【正文】 共同繁榮的新格局；焊接機(jī)械化自動(dòng)化水品也不斷提高，具有高參數(shù)，高壽命，大型化，超微細(xì)等特征的焊接制品 不斷出現(xiàn)，焊接結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)革新程度迅速提升；焊接新工藝，新方法投入生產(chǎn)實(shí)際，應(yīng)用周期大為縮短；高效優(yōu)質(zhì)焊接材料，焊接設(shè)備系列化和國(guó)產(chǎn)化均盤上新臺(tái)階。 Q345 鋼是老牌號(hào)的 12MnV、 14MnNb、 18Nb、 16MnRE、 16Mn 等多個(gè)鋼種的替代，而并非僅替代 16Mn 鋼一種材料。在化學(xué)成分上， 16Mn與 Q345 也不盡相同。更重要的是兩種鋼材按屈服 強(qiáng)度的不同而進(jìn)行的厚度分組尺寸存在較大差異，而這必將引起某些厚度的材料的許用應(yīng)力的變化。因此，簡(jiǎn)單地將 16Mn 鋼的許用應(yīng)力套用在 Q345 鋼上是不合適的 ,而應(yīng)根據(jù)新的鋼材厚度分組尺寸重新確定許用應(yīng)力。 Q345 鋼的主要組成元素比例與 16Mn 鋼基本相同，區(qū)別是增加了 V、Ti、 Nb 微量合金元素。少量的 V、 Ti、 Nb 合金元素能細(xì)化晶粒，提高鋼的韌性，鋼的綜合機(jī)械性能得到較大提高。也正因?yàn)槿绱?，鋼板的厚度才可以做得更大一些。因此?Q345 鋼的綜合機(jī)械性能應(yīng)當(dāng)優(yōu)于 16Mn 鋼，特別是它的低溫性能更是 16Mn 鋼所不具備的 。 Q345 鋼的許用應(yīng)力略高于16Mn 鋼。 二氧化碳?xì)怏w保護(hù)焊 是以二氧化碳?xì)鉃楸Ｗo(hù)氣體，進(jìn)行焊接的方法。在應(yīng)用方面操作簡(jiǎn)單，適合自動(dòng)焊和全方位焊接。在焊接時(shí)不能有風(fēng)，適合室內(nèi)作業(yè)。 由于它成本低，二氧化碳?xì)怏w易生產(chǎn)，廣泛應(yīng)用于各大小企業(yè) 。 二氧化碳?xì)怏w保護(hù)電弧焊（簡(jiǎn)稱 CO2 焊）的保護(hù)氣體是二氧化碳（有時(shí)采用 CO2＋ Ar 的混合氣體）。由于二氧化碳?xì)怏w的熱物理性能的特殊影響， 使用常規(guī)焊接電源時(shí)， 焊絲 端頭熔化金屬不可能形成平衡的軸向自由過渡 ， 通常需要采用短路和熔滴縮頸爆 斷。因此 ，與 MIG 焊自由過渡相比，洛陽理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 2 飛濺較多。 但如采用優(yōu)質(zhì)焊機(jī)，參數(shù)選擇合適，可以得到很穩(wěn)定的焊接過程，使飛濺降低到最小的程度。由于所用保護(hù)氣體價(jià)格低廉，采用短路過渡時(shí)焊縫成形良好，加上使用含脫氧劑的焊絲即可獲得無內(nèi)部缺陷的高質(zhì)量焊接接頭。因此這種焊接方法目前已成為黑色金屬材料最重要焊接方法之一。 Q345 鋼的廣泛應(yīng)用，以及其較好的焊接性。而 CO2 氣體保護(hù)電弧焊可以焊接 可焊接碳鋼、低合金鋼、不銹鋼、鋁及鋁合金、銅及銅合金。也可以用于鈦及鐵合金的焊接。但在焊接鈦及鈦合金時(shí)，需對(duì)焊縫正面及反面進(jìn)行良好的氣體保護(hù) 。但 不宜焊接的金屬低熔點(diǎn)金屬如：鋁、錫、鋅等不 能使用 CO2 氣體 保護(hù)焊。包括被以上低熔金屬涂覆過的鋼結(jié)構(gòu)焊件。 以及 CO2 氣體保護(hù)焊 成本低，效率高，操作靈活的優(yōu)點(diǎn)。所以 ， Q345 鋼的CO2 氣體保護(hù)焊 的焊接工藝也顯得尤為重要。 洛陽理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 3 第 1 章 Q345 鋼及 CO2 氣體保護(hù)焊簡(jiǎn)介 Q345 鋼簡(jiǎn)介 Q345 鋼的應(yīng)用與分類 Q345 鋼 是一種 優(yōu)質(zhì)的低合金高強(qiáng)鋼 （ C%），廣泛應(yīng)用于橋梁、車輛、船舶、壓力容器等。 