Q345鋼的CO2氣體保護焊的工藝研究[1]1

1、洛陽理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文）Q345鋼的CO2氣體保護焊的工藝研究摘 要本文以Q345鋼的CO2氣體保護焊的工藝為例對其進行了分析與研究。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、礦山機械、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)。二氧化碳氣體保護焊目前已發(fā)展成為一種重要的熔焊方法，具有成本低、效率高、操作靈活等特點。廣泛應(yīng)用于汽車、工程機械、造船業(yè)、機車、電梯、鍋爐壓力容器等制造業(yè)，以及各種金屬結(jié)構(gòu)和金屬加工機械的生產(chǎn)。本文首先分析了Q345鋼的焊接性，其次對CO2氣體保護焊特點和工藝的進行了

2、分析，從而確定了Q345鋼的CO2氣體保護焊焊接工藝。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。關(guān)鍵詞：Q345鋼，CO2氣體保護焊，工藝，焊接缺陷I洛陽理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文）TECHNOLOGY OF STUDY Q345 STEEL BY CO2 GASWELDING PROTECTIONABSTRACTIn this paper, Q345 Steel CO2 gas shielded welding process as an example of its analysis and research.Good

3、mechanical properties of Q345 steel, low temperature performance can, plastic and welding of good, used in low pressure vessels, tanks, vehicles, cranes, mining machinery, power plants, bridges and other structures to withstand dynamic load, mechanical parts, building structures, General metal struc

4、ture, use of hot-rolled or normalized condition, the following can be used in -40 cold regions of the various structures. In order to improve efficiency, cost savings, and more use of welding technology.Carbon dioxide gas welding protection has grown to become an important by welding, with low cost,

5、 efficient and flexible operating characteristics. It is widely used in the car engine, shipbuilding, construction machinery.The boiler pressure vessel, such as manufacturing, and all sorts of metal and metal processing machinery production.This paper analyzes the Q345 steel welding, followed by CO2

6、 gas shielded welding on the characteristics and processes are analyzed to determine the Q345 steel CO2 gas shielded welding process. Optimization of processing parameters, not only can reduce the welding process of frequently asked questions, and effectively reduce the appearance of weld defects, a

7、nd can improve production efficiency, saving production cost.KEY WORDS: Q345 steel，CO2 gas shielded welding，technology，defects of weldingII洛陽理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文）目 錄摘 要. ABSTRACT. 目 錄. 前 言.1第1章 Q345鋼及CO2氣體保護焊簡介.31.1 Q345鋼簡介 .31.1.1 Q345鋼的應(yīng)用與分類.31.1.2 Q345化學(xué)成分及力學(xué)性能分析.31.1.3 Q345鋼的焊接特點.41.2 CO2氣體保護焊簡介 . 41.2.1

8、 CO2氣體保護焊發(fā)展史.51.2.2 CO2氣體保護焊特點.61.2.3 CO2氣體保護焊冶金原理.61.2.4 CO2氣體保護焊的熔滴過渡形式.7第2章 CO2 氣體保護焊工藝. 82.1 焊前準(zhǔn)備.82.1.1 坡口設(shè)計.82.1.2 坡口加工方法與原理.92.1.3 定位焊縫.92.2 焊接參數(shù)的選擇.92.2.1 焊絲直徑的選擇 .102.2.2 焊接電流的選擇.102.2.3 電弧電壓的選擇 .112.2.4 焊接速度的選擇.112.2.5 焊絲伸出長度的選擇.112.2.6 電流極性的選擇.122.2.7 氣體流量的選擇.12III洛陽理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文）第3章 Q345鋼在

9、CO2氣體保護焊時常見問題及對策 .133.1 焊接裂紋.133.1.1冷裂紋 .133.1.2 其它裂紋.143.2 氣孔.153.2.1 N2氣孔.163.2.2 H2氣孔.163.2.3 CO氣孔.163.3 焊接飛濺.173.3.1 飛濺產(chǎn)生原因.173.3.2 減少飛濺的方法.17第4章 Q345鋼的CO2氣體保護焊工藝的確定.204.1 矩形管組焊方案的確定 .204.2 焊接工藝.204.2.1 坡口形式.204.2.2 定位焊縫.214.2.3 焊接工藝參數(shù).214.2.4 焊接順序.22 結(jié) 論.23 謝 辭.24 參考文獻.25 外文資料翻譯.27IV洛陽理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（

