钢焊接性分析及焊接工艺评定.docx
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钢焊接性分析及焊接工艺评定
兰州工业学院
毕业设计(论文)
题目Q235钢的焊接性分析及
焊接工艺评定
系别材料工程学院
专业焊接技术及自动化
班级焊接11-2
姓名
学号
指导教师(职称)
日期2014年3月
外文文献及译文.................................................................................................................28
兰州工业学院
毕业设计(论文)任务书
材料工程系2014届焊接技术及自动化专业
毕业设计(论文)任务书
毕业设计(论文)题目
金属材料焊接工艺评定
课题内容性质
科学研究
课题来源性质
教师收集的结合生产实际的课题
实验
校内(外)指导教师
职称
工作单位及部门
联系方式
王明旭
教授
材料工程院
2867483
一、题目说明(目的和意义):
毕业设计是本专业教学过程的最后一个重要环节,也是培养学生分析问题和解决问题能力的主要方法,通过毕业设计,要求学生全面综合运用所学基本理论,基本技能和生产实践知识;学习系统地综合运用所学的知识和技能解决实际工程问题的本领,巩固和加深对所学知识的理解,并且通过毕业设计的实践扩大和补充知识,使认识提高到一个新的水平。
通过毕业设计的实践,培养调查研究的习惯和工作能力,练习查阅资料和有关标准,查阅工具书或参考书,合理选择实验方法、实验设备,正确操作、分析,并能以实验分析过程和毕业论文表达设计的思想和结果。
通过毕业设计,不但要提高解决具体问题的独立工作能力,而且应建立正确的设计和科研思想,加强思想性,牢固树立实事求是和严肃认真的工作态度。
二、设计(论文)要求(工作量、内容):
1、总要求:
要求每个学生根据给定的毕业设计题目独立完成焊材制备,焊接材料、方法及设备的选择,焊接操作,金相试样的制备、腐蚀、观察与图片收集,焊缝形状、质量、力学性能的测试等实验工作量,根据文献及相关的理论知识对实验结果进行分析总结,并得出结论,根据结论可进行相应的补充实验,完成毕业设计论文一份,毕业设计完成后进行答辩。
2、给定的条件和要求:
实验设备类型、种类齐全;实验药品齐全;查阅文献,明确毕业设计的意义及目的;严格按照标准及操作规程进行实验。
3、确定总体方案:
分析国内外金属材料焊接的发展和趋势,了解毕业设计任务书给定的条件和用途,可到工厂进行调研、了解焊接结构制造的经验,进行毕业设计可行性分析和论证,最后确定总体方案,并编制技术路线图。
注:
技术路线图在论文中要以图表形式出现。
4、具体要求:
(1)明确所用金属材料的分类及应用。
(2)明确所用金属材料的化学成分、力学性能、显微组织等。
(3)分析所用金属材料的焊接性。
各种裂纹、脆化及软化产生的可能性,
(4)明确所用金属材料的焊接工艺要点。
1)焊接方法及设备
确定与母材相对应的焊接方法种类及选择依据
根据母材的种类(碳钢、合金钢、不锈钢、有色金属等)选择相应的焊接方法(焊条电弧焊、埋弧焊、CO2气体保护焊、熔化极氩弧焊、TIG焊等)。
明确所选焊接方法的原理、特点及应用
明确与焊接方法对应的焊接设备的特点、设备组成及作用
根据焊接方法选择相应型号的焊接设备并记录设备型号,并对焊接设备能进行较熟练的操作,对同一种类的焊接设备可采用不同型号进行试焊,对焊缝成形的结果进行比较以确定最佳的焊接设备。
2)焊接参数的选择