Q 代表的是這種材質(zhì)的屈服，后面的 345Mpa，就是指這種材質(zhì)的屈服值，在 345Mpa 左右。并隨著材質(zhì)的厚度的增加而使其屈服值 減少。類同于 Q235 的命名方法。 Q345A， Q345B， Q345C，Q345D， Q345E。這是等級(jí)的區(qū)分，所代表的，主要是沖擊的溫度有所不同而已。 Q345A 級(jí)，是不做沖擊 ； Q345B 級(jí)，是 20℃ 常溫沖擊 ； Q345C級(jí)，是 0℃ 沖擊 ； Q345D 級(jí)，是－ 20℃ 沖擊 ； Q345E 級(jí)，是－ 40℃ 沖擊。在不同的沖擊溫度，沖擊的數(shù)值也有所不同。 在板材里，屬低合金系列。在低合金的材質(zhì)里，此種材質(zhì)為最普通的。Q345 過去的一種叫法為： 16Mn。 Q345 無縫管無縫鋼管 的外部執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)為： GB709，內(nèi)部執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)為：GB/T159194。 Q345 化學(xué)成分及力學(xué)性能分析 Q345 力學(xué)性能分析 見表 11， 化學(xué)成分分析 見 表 12。 表 11 Q345 力學(xué)性 能 分析表 牌號(hào) 等級(jí) 拉力強(qiáng)度 MPa 屈服點(diǎn) MPa 伸長(zhǎng)率（ %） Q345 A 470~630 345 22 B C D E 洛陽理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 4 表 12 Q345 化學(xué)成分分析表 牌號(hào) 等級(jí) 化學(xué)成分 (質(zhì)量分?jǐn)?shù) )(%) C ≤ Mn Si ≤ P ≤ S ≤ V Nb Ti AI ≥ Cr ≤ Ni ≤ Q345 A ~ ~ ~ ~ － － － B － － － C － － D － － E － － Q345 鋼 的焊接特點(diǎn) 1． 碳當(dāng)量 (Ceq)的計(jì)算 Ceq=C+Mn/6+(Cr+Mo+V)/5+(Ni+Cu)/15 （ 11） 按以上公式計(jì)算出材料的碳當(dāng)量為 。 由計(jì)算結(jié)果可知 ,試驗(yàn)用鋼的淬硬傾向不大 ， 焊接性優(yōu)良 ， 焊接時(shí)可不預(yù)熱 。 2． Q345 鋼在焊接時(shí)易出現(xiàn)的問 題 （ 1） 熱影響區(qū)的淬硬傾向 Q345 鋼在焊接冷卻過程中，熱影響區(qū)容易形成淬火組織 — 馬氏體，使近縫區(qū)的硬度提高，塑性下降。結(jié)果導(dǎo)致焊后發(fā)生裂紋。 （ 2） 冷裂紋敏感性 Q345 鋼的焊接裂紋主要是冷裂紋。 CO2 氣體保護(hù)焊簡(jiǎn)介 洛陽理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 5 CO2 氣 體保護(hù)焊發(fā)展史 CO2 氣 體 保 護(hù)焊是利用 CO2 氣體 為保護(hù)氣體的保護(hù)電弧焊，簡(jiǎn) 稱 CO2焊。 CO2 = CO﹢ 1／ 2 O2 放熱反應(yīng) （ 12） 上式反應(yīng)有利于對(duì)熔池的冷卻作用 。 焊接 技術(shù)發(fā)展與金屬結(jié)構(gòu)制造狀況密不可分。 50 年代初期， CO2 氣保焊技術(shù)一經(jīng)開發(fā)，就應(yīng)用于金屬結(jié)構(gòu)制造，并伴隨著焊接結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、制造技術(shù)水平的不斷提高，逐漸成為金屬結(jié)構(gòu)焊接的主要方法。其高效、優(yōu)質(zhì)、自動(dòng)化的技術(shù)特點(diǎn)，具有良好應(yīng)用條件，并且極 大地推動(dòng)了金屬結(jié)構(gòu)焊接技術(shù)和相關(guān)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，在焊接技術(shù)發(fā)展史上書寫了輝煌的一頁。 