本科毕业设计论文开题报告cowboy

1、华 北 科 技 学 院 2011 届本科毕业设计（论文）开题报告论文题目： 焊接工艺研究 学生姓名： 学 号： 2 系(部、院)： 机电工程系 专 业： 材料成型及控制工程 班 级： 07级2班 指导教师： 2011 年 3 月 23 日开题报告填写要求1. 开题报告作为毕业设计（论文）答辩委员会对学生答辩资格审查的依据材料之一。在指导教师指导下，学生在毕业设计（论文）工作开始前完成，指导教师签署意见、教研室审查后生效；2. 学生应按照统一要求（从教务处网站下载开题报告标准格式电子文档）填写开题报告，其中：字体小4号宋体，行距20磅，日期的填写一律用阿拉伯数字书写，如“2006年1月17日”或

2、“2006-01-17”；3. 根据专业的具体情况，学生应查阅一定数量的参考文献（不包括辞典、手册）；4. 完成后及时交给指导教师签署意见。 届本科毕业设计（论文）开题报告1.设计背景或研究意义船舶制造业是一个综合性的工业部门，船用钢铁材料使用量大、形状多样，有板材、型材、棒材、管材、锻件和铸件等，分别应用于制造船体、轮机、轴系、管系、压力容器等结构。高强度钢船体是由一块块钢板用长达数百公里的焊缝连接起来的刚性结构。即使是微小的焊接缺陷(裂纹、气孔、夹渣、未焊透、熔合不良及咬边等)也有可能导致颠覆性的灾难。因此焊接接头质量维系到船体的安全性与生命力。而目前作为制造业的重要组成部分，焊接正在朝着

3、高效、低成本和节省能源的方向发展。这也正是各船厂所追求的目标。因此，在高强度钢船体建造焊接过程中实现优质、高效、低成本及低能耗的统一具有极其重要的意义。 高强度钢船体是采用屈服强度超过390 MPa的不同强度级别的高强度、高韧性且具有较好耐海水性的专用钢建造的，是一种重要的大型焊接结构。如上述，发生在建造或维修过程的微小的焊接缺陷有可能导致船体颠覆性的灾难，这就对高强度钢船体用焊接材料提出了两方面的使用要求，即：所形成的焊接接头具备良好的使用焊接性，以适应各种服役环境；具备良好的工艺焊接性，以让船厂实现优质焊接。在高强度高韧性低合金调质钢（强韧钢）方面，我国已研制出12Ni3CrMoV钢和10

4、Ni5CrMoV钢，在高强度、高韧性、焊接性等综合性能上均已达到国际水平。从化学成分上看，前者相当于美国的HY-80钢，而后者则相当于HY-130。这两种钢主要用于海军舰艇的制造，可以说是目前能作为第一代航母的用钢的唯一材料。目前，我国海军最新一代的093、094型核潜艇、054型最新护卫舰用的就是这种钢。HY-80是制造航母或者造核潜艇最佳钢材，所以本次毕业设计就是以12Ni3GrMoV钢以及配套的埋弧焊焊材即焊丝H10Mn2SiMoTiA和焊剂HJ350为背景，对舰船厚板在窄间隙埋弧焊焊接方面的研究。埋弧焊是目前工业领域应用最为广泛的焊接方法之一, 也是应用到窄间隙技术中最成熟、最可靠、应

5、用比例最高的焊接方法。窄间隙埋弧焊（NG-SAW）是一种用于板厚对接接头焊接，焊前焊件不开坡口或只开小角度坡口而留有窄而深的间隙，采用多层埋弧焊进行焊接的高效率焊接方法。窄间隙埋弧焊出现于上世纪80年代, 很快被应用于工业生产, 它的主要应用领域是低合金钢厚壁容器及其它重型焊接结构。窄间隙埋弧焊的焊接接头具有较高的抗延迟冷裂能力, 其强度性能和冲击韧性优于传统宽坡口埋弧焊接头, 与传统埋弧焊相比, 总效率可提高50%80%;可节约焊丝38%50%, 焊剂56%64.7%。窄间隙埋弧焊已有各种单丝、双丝和多丝的成套设备出现, 主要用于水平或接近水平位置的焊接, 并且要求焊剂具有焊接时所需的载流量

6、和脱渣效果, 从而使焊缝具有合适的力学性能。一般采用多层焊, 由于坡口间隙窄, 层间清渣困难, 对焊剂的脱渣性能要求很高, 尚需发展合适的焊剂。单道焊仅在使用专为窄坡口内易于脱渣而开发的自脱渣焊剂时才采用。尽管SAW工艺具有如下优点: 高的熔敷速度, 低的飞溅和电弧磁偏吹, 能获得焊道形状好、质量高的焊缝, 设备简单等, 但是由于在填充金属、焊剂和技术方面取得的最新进展,使日本、欧洲和俄罗斯等国家和地区在焊接碳钢、低合金钢和高合金钢时广泛采用NG-SAW工艺。NG-SAW用的焊丝直径在25 mm之间, 很少使用直径小于2 mm的焊丝。据报导, 最佳焊丝尺寸为3 mm、4 mm直径焊丝推荐给厚度

