Q235低碳钢板材焊接工艺要点(共19页).doc

精选优质文档-倾情为你奉上Q235低碳钢板材焊接工艺【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，Q235钢具有较高的可塑性，因此它的焊接性比较好，焊接过程中不易产生裂纹，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，再到最后的焊后处理和金相检验和硬度测试，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；裂纹；焊接工艺；焊接接头；焊接质量专心-专注-专业目录 第一章 绪论1.碳钢的简述：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。GBT700-188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 0.0218C0.25 主要用在冷加工和焊接机构。2) 中碳钢 0.25C0.60 主要用于强度较高的构件和机器零件，根据不同强度进行淬火和回火处理。3) 高碳钢 0.6C2.11 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。2.Q235低碳钢的发展及应用 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Q235钢含碳适中，综合性能好，强度塑形和焊接等性能能得到较好配合，用途最广泛。常轧制成盘条或圆钢，方钢，扁钢，角钢，工字钢，槽钢，宽框钢等型钢，中厚钢板用于制作钢筋或建造厂房房架，高压输电铁塔，桥梁，车辆，锅炉，容器，船舶等，也可大量用做性能不太高的机械零件。第二章Q235低碳钢板材的焊接：1. Q235低碳钢的化学成份分析：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 C0.140.22% Mn0.300.65 Si0.30 S0.050 P0.045 Q235B级含 C0.120.20% Mn0.300.670 Si0.30 S0.045 P0.045 Q235C级含 C0.18% Mn0.350.80 Si0.30 S0.040 P0.040 Q235D级含 C0.17% Mn0.350.80 Si0.35 S0.040 P0.035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。Q235的机械性能：抗拉强度（bmpa） 375-500伸长率（5）26（a16mm)25(a>16-40mm)24(a>40-60mm)23(a>60-100mm)22(a>100-150mm)21(a>150mm)2板材厚度和焊接材料的的选择及其原因：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8mm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 表2-1所示表2-1 J422焊条的简介焊接牌号国标药皮类型焊接电源主要特点及用途J422E4303钛钙型交直流焊接较重要的低碳钢结构和同强度等级的低合金钢焊芯的作用主要是导电，在焊条端部形成电弧，同时，焊芯靠电弧热融化后冷却形成具有一定成分的融敷金属表2-2低碳钢焊条焊芯电焊条种类所用焊芯低碳钢焊条低碳钢焊芯（H08A）等表2-3焊芯的化学成分牌号CmnSiCrNiMn其他Si pH08A0.100.30-0.600.030.020.30.0300.030表2-4 融敷金属的主要性能焊条牌号熔敷金属化学成分%熔敷金属力学性能J422CMnSi其他bmpasmpas%AKvCJ0.080.470.154838228079表2-5冶金行能焊条牌号药皮类型及渣系熔敷金属主要成分%熔敷金属中气体及杂质含量%熔敷金属力学性能CSiMNOHmKgSPbNm%AkvJJ422钛钙型Tio2-Sio2-Cao0.070.090.100.200.350.600.240.030.060.1025300.0150.0300.020.0304404902030123196氧化物碳酸盐杂质总量抗热裂纹性抗气孔性0.1090.135尚好大电流或焊接含Si,S较高的钢材时气孔敏感性强，对铁锈水分不太敏感焊条使用前应烘干，酸性焊条烘干温度为15200，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BX3-400直流弧焊机可供试用。