明确焊接参数对该材料焊接后形成的焊缝的影响,焊接参数主要包括焊接电流、电弧电压、焊接速度、焊接电流的种类及极性、焊条及焊丝直径、焊丝伸出长度等。
明确焊接参数的选择方法及依据
a.接头的钢材种类与板厚。
b.焊缝的种类(纵缝、环缝)和焊缝的位置(平焊、横焊、立焊)。
c.接头的形式(对接、角接、搭接)和坡口的形式(Y形X形U形坡口等)。
d.焊条或焊丝的种类、型号及直径
e.保护气体(CO2、Ar等)
焊接热输入(选择依据)
预热和焊后热处理(如何选择)
3)焊接材料的选择
阐述焊接材料的选择原则
该题目中对应焊接材料的组成、性质及要求
根据题目中规定母材的种类(碳钢、合金钢、不锈钢、有色金属等)选择相应的焊接材料(焊条、焊丝、焊剂、保护气体等)。
4)阐述可能出现的缺陷及防止措施
焊接缺陷如气孔、裂纹、咬边、未熔合等
(5)根据选择的焊接工艺参数施焊
1)材料准备:
母材及焊接材料的采购
母材的尺寸确定、坡口设计、画线、下料等(参考国标)
母材的焊前清理、打磨
焊缝位置的选择(尽可能平焊)
焊接材料的处理
焊条要进行烘干等。
2)做好安全防护工作,严格按照操作规程施焊。
3)待焊缝冷却后对焊缝的成形做出相应的评价,并对焊接参数值及对应的结果进行记录。
4)变化焊接参数,继续施焊、记录,直到焊缝形状达到要求为止。
(6)通过实验,将几次的焊接参数进行对比
1)金相试样的制备及观察
待试样完全冷却后选择焊缝的相应位置截取试样,将毛边磨去做好金相试样制备的准备;
熟练掌握金相制备的方法,能够熟练操作金相磨制设备,配置相应的腐蚀液,掌握金相腐蚀的技巧;
熟练操作金相显微镜,能够借助金相显微镜判断金相试样的磨制、腐蚀程度,并能运用金相显微镜
拍摄金相照片,并能进行相应的分析。
2)力学性能测试
能够根据国家标准制定试样尺寸,可对试样进行硬度测量,其中按同一种方法焊接出来的焊缝的试样数量为3个,取平均值。
(7)实验结果分析
根据以上实验过程结果进行判断、分析,能够判断出金相组织的种类、力学性能的好坏,并分析可能的影响因素,得出最佳的焊接参数
(8)编制焊接工艺设计书(焊前)、焊接工艺评定报告(焊后)、加工工艺过程卡(焊后)
要求按正规的焊接工艺设计书、焊接工艺评定报告及加工工艺过程卡的格式进行编制,共3份,装订在毕业设计论文内容的相应位置。
(9)毕业论文一份,外文翻译一篇,幅面大小为A4,全部由计算机打印。
5、撰写毕业设计论文
包括内容:
封面、任务书、摘要、目录、论文正文、总结论、致谢、参考文献、英文翻译(原文+中文翻译)等。
应阐述整个毕业设计内容,要突出重点和特色,图文并茂,文字通畅。
毕业论文的页数不少于20页(20页内不含英文翻译,幅面大小为A4,全部由计算机打印)。
6、试样的要求:
实验试样要符合相应国家标准。
7、论文撰写格式、装订顺序及要求依毕业设计(论文)规范。
三、进度表
日期
内容
1周
3.5周
1.5周
毕业设计共6周,安排如下:
1、文献查阅及方案论证1周
(1)调查研究、搜集和查阅资料(0.5周)
(2)总体设计方案的拟定和论证(0.5周)
2、实验过程3.5周
(1)实验前期准备(0.5周)
(2)试样制备(0.5周)
(3)实验操作、实验记录(2周)
(6)结果分析并得出结论(0.5周)
3、撰写毕业设计论文1.5周
完成日期
2014.1.17
答辩日期
2014.3.3~2014.3.14
四、主要参考文献、资料、设备和实习地点及翻译工作量:
[1]王宗杰.熔焊方法及设备.北京:
机械工业出版社,2007年11月.
[2]英若采.熔焊原理及金属材料焊接.北京:
机械工业出版社,2009年12月.
