毕业论文-车用高强钢MAG焊焊接工艺研究设计-文档精品

原版文档，无删减，可编辑，欢迎下载 详细图纸可扣扣咨询 414951605 或 1304139763 第 1 章. 绪 论 1.1课题的来源及研究意义课题的来源及研究意义 MAG(Metal Aative Gas ARE Welding)焊是熔化极活性气体保护电弧焊的英文简称。 它是在氩气中加入少量的氧化性气体（氧气，二氧化碳或其混合气体）混合而成的一种 混合气体保护焊。 我国常用的是80%Ar+20%二氧化碳的混合气体， 由于混合气体中氩气 占的比例较大，故常称为富氩混合气体保护焊。 采用活性混合气体作为保护气体具有下列作用： （1）提高熔滴过渡的稳定性。 （2）稳定阴极斑点，提高电弧燃烧的稳定性。 （3）改善焊缝熔深形状及外观成形。 （4）增大电弧的热功率。 （5）控制焊缝的冶金质量，减少焊接缺陷。 （6）降低焊接成本。 MAG焊可采用短路过渡、喷射过渡和脉冲喷射过渡进行焊接，能获得稳定的焊接 工艺性能和良好的焊接接头，可用于各种位置的焊接，尤其适用于碳钢、合金钢和不锈 钢等黑色金属材料的焊接。 早在20世纪70年代初，低合金高强钢就被用来取代低碳钢来生产汽车上的一些安全 零件。并且随着人们对低合金高强钢认识的不断深入，用于汽车上的高强钢种类也越来 越多。根据生产工艺的不同，汽车用高强钢可以分为热轧高强钢和冷轧高强钢，热轧高 强钢主要用于要求强度高、 韧性好、 抗疲劳且具有良好的弯曲性能的结构件上， 如桥壳、 大梁、车轮等。冷轧高强钢则用于强度高深冲性能好的地方。 高强度钢用于焊接结构的制造不仅能节约成本， 提高生产效率， 且能减小产品重量， 优化产品结构，提高承载能力。因此，对高强度钢的MAG焊接工艺研究具有非常重要 的意义。 1.2高强高强钢焊接的研究现状钢焊接的研究现状 随着国民经济的飞速发展，各行各业都呈现出欣欣向荣的局面，但我们看到在繁 荣的背后同时暴露出了一些问题：各行各业都在消耗大量的能源及资源，全球资源减少 的同时污染日益严重。国家已经认识到了一些问题的严重性，中央已明确提出各行业要 节约 20%的能源、20%钢铁，要求从源头做起。对于很多钢铁使用单位都必须减少用钢 原版文档，无删减，可编辑，欢迎下载 详细图纸可扣扣咨询 414951605 或 1304139763 量，减少用钢量的有效途径是提高钢的强度，所以在今后的日子里，高强度会逐步替代 目前大量采用 500MPa 级以内的低强钢。 高强钢是今后将采用量最大的钢种，它通常是指抗拉强度 5001000MPa 范围并考 虑焊接性而生产制造的钢材，而抗拉强度在 1000MPa 以上的一般称为超高强钢。低合 金高强钢的种类可以分为非调质钢和经过淬火-回火的调质钢。非调质钢又可分为热轧 钢、控轧钢和正火钢等。一般非调质钢指常温抗拉强度 600MPa 以下的钢材，调质钢则 为抗拉强度 600MPa 以上的钢材。根据调质、非调质钢强度级别的差别，这两类钢材的 焊接性、焊接工艺和接头性能有很大的不同。 从上世纪初，焊接技术得到应用以来，多种焊接方法得以发明与应用。目前对高强 钢焊接的常用方法有： 1. 手工电弧焊 手工电弧焊适用于各种不规则形状、各种焊接位置的焊缝。手工焊时主要根据焊件 厚度、坡口形式、焊缝位置等选择焊接工艺参数。多层焊的第一层以及非平焊位置焊接 时，焊条直径应小一些。在保证焊接质量的前提下，应尽可能采用大直径焊条和大电流 焊接，以提高生产效率。 手工电弧焊使用范围广，焊接材料与工艺成熟，对于 5001000MPa 范围内的钢种 都可采用此焊接方法，其配套的焊条有 CJ607RH、CJ707RH、CJ807RH、CJ107 等，但 其焊接效率低下， 成型较差， 在条件允许的情况下， 我们应尽可能地不采用手工电弧焊。 2. 埋弧自动焊 埋弧自动焊由于具有熔敷效率高、 大熔深以及机械自动操作的优点， 特别适用于大 型焊接结构的制造，广泛用于船舶、管道和要求长焊缝的结构制造，多用于平焊和平角 焊位置。埋弧自动焊包括双面埋弧自动焊和单面焊双面成形埋弧自动焊工艺。