7、大于140 mm的钢板使用, 而5 mm直径焊丝则用于厚度大于670 mm的钢板。窄间隙焊接是在应用已有的焊接方法和工艺的基础上, 加上特殊的焊丝、保护气、电极向狭窄的坡口内导入技术以及焊缝自动跟踪等特别技术而形成的一种专门技术。埋弧焊的优势和局限性就直接遗传给窄间隙埋弧焊技术, 并在很大程度上决定着窄间隙焊接的技术特性、经济特性、应用特性和可靠性: ( 1) 埋弧焊时电弧的扩散角大, 焊缝形状系数大, 电弧功率大, 再配合适当的丝- 壁间距控制, 无需像熔化极气体保护焊那样, 必需采用较复杂的电弧侧偏技术, 即埋弧焊方法的电弧热源及其作用特性, 可直接解决两侧的熔合问题, 这是埋弧焊方法在窄

8、间隙技术中应用比例最高的重要原因。 ( 2) 焊接过程中能量参数的波动对焊缝几何尺寸的影响敏感程度低。这是由于埋弧焊方法的电弧功率高, 同样的电流波动量I, 在埋弧焊时所引起的波动幅度要小得多。( 3) 埋弧焊过程中熔滴为渣壁过渡, 液渣罩和固态焊剂的高效“阻挡”作用, 根本不会产生飞溅, 这是埋弧焊在所有熔化极弧焊方法中所独有的特性, 正是窄间隙焊技术所全力追寻的。因为深窄坡口内一旦产生较大颗粒的飞溅, 无论是送丝的稳定性、保护的有效性还是窄间隙焊枪的相对移动可靠性都将难以保证。( 4) 在多层多道方式焊接时, 通过单道焊缝形状系数的调节, 可以有效地控制母材焊接热影响区和焊缝区中粗晶区和细

9、晶区的比例。通常焊缝形状系数越大, 热影响区和焊缝区中的细晶区比例越大。这是由于焊道熔敷越薄, 后续焊道对先前焊道的累积热处理作用越完全, 通过一次、二次甚至三次固态相变, 使焊缝和热影响区中的部分粗晶区转变成细晶区, 这对提高窄间隙焊技术中焊态接头的组织均匀性和力学性能均匀性具有极其重要的意义。埋弧焊方法依靠电弧自身特性而无需采取特别技术即可解决极小坡口面角度( 0°7°) 条件下的侧壁熔合难题; 焊缝几何尺寸对电弧能量参数波动不敏感; 无焊接飞溅的技术特性无条件地遗传给窄间隙焊技术, 从而极大地提高了窄间隙埋弧焊时送丝、送气及焊枪在坡口内移动的可靠性, 这对保证窄间隙焊

10、接的熔合质量和过程可靠性起了决定作用。然而, 埋弧焊方法的局限性也原原本本地遗传给了窄间隙技术:( 1) 由于狭窄坡口内单道焊接时极难清渣, 使得窄间隙焊接时, 必须采用每层2道( 或3道) 的熔敷方式, 这将带来NGSAW技术中, 不可能把填充间隙缩到像NG-TIG, NG-GMAW那样小( 10 mm 左右) , 而最小间隙一般也在18 mm左右, 这是NG-SAW 在技术和经济上难以更理想化的根本原因。( 2) 埋弧焊方法的诸多技术优势起源于大电弧功率, 这将使得NG-SAW 时焊接热输入增大, 焊接接头的焊态塑、韧性难以提高, 重要的NG-SAW 接头常常需要焊后热处理方可满足使用性能

11、要求。 (3) 难以实施平焊以外的其它空间位置的焊接。 埋弧焊是目前工业领域应用最为广泛的焊接方法之一, 也是应用到窄间隙技术中最成熟、最可靠、应用比例最高的焊接方法。到目前为止, 在工业上比较成熟的窄间隙埋弧焊技术有以下几种：( 1) NSA技术它是日本川崎制钢公司为碳钢和低碳钢压力容器、海上钻井平台和机器制造而开发的NG-SAW。采用直焊丝技术及用陶瓷喷涂的特殊的扁平导电嘴。此技术采用单焊道, 并采用单焊丝或串列双丝。焊丝直径3.2 mm。以MgOBaO-SiO2- Al2O3为基本成分的特殊设计的KB- 120中性焊剂转变能引起热膨胀, 以致具有较好的脱渣性。( 2) Subnap技术它