[3]邓洪军.焊接结构生产.北京:
机械工业出版社,2012年1月.
[4]英若采.熔焊原理及金属材料焊接.北京:
机械工业出版社,2009年12月.
[5]刘世荣.金属学与热处理.北京:
机械工业出版社,1997年6月.
[6]丁德全.金属工艺学.北京:
机械工业出版社,2008年4月.
[7]杨应龙.17MnNiVNbRe钢焊接性能研究.压力容器,1997,4.
[8]胡义祥.金相检验实用技术.北京:
机械工业出版社,2012年6月.
[9]机械工业理化检测人员技术培训和资格鉴定委员会.金相检验.北京:
中国计量出版社,2011年3月.
[10]杨立军.材料连接设备及工艺.北京:
机械工业出版社,2009年1月.
[11]宗培言.焊接结构制造技术与装备.北京:
机械工业出版社,2010年1月.
[12]周浩僧.焊接结构生产及装备.北京:
机械工业出版社,2008年8月.
[13]贾安东.焊接结构与生产.北京:
机械工业出版社,2010年1月.
[14]熊腊森.焊接工程基础.北京:
机械工业出版社,2011年7月.
[15]张文钺.焊接冶金学.北京:
机械工业出版社,2008年6月.
[16]李亚江.焊接冶金学——材料焊接性.北京:
机械工业出版社,2010年10月.
[17]方洪渊.焊接结构.北京:
机械工业出版社,2010年9月.
[18]陈裕川.焊接工艺设计与实例分析.北京:
机械工业出版社,2010年1月.
[19]伍玉娇.金属材料学.北京:
北京大学出版社,2011年8月.
[20]付华,张光磊.材料性能学.北京:
北京大学出版社,2010年9月.
[21]覃耀春.金属学与热处理.北京:
机械工业出版社,2011年6月.
[22]胡义祥.周玉.北京:
机械工业出版社,2011年6月.
指导教师签字
教研室主任签字
主管系领导签字
年月日
年月日
年月日
注:
本任务书要求一式两份,一份系部留存,一份报教务处实践教学科。
摘要
Q235低碳钢在现代工业上应用十分广泛,本文主要针对Q235低碳钢板材的焊接工艺进行设计,通过经济和操作性两个方面的考虑,选用手工电弧焊进行焊接,焊接后变形小,缺陷少,焊接质量良好,当然最重要的是焊接工艺参数设计正确。
本实验选用J422焊条在10mm厚的Q235钢板上以不同焊接电流80A、120A和160A下进行焊接,焊接层数为两层。
试验结果表明:
随焊接电流变大,焊接的引弧性、稳定性、脱渣性及焊缝成形都逐渐变好。
此外观查到的组织随焊接电流的变大,焊缝区、熔合区、和热影响区组织晶粒逐渐粗化。
通过实验得出焊接电流在120A下Q235钢具有较高的可塑性,焊接过程中不易产生裂纹,焊接性较好,总的来说设计思路正确,构思明确。
关键词:
低碳钢;手工电弧焊;焊接接头;焊接质量
Abstract
Q235iswidelyusedinlowcarbonsteelinmodernindustry,thispapermainlydesignedfortheweldingprocessofQ235lowcarbonsteelplate,thetwoeconomicandoperationalconsiderations,themanualarcwelding,weldingdeformationsmall,lessdefects,weldingqualityisgood,ofcourse,themostimportantisthedesignofweldingparameterscorrectly.TheselectionofJ422electrodeinQ235thick10mmsteelplateindifferentweldingcurrent80A,120Aand160Awelding,weldinglayeristwo.Thetestresultsshowthat:
withtheweldingcurrentincreases,arcstability,weld,detachabilityandgraduallybecomegoodwelding.Thisappearancechecktotheorganizationwiththeweldingcurrentincreases,theweldzone,thefusionzoneandheataffectedzone,microstructuregraduallycoarsening.Theweldingcurrentin120AplasticityofQ235steelhashigh,noteasytocrackintheweldingprocess,theweldingisgood,ingeneraltherightdesignideas,ideasclearly.
