疲劳焊缝的焊接工艺研究上课讲义.ppt
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1、1 1疲劳焊缝的焊接工艺研究2 2接头形式坡口准备坡口准备定位焊第四部分第四部分 焊前准备焊前准备第五部分第五部分工艺参数的选择工艺参数的选择焊丝直径的选择焊接工艺参数的确定焊接工艺参数的确定第六部分第六部分焊接方法焊接方法第七部分第七部分结论结论3 3车底架简介u内燃机车机车内燃机车机车整车构造整车构造车底架司机室辅助室主发室柴油机散热室转向架转向架转向架转向架散热器u车底架就是由各种纵向和横向钢梁组成的长方形构架。它承托着车体,是车体的基础。车底架承受上部车体及装载物的全部重量,并通过上、下心盘将重量传给走行部。在列车运行时,它还承受机车牵引力和列车运行中所引起的各种冲击力及其他外力。所以
2、,它必须具有足够的强度和刚度,才能坚固耐用。4 4一一 问题提出问题提出图1机车车底架示意图u机车整体结构采用外走廊方式,车底架主要结构为由中部油箱和两个端部(端部一和端部二)三段拼接而成,如图1所示,从图中可以看出,车架三段拼接时,油箱和端部箱型梁的上下盖板为主要传递和承载力的部位。u经过设计的模拟仿真计算,该处拼接位置的焊缝为疲劳焊缝,该焊缝的焊接质量等级为CPB,检验等级为CT1,(这是最高等级的焊缝)该焊缝焊后须经100超声波探伤检测和磁粉探伤检测,只有在探伤检测合格后才可进行下工序的组焊,否则需要进行返工处理,直至返修合格,这样会在很大程度上影响生产节点,所以该焊缝质量的好坏直接影响
3、到该型机车日产一台的生产节点,成为制约车间正常生产的瓶颈之一。5 5u2.1 中部油箱和两个端部下盖板对接焊缝为疲劳焊缝,其材质均为Q460C,焊接的具体要求如下:二二 设计及工艺要求设计及工艺要求1.咬边深度小于咬边深度小于0.5mm;f.焊缝边缘无溶渣、飞溅焊缝边缘无溶渣、飞溅3.不允许有表面气孔不允许有表面气孔;4.焊缝表面不许有焊缝表面不许有凹坑、间断凹坑、间断;2.不许有裂纹、烧穿不许有裂纹、烧穿;5.所有焊缝符合图所有焊缝符合图纸要求纸要求u2.2 焊缝要求全焊透,焊后进行UT和MT检测6 6u3.1 母材的基本性能母材的基本性能三三 母材、填充材料及焊接设备的选用及焊接性能分析母
4、材、填充材料及焊接设备的选用及焊接性能分析类别牌号化学成分(%)低合金高强度结构钢Q460CCMnVAlPSTiNbSiCrNi0.201.001.700.020.200.0150.0350.0350.020.200.0150.060 0.550.700.70 3.1.1端部与油箱上下盖板材料均为端部与油箱上下盖板材料均为Q460C,化学成分如表,化学成分如表1所示所示:表1Q460C的化学成分(GB/T1591-1994)7 7u3.1 母材的基本性能母材的基本性能三三 母材、填充材料及焊接设备的选用及焊接性能分析母材、填充材料及焊接设备的选用及焊接性能分析 3.1.2端部与油箱上下盖板材料
5、均为端部与油箱上下盖板材料均为Q460C,力学性能如表,力学性能如表2所示所示:表2Q460C的力学性能(GB/T1591-1994)类别牌号力学性能低合金高强度结构钢 Q460C s(MPa)b(MPa)5(%)AKV(-40)(J)440520-72015278 8u3.2填充材料的选用填充材料的选用三三 母材、填充材料及焊接设备的选用及焊接性能分析母材、填充材料及焊接设备的选用及焊接性能分析填充材料选用ER50-6焊丝,同时选用HTW-811Ni2 (即E551T1Ni2)药芯焊丝为填充层和盖面,熔敷金属化学成分及力学性能见表3和表4,保护气体选用CO2,气体纯度不低于99.8%.注意焊
6、丝进厂后必须存放在干燥的环境中,不能随便打开焊丝盘的防水包装,以免焊丝锈蚀,使用过程中也要注意防潮,生绣的焊丝不能使用,以免产生气孔等缺陷。9 9u3.2填充材料的选用填充材料的选用三三 母材、填充材料及焊接设备的选用及焊接性能分析母材、填充材料及焊接设备的选用及焊接性能分析金属粉型药芯焊丝与实心焊丝的焊道成形见下图所示:图2 焊道成形示意图 1010三三 母材、填充材料及焊接设备的选用及焊接性能分析母材、填充材料及焊接设备的选用及焊接性能分析u金属粉型药芯焊丝具有以下优点:金属粉型药芯焊丝具有以下优点:1)更高的熔敷速度 1.由于金属粉型焊丝是由薄钢带包裹粉剂组成,电流主要从钢带通过,其电流
7、密度大,熔化速度快;2.焊芯中含有大量的铁粉、铁合金和金属粉,非金属矿物含量很少,因此,它比实心焊丝和熔渣型药芯焊丝具有逢高的熔敷速度。如右图所示为三种焊丝熔敷速度的比较,可见其熔敷速度比前两种焊丝提高10-20%。图3 焊道成形熔敷速度比较示意图1111三三 母材、填充材料及焊接设备的选用及焊接性能分析母材、填充材料及焊接设备的选用及焊接性能分析2)较高的熔敷效率熔敷效率是指熔敷到焊缝金属中的金属质量与所熔化的焊接材料质量的比值,实心焊丝几乎不产生熔渣,仅有少量的飞溅损失和烟尘,故熔敷效率最高,一般在90-98%之间,熔渣型药芯焊丝一般为80-87%,而简述粉型药芯焊丝产生的渣量少,烟尘和飞
