Q235鋼板焊接工藝設計說明書

1、焊接1531 王翔 21530104Q235鋼板的焊接工藝設計說明書目錄1 母材的基本數(shù)據(jù)與焊接性11.1 母材的基本數(shù)據(jù)11.1.1 Q235鋼的介紹21.1.2 碳鋼按含碳量的分類21.1.3碳鋼的化學成分21.1.4 Q235鋼的化學成分與基本力學性能31.2 Q235鋼的焊接性41.2.1 碳當量分析41.2.2焊接性分析41.2.3 焊接時存在的問題52 焊接方法的選擇63 焊接工藝73.1 焊前準備73.1.2 工件表面的清理73.1.3 焊條烘干83.2 焊接工藝參數(shù)的制定83.2.1 焊條直徑的選擇83.2.2 焊接電流93.2.3 焊接電壓93.2.4 焊接層數(shù)103.2.5

2、 焊接速度103.2.6 電流極性的選擇113.2.7 反變形114 操作要點及注意事項114.1.1 引弧 焊接前引燃電弧的過程叫做引弧。引弧常用劃檫法和直擊法。114.1.2 運條124.1.3 收尾124.1.4 敲渣125 常見缺陷及解決措施125.1.1 氣孔125.1.2 殘余應力與變形135.1.3 冷裂紋13 1 母材的基本數(shù)據(jù)與焊接性1.1 母材的基本數(shù)據(jù)1.1.1 Q235鋼的介紹Q235鋼又稱A3鋼，是鐵和碳的合金，碳鋼中除了以碳作為合金元素外，還有少量的Mn和Si有益元素，還有少量的S、P等雜質。Q代表的是這種材質的屈服極限，235代表的是屈服值，由于這種材料的含碳適中

3、，綜合性能較好，強度、塑性和焊接等性能得到較好配合，用途最廣泛。1.1.2 碳鋼按含碳量的分類表1 碳鋼按含碳量的分類名稱W（C）%典型硬度用途焊接性低碳鋼0.15HRB60特殊鋼板、薄板、焊絲優(yōu)0.150.25HRB90結構用型材、板材良中碳鋼0.250.6025HRC機械零件和工具中（通常要求預熱和后熱，常采用低氫焊接工藝）高碳鋼0.601.0040HRC彈簧、模具、導軌差（通常要求預熱和后熱，常采用低氫焊接工藝）1.1.3碳鋼的化學成分表2 碳素結構鋼的化學成分表鋼號化學成分（質量分數(shù)%）其他CMnSiCrNi不大于0.30Cu不大于0.20S不大于0.035P不大于0.03508F0.

4、050.110.250.500.030.10350.320.390.500.800.170.370.25450.420.500.500.800.170.370.251.1.4 Q235鋼的化學成分與基本力學性能其化學成分如表3 表3 Q235鋼的化學成分牌號化學成分Q235CSiMnPSNiCrCu不大于Q235A0.060.120.300.250.500.450.0450.30Q235B0.140.220.300.300.650.450.045Q235C0.180.300.300.700.0400.040Q235D0.170.300.350.800.0350.035表4 鋼的基本力學性能牌號

5、力學性能Q235彈性模量E/Gpa抗拉強度b/MPa伸長率A B C D2002103755005/% 由于含碳適中，綜合性能較好，強度、塑性和焊接等性能得到較好配合，用途最廣泛。常軋制成盤條或圓鋼、方鋼、扁鋼、角鋼、工字鋼、槽鋼、窗框鋼等型鋼，中厚鋼板。大量應用于建筑及工程結構。也大量用作對性能要求不太高的機械零件。C、D級鋼還可作某些專 業(yè)用鋼使用。1.2 Q235鋼的焊接性1.2.1 碳當量分析 碳當量越大，被焊材料的淬硬傾向越大，焊接區(qū)域容易產生冷裂紋。是因為碳當量大時在焊接熱影響區(qū)易產生淬硬的馬氏體組織，對裂紋和氫淬敏感。淬硬會形成更多的晶格缺陷，在焊縫中應力和熱力不平衡的