Keywords:
lowcarbonsteel; manualarcwelding;weldedjoints; weldingquality
第一章绪论
1.1碳钢简述
在钢铁领域,最早泛用的是碳素钢(简称碳钢),碳素钢是指含铁,碳和为了生产技术所需要的正常数量的硅[w(si)<0.5%],锰[w(mn)<0.8%]以及不可避免的磷和硫等杂质元素的钢。
碳素结构钢在1988年以前称为普通碳素结构钢,并分类为甲类钢;乙类钢;特类钢三类。
GB/T700-188国家标准制定时,分等级采用国际标准ISO630:
1980«结构钢»,对普通碳素结构钢体系进行了改革,以钢的屈服强度表示钢的牌号,并按钢中磷,硫含量高低分质量等级改名为碳素结构钢,标准中有Q195,Q215,Q235,Q255,Q275共五个牌号,牌号中字母Q代表钢的屈服强度,其后数值代表了钢的强度值(mpa)。
碳钢按碳量划分为:
1)低碳钢0.0218%<C<0.25%主要用在冷加工和焊接机构。
2)中碳钢0.25%≤C≤0.60%主要用于强度较高的构件和机器零件,根据钢的焊接性分析及焊接工艺评定不同强度进行淬火和回火处理。
3)高碳钢0.6%<C<2.11%主要用来制造弹簧,工具及耐磨损构件,此类钢一般不做为焊接结构用钢。
碳素结构钢-普板是一种钢材的材质,在板材里,是最普通的材质,属普板系列。
过去的一种叫法为:
A3。
执行标准:
外部标准为:
GB709,内部标准为:
GB3274-88
由于低碳钢含碳量低,锰、硅含量也少,所以,通常情况下不会因焊接而产生严重硬化组织或淬火组织。
低碳钢焊后的接头塑性和冲击韧度良好,焊接时,一般不需预热、控制层间温度和后热,焊后也不必采用热处理改善组织,整个焊接过程不必采取特殊的工艺措施,焊接性优良。
但在少数情况下,焊接时也会出现困难:
1)采用旧冶炼方法生产的转炉钢含氮量高,杂质含量多,从而冷脆性大,时效敏感性增加,焊接接头质量降低,焊接性变差。
2)沸腾钢脱氧不完全,含氧量较高,P等杂质分布不均,局部地区含量会超标,时效敏感性及冷脆敏感性大,热裂纹倾向也增大。
3)采用质量不符合要求的焊条,使焊缝金属中的碳、硫含量过高,会导致产生裂纹。
如某厂采用酸性焊条焊接Q235-A钢时,因焊条药皮中锰铁的含碳量过高,会引起焊缝产生热裂纹。
4)某些焊接方法会降低低碳钢焊接接头的质量。
如电渣焊,由于线能量大,会使焊接热影响区的粗晶区晶粒长得十分粗大,引起冲击韧度的严重下降,焊后必需进行细化晶粒的正火处理,以提高冲击韧度。
1.2Q235钢的化学成分分析
Q代表的是这种材质的屈服,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。
Q235A,Q235B,Q235C,Q235D。
这是等级的区分,所代表的,主要是冲击的温度有所不同而已A,B,C,D,所不同的,指的是它们性能中冲击温度的不同。
分别为:
Q235A级,是不做冲击;Q235B级,是20度常温冲击;Q235C级,是0度冲击;Q235D级,是-20度冲击。
在不同的冲击温度,冲击的数值也有所不同,元素含量:
A、B、C、D硫含量依次递减;A和B的磷含量相同,C的磷含量次之,D磷含量最少
Q235分A、B、C、D四级(GB700-88)
Q235A级含C0.14-0.22%Mn0.30~0.65Si≤0.30S≤0.050P≤0.045