10、論文）前 言隨著改革開放的突飛猛進和社會主義現(xiàn)代化建設(shè)的日新月異，我們對焊接技術(shù)提出了更高的要求。在上世紀(jì)最后十年間，焊接技術(shù)在我國國民經(jīng)濟建設(shè)各個領(lǐng)域的應(yīng)用在廣度和深度方面均產(chǎn)生了質(zhì)的飛躍，呈現(xiàn)出新的群雄并存，共同繁榮的新格局；焊接機械化自動化水品也不斷提高，具有高參數(shù)，高壽命，大型化，超微細等特征的焊接制品不斷出現(xiàn)，焊接結(jié)構(gòu)設(shè)計革新程度迅速提升；焊接新工藝，新方法投入生產(chǎn)實際，應(yīng)用周期大為縮短；高效優(yōu)質(zhì)焊接材料，焊接設(shè)備系列化和國產(chǎn)化均盤上新臺階。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。在化學(xué)成分上，1

11、6Mn與Q345也不盡相同。更重要的是兩種鋼材按屈服強度的不同而進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合金元素能細化晶粒，提高鋼的韌性，鋼的綜合機械性能得到較大提高。也正因為如此，鋼板的厚度才可以做得更大一些。因此，Q345鋼的綜合機械性能應(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。

12、二氧化碳氣體保護焊是以二氧化碳氣為保護氣體，進行焊接的方法。在應(yīng)用方面操作簡單，適合自動焊和全方位焊接。在焊接時不能有風(fēng)，適合室內(nèi)作業(yè)。 由于它成本低，二氧化碳氣體易生產(chǎn)，廣泛應(yīng)用于各大小企業(yè)。二氧化碳氣體保護電弧焊（簡稱CO2焊）的保護氣體是二氧化碳（有時采用CO2Ar的混合氣體）。由于二氧化碳氣體的熱物理性能的特殊影響，使用常規(guī)焊接電源時，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，1洛陽理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文）飛濺較多。但如采用優(yōu)質(zhì)焊機，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。由于所用保護氣體價格低廉

13、，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。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，需對焊縫正面及反面進行良好的氣體保護。但不宜焊接的金屬低熔點金屬如：鋁、錫、鋅等不能使用CO2氣體保護焊。包括被以上低熔金屬涂覆過的鋼結(jié)構(gòu)焊件。以及CO2氣體保護焊成本低，效率高，操作靈活的優(yōu)點。所以，Q345鋼的CO2氣體保護焊的焊接工藝也顯得尤為重要。2洛陽理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計

14、（論文）第1章 Q345鋼及CO2氣體保護焊簡介1.1 Q345鋼簡介1.1.1 Q345鋼的應(yīng)用與分類Q345鋼是一種優(yōu)質(zhì)的低合金高強鋼（C<0.2%），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。這是等級的區(qū)分，所代表的，主要是沖擊的溫度有所不同而已。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

15、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/T1591-94。1.1.2 Q345化學(xué)成分及力學(xué)性能分析Q345力學(xué)性能分析見表1-1，化學(xué)成分分析見表1-2。表1-1 Q345力學(xué)性能分析表3洛陽理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文）表1-2 Q345化學(xué)成分分析表1.1.3 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 （1-1） 按以上公式計算出材料的碳當(dāng)量為0.3

16、9。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。2Q345鋼在焊接時易出現(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。1.2 CO2氣體保護焊簡介4洛陽理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文）1.2.1 CO2氣體保護焊發(fā)展史CO2氣體保護焊是利用CO2氣體為保護氣體的保護電弧焊，簡稱CO2焊。CO2 = CO12 O2 放熱反應(yīng) （1-2） 上式反應(yīng)有利于對熔池的冷卻作用。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

17、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。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。經(jīng)過多年努力，我國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，取得了長足進步，并可以總結(jié)為三個階段：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，國內(nèi)高校、研究單位及一些廠礦企業(yè)對CO2焊接技術(shù)外于研究、開發(fā)、收集、整理國外焊接技術(shù)，在這一時期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