6、條件下，晶格缺陷會稱為裂紋源，增加了焊縫中形成冷裂紋的傾向。碳當量(Ceq)0.400.400.600.60性能淬硬性較小，焊接性好，一般不需預熱。淬硬性較差，焊接性差，一般需預熱。淬硬性及差，焊接很差，焊前必須預熱。Q235A Ceq=C+Mn/6+(Cu+Ni)/15+(Cr+Mo+V)/5 =0.12+0.08+0.04+0.06 =0.3Q235A鋼含碳量適中，綜合力學性能很好焊接性很好，一般焊前不需要預熱，用途最為廣泛。1.2.2焊接性分析 12x150x400的Q235鋼板，Q235鋼板屬于低碳鋼，由于低碳鋼含碳量低，錳、硅含量也少，所以，通常情況下不會因焊接而產生嚴重硬化組織或淬

7、火組織。低碳鋼焊后的接頭塑性和沖擊韌度良好，焊接時，一般不需預熱、控制層間溫度和后熱，焊后也不必采用熱處理改善組織，整個焊接過程不必采取特殊的工藝措施，焊接性優(yōu)良 ?？梢杂肑507、J427等焊條進行焊接。 常用的低碳鋼焊前預熱及焊后回火溫度見表5表5 常用的低碳鋼焊前預熱及焊后回火溫度鋼號材料厚度/mm預熱溫度/熱處理溫度/10、Q235、15、20505010010060065025、20g、20r255060065025100600650 熱處理對Q235鋼焊接殘余應力降低效果明顯。且在熱處理降低焊接殘余應力過程中，溫度和時間存在著一個等效性，即加熱溫度低可以長時間保溫，加熱溫度高可以縮

8、短保溫時間，它們在降低焊接殘余應力的效果上是很接近的。 1.2.3 焊接時存在的問題 雖然這樣，經過熱處理，殘余應力消除了一點，但在高輸入的焊接方法進行焊接，結構件的剛度增大以及在其他的條件下，也會出現(xiàn)各種缺陷，主要有以下幾個方面：1）焊縫的熱裂紋問題。在直邊對接接頭的雙面埋弧焊中，當母材的w（C）超過0.20，w（C）大于0.03，且板厚大于16mm時，往往焊縫的中心線形成熱裂紋。2） 液化裂紋問題。若鋼材冶煉質量低劣，存在明顯的偏析帶，使硫磷等有害物質含量局部偏高；當以高輸入焊接時，焊縫熔合區(qū)在高溫停留的時間較長，如焊接應變速率高于晶體變形能力的贈長速度，就會產生液化裂紋。3） 層狀撕裂問

9、題在焊接厚度大于60mm的碳鋼厚板接頭時，如鋼板的冶煉質量較差，存在較多的非金屬雜雜物，則在焊接應力較高的焊接接頭中，在焊接熱影響區(qū)或靠近熱影響區(qū)部位，有時會形成層狀撕裂。 此外，有些焊接方法會降低低碳鋼焊接接頭的質量，如電渣焊，由于線能量大，焊后焊接熱影響區(qū)的粗晶區(qū)的粒長的十分粗大，引起沖擊韌度的下降，焊后必須細晶強化的熱處理，來提高沖擊韌度。 所以，低碳鋼最適合焊接，焊接性最好，所有的焊接方法都適合低碳鋼焊接。2 焊接方法的選擇 焊接方法必須根據(jù)被焊材料的焊接性、接頭形式、焊接厚度、焊縫空間位置、焊接結構特點及工作等多方面因素考慮后選擇確定。焊接方法的選擇原則是在保證產品質量條件下，優(yōu)先選

10、用的焊接方法。 Q235鋼是焊接性良好的鋼種，所以各種焊接方法都能應用，如手工電弧焊、埋弧焊、二氧化碳氣體保護焊、電渣焊等等，然而焊條電弧焊具有如下優(yōu)點：2焊條電弧焊的優(yōu)點 采用氣體和熔渣聯(lián)合保護 ：焊條電弧焊以外部涂有涂料的焊條作為電極和填充金屬,電弧在焊條的端部和被焊工件表面之間燃燒,涂料在電弧熱的作用下,一方面可以產生氣體保護電弧,另一方面可以產生熔渣覆蓋在熔池表面,防止熔化金屬與周圍氣體的相互作用,熔潭更重要的作用是與熔化金屬產生物理化學反應或填加合金元素,改善焊縫金屬的性能 適應性強： 焊條電弧焊具有工藝靈活,適應性強的特點,適用于各種厚度,各種結構開關及位置的焊接,可以應用于維修及

