【正文】 洛陽理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 24 謝 辭 本論文的完成，得益于 洛陽理工學(xué)院 老師傳授的知識，使本人有了完成論文所要求的知識積累，更得益于導(dǎo)師 閆紅彥老師 從選題的確定、論文資料的收集、論文框架的確定、開題報(bào)告準(zhǔn)備及論文初稿與定稿中對字句的斟酌傾注的大量心血，在此對導(dǎo)師 閆紅彥老師 表示感謝！ 在論文的寫作過程中也學(xué)到了做任何事情所要有的態(tài)度和心態(tài)，首先做學(xué)問要一絲不茍，對于發(fā)展過程中出現(xiàn)的任何問題和偏差都不要輕視，要通過正確的途徑去解決，在做事情的過程 中要有耐心和毅力，不要一遇到困難就達(dá)退堂鼓，只要堅(jiān)持下去就可以找到思路去解決問題的。對于此矩形管而言，主要的變形是橫向收縮，使矩形斷面尺寸受到影響，每邊需縮進(jìn)預(yù)留間隙 90%左右；焊縫橫向收縮后，豎板兩端向內(nèi)彎曲，使構(gòu)件形成腰鼓狀；由于焊縫斷面大，輸入熱量多，必然引起較大的縱向收縮，使構(gòu)件在長度方向形成撓曲變形；對因不合理焊接造成的扭曲變形，矯正十分困難，有時(shí)不得不割開重焊或整件報(bào)廢。 4． 在焊縫附近涂上適當(dāng)滑石粉或石灰水涂層為防止少量的飛濺不沾 上 工件，還可在焊縫附近涂上適當(dāng)滑石粉或石灰 水涂層，能有效地防止飛濺沾上工件。 （ 4）選擇合適的焊絲干伸長度當(dāng)焊絲干伸長度過長時(shí)，焊絲容易產(chǎn)生 過熱而成段熔斷。 多數(shù)國家規(guī)定，焊接用 CO2 氣體純度不應(yīng)低于 %。這種裂紋往往不限于熱影響區(qū)內(nèi)，也可出現(xiàn)在遠(yuǎn)離表面的母材中。按其形成過程的特點(diǎn)，又可分為下述三種情況。 Q345 鋼 的焊接裂紋主要是冷裂紋。 電流極性的選擇 CO2 氣體保護(hù)焊主要采用直流反接法。見表 25。薄板的定位焊縫應(yīng)細(xì)而短，長度為 15~50mm，間距為 30~150mm；中厚板的定位焊縫間距可達(dá)100~150mm。要求較高時(shí)，裝配間隙應(yīng)小于 3mm。 （ 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。 發(fā)展階段是從 90 年代初至今的近十年時(shí)間，自 1992 年中國焊接協(xié)會和中國機(jī)械工程學(xué)會焊接分會聯(lián)合舉辦 “全 國 CO2 氣保焊技術(shù)推廣應(yīng)用交流會 ”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。 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。但在焊接鈦及鈦合金時(shí)，需對焊縫正面及反面進(jìn)行良好的氣體保護(hù) 。也正因?yàn)槿绱?，鋼板的厚度才可以做得更大一些。洛陽理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） I Q345 鋼的 CO2 氣體保護(hù)焊的工藝研究 摘 要 本文以 Q345 鋼的 CO2氣體保護(hù)焊的工藝為例對其進(jìn)行 了 分析與研究。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 。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。 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。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)推廣的市場脈搏，迅速發(fā)展起來。 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。 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。為增加定位焊縫的焊接深度，應(yīng)適當(dāng)增大定位焊縫及其長度，一般為 15~50mm 長。 表 25 立、仰 焊接 時(shí) 電流選擇 焊 絲直徑 (mm) 1 焊接電流 (A) 70~120 90~150 洛陽理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 11 電弧電壓 的選擇 為獲得良好的工藝性能，應(yīng)選擇最佳的電弧電壓，該值是一個很窄的電壓區(qū)間，一般僅為 1~2V 左右。不同極 性接法的應(yīng)用范圍及特點(diǎn)見表 27。 冷裂紋 Q345 鋼 的焊接裂紋主要是冷裂紋。 （ 1） 結(jié)晶裂紋 產(chǎn)生于焊縫金屬結(jié)晶過程末期的 “脆性溫度 ”區(qū)間，此時(shí)晶粒間存在著薄的液相層，因而金屬塑性極低，由冷卻的不均勻收縮而產(chǎn)生的拉伸變形超過了允許值時(shí)，即沿晶界液層開裂。其產(chǎn)生的主要原因是由于金屬中非金屬夾雜物的層狀分布，使鋼板沿板厚方向塑性低于沿軋制方向，另外由于厚板角焊時(shí)在板厚方向造成了很大的焊接應(yīng)力，所以引起層狀撕裂。 表 31 CO2 氣體中水分與焊縫金屬含氫量的關(guān)系 CO2 氣體中水分／（ g／ cm179。合適的焊絲干伸長度應(yīng)為焊絲直徑的 10~12 倍。洛陽理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 20 第 4 章 Q345 鋼的 CO2 氣體保護(hù)焊工藝的確定 以 Q345 矩形管的拼焊工藝為例 進(jìn)行分析。 從焊接變形理論可知，影響焊接變形大小的主要 因素是 ： 焊縫尺寸越大，熔敷金屬越多，變形越大；焊縫尺寸相等時(shí)，焊縫熱輸入越大，造成的變形也越大；焊接大長焊縫時(shí)，分段比直通焊變形要??；焊縫布置不對稱或雖布置對稱但不對稱焊接，焊縫部位偏離越嚴(yán)重，變形越大；構(gòu)件剛性越小，變形越大。而且要學(xué)會與人合作，這樣做起事情來就可以事倍功半。 5 通過工藝分 析，施焊 可以采取對坡口形式、焊縫位置、焊接參數(shù)、焊接順序的控制從而能很好地進(jìn)行焊接。焊接的主要變形有撓曲（正彎）、側(cè)彎、角變形及扭曲變形等。 洛陽理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 19 3． 