活性CO2气体保护焊试验研究本科论文

本科学生毕业论文活性 CO2 气体保护焊试验研究系部名称： 材料学院 专业班级： 焊接 B05-62 班 学生姓名： 吴严力 指导教师： 孙浩轩 职 称： 工程师 哈尔滨工业大学二九年六月The Graduation Thesis for Bachelors Degree Experimental Study on the Activated CO2-Gas Shielding Arc Welding黑龙江工程学院本科生毕业论文I摘 要CO2 气体保护焊作为一种高效、节能、低成本的焊接方法，现已被广泛应用到各个焊接领域，其中应用最为广泛的是细实心焊丝小规范下焊接。在小规范下 CO2 气体保护焊的熔滴过渡主要是短路过渡，但由于 CO2 气体本身的性质使得在焊接过程中引起了大量飞溅，同时造成焊后余高过大、焊缝较窄。针对 CO2 气体保护焊的上述不足，开发低飞溅、焊缝成型好的 CO2 气体保护焊新工艺是该领域的热点课题之一。本论文主要通过添加活性剂，用 H08Mn2SiA 焊丝焊接 Q235 钢板的焊接试验，进行了焊接工艺性能、金相组织观察分析以及焊接接头力学性能测试与分析，活化CO2 气体保护焊能减小焊接飞溅、提高焊缝成型效率 。工艺试验结果表明：添加活性剂的 CO2 气体保护焊的焊接飞溅明显减小，并分析了 CO2 焊焊接缺陷和焊接飞溅的形成原因和控制措施；硬度试验表明：焊接时在接头区域形成了铁素体、珠光体和贝氏体的混合组织，造成硬度的提高；拉伸试验表明： s 和 b 均高于焊接母材，低合金钢的拉伸断口出现明显的缩颈和韧窝；弯曲试验表明：焊接接头试样均在熔合区处折断，断面为母材热影响区靠近熔合区部位；冲击试验表明：焊缝金属具有较好的塑性和韧性。关键词：活性剂；CO 2 气体保护焊；焊接缺陷；焊接飞溅；力学性能黑龙江工程学院本科生毕业论文IIABSTRACTAs a high efficiency, saving energy and low consumption method, CO2-gas shielding arc welding has been used in the welding field broadly, especially in the welding of thin welding wire under a small regulation. In the case of small regulation, the main material transfer is a short circuit transfer with many spatters, overlarge reinforcement and narrow welding seam because of the character of CO2 gas. Focusing on the mentioned drawbacks, the exploitation of low spatters, good welding seam confectioning process is one of a hot subjects.This paper is based on a test and an analysis of welding process, a microstructure observation and an analysis of welding joints mechanical through a welding experiment with H08Mn2SiA to add active agent welding wire Q235 steel, the activated CO2-gas shielding arc welding can reduce welding spatter and improve the efficiency of welding shape. The results showed that: the strict matching of the parameters of process has an important impact on the process and quality of welding. Besides, it analyses the reasons and controlling measures of welding spatter why the defects of the welding of CO2 exisit. the tensile experiment showed that s and b are both higher than the base metal