Q235B级含C0.12-0.20%Mn0.30~0.670Si≤0.30S≤0.045P≤0.045
Q235C级含C≤0.18%Mn0.35~0.80Si≤0.30S≤0.040P≤0.040
Q235D级含C≤0.17%Mn0.35~0.80Si≤0.35S≤0.040P≤0.035
就其脱氧方法而言,可以采用F,b,z分别表示为沸腾钢、平镇静钢、镇静钢。
沸腾钢是脱氧不完全的钢,塑性和韧性较差。
用这种材料制成的焊接结构,受动力载荷作用时接头容易出现裂缝。
不宜在低温下工作,有时会产生硬化现象。
相比之下,镇静钢质优而匀,塑性和韧性都好。
1.3Q235的机械性能
抗拉强度(σb/MPa):
375-500
伸长率(δ5/%):
≧26(a≦16mm)
≧25(a>16-40mm)
≧24(a>40-60mm)
≧23(a>60-100mm)
≧22(a>100-150mm)
≧21(a>150mm)
其中a为钢材厚度或直径。
1.4本次设计实验技术路线图
第二章Q235钢板的焊接
2.1板材厚度的选择
在设计的过程中办学板材的厚度不能厚,也不能太薄,必须符合现在工业的的大众需求,和现代工业相接轨,所以在这片论文设计中我选用板材厚度为10mm厚的钢板。
2.2焊接材料的选择
电焊条就是在金属丝(即焊芯)表面涂有适当药皮的手工电弧焊用的融化电极。
电焊条的选用原则:
1)考虑工件的物理,力学性能和化学成分
2)考虑工件的工作条件和使用性能
3)考虑工件的复杂成度,刚度大小,焊接坡口和焊接部位等
4)考虑经济性和实用性
根据以上原则,焊接过程中选用J422焊条。
焊条使用前应烘干,酸性焊条烘干温度为15~200℃,保温1-2h,在焊接锅炉,压力容器时,烘干后的焊条必须放在保温筒内,随用随取,焊条冷至室温四小时后,必须重新烘干,焊条重复烘干次数不得超过2次。
2.3焊接方法和焊接设备的选定
低碳钢的焊接性能好,焊接工艺容量大,常用的焊接方法有焊条电弧焊,二氧化碳气体保护焊,埋弧焊及电渣焊等,焊接时依焊件强度等级及工作环境来选择焊接材料。
在选择焊接方法的过程中,不仅要考虑焊接的性能,还要考虑考虑成本价值,焊接的环境及它的可操作性,综上所述,焊接Q235低碳钢手工电弧焊最为适合,现有焊机ZX7-400N直流弧焊机可供试用。
图2-1焊机ZX7-400N
2.4焊焊前准备
2.4.1焊接接头形式及坡口准备
焊条电弧焊时,由于焊件结构形状,厚度不同,以及对质量的要求不同,其接头形式及坡口要求也不相同,采用焊条电弧焊焊接低碳钢时,由于熔深较浅,6mm以上钢板对接,需要开v型坡口,或双v型坡口,坡口边缘的加工方法有:
剪切,刨边,车削,铲削,氧乙炔焰切削,碳弧气刨等方法,应根据母材,焊接接头的质量要求及工厂的加工条件来应用
我们选用的钢板厚度为10mm,为方便焊后检验,我们选用对接的焊接方式,钢板两侧开30°坡口,采用车削的方式完成,如图:
图2-2焊接接头的坡口形式
2.4.2工件共建表面的清理
已加工好的坡口及其边缘两侧不小于10mm范围内的油污,铁锈,水分等杂物应清除干净,直至露出金属光泽。
2.5焊接工艺参数的制定
2.5.1焊条直径
选择焊接直径时,主要考虑焊件厚度,接头形式,焊缝位置,焊缝层数及允许的热输入等,一般在厚壁焊件的封底焊缝,小口径管对接焊缝和薄板的焊接时应采用Ф2.5~Ф3.2mm焊条,其余可采用Ф4~Ф5mm焊条,立焊,仰焊和其他难焊位置焊接时,可采用Ф3.2~Ф4mm的焊条。