4. 焊接工艺的制订4.1焊前准备4.1.1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8mm，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2-1焊接接头的破口形式4.1.2工件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4.2焊接工艺参数的制定4.2.1 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2.53.2mm焊条，其余可采用45mm焊条，立焊，仰焊和其他难焊位置焊接时，可采用3.24mm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2-6所示表2-6 焊条直径焊件直径焊条直径4不超过焊件厚度4123.04.0>124.0根据以上原则，此次设计焊接过程中我们选用焊条直径为3.2mm焊条4.2.2 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3050一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2-7 焊接电流焊条牌号焊接位置焊条直径mm2.02.53.24.05.06.0J422平焊40-7065-90100-140150-210200-260260-320立焊 仰焊35-6850-8580-130120-170150-210根据以上原则，此次设计焊接过程中我们选用焊接电流为100-140A4.2.3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22-26V4.2.4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4.2.5焊接速度不做特殊规定，通常焊接速度小于10mh，工件越薄，焊接速度越大焊接速度一般由焊工根据焊缝尺寸和焊条特性自行掌握，4.3焊接及焊后热处理4.3.1防止钢裂纹的措施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生的缝隙，叫做焊接裂纹。它具有尖锐的缺口和大的长宽比的特征。裂纹是危害最严重的焊接缺陷。这主要是因为裂纹两端的缺口效应造成了严重的应力集中，很容易扩展而形成宏观开裂或整体断裂。因此，在焊接生产中，裂纹一般是不允许存在的。所以要严格控制产生裂纹的因素，以保证较好的焊接质量。焊接裂纹的分类1.焊接热裂纹在焊接过程中，焊缝和热影响区金属冷却到固相线附近的高温区产生的焊接裂纹，叫做焊接热裂纹。2. 焊接冷裂纹焊接接头冷却到较低温度下（相对钢来说在Ms温度以下）时产生的裂纹，叫做冷裂纹。3. 消除应力裂纹焊件焊后在一定温度范围再次加热时，由于高温及残余应力的共同作用而产生的晶间裂纹，叫做消除应力裂纹。4. 层状撕裂层状撕裂是指焊接时，在焊接构件中沿钢板轧层形成的呈阶梯状的一种裂纹。Q235低碳钢焊接时，塑形比较好，但操作不当时易产生冷裂纹与焊接热裂纹。4.3.1.1结晶裂纹产生的原因焊缝金属在结晶后期出现开裂，原因来自于两方面：焊缝金属在结晶后期抗裂能力（以伸长率代表）下降和拉伸应变的形成。焊接时金属材料的塑性变化见图2-2图2-2高温时金属材料塑性的变化图2-3 焊接时产生结晶裂纹的条件（Tl液相线温度 Ts固相线温度）结晶裂纹的产生式由于在焊缝凝固后期存在了液态薄膜，并受拉应力的作用的结果当min时不会开裂；=min时处于临界状态；只有min时才会产生裂纹。图2-3 中的曲线1、2、3分别表示上述三种情况。防止结晶裂纹的措施主要从冶金和工艺两方面着手，其中冶金措施更为重要。1）控制焊缝中硫、磷、碳等有害元素的含量。2）调整熔渣的碱度。焊接熔渣的碱度越高，熔池中脱硫、脱氧越完全。3）调整焊接参数已得到抗裂能力较强的焊缝成形系数。4）调整冷却速度。冷速越高变形增长率越大，结晶裂纹倾向也越大。5）调整焊接顺序降低拘束应力。接头刚性越大，焊缝金属冷却收缩时受到的拘束应力也越大。4.3.1.2冷裂纹的防止措施冷裂纹产生的主要因素：一是 钢中含有的磷杂质以Fe2P和Fe3P的形式存在，Fe3P能与铁形成低熔点共晶，聚集于晶界消弱晶粒建的结合力，使钢在低温或常温下变脆，造成冷裂纹；二是 焊接过程中由于化学反应，空气或水的分解等因素，焊缝中溶解了一定量的氢，氢能向焊缝缺陷出流动富集形成氢脆，甚至形成“氢至延迟裂纹”这是冷裂纹中最严重也是最危险的问题；三是 焊缝中存在氮、氧原子或化合物也能使金属变脆，引起冷裂纹；四是 淬火倾向大的钢或厚板刚性大的焊接由于没有采取预热或缓冷的措施，冷却速度快造成较大的内应力和焊接残余应力，这个应力超过了材料所能承受的力就会产生裂纹。