11、裝配中的短焊縫的焊接,特別是可以用于難以達到的部位的焊接 對焊接接頭的裝配要求較低 ：由于焊接過程中用手工操作控制電弧長度,焊條角度,焊接速度等,因此,對焊接接頭裝配尺寸要求可相對降低,同時還易于通過改變工藝操作來控制焊接變形和改善接頭應力狀況 應用范圍廣 ：焊條電弧焊配用相應的焊條,適合大多數(shù)工業(yè)用碳鋼,合金鋼,不銹鋼,鑄鐵和銅,鋁,鎳及基合金的焊接 焊接設備簡單 焊條電弧焊使用的電焊機結構簡單操作輕便 ,靈活,維修方便。所以Q235鋼最好采用焊接電弧焊進行焊接。3 焊接工藝3.1 焊前準備 焊接前焊件按工藝選擇坡口形式開坡口并清除坡口、焊件對接面及周圍的銹蝕、油污等有害物質避免產生焊接缺陷

12、。同時也要保證焊條的表面清潔、無污物。當環(huán)境溫度低于0或者焊件較厚時一般在100-150下預熱。 3.1.1 坡口設計與加工 我們選用的鋼板厚度為12mm，為方便焊后檢驗，我們選用對接的焊接方式，鋼板兩側開30°坡口，采用氧乙炔氣割的方式完成，如圖：表6表63.1.2 工件表面的清理 對已加工好的坡口及其邊緣兩側不小于10mm范圍內的油污，鐵銹，水分等雜物應清除干凈，直至露出金屬光澤。3.1.3 焊條烘干 為了確保焊接質量，需講焊條提前烘干，一般酸性焊條烘干溫度為70150保溫1.5小時，堿性焊條烘干溫度為300500保溫2小時，溫度太低達不到除水的目的，溫度太高易引起藥皮開裂，所以

13、，烘干次數(shù)一般不能超過2次。 3.2 焊接工藝參數(shù)的制定 3.2.1 焊條直徑的選擇 1 對根部要求均勻焊透的焊縫和背面清跟封底焊的對接焊縫，焊條直徑根據(jù)板厚選擇； 2根據(jù)焊接位置的不同選用焊條，如在立焊、橫焊等等 3不同的焊接接頭選用不同的直徑。對一些散熱條件好的接頭，可以選用一些較粗點的焊條。 4對一些打底焊的焊接中，最好選用3.2mm的焊條，其余的課選用4mm焊條。 焊條直徑的選擇與焊件的厚度息息相關，主要關系如圖表7所示。圖7工件厚度/mm焊條直徑（mm）33.2453.24.0612451256由此可見，我的鋼板選用的是12x150x400，厚度為12mm，應選用直徑為45mm的焊條

14、。 3.2.2 焊接電流 一般情況下增加電流能增加熔深，提高生產率，但電流過大易已造成咬邊和嚴重飛濺，因此應根據(jù)施工條件確定電流大小。例如環(huán)境溫度降低時施焊，熱能損失大，需加大電流，T型接頭或十字接頭傳熱方向多，施焊時電流應比對接接頭時大，焊件厚度大時，電流也應相應增加，反之焊接薄板，在立焊，橫焊，仰焊位置施焊，則電流應該相應的減小。使用J507堿性焊條進行焊接，焊接電流與焊接位置的關系。如圖：表8所示。焊條牌號焊接位置焊條直徑（mm）22.53.24.05.06.0J422平焊45706590100140150210200260260320立焊、仰焊356850858013012017015