18、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，引進國外先進焊接技術(shù)和裝備，對大型骨干機械企業(yè)進行技術(shù)改造。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。發(fā)展階段是從90年代初至今的近十年時間，自1992年中國焊接協(xié)會和中國機械工程學(xué)會焊接分會聯(lián)合舉辦“全國CO2氣

19、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。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。如：焊接設(shè)備方面的時代集團公司、天津電焊機廠、5洛陽理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文）唐山松下產(chǎn)業(yè)機器有限公司等；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CO2氣保焊技術(shù)推廣應(yīng)用取得豐碩成果。1.2.2 CO2氣體保護焊特點1優(yōu)點：（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）對油、銹的敏感度較低。（5）焊縫中含氫量

20、少，提高了低合金高強度鋼抗冷裂紋力。（6）電弧可見性好，短路過渡可用于全位置焊接。2缺點：（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。（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，尤其是采用大電流焊接時，電弧的輻射較強，故要特別重視對操作者的勞動保護。（4）設(shè)備比較復(fù)雜，易出現(xiàn)故障，且需要專業(yè)人員負責(zé)維修。1.2.3 CO2氣體保護焊冶金原理在進行焊接時，電弧空間同時存在CO2、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CO2、O2、O原子卻能與液態(tài)金屬發(fā)生如下反應(yīng)：Fe+CO2 FeO+CO（

21、進入大氣中） （1-3） Fe+O FeO (進入熔渣中) （1-4） C+O CO （進入大氣中） （1-5）（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一部分進入渣中，另一部分進入液態(tài)金屬中，這時6洛陽理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文）FeO能夠被液態(tài)金屬中的C所還原，反應(yīng)式為：FeO+C Fe+CO （1-6）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。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 （

22、進入渣中） （1-7）FeO+Mn Fe+MnO （進入渣中） （1-8）反應(yīng)物SiO2、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0.1。（2）氫氣孔問題：焊接時，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保護焊時，由于CO2具有較強的氧化性，在焊縫中不易產(chǎn)生氫氣孔。1.2.4 CO2焊的熔滴過渡形式1短路過渡：細絲（焊絲直徑小于1.2mm），以小電流、低電弧電壓進行焊接。2射滴過渡：中絲（焊絲直徑1.62.4mm），以大電流、高電弧電壓進行焊接。3射流過渡：粗絲（焊絲直徑為2

23、.45mm），以大電流、低電弧電壓進行焊接。7洛陽理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文）第2章 CO2氣體保護焊工藝2.1 焊前準(zhǔn)備焊前準(zhǔn)備工作包括坡口設(shè)計、坡口加工、清理、焊件裝配等。2.1.1 坡口設(shè)計CO2氣體保護焊采用細顆粒過渡時，電弧穿透力較大，熔深較大，容易燒穿焊件，所以對裝配質(zhì)量要求較嚴(yán)格。坡口開得要小一些，鈍邊適當(dāng)大些，對間隙不能超過2mm。如果用直徑1.6mm的焊絲鈍邊可留46mm，坡口角度可減小到45°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，由于拘束應(yīng)力大，這種傾向更

24、大，必須十分注意。CO2氣體保護焊采用短路過渡時熔深淺，不能按細顆粒過渡方法設(shè)計坡口。通常允許較小的鈍邊，甚至可以不留鈍邊。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。如果對接接頭，允許間隙為3mm。要求較高時，裝配間隙應(yīng)小于3mm。采用細顆粒過渡焊接角焊縫時，考慮到熔深大的特點，其焊角尺寸K可以比焊條電弧焊時減少10%20%，見表2-1。因此，可以進一步提高氣體保護焊的效率，減少材料的消耗。2.1.2 坡口加工方法與清理坡口加工方法主要有機械加工、氣割和碳弧氣刨等。CO2氣體保護焊時對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)1020mm范圍