4.3.1.3严格控制氢的来源氢是形成冷裂纹的一个重要因素，在形成冷裂纹的过程中的作用于其溶解度和扩散规律有关。由于氢在金属各相中的溶解度不同，其就以过饱和的形式残留于马氏体或贝氏体中，并扩散到应力中或晶格缺陷处结合成分子，形成较高的局部应力，再加上热应力、组织应力的共同作用就可能造成开裂。图2-4 延迟断裂时间与应力的关系氢致裂纹的延迟，氢逐渐向开裂部位扩散集中，结合成分子并形成一定的压力的过程。焊缝中氢的平均浓度越高，则迁移的氢数量越多，迁移速度也越高。综上所述氢是形成冷裂纹以及断裂的重要因素，因此，从焊接材料、焊接方法以及工艺等方面严格控制氢的来源，选用低氢钠型、低氢钾型焊条，严格清理待焊处两侧20mm之内的油污等杂质。对焊丝、焊条、焊剂在干燥条件下使用，焊丝彻底清理表面的油污等杂质，焊条依照工艺保证烘干（在严格的烘干温度与保温时间内）4.3.1.4焊前预热因为Q235低碳钢焊接性能较好，一般不需要做焊前预热，所以在此处不做特别介绍4.3.2焊后热处理焊后进行不同的热处理，可以分别起到起到消除扩散氢、降低和消除残余应力、改善组织或降低硬度等作用。焊后常用的热处理制度有消氢处理、消除应力退火、正火和淬火（或淬火+回火）在焊接过程中，由于加热和冷却的不均匀性，以及构件本身产生拘束或外加拘束，在焊接工作结束后，在构件中总会产生焊接应力。焊接应力在构件中的存在，会降低焊接接头区的实际承载能力，产生塑性变形，严重时，还会导致构件的破坏因为低碳钢的可焊性良好，通常情况下不会因焊接而引起严重硬化组织和淬硬组织，但是如果用在重要的结构件时，要进行焊后热处理，如果经过热处理以后，接头的金相组织会得到改善，提高了焊接接头的塑性、韧性，从而改善了焊接接头的综合机械性能。常用的方法有两种：一是整体高温回火，即把焊件整体放入加热炉内，缓慢加热到一定温度，然后保温一段时间，最后在空气中或炉内冷却。用这种方法可以消除80%-90%的焊接应力。另一种方法是局部高温回火，即只对焊缝及其附近区域进行加热，然后缓慢冷却，降低焊接应力的峰值，使应力分布比较平缓，起到部分消除焊接应力的目的。4.3.3焊接时应注意的要点低碳钢焊接时一般不需采用特殊的工艺措施，但若在寒冷冬季施焊时，焊接接头冷却速度较快，裂纹倾向较大，尤其焊接厚板面焊缝，厚板多层焊角焊角焊缝或焊接多层焊缝中第一道及最后一道，裂纹倾向就更大，为避免裂纹的产生可采取以下措施1）焊前预热，焊接时保持层间温度2）采用低氢型焊接材料3）厚板单层角焊缝不得过小，表面缺陷的补焊应有正常焊缝尺寸，长度不能过短4）适当增加定位焊缝截面和长度，定位焊时要增大焊接电源，降低焊速，必要是还要预热5）焊接要连续，尽量避免中断，尤其多层焊应尽量连续焊完最后一层6）焊后适当注意缓冷，一般不需要消除应力和回火，但Q235B制作的压力容器，板厚大于34mm时，焊前应预热100以上，板厚大于38mm时，要进行消除应力处理，即将焊件均匀地加热到550650保温一段时间后随后均匀地冷却至300400，最后将焊件移出在炉外空冷三焊接质量的检验焊接缺陷在焊缝中位置的不同，可分为外部缺陷与内部缺陷两大类。1.外观检验外部缺陷位于焊缝区的外表面，用肉眼或低倍放大镜即可观察到。焊缝尺寸不符合要求、咬边、焊瘤、弧坑、烧穿、下榻、外部气孔、表面裂纹等。外部缺陷可以用低倍放大镜与焊接检验尺进行检验，焊接尺寸的检验主要检验焊接完成后零件的外形尺寸，焊缝的外形尺寸（焊缝的余高、宽度）表3-1 焊缝目测检验的项目检验项目检验部位质量要求备注清理质量所有焊缝及其边缘无焊渣、飞溅及阻碍检验的附着物几何形状焊缝与母材相连处焊缝完整，不得有焊漏，连接处应圆滑过渡可用焊接检验尺测量焊缝形状和尺寸急剧变化的部位焊缝高低、宽窄及结晶焊波应均匀焊接缺陷1. 整条焊缝和热影响区附近2. 重点检查焊缝的接头部位、收弧部位、几何形状和尺寸突变部位1. 无裂纹、夹渣、焊瘤烧穿等缺陷2. 外部气孔、咬边应符合有关标准规定接头部位易产生焊瘤、咬边等缺陷收弧部位易产生弧坑、裂纹等缺陷伤痕补焊装配拉肋板拆除部位无缺肉及遗留焊疤母材引弧部位无表面气孔、夹渣、裂纹、疏松等缺陷母材机械划伤部位划伤部位不应有明显棱角和沟槽，伤痕深度不超过有关标准规定2.内部检验内部检验通常为无损检验，常用方法有磁粉探伤，渗透探伤，射线探伤和超声波探伤，磁粉探伤是利用处于磁场中的焊接接头表面磁粉具有的特征来检查铁磁性材料表面及附近表面缺陷（如微裂纹等）。