对根部不要求完全均匀焊透的不开坡口的角接,T型接头,搭接焊缝和背面清除根部封底焊的对接焊缝,其焊条直径见表2-1所示
表2-1焊条直径
焊件直径
焊条直径
≤4
不超过焊件厚度
4~12
3.0~4.0
>12
≥4.0
根据以上原则,此次设计焊接过程中我们选用焊条直径为Ф3.2mm焊条。
2.5.2焊接电流
焊接电流只要根据焊条直径和焊接位置来选择,在平焊位置焊接时,可根据下列经验公式选用电流
I=Kd
式中:
I-焊接电流(A)d=焊条直径(mm)
K=经验因数通常取30~50
一般情况下增加电流能增加熔深,提高生产率,但电流过易已造成咬边和严重飞溅,因此应根据施工条件确定电流大小。
例如环境温度降低时施焊,热能损失大,需加大电流,T型接头或十字接头传热方向多,施焊时电流应比对接接头时大,焊件厚度大时,电流也应相应增加,反之焊接薄板,在立焊,横焊,仰焊位置施焊,则电流应该相应的减小。
表2-2焊接电流
焊条
牌号
焊接
位置
焊条直径mm
2.0
2.5
3.2
4.0
5.0
6.0
J422
平焊
40-70
65-90
100-140
150-210
200-260
260-320
立焊
仰焊
35-68
50-85
80-130
120-170
150-210
根据以上原则,此次设计焊接过程中我们选用焊接电流分别为80A、120A、160A三种不同电流进行对比焊接。
2.5.3焊接电压
焊接电压对熔深的影响很小,主要影响熔宽,随着焊接电压的增大,熔宽增大,而熔深及余高略有减小,为保证电弧的稳定燃烧及合适的焊缝成型系数,焊接电压与焊接电流保持适当的关系,焊接电流增大时,应适当提高焊接电压,于每一焊接电流对应的焊接电压的变化范围不超过10V
焊接电压除对焊缝成型系数有影响外,还会改变熔敷金属的化学成分。
当焊接电压增加时,焊剂的熔深量增加,熔渣和液化金属的比值增大,过度到熔敷金属中的合金含量所增加
在这里的焊接电压为22-26V。
2.5.4焊接层数
采用焊条电弧焊焊接中厚板是,应采用多层焊,对于低碳钢,焊接层数的多少对接头质量影响不大,但层数过少,每层厚度较大,则会降低焊缝金属的塑性,易产生缺陷,因此一般按下式选择焊接层数
n=∮/d
式中n=焊接层数(取整数值)
∮=焊件厚度(mm)d=焊条直径(mm)
在这里的焊接层数为两层。
图2-3焊缝宏观形貌
2.5.5焊接速度
焊接速度提高时热输入量减少,使熔深、熔宽有所降低,余高也减少。
焊速太快,会造成咬边、未熔合;焊速太慢,会造成漫溢。
焊接速度的高低是焊接生产率高低的重要指标之一。
从提高焊接生产率考虑,措施之一是提高焊速。
要保证给定的焊缝尺寸,则在提高焊接速度时要相应地提高焊接电流和焊接电压,这三个量是相互联系的。
大功率电弧高速焊时,强大的电弧力把熔池金属猛烈地排到尾部,并在那里迅速凝固,熔池金属没有均匀分布在整个焊缝宽度上,形成咬边。
这种现象限制了焊速的提高,采用双丝焊或多弧焊可进一步提高焊速,并可防止上述相象的产生。
同时为了避免焊接速度不同给实验结果带来影响,我们组尽量把速度控制在同一速度内。
2.6焊接及焊后热处理
2.6.1防止裂纹的产生
在焊接应力及其它致脆因素共同作用下,焊接接头中局部地区的金属原子结合力遭到破坏而形成的新界面所产
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- 焊接 分析 工艺 评定