25、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。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。8洛陽理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文）表2-1 不同板厚的焊角尺寸2.1.3 定位焊縫定位焊是為了防止變形和維持預(yù)先的破口而先進行的點固焊。定位焊易生成氣孔和夾渣。也是隨后進行CO2氣體保護焊時產(chǎn)生氣孔和夾渣的主要原因，所以必須認真地焊接定位焊縫。定位焊可采用CO2氣體保護焊和焊條電弧焊。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。定位焊縫的定位也很重要，應(yīng)盡可能的使定位焊縫分布在焊縫的背面。當(dāng)背面

26、難以焊接時，可在正面焊一條短焊縫。焊接時此處就不要再焊了。定位焊縫的長度和間距，應(yīng)根據(jù)焊件厚度決定。薄板的定位焊縫應(yīng)細而短，長度為1550mm，間距為30150mm；中厚板的定位焊縫間距可達100150mm。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1550mm長。使用夾具定位焊時，應(yīng)考慮磁偏吹問題。因此，夾具的材質(zhì)、形狀、位置和焊接方向應(yīng)注意。2.2 焊接參數(shù)的選擇CO2氣體保護焊的焊接參數(shù)較多，主要包括焊絲直徑、焊接電流、電弧電壓、焊接速度、焊絲干伸長度、電流極性和氣體流量等。9洛陽理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文）2.2.1 焊絲直徑的選擇對于鋼板厚度為14mm時，應(yīng)采用直徑為0

27、.61.2mm的焊絲；當(dāng)鋼板厚度大于4mm時，應(yīng)采用直徑大于或等于1.6mm的焊絲。在電流相同時，熔深將隨焊絲直徑的減少而增加；焊絲越細，則焊絲熔化速度越高。焊絲直徑可根據(jù)表2-2選擇。表2-2 焊絲直徑的選擇注：焊絲直徑常用規(guī)格有0.6，0.8，1.0，1.2，1.6mm等。2.2.2 焊接電流的選擇1在保證母材焊透又不致燒穿的原則下，應(yīng)根據(jù)母材厚度，接頭形式焊接位置及焊絲直徑正確選用焊接電流。2焊接電流是確定熔深的主要因素。隨著電流的增加，熔深和熔敷度 都要增加，熔寬也略有增加。3送絲速度越快，焊接電流越大，基本上是正比關(guān)系。 4焊接電流過大時，會造成熔池過大，焊縫成形惡化。 5各種直徑的

28、焊絲常用的焊接電流范圍見表2-4。表2-4 焊接電流選擇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1.0mm時，應(yīng)選用較小的焊接電流。見表2-5。表2-5 立、仰焊接時電流選擇10洛陽理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文）2.2.3 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12V左右。最佳的電弧電壓與電流的大小，位置等因素有關(guān)。可參見表2-6。表2-6 不同焊接時電弧電壓的選擇1隨電弧電壓的增加，熔寬明顯增加，而余高和熔深略有減少，焊縫機械性能有所降低。2電弧電壓過高，會產(chǎn)生焊縫氣孔和增加飛濺。電弧電壓過低，焊絲將插入熔池，電弧不穩(wěn)，影響焊縫形成

29、。2.2.4 焊接速度的選擇1焊接速度過高，會破壞氣體保護效果，焊縫成形不良，焊縫冷卻過快，導(dǎo)致降低焊縫塑性，韌性。焊接速度過低易使焊縫燒穿，形成粗大焊縫組織。2半自動焊接時，焊接速度一般不超過30米/時。2.2.5 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)。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。 3焊絲伸出長度過長時，容易形成未焊透，未熔合，增加飛濺，削弱 保護，形成氣孔；焊絲伸出長度過短時，會妨礙對熔池的觀察，噴嘴易被飛濺堵塞，影響保護形成氣孔。11洛陽理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文）4一般認為焊絲伸出長度為焊絲的1015倍。細絲時（焊絲直徑1.2m

30、m），焊絲伸出長度以815mm為宜，粗絲時，在1525mm之間。 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。2.2.6 電流極性的選擇CO2氣體保護焊主要采用直流反接法。不同極性接法的應(yīng)用范圍及特點見表2-7。表2-7 電流極性的應(yīng)用范圍及特點2.2.7 氣體流量的選擇1氣體流量直接影響氣體保護效果。氣體流量過小時，焊縫易產(chǎn)生氣孔等缺陷 氣體流量過大時，不僅浪費氣體，而且焊縫由于氧化性增強而形成氧化皮，降低焊縫質(zhì)量。2氣體流量應(yīng)根據(jù)焊接電流，焊接速度，焊絲伸出長度，噴嘴直徑，焊接位置等因素考慮。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

