【正文】 在金屬結(jié)晶的過程中，由于激烈地析出 CO 而產(chǎn)生沸騰現(xiàn)象，而 CO氣體不易逸出，因此在焊縫中形成氣孔。當(dāng) CO2 氣體中的水分為 ／ cm179。另外，選用含有固氮元素（如 Ti 和 Al）的焊絲，也有助于防止產(chǎn)生氮氣孔。因此，氣孔分為氮氣孔、氫氣孔和一氧化碳?xì)饪?。通常認(rèn)為片狀硫化物夾雜危害最大，而層狀硅酸鹽和過量密集的氧化鋁夾雜物也有影響。為了防止這種裂紋的產(chǎn)生，首先在設(shè)計時要選擇再熱裂紋敏感性低的材料，其次從工藝上要盡量減少近縫區(qū)的內(nèi)應(yīng)力和應(yīng)力集中問題 。消除此種缺陷的方法是加入可以提高多邊形化激活能的合金元素 ， 如在 NiCr 合金中加入 W、 Mo、 Ta 等 ； 另一方面是減少焊接時過熱和焊接應(yīng) 力。防止這類裂紋的原 則為嚴(yán)格控制雜質(zhì)含量，合理選用焊接材料，盡量減少焊接熱的作洛陽理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 15 用。消除結(jié)晶裂紋的主要冶金措施為通過調(diào)整成分，細(xì)化晶粒，嚴(yán)格控制 形成低熔點共晶的雜質(zhì)元素等，以達(dá)到提高材料在脆性溫度區(qū)間的塑性；此外，從設(shè)計和工藝上盡量減少在該溫度區(qū)間的內(nèi)部拉伸變形。 其它 裂紋 1． 熱裂紋 多產(chǎn)生于接近固相線的高溫下，有沿晶界（見界面）分布的特征；但有時也能在低于固相線的溫度下，沿 “多邊形化邊界 ”形成。 （ 2） 減少氫來源棗焊材要烘干，接頭要清潔（無油、無銹、無水） 。 （ 2） 擴(kuò)散氫含量較高，使接頭性能脆化，并聚集在焊接缺陷處形成洛陽理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 14 大量氫分子，造成非常大的局部壓力。 根據(jù)引起的主要原因可分為淬火裂紋、氫致延遲裂紋和變形裂紋 。焊接裂紋根據(jù)其部位、尺寸、形成原因和機(jī)理的不同，可以有不同的分類方法。 焊接裂紋 焊接缺陷是 焊接件中最常 見的一種嚴(yán)重缺陷。當(dāng)焊接電流越大，焊接速度越快，焊絲伸出長度較長，噴嘴直徑增大，室外焊接及仰焊位置時，應(yīng)采用較大的氣體流量。 表 27 電流極性的應(yīng)用范圍及特點 電流極性 應(yīng)用范圍 特點 直流反接 短路過渡及 顆粒過渡的普通焊接，一般材料的焊接 飛濺小，電弧穩(wěn)定，焊縫成形好，熔深大，焊縫金屬含氫量低 直流正接 高速焊接、堆焊、鑄鐵補(bǔ)焊 焊絲熔化速率高，熔深淺，熔寬及余高較大。細(xì)絲時（焊絲直 徑 ），焊絲伸出長度以 8~15mm 為宜，粗絲時，在 15~25mm 之間。 焊絲 伸出 長度 的選擇 1． 焊絲伸出長度與焊絲直徑，焊接電流及焊接電壓有關(guān) 。電弧電壓過低，焊絲將插入熔池，電弧不穩(wěn)，影響焊縫形成。最佳的電弧電壓與電流的大小，位 置 等因素有關(guān)。 5． 各種直徑的焊絲常用的焊接電流范圍見表 24。 2． 焊 接電流是確定熔深的主要因素。 在電流相同時，熔深將隨焊絲直徑的 減少而增加；焊絲越細(xì)，則焊絲熔化速度越高。 使用夾具定位焊時，應(yīng)考慮磁偏吹問題。焊接時此處就不要再焊了。定位焊可采用 CO2 氣體保護(hù)焊和焊條電弧焊。 6mm以下薄板上的氧化膜對質(zhì)量幾乎無影響；焊厚板時，氧化皮能影響電弧穩(wěn)定性、惡化焊縫成形和生成氣孔。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。又因為這時的熔池較小，熔化金屬溫度低、粘度大，搭 橋性良好，所以間隙大些會燒穿。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。坡口開得要小一些，鈍邊適當(dāng)大些，對間隙不能超過 2mm。 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。 CO2 氣體保護(hù) 焊冶金原理 在進(jìn)行焊接時，電弧空間同時存在 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 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，這時洛陽理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（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。 2． 缺點 ： （ 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，飛濺就更為嚴(yán)重。 （ 3） 焊接變形小。如：焊接設(shè)備方面的時代集團(tuán)公司、天津電焊機(jī)廠、洛陽理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（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。 起步階段是從 80 年代中期到 90 年代初的時間里，借助于我國在 “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)國外先進(jìn)焊接技術(shù)和裝備，對大型骨干機(jī)械企業(yè)進(jìn)行技術(shù)改造。 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、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。 （ 2） 冷裂紋敏感性 Q345 鋼的焊接裂紋主要是冷裂紋。 表 11 Q345 力學(xué)性 能 分析表 牌號 等級 拉力強(qiáng)度 MPa 屈服點 MPa 伸長率（ %） Q345 A 470~630 345 22 B C D E 洛陽理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 4 表 12 Q345 化學(xué)成分分析表 牌號 等級 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 1． 