經(jīng)過多年努力，我國(guó) CO2 氣保焊技術(shù)在金屬結(jié)構(gòu)制造業(yè)中的推廣應(yīng)用，取得了長(zhǎng)足進(jìn)步，并可以總結(jié)為三個(gè)階段：探索階段、起步階段、發(fā)展階段。 探索階段是從 60 年代到 80 年代中期，國(guó)內(nèi)高校、研究單位及一些廠礦企業(yè)對(duì) CO2 焊接技術(shù)外于研究、開發(fā)、收集、整理國(guó)外焊接技術(shù)，在這一時(shí)期 CO2 氣保焊技術(shù)沒有形成大批量金屬結(jié)構(gòu)的生產(chǎn)能力及相關(guān)產(chǎn)品的生產(chǎn)規(guī)模。 起步階段是從 80 年代中期到 90 年代初的時(shí)間里，借助于我國(guó)在 “六五 ”、 “七五 ”重大技術(shù)裝備， 引進(jìn)技術(shù)合作生產(chǎn)及大型基礎(chǔ)設(shè)施工程建設(shè)的契機(jī)，引進(jìn)國(guó)外先進(jìn)焊接技術(shù)和裝備，對(duì)大型骨干機(jī)械企業(yè)進(jìn)行技術(shù)改造。可以說是在借助國(guó)外成熟技術(shù)和生產(chǎn)工藝，形成了我國(guó)大型金屬結(jié)構(gòu)企業(yè)的 CO2 氣保焊技術(shù)的生產(chǎn)能力，從而大大改變了金屬結(jié)構(gòu)制造企業(yè)的裝備水平、制造能力，提高了產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)效率，改變了傳統(tǒng)的金屬結(jié)構(gòu)焊接工藝，引起了焊接技術(shù)的革命，推動(dòng)了國(guó)內(nèi) CO2 氣保焊設(shè)備、焊接材料、輔件等領(lǐng)域技術(shù)研究和推廣應(yīng)用工作的發(fā)展。 發(fā)展階段是從 90 年代初至今的近十年時(shí)間，自 1992 年中國(guó)焊接協(xié)會(huì)和中國(guó)機(jī)械工程學(xué)會(huì)焊接分會(huì)聯(lián)合舉辦 “全 國(guó) CO2 氣保焊技術(shù)推廣應(yīng)用交流會(huì) ”以來， CO2 氣保焊技術(shù)在金屬結(jié)構(gòu)行業(yè)中應(yīng)用、推廣工作蓬勃發(fā)展。一批服務(wù)于 CO2 氣保焊技術(shù)的企業(yè)，把握住 了 CO2 氣保焊技術(shù)推廣的市場(chǎng)脈搏，迅速發(fā)展起來。如：焊接設(shè)備方面的時(shí)代集團(tuán)公司、天津電焊機(jī)廠、洛陽理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 6 唐山松下產(chǎn)業(yè)機(jī)器有限公司等；焊接材料方面的天津電焊條公司、江蘇江南焊絲廠和嘉興東方焊業(yè)有限公司等；焊接氣體方面的普萊克斯氣體有限公司、 BOC 氣體公司等。展現(xiàn)了我國(guó) CO2 氣保焊技術(shù)推廣應(yīng)用取得豐碩成果 。 CO2 氣體保護(hù)焊特點(diǎn) 1． 優(yōu)點(diǎn)： （ 1） 生產(chǎn)效率高和節(jié)省能量。 （ 2） 焊接成本低。 （ 3） 焊接變形小。 （ 4） 對(duì)油、銹的敏感度較低。 （ 5） 焊縫中含氫量少，提高了低合金高強(qiáng)度鋼抗冷裂紋 力。 （ 6） 電弧可見性好，短路過渡可用于全位置焊接。 2． 缺點(diǎn) ： （ 1） 焊接過程飛濺較多，焊縫外形較為粗糙，特別是當(dāng)焊接參數(shù)不匹配時(shí)，飛濺就更為嚴(yán)重。 （ 2） 不能焊接易氧化的金屬材料，且不適合在有風(fēng)的地方施焊。 （ 3） 焊接過程弧光較強(qiáng)，尤其是采用大電流焊接時(shí)，電弧的輻射較強(qiáng)，故要特別重視對(duì)操作者的勞動(dòng)保護(hù)。 （ 4） 設(shè)備比較復(fù)雜，易出現(xiàn)故障，且需要專業(yè)人員負(fù)責(zé)維修。 