31、外焊接及仰焊位置時，應(yīng)采用較大的氣體流量。3當(dāng)焊絲直徑小于或等于1.2mm時，氣體流量一般為615升/分；焊絲直徑大于1.2mm時，氣體流量應(yīng)取1525升/分。12洛陽理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文）第3章 Q345鋼在CO2氣保焊時常見缺陷及對策在實際操作中，由于焊件本身、焊接方式和焊接環(huán)境等因素的影響，在焊接時經(jīng)常會出現(xiàn)一些問題或缺陷。如夾渣、裂紋、氣孔等。3.1 焊接裂紋焊接缺陷是焊接件中最常見的一種嚴(yán)重缺陷。金屬的焊接性中包括了兩大類的問題：一類是焊接引起的材料性能變壞，使焊件失掉了材料原來特有的性能，如不銹鋼焊后失掉其耐蝕性等；另一類是在焊接接頭或其附近的母材內(nèi)產(chǎn)生裂紋和氣孔等缺陷。裂紋影響

32、焊接件的安全使用，是一種非常危險的工藝缺陷。焊接裂紋不僅發(fā)生于焊接過程中，有的還有一定潛伏期，有的則產(chǎn)生于焊后的再次加熱過程中。焊接裂紋根據(jù)其部位、尺寸、形成原因和機理的不同，可以有不同的分類方法。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。Q345鋼的焊接裂紋主要是冷裂紋。3.1.1 冷裂紋Q345鋼的焊接裂紋主要是冷裂紋。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。1定義冷裂紋焊接接頭冷卻到較低溫度時(對于鋼來說在MS溫度，即奧氏體開始轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體的溫度以下)產(chǎn)生的焊接裂紋。最主要、最常見的冷裂紋為延遲裂紋（即在焊后延遲一段時間才發(fā)生的裂紋-因為氫是最活

33、躍的誘發(fā)因素，而氫在金屬中擴散、聚集和誘發(fā)裂紋需要一定的時間）。2產(chǎn)生原因（1） 焊接接頭存在淬硬組織，性能脆化。（2） 擴散氫含量較高，使接頭性能脆化，并聚集在焊接缺陷處形成13洛陽理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文）大量氫分子，造成非常大的局部壓力。（氫是誘發(fā)延遲裂紋的最活躍因素，故有人將延遲裂紋又稱氫致裂紋）。（3）存在較大的焊接拉應(yīng)力。3預(yù)防措施（1）選用堿性焊條，減少焊縫金屬中氫含量、提高焊縫金屬塑性。（2）減少氫來源棗焊材要烘干，接頭要清潔（無油、無銹、無水）。（3）避免產(chǎn)生淬硬組織棗焊前預(yù)熱、焊后緩冷（可以降低焊后冷卻速度）。（4）降低焊接應(yīng)力棗采用合理的工藝規(guī)范，焊后熱處理等。（5）焊后立

34、即進行消氫處理（即加熱到250，保溫26h左右，使焊縫金屬中的擴散氫逸出金屬表面）。3.1.2 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。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)。按其形成過程的特點，又可分為下述三種情況。（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，即沿晶界液層開裂。消除結(jié)晶裂紋的主要冶金措施為通過調(diào)整成分，細化晶粒，嚴(yán)格控制形成低熔點共晶

35、的雜質(zhì)元素等，以達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。（2）液化裂紋 主要產(chǎn)生于焊縫熔合線附近的母材中，有時也產(chǎn)生于多層焊的先施焊的焊道內(nèi)。形成原因是由于在焊接熱的作用下，焊縫熔合線外側(cè)金屬內(nèi)產(chǎn)生沿晶界的局部熔化，以及在隨后冷卻收縮時引起的沿晶界液化層開裂。造成這種裂紋的情況有二：一是材料晶粒邊界有較多的低熔點物質(zhì)；另一種是由于迅速加熱，使某些金屬化合物分解而又來不及擴散，致局部晶界出現(xiàn)一些合金元素的富集甚至達到共晶成分。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14洛陽理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文）用。（3）多邊化