碳當(dāng)量 (Ceq)的計算 Ceq=C+Mn/6+(Cr+Mo+V)/5+(Ni+Cu)/15 （ 11） 按以上公式計算出材料的碳當(dāng)量為 。在低合金的材質(zhì)里，此種材質(zhì)為最普通的。這是等級的區(qū)分，所代表的，主要是沖擊的溫度有所不同而已。 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。包括被以上低熔金屬涂覆過的鋼結(jié)構(gòu)焊件。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。 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) 。 Q345 鋼的許用應(yīng)力略高于16Mn 鋼。 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。 Q345 鋼是老牌號的 12MnV、 14MnNb、 18Nb、 16MnRE、 16Mn 等多個鋼種的替代，而并非僅替代 16Mn 鋼一種材料。 本文首先 分析了 Q345 鋼 的焊接性，其次對 CO2氣體保護(hù)焊 特點和 工藝的 進(jìn)行了 分析 ， 從而 確定 了 Q345 鋼的 CO2氣體保護(hù)焊 焊接工藝。 Q345 鋼 綜合力學(xué)性能良好，低溫性能亦可，塑性和焊接性良好，用做中低壓力 容器、油罐、車輛、起重機(jī)、礦山機(jī)械、電站、橋梁等承受動 載 荷的結(jié)構(gòu) 。 熱軋或正火狀態(tài)使用，可用于 40℃ 以下寒冷地區(qū)的各種結(jié)構(gòu) 。 通過工藝參數(shù)的優(yōu)化選擇， 不僅能減少焊接過程中的 常見 問題， 而且 有效減少焊接缺陷的出現(xiàn)， 并 能提高生產(chǎn)效率，節(jié)約生產(chǎn)成本。在化學(xué)成分上， 16Mn與 Q345 也不盡相同。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。 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。 二氧化碳?xì)怏w保護(hù)電弧焊（簡稱 CO2 焊）的保護(hù)氣體是二氧化碳（有時采用 CO2＋ Ar 的混合氣體）。由于所用保護(hù)氣體價格低廉，采用短路過渡時焊縫成形良好，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。也可以用于鈦及鐵合金的焊接。 以及 CO2 氣體保護(hù)焊 成本低，效率高，操作靈活的優(yōu)點。并隨著材質(zhì)的厚度的增加而使其屈服值 減少。 Q345A 級，是不做沖擊 ； Q345B 級，是 20℃ 常溫沖擊 ； Q345C級，是 0℃ 沖擊 ； Q345D 級，是－ 20℃ 沖擊 ； Q345E 級，是－ 40℃ 沖擊。Q345 過去的一種叫法為： 16Mn。 由計算結(jié)果可知 ,試驗用鋼的淬硬傾向不大 ， 焊接性優(yōu)良 ， 焊接時可不預(yù)熱 。 CO2 氣體保護(hù)焊簡介 洛陽理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（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 稱 CO2焊。其高效、優(yōu)質(zhì)、自動化的技術(shù)特點，具有良好應(yīng)用條件，并且極 大地推動了金屬結(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。可以說是在借助國外成熟技術(shù)和生產(chǎn)工藝，形成了我國大型金屬結(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，推動了國內(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。展現(xiàn)了我國 CO2 氣保焊技術(shù)推廣應(yīng)用取得豐碩成果 。 （ 4） 對油、銹的敏感度較低。 （ 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。 針對上述冶金反應(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 ％。 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。如果用直徑 的焊絲鈍邊可留 4~6mm，坡口角度可減小到 45176。尤其在焊接厚板時，由于拘束應(yīng)力大，這種傾向更大，必須十分注意。如果對接接頭，允許間隙為 3mm。 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。 洛陽理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 9 表 21 不同板厚的焊角尺寸 板厚 ∕mm 焊接方法 焊角尺寸∕mm 板厚 ∕mm 焊接方法 焊角尺寸∕mm 6 CO2 氣體保護(hù)焊 5 12 CO2 氣體保護(hù)焊 焊條電弧焊 6 焊條電弧焊 9 CO2 氣體保護(hù)焊 6 16 CO2 氣體保護(hù)焊 10 焊條電弧焊 7 焊條電弧焊 11 定位焊縫 定位焊是為了防止變形和維持預(yù)先的破口而先進(jìn) 行的點固焊。用焊條電弧焊焊接的定位焊縫，如果渣清除不凈，會引起電弧不穩(wěn)和產(chǎn)生缺陷。 定位焊縫的長度和間距，應(yīng)根據(jù)焊件厚度決定。因此，夾具的材質(zhì)、形狀、位置和焊接方向 應(yīng)注意。焊絲直徑可根據(jù)表 22 選擇 。隨著電流的增加，熔深和熔敷 度 都要增加，熔寬也略有增 加。 表 24 焊接電流選擇 焊絲直徑 (mm) 1 焊接電流 （ A） 49~90 50~120 70~180 90~350 150~500 6． 立焊，仰焊及對接接頭橫焊表面焊道時，當(dāng)所用焊絲直徑 時，應(yīng)選用較 小 的焊接電流?？蓞⒁姳?26。 焊接速度 的選擇 1． 焊接速度過高，會破壞氣體保護(hù)效果，焊縫成形不良，焊縫冷卻過快，導(dǎo)致降低焊縫塑性，韌性。 2． 焊絲伸出長度增加 ，將降低焊接電流，減少熔深，增加焊縫寬度 。 為減少飛濺，盡量使焊絲伸出長度少些，但隨焊接電流的增大，其伸出長度應(yīng)適當(dāng)增加。 氣體流量的選擇 1． 氣體流量直接影響氣