CO2 氣體保護(hù) 焊冶金原理 在進(jìn)行焊接時(shí)，電弧空間同時(shí)存在 CO CO、 O2 和 O 原子等幾種氣體，其中 CO 不與液態(tài)金屬發(fā)生任何反應(yīng)，而 CO O O 原子卻能與液態(tài)金屬發(fā)生如下反應(yīng)： Fe+CO2 → FeO+CO（進(jìn)入大氣中） （ 13） Fe+O → FeO (進(jìn)入熔渣中 ) （ 14） C+O → CO （進(jìn)入大氣中） （ 15） （ 1） CO 氣孔問題 ：由 上述反應(yīng)式可知， CO2 和 O2 對(duì) Fe 和 C 都具有氧化作用，生成的 FeO 一部分進(jìn)入渣中，另一部分進(jìn)入液態(tài)金屬中，這時(shí)洛陽理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 7 FeO 能夠被液態(tài)金屬中的 C 所還原，反應(yīng)式為： FeO+C → Fe+CO （ 16） 這時(shí)所生成的 CO 一部分通過沸騰散發(fā)到大氣中去，另一部分則來不及逸出，滯留在焊縫中形成氣孔。 針對(duì)上述冶金反應(yīng)，為了解決 CO 氣孔問題，需使用焊絲中加入含 Si和 Mn 的低碳鋼焊絲，這時(shí)熔池中的 FeO 將被 Si、 Mn 還原： 2FeO+Si → 2Fe+SiO2 （進(jìn)入渣中） （ 17） FeO+Mn → Fe+MnO （進(jìn)入渣中） （ 18） 反應(yīng)物 SiO MnO 它們將生成 FeO 和 Mn 的硅酸鹽浮出熔渣表面，另一方面，液態(tài)金屬含 C 量較高，易產(chǎn)生 CO 氣孔，所以應(yīng)降低焊絲中的含 C 量，通常不超過 ％。 （ 2） 氫氣孔問題 ：焊接時(shí)，工件表面及焊絲含有油及鐵銹，或 CO 氣體中含有較多的水分，但是在 CO2 保護(hù)焊時(shí)，由于 CO2 具有較強(qiáng)的氧化 性，在焊縫中不易產(chǎn)生氫氣孔。 CO2 焊的熔滴過渡形式 1． 短路過渡：細(xì)絲（焊絲直徑小于 ），以小電流、低電弧電壓進(jìn)行焊接。 2． 射滴過渡：中絲（焊絲直徑 ~） ， 以大電流、高電弧電壓進(jìn)行焊接。 3． 射流過渡：粗絲（焊絲直徑為 ~5mm） ， 以大電流、低電弧電壓進(jìn)行焊接。洛陽理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 8 第 2 章 CO2 氣體保護(hù)焊工藝 焊前準(zhǔn)備 焊前準(zhǔn)備工作包括坡口設(shè)計(jì) 、 坡口加工 、 清理 、 焊件裝配等。 坡口設(shè)計(jì) CO2 氣體保護(hù)焊采用細(xì)顆粒過渡時(shí)，電弧穿透力較大，熔深較大，容易燒穿焊件，所以對(duì)裝配質(zhì)量要求較嚴(yán)格。坡口開得要小一些，鈍邊適當(dāng)大些，對(duì)間隙不能超過 2mm。如果用直徑 的焊絲鈍邊可留 4~6mm，坡口角度可減小到 45176。左右。板厚在 12mm 以下開 I 形坡口；大于 12mm的板材可以開較小的坡口。但是 ，坡口角度過小易形成“梨”形熔深，在焊縫中心可能產(chǎn)生裂紋。尤其在焊接厚板時(shí)，由于拘束應(yīng)力大，這種傾向更大，必須十分注意。 CO2 氣體保護(hù)焊采用短路過渡時(shí)熔深淺，不能按細(xì)顆粒過渡方法設(shè)計(jì)坡口。通常允許較小的鈍邊，甚至可以不留鈍邊。又因?yàn)檫@時(shí)的熔池較小，熔化金屬溫度低、粘度大，搭 橋性良好，所以間隙大些會(huì)燒穿。如果對(duì)接接頭，允許間隙為 3mm。要求較高時(shí)，裝配間隙應(yīng)小于 3mm。 采用細(xì)顆粒過渡焊接角焊縫時(shí)，考慮到熔深大的特點(diǎn)，其焊角尺寸 K可以比 焊條電弧焊時(shí)減少 10%~20%，見表 21。因此，可以進(jìn)一步提高氣體保護(hù)焊的效率，減少材料的消耗。 坡口加工方法與清理 坡口加工方法主要有機(jī)械加工、氣割和碳弧氣刨等。 CO2 氣體保護(hù)焊時(shí)對(duì)坡口精度的要求比焊條電弧焊高。 定位焊之前應(yīng)將待焊部位及兩側(cè) 10~20mm 范圍內(nèi)的油污、銹跡等污物 ,并在焊件表面涂上一層飛濺防粘劑 ,在噴嘴上涂一層 噴嘴防堵劑。 6m