welding, the fracture surface of low-alloy steel turns up clear necking and dimples, fracture toughness; And the bending experiments showed that: welded joints samples were broken in the fusion zone, the section for the base metal heat-affected zone near the fusion zone site; the impact experiments showed that: the welding metal has better plasticity and toughness; the hardness experiments showed that: At the welding joints formed a regional ferrite, pearlite and bainitic mixed organizations, it results in the improvement of hardness.Keywords: Active Agent; CO2 Arc Welding; Welding Defects; Welding Spatter; Mechanical Properties黑龙江工程学院本科生毕业论文目 录摘要 .IABSTRACT.II第一章 绪论 .11.1 焊接概述 11.2 焊接方法分类及特点 21.3 CO2 气体保护焊原理及分类 31.4 CO2 气体保护焊国内外发展现状 41.4.1 焊接电源方面 .41.4.2 焊接材料方面 .41.5 活性剂焊接技术的研究进展 51.5.1 A-TIG 焊 .51.5.2 活性铅焊 .71.5.3 活性电子束焊 .81.5.4 活性聚焦光束焊 .81.6 活性焊接在国内外的发展与展望 91.7 本论文的主要内容 9第二章 CO2 焊试验设备及测试方法 .102.1 试验设备 102.1.1 活性 CO2 焊设备 .102.1.2 焊丝加工设备 .102.1.3 气粉混合枪 .112.2 试验材料 122.3 试验过程 142.3.1 试验工艺参数 .142.3.2 焊前准备及操作 .142.3.3 试验步骤 .142.4 焊接检测方法 15黑龙江工程学院本科生毕业论文2.4.1 金相检验 .152.4.2 硬度试验 .162.4.3 拉伸试验 .162.4.4 弯曲试验 .162.4.5 冲击试验 .172.5 本章小结 17第三章 活性 CO2 焊工艺试验 .183.1 试验结果及分析 183.1.1 焊接飞溅及防止措施 .183.1.2 活性剂对焊缝成形的影响 .203.1.3 工艺参数对焊缝成型及质量的影响 .213.2 焊接缺陷及防止措施 233.3 本章小结 24第四章 焊接接头力学性能测试及结果分析 .254.1 焊接接头硬度试验结果分析 254.2 焊接接头拉伸试验结果分析 264.3 焊接接头弯曲试验结果分析 274.4 焊接接头冲击试验结果分析 284.5 本章小结 29结论 .30参考文献 .31致谢 .33黑龙江工程学院本科生毕业论文1第一章 绪 论活性CO 2气体保护焊就是通过对普通CO 2气体保护焊的设备改进，将活性剂材料加入到焊接电弧中，使活性材料参与电弧的燃烧、溶滴的过渡和焊缝成型过程，从而优化焊接工艺、改善焊接工艺性能。同时可以通过调整活性剂的特性获得多种焊接工艺性能，包括极低的飞溅率和良好的焊缝成型性能。同时通过调整活性剂成分，例如加入一些合金粉末，则可获得适宜的熔敷金属合金系统。CO2气体保护焊是上个世纪50年代由英国首先发明并推广发展起来的一种高效焊接技术，由于其生产率高，并具有焊接成本低、能耗低、适用范围广、抗锈能力强以及焊后不需清渣等优点，故大量应用于低碳钢、低合金钢等黑色金属的焊接。它可以进行不同厚度工件的各种位置的焊接且便于实现自动化生产，这也推动了焊接机器人在这一领域上的推广应用，使其成为焊接向智能化，高效化发展的主导方向。我国造船、机车制造、汽车、石油化工、工程机械、农业机械等部门CO 2气体保护焊也获得了日益广泛的应用。因此，随着对CO 2气体保护焊过程及工艺等研究的深入、焊接工艺性能的不断提高，它必将成为21世纪最重要的焊接方法之一 13。在焊接过程中产生的大量颗粒飞溅物，牢固地粘附在工件表面，严重影响工件表面质量，对于一些重要的焊接结构，焊接后不得不花费大量的人力和物力对焊缝表面及附近飞溅物进行清理，从而降低了劳动生产率；飞溅不仅污染工件、增加劳动强度、降低熔敷率，也会堵塞喷嘴、使送丝不畅，需要定期更换导电嘴，这也会降低焊接生产率；飞溅的产生还大大影响电弧稳定性，产生的金属颗粒进入焊缝造成夹渣等缺陷，严重影响焊接质量。