36、裂紋 是在低于固相線溫度下形成的。其特點是沿“多邊形化邊界”分布，與一次結(jié)晶晶界無明顯關(guān)系；易產(chǎn)生于單相奧氏體金屬中。這種現(xiàn)象可解釋為由于焊接的高溫過熱和不平衡的結(jié)晶條件，使晶體內(nèi)形成大量的空位和位錯，在一定的溫度、應(yīng)力作用下排列成亞晶界（多邊形化晶界），當(dāng)此晶界與有害雜質(zhì)富集區(qū)重合時，往往形成微裂紋。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Ni-Cr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。2再熱裂紋 產(chǎn)生于某些低合金高強度鋼、珠光體耐熱鋼、奧氏體不銹鋼以及鎳基合金焊后的再次高溫加熱過程中。其主要原因一般認為當(dāng)焊后再次加熱到 500700時，在熱影

37、響區(qū)的過熱區(qū)內(nèi),由于特殊碳化物析出引起的晶內(nèi)二次強化，一些弱化晶界的微量元素的析出，以及使焊接應(yīng)力松弛時的附加變形集中于晶界，而導(dǎo)致沿晶開裂。因此，這種裂紋具有晶間開裂的特征，并且都發(fā)生在有嚴(yán)重應(yīng)力集中的熱影響區(qū)的粗晶區(qū)內(nèi)。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。3層狀撕裂 主要產(chǎn)生于厚板角焊時，其特征為平行于鋼板表面，沿軋制方向呈階梯形發(fā)展。這種裂紋往往不限于熱影響區(qū)內(nèi)，也可出現(xiàn)在遠離表面的母材中。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在板厚方向造

38、成了很大的焊接應(yīng)力，所以引起層狀撕裂。通常認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。防止這種缺陷，主要應(yīng)在冶金過程中嚴(yán)格控制夾雜物的數(shù)量和分布狀態(tài)。另外，改進接頭設(shè)計和焊接工藝，也有一定的作用。3.2 氣孔CO2氣體保護焊時，在焊縫中形成氣孔的主要原因，一般認為是在焊接熔池中存在著被溶解的N2、CO和H2，在焊縫金屬結(jié)晶的瞬間，由于溶解度突然減小，這些氣體將析出，但當(dāng)這些氣體來不及從熔池逸出時，就15洛陽理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文）會在焊縫中形成氣孔。因此，氣孔分為氮氣孔、氫氣孔和一氧化碳氣孔。3.2.1 N2氣孔氮氣孔經(jīng)常出現(xiàn)在焊縫表面，呈蜂窩狀，或者以彌散形式的

39、微氣孔分布于焊縫金屬中，這些氣孔往往在拋光后檢驗或試水壓試驗時才能被發(fā)現(xiàn)。氮氣來源：一是由于保護效果不良，空氣侵入焊接區(qū)；二是CO2氣體不純。實踐表明，要避免產(chǎn)生氮氣孔，最主要的是應(yīng)增強氣體的保護效果。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。3.2.2 H2氣孔焊接熔池中氫的含量正比于電弧空間中氫氣的含量。電弧區(qū)的H2主要是來自焊絲，焊件表面的油污及鐵銹，以及CO2氣體中的水分。例如，隨著CO2氣體中水分的增加，會提高在焊接區(qū)域內(nèi)氫的分壓，同時也提高H2在焊縫金屬中的含量（見表3-1）。當(dāng)CO2氣體中的水分為1.92gcm³和100g焊縫金屬中的氫含量為