对于抗拉 强度 500700MPa 的钢种目前都可采用埋弧焊进行平焊与平角焊，焊接结构有钢结构、 管线、桥梁等，配套的焊丝有：CJGNH-1、CJQ-1、CJGX-1、H1OMn2、CH62CF、H70Q 等。 对于抗拉强度 700MPa 以上的钢种， 使用埋弧焊进行实例不是很多， 主要是埋弧焊 的焊接线能量大，导致焊缝及热影响区的晶粒粗大，增加了脆性而降低了韧性。 3. CO2气体保护焊 CO2气体保护焊是目前大力推广的高效焊接方法， 其包含 CO2气体保护焊实芯焊丝 与药芯焊丝，其实芯焊丝应用范围较广，500900MPa 的高强钢都采用了实芯焊丝，应 原版文档，无删减，可编辑，欢迎下载 详细图纸可扣扣咨询 414951605 或 1304139763 用领域基本包括了现有的结构，使用效果较好，气保焊丝的窄间隙焊具有生产率高、焊 接热输入小，热影响区窄等优点，更适于焊接性较差的低合金钢。其配套的焊丝： WH50-6、WH60-G、WH70-G、WH80-G、WH90-G 等。 药芯焊丝作为高效焊接材料目前在造船行业得到了广泛的应用，其应用率达到了 60%以上，主要采用 500MPa 的药芯焊丝，目前国产 500MPa 级药芯焊丝质量较好，无 论焊接工艺性能，还是力学性能都与外国产品相当。600MPa 的药芯焊丝部分得到应用， 700MPa 以上的药芯焊丝实际应用很少， 现有产品的焊接工艺性能及力学性能有待提高， 随着行业研发的不断深入，相信不久，药芯焊丝的品种也会达到目前焊条的水平。 4. 采用自保护药芯焊丝 自保护药芯焊丝的芯内组成物和电焊条药皮相似，焊接时起着造渣、造气、稳弧、 脱氧等作用，所以焊接时不需另加任何保护气体。自保药芯焊丝的焊接效率高，适应性 强，特别适合野外焊接，如管线建设。 5. 电渣焊与气电立焊 电渣焊与气电立焊在焊接接头形式、方式及焊接效率都有类似之处，焊接效率非常 高，焊接线能量大。特别是气电立焊，采用的是药芯焊丝，其焊缝内在质量高，成型美 观，在船体大合拢、储油罐的建造等应用量日益增加。 热轧及正火钢常用的自动焊方法是埋弧自动焊、电渣焊、CO2气体保护焊等。对于 厚壁压力容器等大型厚板结构，电渣焊是常用的焊接方法，由于电渣焊焊缝及热影响区 过热，晶粒粗化，焊后需进行正火处理。 低碳调质钢常用的焊接方法有手工电弧焊、CO2气体保护焊和混合气体保护焊等。 对于屈服强度680MPa 的低碳调质钢，熔化极气体保护焊较合适的焊接方法。这类钢焊 接时应严格限制线能量，控制焊接热影响区冷却时间不能过长，因为在过低的冷却速度 下热影响区粗晶区可能出现上贝氏体、M-A 组元等组织而导致脆化。冷却时间过短会出 现淬硬组织组织并导致焊接裂纹产生。 低碳调质钢焊接所面临在解决的问题一是防止裂纹；二是在保证满足高强度要求的 同时，提高焊缝金属及焊接热影响区的冲击韧性。为了消除裂纹和最大限度地提高焊接 效率，一般采用熔化极气体保护焊（MIG）或活性气体保护焊（MAG）自动焊或半自动 化焊接方法。 工程机械中的焊接结构比较复杂，目前最常用的焊接方法是手工电弧焊和气体保 护焊，但是对于不同的板厚要求开不同形式的坡口。对于机架类结构和轴类结构中的钢 原版文档，无删减，可编辑，欢迎下载 详细图纸可扣扣咨询 414951605 或 1304139763 板拼接处通常采用气体保护焊和埋弧自动焊拼板工艺，其中对于一些重型机械或输送机 中的滚筒结构，通常采用 CO2气体保护焊打底，随后用埋弧自动焊盖面。 从各行业来看，我国手工电弧焊的比例大约为 60%，高效化焊接只有 40%左右，而 发达国家的高效化率已超过 70%，说明我国焊接自动化率还处于一个较低的水平。电焊 条的产销量及低强度还占有较大的比例，我们应发展高效自动化焊接材料与焊接工艺， 如各种型号、各强度级别的埋弧焊丝、实芯焊丝及药芯焊丝，我们必须研制齐全，制订 合理的焊接工艺，杜绝焊接缺陷的产生。 药芯焊丝在组成上由于类似焊条，作为一种高效的焊接材料，大力推广有其得天独 厚的基础，不仅可研制出低合金高强钢药芯焊丝，而且还可通过改变钢带材料研制出不 锈钢、耐热钢、耐磨钢等用焊接材料，具有广泛的应用前景。 