焊缝成形差主要表现在，易形成深而窄的指状熔池和焊缝几何形状不合理两方面。指状熔池容易使焊缝出现气孔、夹渣、裂纹。焊缝的几何形状多是较大余高和粗糙表面，对于一些重要的焊接结构，焊接后也不得不对焊缝成型进行修补。这些问题的长期存在，在很大程度上制约了CO 2焊接技术在工业生产中的进一步推广和应用，因此国内外研究者就解决上述两个主要问题分别在焊接材料、焊接电源、焊接工艺等方面开展了大量的研究工作。1.1 焊接概述焊接是通过加热或加压，或者两者并用，并且用或不用填充材料，使工件的材质达到原子间的结合而形成永久性连接的工艺过程。由此可知。焊接与其他连接方式不同，不仅在宏观上形成了永久性的接头，而且在微观上建立了组织上的内在联系。黑龙江工程学院本科生毕业论文2若使金属等固体材料连接成一个整体，形成金属键，达到焊接的目的，则需要克服：待连接表面不平和表面存在的氧化膜，或其他污染物阻碍金属表面原子之间接近到晶格距离并形成结合力两个困难。1.2 焊接方法分类及特点1焊接方法分类按照焊缝金属结合的性质，基本的焊接方法通常分为三大类，即熔焊、压焊及钎焊。而每一大类又可按焊接热源及其他明显特点分为若干种。熔焊是焊接过程中，将焊件接头加热至熔化状态，不加压力完成焊接的方法。熔焊需要满足两个条件：一是要有一种能量集中、温度足够高的局部加热热源；二是必须采取有效的隔离空气，防止其侵袭熔化金属的保护措施。因此，按热源形式，熔焊可以分为电弧焊、电渣焊、电子束焊、激光焊、气焊、热剂焊。其中，电弧焊又可以继续分类，按照采用的电极，电弧焊分为熔化极和非熔化极两类，熔化极电弧焊包括焊条电弧焊、埋弧焊、熔化极氩弧焊、二氧化碳气体保护焊等方法；非熔化极电弧焊包括钨极氩弧焊、等离子弧焊等方法。钎焊是利用熔点比母材低的金属作为钎料，加热后，钎料熔化，焊件不熔化，利用液态钎料润湿母材，填充接头间隙并与母材相互扩散，将焊件牢固的连接在一起。2焊接技术特点在当今科学技术飞速发展的时代，焊接技术得到了空前的发展，已经从一种传统的热加工工艺发展到了集材料、冶金、结构、力学、电子等多门类学科为一体的工程工艺学科。剖析现代的焊接技术，具有以下特点：(1)焊接可将各个零部件直接连接起来，无需其他附加件，接头强度一般也能达到与母材相同，因此，焊接产品的重量轻、成本低。(2)焊接接头是通过原子间的结合力实现的连接，均匀性及整体性好、刚度大，在外力作用下不像机械连接那样产生较大的变形。(3)焊接结构具有良好的气密性、水密性，这是其他连接方法无法比拟的。(4)可连接不同类型的金属材料、不同形状及尺寸的材料，可使金属结构中材料的分布更合理。(5)可将结构复杂的大型构件分解为许多小型零部件分别加工，然后再将这些零部件焊接起来，这样就简化了金属结构的加工工艺、缩短了加工周期。(6)焊接是一种“ 柔性”加工工艺，既适用于大批量生产，又适用于小批量生产。黑龙江工程学院本科生毕业论文3在工业迅速发展的今天，许多工业产品的制造已经无法离开焊接技术的使用。焊接已经深深地溶入了现代工业经济中，并且显现了十分重要、甚至是不可替代的作用 4。1.3 CO2 气体保护焊原理及分类二氧化碳气体保护焊原理是使用焊丝来代替焊条，经送丝滚轮通过送丝软管送到焊枪，经导电嘴导电，在 CO2 气氛中，与母材之间产生电弧，靠电弧热量进行焊接。1实心焊丝 CO2 气体保护焊CO2 气体保护焊通常按采用焊丝的直径来分类，当焊丝直径小于或等于 1.2mm，称为细丝 CO2 气体保护焊，主要采用短路过渡形式焊接薄板材料。应用最广泛的是焊接厚度小于 3mm 的低碳钢和低合金钢结构的零部件。焊丝直径大于 1.6mm 时，称为粗丝 CO2 气体保护焊，一般采用大电流和较高的电弧电压来焊接中厚板。实心焊丝CO2 气体保护焊示意图见图 1.1。2药芯焊丝 CO2 气体保护焊1.母材；2.熔池；3.焊缝；4.电弧；5.CO 2 保护区；6.焊丝； 7.导电嘴；8.喷嘴；9.CO 2 气瓶；10.焊丝盘；11.送丝轮；12.送丝电动机；13.电源图 1.1 实心焊丝 CO2 气体保护焊示意图1.导电嘴；2.药芯焊丝；3.喷嘴；4.CO 2 气体；5.电弧；6.熔池；7.熔渣；8.焊缝图 1.2 药芯焊丝 CO2 气体保护焊示意图黑龙江工程学院本科生毕业论文4药芯焊丝 CO2 气体保护焊是一种 CO2 气体-焊剂联合保护的焊接方法。通常采用直流反极性和长弧焊规范，常用于焊接中厚板。焊接时焊丝的药心（受热）熔化，从而在焊缝表面上覆盖一层薄薄的熔渣，如图 1.2 所示。药芯焊丝 CO2 气体保护焊，兼有CO2 焊和手工电弧焊的某些特点。1.4 CO2 气体保护焊国内外发展现状目前，不论在国内还是国外，在CO 2气体保