40、4.7mL時，開始出現(xiàn)單個氣孔，如果進一步增加CO2氣體中的水分，則焊縫中的氣孔說量也將增加。多數(shù)國家規(guī)定，焊接用CO2氣體純度不應(yīng)低于99.5%。表3-1 CO2氣體中水分與焊縫金屬含氫量的關(guān)系3.2.3 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。如果在焊縫金屬中Si的含量不少16洛陽理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文）于0.2%時，就可以防止由于產(chǎn)生CO氣體而引起的氣孔，這是因為Si在金屬凝固溫度時能強烈脫氧所致。在大多數(shù)情況下，CO氣孔產(chǎn)生在焊縫內(nèi)部，并沿結(jié)晶方向分布，呈條蟲狀，表面光滑。如果焊絲的脫氧能力很低時，CO氣孔還可能成為表面氣

41、孔。3.3 焊接飛濺3.3.1 飛濺產(chǎn)生原因1由冶金反應(yīng)引起的飛濺這種飛濺主要是CO氣體造成的，由于CO2氣體具有強烈的氧化性, 焊接時熔滴和熔池中的碳元素被氧化生成CO氣體，在電弧高溫作用下，其體積急劇膨脹，逐漸增大的CO氣體壓力最終突破液態(tài)熔滴和熔池表面 的約束，形成爆破，從而產(chǎn)生大量的細顆粒飛濺。2極點壓力引起的飛濺這種飛濺主要取決于電弧的極性，采用正接焊接時，正離子飛向焊絲 末端，機械沖擊力大，造成大顆粒飛濺。3熔滴短路時引起的飛濺發(fā)生短路時，焊絲與熔池間形成液體小橋，由于短路電流的強烈加熱 及電磁收縮力作用，使小橋爆斷而產(chǎn)生細顆粒飛濺。4非軸向熔滴過渡造成的飛濺這種飛濺是在大滴過渡焊

42、接時由于電弧的排斥力所引起的，熔滴形成大顆粒飛濺。5焊接工藝參數(shù)選配不當(dāng)引起的飛濺這種飛濺是由于焊接電流、電弧電壓、電感值等參數(shù)選配不當(dāng)而引起的。3.3.2 減少飛濺的方法1選配合理的焊接工藝參數(shù)（1）選取適當(dāng)?shù)碾娀‰妷涸诤线m的電弧電壓下施焊，飛濺量可減到最17洛陽理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文）小。例如，當(dāng)使用1.2mm焊絲焊接時，若焊接電流為220A，焊接速度為30cm/min，電弧電壓調(diào)到2728V時，可使飛濺量減少。（2）選擇合適的焊接電流在合適的焊接電流下施焊，飛濺最小。當(dāng)使 用1.2mm焊絲焊接時，焊接速度為30cm/min，焊接電流小于280A時，隨著焊接電流的增大，飛濺量也增加；但當(dāng)焊

43、接電流超過280A時，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250280A區(qū)間內(nèi)，熔滴以滴狀過渡而產(chǎn)生大顆粒飛濺。（3）選擇合適的焊接速度，隨著焊接速度加快，飛濺量也增加。（4）選擇合適的焊絲干伸長度當(dāng)焊絲干伸長度過長時，焊絲容易產(chǎn)生 過熱而成段熔斷。合適的焊絲干伸長度應(yīng)為焊絲直徑的1012倍。（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。（6）掌握合適的焊槍角度由于焊槍角度后傾或前傾都會使飛濺增多， 所以焊槍角度應(yīng)選擇適宜。2適當(dāng)控制操作條件及調(diào)整焊接設(shè)備（1）清理焊接部位。施焊前，應(yīng)將焊接部位及其周圍的鐵銹、污物

44、等 清理干凈，以減少飛濺。（2）焊絲進給必須保持穩(wěn)定。焊絲最好使用成盤的焊絲，送絲軟管可 能呈直線狀態(tài)；用干燥的壓縮空氣將軟管內(nèi)的灰塵、臟物等吹除；將粘附在送絲輪溝槽內(nèi)的臟物清除干凈；經(jīng)常檢查導(dǎo)電嘴前端是否粘附飛濺物；檢查導(dǎo)電嘴磨損情況，若磨損嚴(yán)重則應(yīng)及時更換。（3）保證焊機輸入接線及焊接地線連接良好。（4）焊接電纜的長度必須合適，焊接電纜過長，會使飛濺量增加。（5）電源極性采用直流反接，反極性時飛濺量小，電弧穩(wěn)定。（6）盡可能避免在焊接過程中產(chǎn)生磁偏吹。（7）CO2氣體應(yīng)有足夠的純度，焊接用CO2的純度不應(yīng)低于99.5%。 新灌的CO2氣瓶內(nèi)含有水分，直接用于焊接時不但易形成氣孔，而且易形

