 12 12 （mm） 26 26 （?） 180 180 合格 合格 弯心直径 弯曲角度 试验结果HP01-2面弯1226180合格背弯1226180合格表 3-13 冲击试验冲击吸收功 V 型缺口 试件编号 位置 单值 Q235-A-01 焊缝中心 熔合区 Q235-A-02 焊缝中心 熔合区 72 90 73 86 68 88 70 90 69 92 67 89 71 93 72 87 70 87 68 88 平均值 70 90 70 8816安徽机电职业技术学院17由于二氧化碳气体保护焊焊的电弧热效率较高， 焊缝及热影响区的冷却速度 较慢，并且热影响区的范围较大，Q235-A 在焊接时不需要进行预热，在这种情 况下酒会改变金属的组织，影响金属的结构、强度、塑性、韧性等性能。 3.6 本章小结 根据焊接性试验结果，针对 12mm 厚的 Q235-A 钢的试样进行了焊条电弧焊 和焊条电弧焊+二氧化碳气体保护焊焊焊接工艺试验，得出以下结论： （1）Q235-A 钢的焊接选用上述焊材是可行的。 （2）焊接过程中焊条电弧焊根焊时应控制焊接线能量在 20KJ/cm 以下，填充 盖面焊时焊条电弧焊或气体保护焊焊应控制焊接线能量在 10KJ/cm 左右。 （3）对于焊条电弧焊，焊接过程中焊条的摆动幅度不要过大，应以直拉和微 摆的方式进行，以减少热输入。 （4）采用大西洋、大桥等焊条进行焊接时，焊条进行 350×1h 烘干，焊接过 程中控制层间温度，层间温度在 100℃以下，焊接接头的强度、韧性、弯曲性能 较好。第四章Q235-A 钢的焊接工艺卡的编制17安徽机电职业技术学院18焊接工艺卡片单位名称 安徽机电职业技术学院 日期
焊接工艺评定报告编号 手工 焊接工艺指导书编号 焊接方法 手工电弧焊机械化程度（手工、半自动、自动）焊接接头：平位置对接 坡口形式： V 型坡口简图：（接头形式、破口形式与尺寸、焊层、焊道布置及顺序） 衬垫（材料及规格）： 无 其他：母材：Q235-A 类别号 标准号 GB/T3274Ⅰ 钢组别号 号Ⅰ-1 与类别号 与标准号 角焊缝Ⅰ组别号 钢 号Ⅰ-1 Q235-A相焊及 相 焊Q235-AGB/T3274厚度范围： 角焊缝 其他母 材 ： 对 接 焊 缝 10-12mm 焊缝金属厚度范围：对接焊缝管子直径、壁厚范围：对接焊缝 角焊缝10≤ｇ≤16耐蚀堆焊金属化学成分（%） C Si Mn P S Cr Ni Mo V焊接材料： 焊材类别 焊材标准 填充金属尺寸 焊材型号 焊材牌号（钢号） 其他 其他： 焊接位置： 对接焊缝的位置平位置 焊缝位置焊条 碳钢焊条 JBTCHE507 J507焊接方向： （向上、 向下）角焊后热处理:温度范围（℃） 保温时间（h）焊接方向：（向上、向下） 层间温度（℃）（允许预热： 预热温度（℃）（允许最低值） 最高值） 保持预热时间气体：气体种类混合比加热方式流量（L/min） 保 护 气尾部保护气 背面保护气 电特性 电流种类： 直流 极性： 反极性 焊接电流范围（A）：100―130 电弧电压（V）：20―23 （按所焊位置和厚度，分别列出电流电压范围，记入下表） 焊道焊 层焊接 方法填充 材料焊接 电流电弧电压 （V）焊接速度 （A）线 能 量（KJ/cm）18安徽机电职业技术学院19第五章 焊接中容易出现的问题及预防措施1 、 层状撕裂 层状撕裂产生的根本原因是钢中存在夹杂物。