15、0210表8 由圖8顯示，選用的焊接電流為100210A之間。3.2.3 焊接電壓 焊接電壓對熔深的影響很小，主要影響熔寬，隨著焊接電壓的增大，熔寬增大，而熔深及余高略有減小，為保證電弧的穩(wěn)定燃燒及合適的焊縫成型系數(shù)，焊接電壓與焊接電流保持適當?shù)年P系，焊接電流增大時，應適當提高焊接電壓。所以12mm的板則最好電壓為3035v 3.2.4 焊接層數(shù) 焊接的層數(shù)根據(jù)板厚來選擇，我選用的板厚為12mm，需要開坡口并采用多層焊或者多道焊，多層焊和多道焊接頭的顯微組織較細，熱影響區(qū)較窄，前一條焊道對后一條焊道起熱處理作用，因此，接頭的延性和韌性都比較好，對于12mm的板，采用3層多層焊。 3.2.5 焊

16、接速度 焊接速度對焊縫內部與外觀的質量都有重要影響，當電流電壓一定時。 焊速過快：熔深、熔寬、余高減小，成凸型或駝峰焊道，焊趾部咬肉。焊速過快時，會使氣體同時焊逢的冷卻速度也會相應加快，因而降低了焊逢金屬的塑性和韌性。并會使焊逢中間出現(xiàn)一條棱，造成成型不良。保護作用受到破壞，易產生氣孔。 焊速過慢：熔池變大，焊道變寬，焊趾部滿溢。焊速慢易排出熔池中的氣體。因過熱造成焊縫金屬組織粗大或燒穿。 所以，焊接的速度要均勻，要與焊接電流，電弧電壓相匹配。 3.2.6 電流極性的選擇 堿性焊條，特別是低氫鈉型焊條、強度級別較高的焊條必須采用直流反接極性焊接。 直流反接具有：焊接電弧穩(wěn)定性好、飛濺極小、磁偏

17、吹小、脫渣容易等優(yōu)勢。所以采用直流反接。 3.2.7 反變形 反變形法就是提前預判焊接變形的方向和大小，在正式焊接之前，以點焊將焊件固定的時候調整好焊件的位置（變形的反方向），使得焊接完成后，焊件通過收縮變形正好達到你的要求。一般在工位中，錘擊法是最常用的反變形法。 4 操作要點及注意事項 4.1.1 引弧 焊接前引燃電弧的過程叫做引弧。引弧常用劃檫法和直擊法。 （1）劃擦法：此法引弧可靠，引弧易掌握，但有劃痕。引弧時在焊接起點前10mm處，引燃后將焊條提起24mm。 （2）直擊法：焊條與工件垂直撞擊，電弧引燃后將其迅速提起24mm，此法引弧不可靠 但無劃痕。   

18、;      選用J507堿性焊條如果選用直擊法易粘，所以最好采用劃檫法。 4.1.2 運條 焊條相對于焊縫所做的各種運動的綜合叫做運條。它包括三種運動即：（1）沿焊條軸向運動。（2）沿焊縫軸向運動（3）沿焊縫徑向擺動。常用運條方式有月牙型，直線型和鋸齒型，根據(jù)焊接位置和板厚我選擇直線型和月牙型。 4.1.3 收尾 在焊條電弧焊中收尾有特殊的要求，收尾不好會產生弧坑，裂紋，氣孔。 常用的收尾方法有：（1）劃圈法-適用厚板。（2）回焊收尾法-適用堿性焊條。 4.1.4 敲渣 保護好眼睛的同時，緩慢將熔渣敲掉。5 常見缺陷及解決措施 5.

19、1.1 氣孔 來源：焊接時常見氣孔有一氧化碳 二氧化碳 氮氣 氫氣 等缺陷。 原因：（1）焊條不良或潮濕； （2）焊件有水分、油污或銹； （3）焊接速度太快； （4）電流太強； （5）電弧長度不適合； （6）焊件厚度大，金屬冷卻過速。 措施： （1）選用適當?shù)暮笚l并注意烘干； （2）焊接前清潔被焊部份； （3）降低焊接速度，使內部氣體容易逸出； （4）使用廠商建議適當電流； （5）調整適當電弧長度等等 5.1.2 殘余應力與變形 焊接過程中焊件中產生的內應力和焊接熱過程引起的焊件的形狀和尺寸變化。焊接過程的不均勻溫度場以及由焊接溫度場消失后的應力和變形稱為殘余焊接應力和變形。 焊接殘余應力對焊件有 6個方面的影響。 對強度的影響。 對剛度的影響。對受壓焊件穩(wěn)定性的影響。 對加工精