45、成飛濺，所以氣瓶內(nèi)的水分應(yīng)除去。先將新灌氣瓶倒立靜置12h，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23min，放掉氣瓶上面部分可能含水的氣體。18洛陽理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文）3采用CO2+Ar混合氣體保護焊利用CO2+30%Ar作保護氣體，熔滴 呈細粒過渡，電弧燃燒穩(wěn)定，飛濺量較少，焊縫外形美觀，焊波細勻。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。19洛陽理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文）第4章 Q345鋼的CO2氣體保護焊工藝的確定以Q345矩形管的拼焊工藝為

46、例進行分析。選擇焊接材料時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。Q345這種鋼的焊縫金屬的熱裂紋及冷裂傾向在正常情況下是不大的。因此在焊接Q345這種鋼材時選擇焊接材料的主要依據(jù)是保證焊縫金屬的強度、韌性、塑性等力學(xué)性能與母材相匹配。4.1 矩形管組焊方案的確定為滿足強度需要，此矩形管截面尺寸為300mm× 200mm，板厚3mm，設(shè)計要求扭曲及平行度等偏差1.2mm，制作技術(shù)難度較大。為此，通過調(diào)查研究，最終確定利用板材對稱兩半折彎成槽形半殼，然后再采用CO2氣體保護焊焊接成形的制造工藝，如圖4-1所示。4.2 焊接工藝4.2.1 坡口形式 圖4-1 焊

47、縫位置的確定對稱的兩根槽形半管用大型折彎機壓制成形，按工藝要求加工對接焊坡口，預(yù)留間隙拼接。焊接接頭的設(shè)計在焊接工程中是較薄弱的環(huán)節(jié)。 坡口形式對控制焊縫內(nèi)部質(zhì)量和焊接結(jié)構(gòu)制造質(zhì)量有著很重要的作用。坡口設(shè)計必須考慮母材的熔合比、施焊空間、焊接位置和綜合經(jīng)濟效益等問題。應(yīng)先按下式計算橫向收縮值 B。B =5.1A/+1.27 d （4-1） 式中 A焊縫橫截面積，mm ；板厚,mm ；d焊縫根部間隙, mm。20洛陽理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文）找出 B與 A的關(guān)系后，即可根據(jù)兩者關(guān)系列表分析，處理數(shù)據(jù)，進行優(yōu)化設(shè)計，而后確定矩形管對接焊縫坡口形式 （見圖4-2）。圖4-2 坡口形式4.2.2 定位焊

48、縫控制焊接變形此矩形管由于其外形屬于細長桿類，因此焊接變形極難控制。焊接的主要變形有撓曲（正彎）、側(cè)彎、角變形及扭曲變形等。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，有時不得不割開重焊或整件報廢。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，焊縫熱輸入越大，造成的變形也越大；焊接大長焊縫時，分段比直通焊變形要小

49、；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。4.2.3 焊接工藝參數(shù)焊接規(guī)范通過工藝試驗和工藝分析，確定矩形管對接焊縫采用雙層 CO2氣體保護焊。焊接材料用 H08Mn2SiA，1.2mm焊絲；保護氣體為CO2+30%Ar氣體。第一層焊縫的焊接電流為200250A，第二層為240320A；電弧電壓為2426V。工藝要求是：第一層焊縫必須焊透，保21洛陽理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文）證背面成形良好；焊接電流、電弧電壓、送絲速度和焊接速度等可根據(jù)設(shè)備型號調(diào)節(jié)。4.2.4 焊接順序焊接順序為減少變形，矩形對接焊的焊接順序應(yīng)按以下原則：采取由中間向兩邊分層分段對稱跳焊，產(chǎn)生的焊接變形比直通焊小，有利于應(yīng)力的分散和釋放，避免在焊件中產(chǎn)生復(fù)雜的應(yīng)力。直通擺動焊