钢在轧制过程中夹杂物被 扎成片状，平行于钢板表面沿轧制方向分布。这种片状夹杂物的存在，大 大消弱钢板在厚度方向的力学性能，特别是断面收缩率大大降低。 控制夹 杂物，特别是硫化物 薄片状夹杂物相当于金属内部尖锐的缺口，是钢板的 Z 向力学性能大大降低，经实验证明，当钢中含硫量极低时，各个方向 的塑性指标均有提高，层状撕裂敏感性随之降低。防止母材脆化 焊接中发生过热区粗晶脆化、应变时效脆化及氢脆等，母材层状撕裂的敏感性明 显增加，在焊接过程中应采取预热、保温缓冷、控制层间温度等降低冷却 速度。尽量采取双侧焊缝，避免单侧焊缝。这样可以缓和焊缝根部的应力 分布并减小应力集中。 未焊透、 2 、 未焊透 、 未熔合 焊接时，接头根部未完全熔透的现象，称为未焊透；在焊件与焊缝金属 或焊缝层间有局部未熔透现象，称为未熔合。未焊透或未熔合是一种比较 严重的缺陷，由于未焊透或未熔合，焊缝会出现间断或突变，焊缝强度大 大降低，甚至引起裂纹。因此，在船体的重要结构部分均不允许存在未焊 透、未熔合的情况。未焊透和未熔合的产生原因是焊件装配间隙或坡口角 度太小、钝边太厚、焊条直径太大、电流过小、速度太快及电弧过长等。 焊件坡口表面氧化膜、油污等没有清除干净，或在焊接时该处流入熔渣妨 碍了金属之间的熔合或运条手法不当，电弧偏在坡口一边等原因，都会造 成边缘不熔合。防止未焊透或未熔合的方法是正确选取坡口尺寸，合理选 用焊接电流和速度，坡口表面氧化皮和油污要清除干净；封底焊清根要彻 底，运条摆动要适当，密切注意坡口两侧的熔合情况。正确选定坡口形式 和装配间隙，认真清除坡口边缘两侧污物。选择合适的焊接电流，运条时 随时注意调整焊条角度，使熔敷金属和母材之间充分均匀地加热和熔化， 合为一体。 3 、 夹渣 夹渣就是残留在焊缝中的熔渣。夹渣也会降低焊缝的强度和致密性。产 生夹渣的原因主要是焊缝边缘有氧割或碳弧气刨残留的熔渣；坡口角度或 焊接电流太小，或焊接速度过快。在使用酸性焊条时，由于电流太小或运 条不当形成“糊渣”；使用碱性焊条时，由于电弧过长或极性不正确也会 造成夹渣。进行埋弧焊封底时，焊丝偏离焊缝中心，也易形成夹渣。防止19安徽机电职业技术学院20产生夹渣的措施是：正确选取坡口尺寸，认真清理坡口边缘，选用合适的 焊接电流和焊接速度，运条摆动要适当。多层焊时，应仔细观察坡口两侧 熔化情况，每一焊层都要认真清理焊渣。封底焊渣应彻底清除，埋弧焊要 注意防止焊偏。清除焊道上的杂质、污物，尤其是焊接坡口要保持清洁干 燥。正确选用电焊条，根据钢板厚度、环境温度，选用适宜的焊接电流和 坡口形式。4 、 气孔 气孔是指在焊接时，熔池中的气泡在凝固时未能逸出而形成的空穴。产 生气孔的主要原因有：坡口边缘不清洁，有水份、油污和锈迹；焊条或焊 剂未按规定进行焙烘，焊芯锈蚀或药皮变质、剥落等。此外，低氢型焊条 焊接时，电弧过长，焊接速度过快；埋弧自动焊电压过高等，都易在焊接 过程中产生气孔。由于气孔的存在，使焊缝的有效截面减小，过大的气孔 会降低焊缝的强度，破坏焊缝金属的致密性。预防产生气孔的办法是：选 择合适的焊接电流和焊接速度，认真清理坡口边缘水份、油污和锈迹。