采用 CO2+Ar 混合氣體保護(hù)焊利用 CO2+30%Ar 作保護(hù)氣體，熔滴 呈細(xì)粒過渡，電弧燃燒穩(wěn)定，飛濺量較少，焊縫外形美觀，焊波細(xì)勻。 （ 3）選擇合適的焊接速度 ， 隨著焊接速度加快，飛濺量也增加。和 100g 焊縫金屬中的氫含量為 時(shí)，開始出現(xiàn)單個氣孔，如果進(jìn)一步增加 CO2 氣體中的水分，則焊縫中的氣孔說 量也將增加。 3． 層狀撕裂 主要產(chǎn)生于厚板角焊時(shí)，其特征為平行于鋼板表面，沿軋制方向呈階梯形發(fā)展。熱裂紋通常多產(chǎn)生于焊縫金屬內(nèi)，但也可能形成在焊接熔合線附近的被焊金屬（母材）內(nèi)。按裂紋形成的條件，可分為熱裂紋、冷裂紋、再熱裂紋和層狀撕裂等四類。 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。 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(shí)，當(dāng)所用焊絲直徑 時(shí)，應(yīng)選用較 小 的焊接電流。 定位焊縫的長度和間距，應(yīng)根據(jù)焊件厚度決定。如果對接接頭，允許間隙為 3mm。 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(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 ％?？梢哉f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。Q345 過去的一種叫法為： 16Mn。也可以用于鈦及鐵合金的焊接。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。 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) 。 Q345 鋼的許用應(yīng)力略高于16Mn 鋼。包括被以上低熔金屬涂覆過的鋼結(jié)構(gòu)焊件。 表 11 Q345 力學(xué)性 能 分析表 牌號 等級 拉力強(qiáng)度 MPa 屈服點(diǎn) 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(jì)（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(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 。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。 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。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。 使用夾具定位焊時(shí)，應(yīng)考慮磁偏吹問題。最佳的電弧電壓與電流的大小，位 置 等因素有關(guān)。 表 27 電流極性的應(yīng)用范圍及特點(diǎn) 電流極性 應(yīng)用范圍 特點(diǎn) 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。 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 。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(diǎn)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(jì)和工藝上盡量減少在該溫度區(qū)間的內(nèi)部拉伸變形。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。） 焊縫金屬中的含氫量／（ mL／ 100g） 15 CO 氣孔 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。 （ 5）選擇合適的焊接回路電感值采用合適的焊接回路電感數(shù)值，可以 調(diào)節(jié)短路電流增長速度，從而減少短路飛濺。選擇焊接材料時(shí)必須考慮到兩方面的問題 :一要焊縫沒有缺陷 ； 二要滿足使用性能的要求。 焊接工藝參數(shù) 焊接規(guī)范通過工藝試驗(yàn)和工藝分析，確定矩形管對接焊縫采用雙層 CO2 氣體保護(hù)焊。 在這里，要特別感謝大學(xué) 三 年學(xué)習(xí)期間給我諸多教誨和幫助的 洛陽理工 學(xué)院的各位老師，感謝 閆紅彥老師、 張立峰 老師、 崔琦 老師 、 閆紅彥老師、宋聯(lián)美老師 ， 你們給予我的指導(dǎo)和教誨我將永遠(yuǎn)記在心里 感謝在大學(xué) 三 年學(xué)習(xí)期間給我傳授諸多專業(yè)知識的 焊接 教研室的各位老師，感謝 閆紅彥 老師、 崔琦 老師、 張立峰 老師、 宋聯(lián)美 老師、 閆紅彥 老師、給予我的指導(dǎo)和幫助！ 感謝和我一起生活 三 年的室友，是你們讓我們的寢 室充滿快樂與溫馨， “ 君子和而不同 ” ，我們正是如此！愿我們以后的人生都可以充實(shí)、多彩與快樂！ 感謝我的同學(xué)們，謝謝你們給予我的幫助！ 回首本人的求學(xué)生涯，父母的支持是本人最大的動力。 4 Q345 鋼能夠很好地利用 CO2 氣體保護(hù)焊進(jìn)行焊接，但焊接過程中會產(chǎn)生一些焊接缺陷，我們需要采取一些措施，盡量避免缺陷的產(chǎn)生，使其更好地滿足生產(chǎn)需要。 圖 42 坡口形式 定位焊縫 控制焊接變形此矩形管由于其外形屬于細(xì)長桿類，因此焊接變形極難控制。先將新灌氣瓶倒立靜置 1~2h，然后打開閥門把沉積在下部的自由狀態(tài)的水排出，放水結(jié)束后，再將氣瓶放正，在使用前仍須先放氣 2~3min， 放掉氣瓶上面部分可 能含水的氣體。當(dāng)使 用 焊絲焊接時(shí)，焊接速度為 30cm/min，焊接電流小于 280A 時(shí)，隨著焊接電流的增大，飛濺量也增加；但當(dāng)焊接電流超過 280A 時(shí)，在一定范圍內(nèi)，隨著焊接電流的增加飛濺量反而減少，在焊接電流 250~280A區(qū)間內(nèi)，熔滴以滴狀過渡而產(chǎn)生大顆粒飛濺 。當(dāng) CO2 氣體中的水分為 ／ cm179。為了防止這種裂紋的產(chǎn)生，首先在設(shè)計(jì)時(shí)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)