【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 焊前準(zhǔn)備工作 現(xiàn)場(chǎng)施焊操作過(guò)程 觀察母材、接頭的變形情況 圖 焊接技術(shù)線路 觀察金相組織 測(cè)量顯微硬度 試驗(yàn)結(jié)果分析 試驗(yàn)不理想 西華大學(xué)畢業(yè)論文 9 第二章 試驗(yàn)方法及過(guò)程 焊接方法的選擇 對(duì)于同種金相組織類(lèi)型的兩種鋼材，它們的物理性能沒(méi)有太大的差異，它們之間的焊接通常采用的方法是熔焊。而從前面的分析可以得出 Q235 鋼和 16Mn鋼的焊接性很好。為了優(yōu)化它們焊接工藝，得到更合適焊接工藝方案，準(zhǔn)備通過(guò)熔焊中常用 的焊條電弧焊和 CO2 氣體保護(hù)焊進(jìn)行試驗(yàn)。 焊條電弧焊是以手工的方式進(jìn)行操作焊條進(jìn)行焊接的一種電弧焊方法，在熔焊領(lǐng)域也是最基本一種焊接方法，在現(xiàn)在的焊接生產(chǎn)使用過(guò)程中應(yīng)用的最為廣泛。其工作原理如圖 所示。 焊條電弧焊的特點(diǎn) [3]： （ 1） 工藝適應(yīng)性強(qiáng) 可以適用于絕大部分金屬材料的焊接； （ 2） 靈活性好 可針對(duì)不同的焊接位置、接頭形式、焊件厚度； （ 3） 可達(dá)性強(qiáng) 只要焊條能到達(dá)的位置，都可以進(jìn)行焊接操作； （ 4） 易于分散焊接應(yīng)力和控制焊接變形； （ 5） 成本 低 焊條電弧焊的焊接設(shè)備比其他焊接方法低得多。 氣體保護(hù)焊 CO2 氣體保護(hù)焊是利用 CO2 氣體作為保護(hù)氣體，通過(guò)焊槍的噴嘴，沿焊絲周?chē)鷩姵?，從而在電弧周?chē)纬杀Ｗo(hù)層，使電弧和熔池與空氣隔離，避免有害氣體的影響，保證焊接過(guò)程的穩(wěn)定，獲得優(yōu)質(zhì)焊縫。其工作原理圖如 所示。 1— 焊縫 2— 熔渣 3— 熔池 4— 保護(hù)氣體 5— 焊芯 6— 藥皮 7— 熔滴 8— 焊件 圖 焊條電弧焊工作原理示意圖 西華大學(xué)畢業(yè)論文 10 CO2 氣體保護(hù)焊的特點(diǎn) [3]： （ 1） CO 2 氣體保護(hù)焊是一種高效節(jié)能的焊接方法； （ 2）用粗絲時(shí)，大焊接電流，可實(shí)現(xiàn)射滴過(guò)渡； （ 3）用細(xì)絲時(shí)，小焊接電流，可實(shí)現(xiàn)短路過(guò)渡； （ 4）明弧焊接方法， 便于監(jiān)視和控制電弧和熔池，有利于實(shí)現(xiàn)焊接自動(dòng)化； （ 5） CO2 氣體保護(hù)焊焊絲熔化速度快且無(wú)焊渣，所以生產(chǎn)效率高； （ 6） 電弧加熱集中，焊件受熱面積小，可以減小焊接應(yīng)力和變形； （ 7） 具有很強(qiáng)的抗銹和抗裂性能； （ 8） 焊接時(shí)飛濺大，焊縫表面成型差，抗風(fēng)能力差 。 焊接材料的選用 在實(shí)際中，焊接材料的選用一般是考由該焊接結(jié)構(gòu)件的功能和用途考慮的。在通常情況下，異種鋼焊接時(shí)，焊接材料的選用是選擇與母材金相組織相同或相近的金屬， 而且接近異種鋼中合金化程度小的一側(cè)鋼材（即熔敷金屬成分接近 于強(qiáng)度等級(jí)較低一側(cè)鋼材的成分）。與此同時(shí)，要求焊縫的熱強(qiáng)性要等于或者高于母材金屬的熱強(qiáng)性。在異種低合金鋼的焊接過(guò)程中，一般不需要進(jìn)行焊后熱處理。只是在一些特定情況下，焊接材料要選用合金成分介于兩種母材金屬之間的是為了預(yù)防在焊后熱處理或者在使用過(guò)程中出現(xiàn)碳的遷移情況。 碳鋼和低合金鋼之間的異種焊接，保證焊接結(jié)構(gòu)件焊接接頭的常溫力學(xué)性能，對(duì)熱穩(wěn)定鋼保證焊接結(jié)構(gòu)件焊接接頭的高溫力學(xué)性能是選擇焊接材料所注意考慮的。