严 格按规定保管、清理和焙烘焊接材料。不使用变质焊条，当发现焊条药皮 变质、剥落或焊芯锈蚀时，应严格控制使用范围。埋弧焊时，应选用合适 的焊接工艺参数，特别是薄板自动焊，焊接速度应尽可能小些。施焊前将 坡口表面两侧清理干净，铁锈是使焊缝金属产生气孔的原因之一，特别是 当铁锈隐藏在焊件装配间隙内部时，所受影响更大。已装配好的焊件不易 将内部铁锈除净，因此除锈洁净工作应在装配前进行。焊前应将电焊条按 说明书中规定的温度和时间烘培，并应保温防潮。焊接电流要适中，碱性 焊条应采用短弧焊接。 5 、 咬边 焊缝边缘留下的凹陷， 称为咬边。 产生咬边的原因是由于焊接电流过大、 运条速度快、电弧拉得太长或焊条角度不当等。埋弧焊的焊接速度过快或 焊机轨道不平等原因，都会造成焊件被熔化去一定深度，而填充金属又未 能及时填满而造成咬边。咬边减小了母材接头的工作截面，从而在咬边处 造成应力集中，故在重要的结构或受动载荷结构中，一般是不允许咬边存 在的，或到咬边深度有所限制。防止产生咬边的办法是：选择合适的焊接 电流和运条手法，随时注意控制焊条角度和电弧长度；埋弧焊工艺参数要 合适，特别要注意焊接速度不宜过高，焊机轨道要平整。 选择合适的焊接电流和焊接速度，电弧不应过长，选用正确的焊条角度 和运条方法。20安徽机电职业技术学院216 、 焊接裂纹 焊接裂纹是一种非常严重的缺陷。结构的破坏多从裂纹处开始，在焊接 过程中要采取一切必要的措施防止出现裂纹，在焊接后要采用各种方法检 查有无裂纹。一经发现裂纹，应彻底清除，然后给予修补。 焊接裂纹有热裂纹、冷裂纹。焊缝金属由液态到固态的结晶过程中产生 的裂纹称为热裂纹，其特征是焊后立即可见，且多发生在焊缝中心，沿焊 缝长度方向分布。热裂纹的裂口多数贯穿表面，呈现氧化色彩，裂纹末端 略呈圆形。产生热裂纹的原因是焊接熔池中存有低熔点杂质(如 FeS 等)。 由于这些杂质熔点低，结晶凝固最晚，凝固后的塑性和强度又极低。因此， 在外界结构拘束应力足够大和焊缝金属的凝固收缩作用下，熔池中这些低 熔点杂质在凝固过程中被拉开，或在凝固后不久被拉开，造成晶间开裂。 焊件及焊条内含硫、铜等杂质多时，也易产生热裂纹。防止产生热裂纹的 措施是：一要严格控制焊接工艺参数，减慢冷却速度，适当提高焊缝形状 系数，尽可能采用小电流多层多道焊，以避免焊缝中心产生裂纹；二是认 真执行工艺规程，选取合理的焊接程序，以减小焊接应力。 焊缝金属在冷却过程或冷却以后，在母材或母材与焊缝交界的熔合线上 产生的裂纹称为冷裂纹。这类裂纹有可能在焊后立即出现，也有可能在焊 后几小时、几天甚至更长时间才出现。冷裂纹产生的主要原因为：1)在焊 接热循环的作用下，热影响区生成了淬硬组织；2)焊缝中存在有过量的扩 散氢，且具有浓集的条件；3)接头承受有较大的拘束应力。防止产生冷裂 纹的措施有：1)选用低氢型焊条，减少焊缝中扩散氢的含量；2)严格遵守 焊接材料(焊条、焊剂)的保管、烘焙、使用制度，谨防受潮；3)仔细清理 坡口边缘的油污、水份和锈迹，减少氢的来源；4)根据材料等级、碳当量、 构件厚度、施焊环境等，选择合理的焊接工艺参数和线能量，如焊前预热、 焊后缓冷，采取多层多道焊接，控制一定的层间温度等；5)紧急后热处理， 以去氢、消除内应力和淬硬组织回火，改善接头韧性；6)采用合理的施焊 程序，采用分段退焊法等，以减少焊接应力。 