渗透探伤是用带有荧光染料（荧光粉）或红色染料（着色法）的渗透剂对焊接缺陷的渗透作用来检查表面微裂纹。射线探伤和超声波探伤是用专门仪器检查焊接接头是否有内部缺陷，如裂纹，未焊透，气孔，夹渣等，上述方法均属于非破坏性实验在现代工业中最常用的一种方法为超声波探伤法，即脉冲发射法超声波探伤，它是利用焊缝中的缺陷与正常组织具有不同的声阻抗和声波在不同声阻抗的异质量上会产生反射的原理来发现缺陷的，所以在这次检验中选用这种方法表3-2 超声波探伤的等级分类检验等级ABC板厚/mm85083008500评定等级I2/3最小121/3最小10最大301/3最小10最大30II3/4最小122/3最小12最大501/2最小10最大30III<最小201/4最小16最大752/3最小12最大50IV超过III级者注：为加工侧母材的板厚，母材板厚不同时，以较薄的板厚为准3.力学性能检验力学性能检验主要为破坏性实验，即将焊接接头按要求加工成试件，进行拉伸，弯曲，冲击等机械性能实验，金相检验，断口耐腐蚀检验等表3-3 接头力学性能实验方法标准名称标准代号主要内容适用范围焊接接头力学性能实验取样法GB/T2649-1989规定了金属材料焊接接头的拉伸，冲击，硬度及点焊剪切等实验的取样方法熔焊及后焊焊接接头焊接接头冲击实验放法GB/T2650-1989规定了金属材料焊接接头的却贝冲击实验方法，以测定实验的冲击实验功熔焊及后焊焊接接头焊接接头拉伸实验方法GB/T2651-1989规定了金属材料焊接接头横向拉伸实验的点焊接头剪切实验方法，以分别测定接头的抗拉强度和拉剪负荷熔焊及压焊对接接头焊缝及熔敷金属拉伸实验方法GB/T2662-1989规定了金属焊接材料焊缝及熔敷金属的拉伸试验方法，以测定某拉伸强度和塑形采用焊条或填充焊丝的熔化焊接焊接接头弯曲及压扁实验方法GB/T2653-1989规定了金属焊接材料横向正弯和背弯实验，横向侧弯实验，纵向正弯及背弯实验，管材压扁实验，以检验接头面上的塑形及显示缺陷熔焊及压焊对接接头焊接接头应变时效敏感性实验方法GB/T2656-1989规定了用却贝冲击实验测定金属材料焊接接头的应变失效敏感性的实验方法熔焊及对接接头四结束语此篇设计的题目为Q235低碳钢板材的焊接工艺，其中大部分的内容都是围绕焊接工艺展开讨论，研究，伴随着穿插一些相关的内容，例如：低碳钢的发展史和它的分类，焊后检验等。总的来说，文章比较完整，构思明确设计Q235低碳钢板材的焊接工艺时，选取了一个标准，即8mm厚的钢板对接焊接，因为这种厚度的钢板在现代工业上的应用比较广泛。全文就讨论Q235低碳钢板材的焊接工艺时，对选定的板材的工艺作出了标准的设定，总的来说，也就是选择了一个具有代表性的东西，设计明确，表达明确经过调研，设计中所选用的手工电弧焊焊接放法在对低碳钢的焊接上，应用十分广泛，也就是设计的过程中选择的焊接方法，焊接设备正确。最后的焊接检验，在设计中选择的内部检验是超声波检验，超声波检验操作方便，结构简单，在检测上应用十分普遍，所以可以说设计正确总的来说这篇设计比较成功，符合现代工业的发展五谢辞毕业设计是我们作为学生在学习阶段的最后一个环节，是对基础知识和专业知识的一个综合应用，是一种综合的在学习、再提高的过程，这一过程对我的学习能力和独立思考及工作能力也是一个培养。在大学的学习过程中，毕业设计是一个重要的环节，是我们步入社会参与工作的一次极好的演示，也是对我们自学能力和解决问题能力的一次考验。在完成毕业设计期间我尽量把毕业设计和实际工作有机的结合起来，实践与理论相结合。这样更有利于自己能力的提高。在完成毕业设计的这段时间里，我的收获很多。完成此次毕业设计让我综合性的把自己三年所学的基础知识和专业知识得到了再次的巩固，更重的是对自身能力的再次提高。在此感谢学校给我们这次将三年所学的知识综合应用的机会，让我们回首三年的点点滴滴。再次诚挚感谢指导老师张老师的精心指导与帮助，我才能很好的完成此次设计。其次感谢在此期间给我帮助与鼓励的同学。在这数日的进行过程中感受很深，除了辛苦之外就是让我明白了，许多东西不能只在外表琢磨，最重要的东西往往在你没有看到的地方，在整个设计中我懂得了许多东西，也培养了我独立工作的能力，树立了对自己工作能力的信心，相信会对今后的学习工作生活有非常重要的影响。而且大大提高了动手的能力，使我充分体会到了在创造过程中探索的艰难和成功时的喜悦。虽然这个设计做的也不太好，但是在设计过程中所学到的东西是这次毕业设计的最大收获和财富，使我终身受益。六参考文献1 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