12、是由日本钢铁焊接产品工程公司为碳钢和低合金钢NG-SAW开发的。它采用直焊丝、单焊道和单焊丝或串列双丝。焊丝直径3.2 mm。为获得较好的脱渣性, 特殊设计了主要成分分别为TiO2- SiO2- CaF2和CaO- SiO2- Al2O3-MgO的2种焊剂。( 3) ESAB技术它是瑞典NG- SAW设备和焊接材料制造厂家ESAB为压力容器和大型结构件的碳钢和低合金钢焊接而开发的。设计采用双焊道, 并采用固定弯丝。( 4) Ansaldo技术它是由意大利米兰Ansaldo T P A Breda锅炉厂NG-SAW设备制造商和用户开发的。它采用固定弯曲单焊丝, 每层熔敷多焊道。( 5) MA N

13、- GHH技术它是由西德MA N- GHH Sterkrade为核反应堆室内部件制造而开发的。它采用单焊丝双焊道。 窄间隙焊具有极高的焊接生产率, 更优良的接头力学性能, 更小的焊接残余应力和残余变形, 更低的焊接生产成本等显著技术与经济优势, 将其归为先进制造技术, 当之无愧。2.设计的主要环节或论文的基本内容1.舰船用12Ni3CrMoV钢的特点12Ni3CrMoV是一种屈服强度为590MPa级的船体结构用钢。为防止船体发生脆性破坏事故，它不但要求具有高强度,而且要求具有高韧性和良好的焊接性，尤其是低温下抵抗脆性断裂的能力9是一种强韧兼备的材料。 12Ni3CrMoV属于高强度高韧性低合金

14、调质钢，采用低碳的Ni-Cr-Mo-V合金系进行合金设计。为了确保该钢满足高强度、高韧性的要求,钢中添加了较高的合金元素（合金元素总量接近5%）,并且钢中碳含量上限达到0.14%。这一合金设计保证了12Ni3CrMoV钢具有良好的淬透性,在1035mm全部厚度规格范围内,通过采用淬火+高温回火的调质处理,均获得了回火马氏体组织,确保了钢板高强度高韧性的良好匹配。由于钢中较高的碳含量和合金元素含量,钢的碳当量较高,这对焊接工艺的要求是非常苛刻的,给船体建造也带来较大困难。因此,从改善12Ni3CrMoV钢焊接性角度考虑,降低钢中碳含量水平是成分优化设计的重要方向。降碳还有助于提高钢的韧性。Ni、

15、Cr、Mo、V等合金元素对确保钢板的耐腐蚀性、淬透性、强韧性以及高温回火的稳定性是必要的。过去大量的试验研究结果已经充分说明了这些合金元素在12Ni3CrMoV钢中的重要作用。以下是12Ni3CrMoV钢的成分：2.舰船用12Ni3CrMoV钢焊接方法选择焊接在船体建造中应用很广，各种技术已趋于完善和成熟，焊接工作量占船体建造总工作量的30%40%，焊接成本占船体建造成本的30%50%。同时，焊接技术能扩大，造船总量、缩短造船周期、稳定焊接质量、提高经济效益、减轻劳动强度等。造船焊接技术起步于50年代手工电弧焊；50年代中期引进埋弧自动、半自动焊；50年代末期70年代末，试验半自动CO焊、重力

16、焊、下行焊、衬垫单面焊获得成功；80年代初，船总大力发展高效焊技术，成立高效焊接技术指导组，推广应用各种高效焊。船舶焊接具有工件庞大、形状复杂、施工环境差等特点。主要有以下三种焊接方法：埋弧自动焊：普通单、双丝埋弧焊、FCB法、RF法、FAB法；CO气体保护焊：常规CO半自动焊、双丝自动焊（MAG）、自动角焊、CO气保护单面焊、CO气电垂直自动焊；手工焊条焊：铁粉焊条焊、下行焊条焊、深熔焊条焊、重力焊、普通焊条焊。因为本次毕业设计的对象是12Ni3CrMoV钢的厚板结构，主要针对的是舰船的平整结构，如甲板等面积大且厚的表面，焊接工作量大，综合考虑选用窄间隙埋弧焊。3.舰船用12Ni3CrMoV钢焊接材料的选择经查焊接材料手册，可知么，12Ni3CrMoV钢埋弧焊焊接材料为焊丝H10Mn2SiMoTiA和焊剂HJ350。4.舰船用12Ni3CrMoV钢焊接工艺参数的确定窄间隙埋弧焊焊接工艺参数包括焊接间隙，焊丝直接，焊接电流，焊接电压，焊丝伸出长度等。5.舰船用12Ni3CrMoV钢常规性能及特殊结构性能要求控制12Ni3CrMoV属于高强度高韧性低合金调质钢，焊接过程中，容易出现冷裂纹，热裂纹，热影响区脆化及热影响区软化（母材硬度高）等常见问题，会严重影响焊接质量，造成财产损失甚至会造成人员伤亡。所以我们要优化焊接工艺，杜绝此类