防止措施： 防止措施 ： 防止产生热裂纹应选用适宜的焊接材料，严格控制有害杂质碳、硫、磷 的含量。严格控制焊缝截面形状，避免突高，扁平圆弧过渡，适当提高焊 缝形状系数。确定合理的焊接工艺参数，一般 6mm 左右厚的板对接焊，焊 接坡口各搭接 2～3mm，焊缝宽度以 12mm 左右为宜，焊缝增强高 1～2mm 为 宜，不应超过 3mm。施焊后暂缓清除焊渣，减缓焊缝的冷却速度，以减小焊 接应力。21安徽机电职业技术学院22防止产生冷裂纹，重要结构应选用碱性焊条，焊条在施焊前一定要进行 烘干处理，因为未经烘干的焊条内含水分较多，在高温电弧作用下会分解 出大量的氢，从而增加焊缝中的氢含量；仔细清理焊道表面的油污锈迹， 避免氢的侵入，使焊接金属中的气体能够充分逸出；选用合理的焊接工艺 参数和施焊程序，以减小焊接应力。对淬火倾向大的钢材，应采取预热、 缓冷或焊后热处理等措施。 产生焊瘤的主要原因，一是操作不熟练和运条方法不当；二是电弧拉得过 长、焊速太慢、溶池温度过高等。焊瘤在横、立、仰焊中最为常见，在平 焊的焊缝背面有时也可产生。焊瘤使焊缝的实际尺寸发生偏差，尺寸变化 较大处易引起应力集中，且焊瘤下面往往存在夹渣。尽量采用短弧焊接（弧 长≤焊条直径），适当加快焊速使溶池温度不致过高，选择合适的焊接电 流，保持正确的运条角度（与焊件夹角 450 为宜）。 1 作好焊前准备 焊前应对焊机进行试焊，确认焊机的引弧性能和稳定性能好，工艺参数的调 节方便、灵活、方可使用。工件应开 Y 形的坡口，钝边的尺寸一般选在 0.5～ 1.0mm 之间，坡口边缘 20mm 以内处用磨光机打磨，并将表面的铁锈、油污等 清除干净，露出金属光泽。锅炉压力容器及重要结构的焊接一律采用碱性焊条， 打底层焊接应选择直径 3.2mm 的焊条， 中间层和盖面层可选用 4mm 的焊条， 并 对焊条进行 400℃烘干，保温 2～4h。使用时需要将焊条放在保温筒内，随用随 取。焊条在炉外停留时间不得超过 4h，且反复烘干次数不能多于三次，药皮开 裂和偏心度超标的焊条不得使用。 2 焊接操作 1 选择合适的工艺参数 焊条电弧焊的工艺参数通常包括：焊条直径、焊接电流、电弧电压、焊接速 度、电源种类和极性、焊接层数等。焊接工艺参数选择的正确与否直接影响焊缝 形状、尺寸、焊接质量和生产率。因此选择合适的焊接工艺参数是焊接生产中不 可忽视的一个重要问题。 焊接电流应根据板件厚度、焊接位置、焊接层数、焊条类形、焊条直径和焊 接经验进行选择，保证所选择的电流不易造成焊缝咬边、烧穿、夹渣、未焊透等 缺陷。焊接过程中应尽量选择使用短弧焊接，立焊、仰焊时比平焊更短些，以利 于熔滴过渡，防止熔化金属下滴，碱性焊条焊接时应比酸性焊条弧长短些，以利 于电弧的稳定，以避免咬边、未焊透、气孔等缺陷的产生。 焊速应合适，不宜 过慢，以每层厚度不大于 4-5mm 为宜，以避免高温停留增长，影响焊缝的机械 性能，但焊速也不宜过快，以免造成未溶合、未焊透等缺陷[5]。焊接速度直接影 响生产率，所以应该在保证焊缝质量的基础上采用较大的焊条直径和焊接电流，22安徽机电职业技术学院23同时根据具体情况适当加快焊接速度，以提高焊接生产率。