對(duì)于一般情況下的珠光體淬火鋼，如果不需要預(yù)熱，一般選擇奧氏體焊條進(jìn)行焊接，這樣可以有效保證焊縫金屬好的 塑性，防止焊縫組織和熱影響區(qū)出 1— 導(dǎo)電嘴 2— 噴嘴 3— 焊絲 4— 氣體保護(hù)層 5— 電弧 6— 焊縫 7— 焊件 8— 熔池 圖 CO2 氣體保護(hù)焊工作原理示意圖 西華大學(xué)畢業(yè)論文 11 現(xiàn)裂紋 [4]。 焊接的工藝參數(shù) （ 1） 焊條電弧焊 Q235 鋼與 16Mn 鋼焊接時(shí)，根據(jù)熔敷金屬成分接近于強(qiáng)度等級(jí)較低一側(cè)鋼材的成分的依據(jù)，所以是以 Q235 鋼的基本性能和材料焊接接頭性能來(lái)選擇合適的焊條，按等強(qiáng)的匹配原則，選用 E4303。在常溫下進(jìn)行焊接試驗(yàn)，所以一般不進(jìn)行預(yù)熱和焊接熱處理。 Q235 鋼與 16Mn 鋼手工電弧焊的工藝參數(shù)如表 所示。 表 Q235 鋼與 16Mn 鋼手工電弧焊的工藝參數(shù) [5] 板厚/mm 焊條 焊條直徑 /mm 焊接電流 /A 焊接 電壓/V 電源 牌號(hào) 型號(hào) 8+8 J422 E4303 4 120～ 160 26 交、直流（ AC、 DC） （ 2） CO2 氣體保護(hù)焊 焊接 Q235 鋼與 16Mn 鋼也可以采用 CO2 氣體保護(hù)焊，使用 CO2 氣體保護(hù)焊時(shí)遇到的主要問(wèn)題是氧化、飛濺和氣孔，所以我們?cè)诤附舆^(guò)程中應(yīng)該選用含脫氧劑 Si、 Mn、 Ti、 Al較多的焊絲，一般選用 H08 Mn2SiA。 Q235 鋼與 16Mn 鋼 CO2 氣體保護(hù)焊平焊工藝參數(shù)如表 所示。 表 Q235 鋼與 16Mn 鋼 CO2 氣體保護(hù)焊平焊工藝參數(shù) [5] 板厚/mm 接頭形式 間隙/mm 焊絲直徑 /mm 干伸長(zhǎng)/mm 焊接電流 /A 焊接電壓 /V 焊接速度/ )mincm 1??（ 氣體流量/ )m 1?? inL（ 8 對(duì)接， 單面焊 0～ 1 12～ 18 120 20 25 15 160 22 焊接接頭設(shè)計(jì)與選擇 優(yōu)良的接頭設(shè)計(jì)與選擇是防止結(jié)構(gòu)破壞的條件之一。在金屬材料結(jié)構(gòu)件的設(shè)計(jì)中我們優(yōu)先采用的焊接接頭應(yīng)該需要 滿足幾點(diǎn)：接頭的形式避免復(fù)雜化、焊接應(yīng)力盡量減少甚至沒(méi)有集中傾向、焊接過(guò)后不能破壞它的連續(xù)性。在本次試驗(yàn)中焊接接頭采用對(duì)接接頭。 西華大學(xué)畢業(yè)論文 12 對(duì)接接頭是連接處于同一平面的焊件，其特點(diǎn)是傳力效率高，應(yīng)力集中很低，有利于焊透和工藝缺陷的排除，具有很好的綜合性能，是我們?cè)谠O(shè)計(jì)焊接結(jié)構(gòu)件 接頭首先考慮的接頭方式。對(duì)接接頭工作應(yīng)力分布比較均勻，如圖 所示。可以看出應(yīng)力集中發(fā)生在焊趾處。應(yīng)力集中系數(shù)公式： mTK ??max? ，其與焊縫的余高 h、 過(guò)渡角 ? 和焊趾處的過(guò)渡圓弧半徑 r 有關(guān)。可以看出增大 h，減小 r、 ? ，都會(huì)增大應(yīng)力集中。所以我們?cè)谠O(shè)計(jì)對(duì)接接頭時(shí)從這幾方面考慮從而減小應(yīng)力集中 [6]。 因?yàn)楸驹囼?yàn)選擇的母材厚度是 8mm,為了保證焊接接頭能焊透而不易出現(xiàn)工藝缺陷，要進(jìn)行坡口焊縫的設(shè)計(jì)。在設(shè)計(jì)或者選擇坡口焊縫時(shí)，首要原則是它的施焊可達(dá)性，其中主要選擇的是坡口角度、根部間隙、鈍邊 、根部半徑等參數(shù)。根據(jù)實(shí)驗(yàn)實(shí)際情況選擇 V 型坡口設(shè)計(jì)。對(duì)于平板對(duì)接接頭常用的坡口設(shè)計(jì)如圖 所示。 圖 對(duì)接接 頭應(yīng)力分布 6 西華大學(xué)畢業(yè)論文 13 焊接工藝實(shí)驗(yàn) 分別采用焊條電弧焊和 CO2 氣體保護(hù)焊對(duì)兩組 Q235 鋼與 16Mn 鋼進(jìn)行異種鋼焊 接工藝實(shí)驗(yàn)。均采用三層焊，設(shè)計(jì)焊層與焊道分布如圖 所示。 