8、溅小,其熔敷效率提高,直径为1.2mm的焊丝为91-95%。1212三三 母材、填充材料及焊接设备的选用及焊接性能分析母材、填充材料及焊接设备的选用及焊接性能分析3)熔渣量少熔渣少既可以避免焊接过程中出现夹渣等缺陷,又可减轻每道焊缝的清理工作。同时,熔渣量少的另一个优点是在焊接厚板时可采用窄坡口,减少焊接道次。采用金属粉型药芯焊丝的坡口角度可从手工焊条和一些熔渣型药芯焊丝的60坡口降低到45坡口,填充金属量可减少近30%,这一切都大大减轻了焊接工作量,降低了焊接成本。4)焊接飞溅少由于电弧燃烧稳定,焊接时飞溅量会减少。减轻了焊后清理飞溅的作业,同时提高了钢结构件的焊缝外观成形。1313三三 母
9、材、填充材料及焊接设备的选用及焊接性能分析母材、填充材料及焊接设备的选用及焊接性能分析5)焊缝成形好因其良好的电弧特性及低的烟尘和飞溅量,焊接操作可见度好,便于操作者能更好地控制熔池形状,并得到良好的焊缝形状,避免了实心焊丝采用富氩混合气体焊接时容易出现的“指状熔深”,如右图所示,从而放宽对加工和装配尺寸的精度要求,特别适合于自动焊,可提高焊接效率30%。(a)实芯焊丝:窄熔深,对接头装配尺寸公差要求较高;(b)金属粉型钛型药芯焊丝:宽熔深,对接头装配尺寸公差要求不高图4 实心焊丝与药芯焊丝熔深对比图1414三三 母材、填充材料及焊接设备的选用及焊接性能分析母材、填充材料及焊接设备的选用及焊接
10、性能分析6)焊接烟尘少新研制的金属粉型TWE-811Ni2钛型药芯焊丝的烟尘量已可降低到实心焊丝水平,比熔渣型药芯焊丝CO2气保护的烟尘量要低100-150%。1515u3.3 设备设备的选用的选用三三 母材、填充材料及焊接设备的选用及焊接性能分析母材、填充材料及焊接设备的选用及焊接性能分析根据车间现有的设备,焊机选用CO2气体保护焊机。类型型 号熔敷金属化学成分%力学性能低合金高强度焊丝 ER50-6MnSiCuSPCbs5MPa/%1.40-1.850.80-1.150.500.0350.0250.06-0.1555742831表3ER50-6焊丝熔敷金属化学成分及力学性能(GB/T811
11、0-1995)1616三三 母材、填充材料及焊接设备的选用及焊接性能分析母材、填充材料及焊接设备的选用及焊接性能分析表4 TWE-811Ni2药芯焊丝熔敷金属化学成分及力学性能(GB/T17473-1998)类型型 号熔敷金属化学成分%力学性能低合金钢药芯焊丝 E551T1Ni2MnSiCSPNibs5MPa%1.50.800.120.030.031.752.75550690470191717u3.4焊接性能分析焊接性能分析三三 母材、填充材料及焊接设备的选用及焊接性能分析母材、填充材料及焊接设备的选用及焊接性能分析3.4.1 母材焊接性能分析由于母材的材质为低合金高强度结构钢,因此,用碳当量
12、法分析Q460C的焊接性能。Q460C的碳当量为:WCE=WC+WMn/6+W(Ni+Cu)/15+W(Cr+Mo+V)/5=0.2%+0.21%+0.04%+0.16%=0.61%由于Q460C结构钢的WCE=0.61%0.45%,而钢的碳当量越大,其淬硬倾向也就越大,同时也增大了冷裂的敏感性,所以Q460C焊接时有较明显的淬硬倾向,热影响区容易形成硬而脆的马氏体组织,塑性和韧性下降,冷裂的倾向增大。因此,焊接时需要较小的线能量,焊接线能量过高,会导致热影响区性能降低,同时,为防止产生裂纹,焊接过程应该严格保持低氢条件,焊丝不能受潮,要采取100%CO2保护,而且CO2要干燥,以减少热影响区
13、的韧性下降。1818三三 母材、填充材料及焊接设备的选用及焊接性能分析母材、填充材料及焊接设备的选用及焊接性能分析3.4.2 填充材料的焊接性能分析采用的TWE-811Ni2为全位置焊接的100%CO2气体保护的药芯焊丝,焊接时为防止冷裂纹,焊前须预热50-150,多道焊接时,须保持80-150左右的层间温度,以保持机械性能,热输入控制在25KJ/cm以下,一旦热输入过大,会造成焊接金属机械性能恶化,所以,焊接时需要选用低电流、低热输入的焊接条件。1919u3.5 焊接裂纹的形成焊接裂纹的形成三三 母材、填充材料及焊接设备的选用及焊接性能分析母材、填充材料及焊接设备的选用及焊接性能分析3.4.
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- 关 键 词:
- 疲劳 焊缝 焊接 工艺 研究 上课 讲义
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