对重要构件要采取焊 前先预热、焊后缓冷等措施，以避免冷裂纹的产生。 焊接参数对热影响区的大小和性能有很大的影响。采用小的焊接参数，如降 低焊接电流，增大焊接速度等，都可以减小热影响区的尺寸。采用小的焊接参数 也可防止过热组织生成和晶粒细化。 2 焊工技术水平 焊接生产中，焊工对单面焊双面成形操作技术掌握的水平和技术经验，往往决定 了焊缝的质量。第六章 第六章 结束语2010 的 11 分开始实习，毕业设计是我们大学生走向社会的一个重要的过程 也是大学生活中最后一次很有意义的课程， 毕业设计不仅仅是我们毕业的重要课 程，更重要代表我们所学的只是和时间相结合的考验。 回顾这几周的毕业设计， 至今我仍感慨颇多， 从选题到定稿， 从理论到实践， 在这些日子里，从不知道怎么下手，迷茫，收集资料，选资料，开始感觉很累， 当把这一篇论文的结构出来的时候心里却感觉甜甜的， 也许体现看到自己的能力 那种快乐吧！通过这次毕业设计使我懂得了理论与实际相结合，只有理论知识是 远远不够的，只有把所学的理论知识与实践相结合起来，从理论中得出结论，才 能真正为社会服务，从而提高自己的实际动手能力和独立思考的能力。 在设计 的过程中遇到问题，可以说得是困难重重，这毕竟第一次做的，参考自己公司的 工艺制作和咨询那些有经验的老师，一步一步完成自己的毕业设计，突然感觉大 学的美好时代即将结束，有种特别的怀念，怀念和同学一起讨论怀念老师给我们 上课中一幕幕的画面，更怀念老师所说那时候认为无关紧要的话，工作之后才发 现却是珍贵的话。 这次毕业设计终于完成了，在设计中遇到了很多问题，最后在顾老师和谭的 辛勤指导下，终于完满完成，和同学一起搞设计不会的还可以相互讨论，增加我 们团队合作的意识，非常有利于我们走入社会进行大规模的集体劳动。同时，在 谭老师和顾老师的身上我学得到很多实用的知识，在次我表示感谢！同时，对给 过我帮助的所有同学和各位指导老师还有工作的同事表示感谢！23安徽机电职业技术学院24致 谢本课题在选题和研究过程中得到顾伟老师的悉心指导。 顾伟老师多次询问研 究进程，并为我指点迷津，帮助我开拓研究思路，精心点拨、热忱鼓励。谭言松 老师一丝不苟的的作风，严谨求实的态度，踏踏实实的精神，不仅授我以文，而 且教我做人，给以终身受益无穷之道。 在此，对焊接教研室主任王小平老师、副主任顾伟老师、王立跃老师、张书 权老师、胥凯老师、张帅谋老师、王怀玲老师、谭言松老师、杨化雨老师、班主 任王建军老师一并表示感谢！感谢全体老师对我的培养，并向他们表示诚挚的谢 意和崇高的敬意。 同时也感谢我的大学同学三年来对我学习、 生活的关心和帮助。参考文献[1] [2] [3] [4] [5] [6] [7] GB/T《钢制压力容器焊接工艺评定》 许德珠主编.《机械工程材料》. 高等教育出版社 若英采主编.《熔焊原理及金属材料焊接》. 机械工业出版社 杨松主编.《锅炉压力容器焊接技术》. 机械工业出版社 雷世明主编.《焊接方法与设备》. 机械工业出版社 亓四华主编.《工程材料及成型技术》. 中国科学技术大学出版社 2008 中国焊接协会主编.焊接标准汇编. 中国标准出版社 199724
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