焊條電弧焊工藝實(shí)驗(yàn) （ 1）焊件（試件）： Q235 鋼板 150508mm； 16Mn 鋼 150508mm； V 形坡口 60186。177。5186。；焊件對(duì)組如圖 所示。尺寸參數(shù)如表 所示。 （ 2）焊接材料： E4303（ J422)，規(guī)格為 ， 。焊前烘干 350~400℃ ，保溫 1~2h,隨用隨?。? （ 3）焊件清理：清理坡口面及坡口正反兩側(cè) 20mm 范圍內(nèi)的油污、銹蝕、水分及其他污物，至露出金屬光澤； 321 圖 焊層及焊道分布 西華大學(xué)畢業(yè)論文 14 （ 4）焊接設(shè)備：交、直流弧焊機(jī)（ 型號(hào)為 ZX7400）， 直流正接。圖 所示。焊接工藝參數(shù)如圖表 。 表 焊件對(duì)組尺寸參數(shù) 焊件尺寸（組） /mm 坡口角度 /（ 186。） 組隊(duì)間隙 /mm 鈍邊 /mm 150508 60186。177。 5186。 1~ 表 焊接工藝參數(shù) [7] 焊接層次 名稱 焊條直徑 /mm 焊接電流 /A 運(yùn)條角度 /（ 186。） 焊條運(yùn)動(dòng)方式 1 打底焊 100~115 45~50 斷弧，一點(diǎn)式運(yùn)條 2 填充焊 140~145 75~85 連弧，鋸齒形 3 蓋面焊 4 160~165 80~85 連弧，鋸齒形 （ 1） 打底層焊接：將焊條末端對(duì)準(zhǔn)焊縫后開(kāi)始引弧，等電弧穩(wěn)定后開(kāi)始焊接操作。將電弧下壓，同時(shí)做小幅度橫向運(yùn)動(dòng)，聽(tīng)到“噗噗”聲，當(dāng)看到坡口開(kāi)始熔化形成第一個(gè)熔池后斷弧。斷弧的位置要在焊點(diǎn)坡口一側(cè)避免斷弧在坡口中心而產(chǎn)生氣孔。待熔池液態(tài)金屬逐漸變暗，剩下中心部位亮點(diǎn)時(shí)繼續(xù)進(jìn)行焊接。就這 樣操作，采取斷弧焊將打底層完成。 （ 2） 填充層焊接：焊接前清除焊縫的熔渣和飛濺，同時(shí)將焊縫接頭過(guò)高處進(jìn)行打磨平整。在焊接過(guò)程中為了得到優(yōu)質(zhì)的焊縫，就要遵循坡口兩側(cè)慢、中間快的口訣，保持平穩(wěn)運(yùn)動(dòng)，保持焊接速度一直，盡量保持熔敷金屬高度平衡。 （ 3） 蓋面層的焊接：這一層的焊接要使焊接電流小一些，運(yùn)條方式保持鋸齒形。擺動(dòng)要均勻，熔合好坡口兩側(cè)的棱邊。為了使焊縫表面形成美觀的魚(yú)鱗紋，就要在焊條擺動(dòng)到坡口輪廓線處慢一下，以避免產(chǎn)生坡口邊沿熔合質(zhì)量差 或者咬邊等缺陷 [5]。 西華大學(xué)畢業(yè)論文 15 CO2 氣體保護(hù)焊工藝實(shí)驗(yàn) （ 1） 焊件（試件）： Q235 鋼板 150508mm； 16Mn 鋼 150508mm； V形坡口 60186。177。 5186。；焊件對(duì)組尺寸參數(shù)如表 所示。 （ 2） 焊接材料：焊絲 H08Mn2SiA，規(guī)格為 。其規(guī)格如表 所示。 （ 3） 焊件清理：清理坡口面及坡口正反兩側(cè) 20mm 范圍內(nèi)的油污、銹蝕、水分及其他污物，至露出金屬光澤； （ 4） 焊接設(shè)備： CO2 氣體保護(hù)焊機(jī)選用的特性為直流平外特性電源，圖 所示。在焊接前對(duì)電源、電源、送絲機(jī)構(gòu)、焊槍、氣瓶和減壓流量調(diào)節(jié)器等進(jìn)行檢查并調(diào)節(jié)到需要值。在焊接前要檢查并清理噴嘴和導(dǎo)電嘴上的飛濺，同時(shí)給噴嘴上涂抹適量的硅油 [8]。焊接工藝參數(shù)如表 所示。 表 焊接材料規(guī)格 母材鋼號(hào) 焊接材料 保護(hù)氣類(lèi)型 要求 焊絲鋼號(hào) 焊絲規(guī)格 Q235 和16Mn H08Mn2SiA Ar+50%CO2 焊絲必須具有質(zhì)量合格證明書(shū)，并且包裝無(wú)破損。 Ar 氣體的純度 ≥ %。 CO2 氣體的純度 ≥ % 圖 ZX7400 型 逆變弧焊機(jī) 西華大學(xué)畢業(yè)論文 16 表 焊 件 對(duì)組 尺寸 參 數(shù)