1.3高强钢焊接的发展趋势高强钢焊接的发展趋势 日本 1997 年启动“超级钢”研制项目，我国也于 1998 年启动了“新一代钢铁材料重 大基础研究”项目。其最终目标，是将占我国钢产量 60%以上的三类钢（碳素钢、低合 金钢、合金结构钢）的强度或寿命提高一倍。经过几年的工作，所谓超级钢或 21 世纪 新一代钢铁材料的基本特征已显现出来，是将现代冶金理论和最新控制技术相结合，应 用纯净化、微合金化、超强力轧制下快冷、形变诱导相变、可变强磁场精密热处理技术， 制成的超细晶粒钢。试验已表明：对 Q235 碳素钢和屈服强度 400Mpa 的低合金钢，在 不改动主要化学组元的情况下，通过纯净化和细化晶粒，可提高其屈服强度一倍，分别 达到 400Mpa 和 800Mpa。而超级合金结构钢，例如具有耐疲劳性能的高强螺栓钢，强 度可提高到 1500Mpa。 目前，国内外对 21 世纪超级钢的研制都已取得进展。日本已明确提出：在 2007 年 完成研制工作， 2010 年推广应用。 日本希望在 2010 年前后， 以“超级钢”更换 20 世纪六、 七十年代日本经济高速增长时期建立的各种基础建设设施，这些设施到 2010 年前后， 都已服役 50 年，需要更新了。我国也已制出超细晶粒薄板，试用于汽车中。国内的各 大型钢铁企业，也已提出到 2010 年推广生产超级钢的计划，在抓紧改进冶炼和轧制生 产设备与工艺。 预期十年后，推广采用强度级别达 8001500Mpa 的新一代钢材产品时，将逐渐引 起那时的焊接技术发生重大变革。 由于钢材的“超细晶粒”组织，在热作用下，晶粒长大驱动力很大，将使焊接热影响 原版文档，无删减，可编辑，欢迎下载 详细图纸可扣扣咨询 414951605 或 1304139763 区易因晶粒粗化而降低强度与韧性，甚至出现软化带。同时焊缝金属不可能呈现钢材经 强力轧制与处理的“超细晶粒”，不可能在相近成分下使焊缝金属与母材等强等韧。因此 目前常用的焊接材料与焊接工艺，将不适应于“超级钢”的焊接。 日本在 800Mpa 级结构钢的研究计划中，设置的研究项目包括：研制微细铁素体组 织、研究小线能量焊接工艺、研究改善焊接接头性能的措施。一方面在研究如何尽量减 少钢材热影响区晶粒长大的倾向，另一方面则是研究如何变革焊接工艺。目前认为最有 希望应用于 800Mpa 级结构钢的焊接方法是激光焊。 1960 年发明的激光，经过 40 多年的发展，在军用与民用的巨大驱动下，在 21 世纪 将进入高速发展时期。随着各类激光发生器向大功率化、轻便化和经济化的发展，激光 焊接和切割，由于能源高度集中和热影响区小，并且激光束具有可以在大气中焊接的优 点，既可以对大型构件作深熔焊，又可以进行微形精密焊接，今后将逐步加快其推广使 用的步伐。日本已有人预言，由于激光焊接符合优质、低耗、清洁、热影响区窄、接头 变形小、操作灵活等技术发展方向，21 世纪将逐渐成为激光焊接的时代。 此外，正在研究探讨的超级钢连接技术有：薄板高强度低温钎焊、可拆卸的高强度 机械连接、搅拌摩擦焊、超窄间隙小能量脉冲式熔化极气体保护焊等。焊接填充材料的 变化也将逐渐提上日程，例如开发熔敷金属为超低碳贝氏体的高强度高韧性焊接材料 等。 原版文档，无删减，可编辑，欢迎下载 详细图纸可扣扣咨询 414951605 或 1304139763 第 2 章. RCL540 钢 MAG 焊研究分析 2.1 MAG 焊的工艺特点分析 MAG焊是在氩气中加入部分的氧化性气体(O2、CO2或其混合气体)混合而成的一种 熔化极混合气体保护电弧焊。目前我国常用的是80%Ar+20%CO2的混合气体，由于混合 气体中氩气占的比例较大，故常称为富氩混合气体保护电弧焊。 (1) MAG焊电弧稳定，易获得喷射过渡，飞溅大大减少。由于O2或CO2的加入，使 电弧具有一定的氧化性，改善了焊缝成形，焊缝成形较CO2焊美观。因此焊接工艺性能 好。 (2) MAG焊采用氩气和二氧化碳等混合气体进行保护，不必像焊条电弧焊那样需考 虑焊条药皮熔渣的上浮便于清渣而设计较大的坡口角度(坡口面角度)，接头设计时可采 用较少的坡口角度，使接头的坡口角度由焊条电弧焊一般的60 减少到30 。 (3) 氩气中CO2的加入，加剧了电弧中的氧化反应，氧化反应放出的热量，使电流密 度大， 电弧穿透力强， 增加了熔深， 不开坡口的对接接头母材厚度明显大于焊条电弧焊， 有利于降低成本，提高劳动生产率。同时MAG焊焊丝直径较细，焊丝容易深入坡口根 部，在间隙较小时，有利于根部焊透。所以坡口钝边高度可比焊条电弧焊增加1.5 2.5mm，根部间隙可减少12mm。在同样情况下，当焊脚较大时(k8)， 采用MAG焊 的焊脚可比焊条电弧焊小3mm；当焊脚较小时(k8)，采用MAG焊的焊脚仅为焊条电弧 焊的0.7 倍即可。 (4) 由于原焊丝标准沿袭了前苏联的旧标准，焊丝含锰量偏高，如H08Mn2SiA的含 锰量为1.8%2.1%，硅为0.65%0.95%，锰硅比高，焊缝强度偏高，塑韧性偏低。近 年来，随着锰硅比(如ER50-6的锰1.4%1.85%，硅0.80%1.15%)合理的欧美焊丝标准 的引进，焊缝的塑韧性得到明显提高，已高于低氢性碱性焊条的塑韧性值。故接头的力 学性能好。由理论分析可知，MAG焊接头的力学性能好；焊缝成形美观、飞溅少，工 艺性能好； 同时可以改进接头坡口尺寸及减少焊脚， 有利于降低成本， 提高劳动生产率。 2.2 研究材料及方法 采用全自动MAG焊方法对RCL540试样进行焊接。焊接材料选用H08Mn2Si，直径 1mm焊丝，气体流量为15L/min，脉冲电流设置如下：脉冲宽度t1=0.2s，脉冲间隙t2=0.3s， 脉冲下降时间t3=0.1s，脉冲周期T=tl+t2+t3=0.6s，占空比K=tl/T=0.3。 原版文档，无删减，可编辑，欢迎下载 详细图纸可扣扣咨询 414951605 或 1304139763 2.3 焊缝外观形状 图1为试样1、2、3焊接接头外观形状，由图1中可以看出焊缝成型较好，表面无气 孔，裂缝等缺陷。MAG焊时，在焊接过程中由于二氧化碳气体在高温下分解以及碳和 氧结合产生大量的一氧化碳体，可能再焊缝金属表面产生气孔。但由于焊丝为 H08Mn2Si，其含有脱氧元素Si和Mn，能减少一氧化碳气体的产生，所以焊缝表面不容 易产生气孔。另外随着焊接线能量的增加，焊接接头表面的飞溅逐渐增多。这是因为在 短路过度时，在焊丝与熔滴之间的缩颈，随着焊接能量的增大，过桥处产生的爆炸力增 大，所以产生的飞溅会增多。 图1 焊接接头外观形状 2.4 热影响区显微组织 焊接热影响区是在焊接热循环作用下，焊缝两侧母材组织和性能发生变化的区域， 而且不同位置经历的焊接热循环不同，因此热影响区存在组织不均匀的变化。 用配制的4硝酸酒精溶液腐蚀出焊接接头组织。并用金相显微镜对焊接热影响区 金属组织进行观察分析。 1. 熔合区显微组织。 图2分别为试样l、2、3在不同焊接线能量下MAG焊焊接接头熔合区金属组织，从图 中可以看出，接头熔台区组织较粗大，分界不是很明显，在熔合区由于碳和台金元素的 相互扩散，化学成分极不稳定，从而使组织和性能极不稳定所以熔合区的状态对焊接 接头性能有很大的影响，是焊接接头的薄弱环节。 原版文档，无删减，可编辑，欢迎下载 详细图纸可扣扣咨询 414951605 或 1304139763 图2 熔合区显微组织 2. 过热区显微组织 图3为试样1、2、3在不同焊接线能量条件下MAG焊接头过热区金属组织，从图中 可以看出，铁素体和珠光体晶粒与相变重结晶区相比较粗大，晶内个别部位有针状铁素 体，还有少量的贝氏体组织，黑灰色块区为珠光体。由于焊接接头过热区部位受焊接热 循环的英雄，温度大约在1200左右，造成组织严重过热，因此晶粒相对较粗大。另外 试样2过热区有少量的无碳贝氏体由晶界向晶内生长以及粒状贝氏体组织生成，试样3无 碳贝氏体和粒状贝氏体增多。无碳贝氏体是碳化物分布在铁素体基体上的两相混合物， 其塑性变形抗力较低，强度和塑性较差。由于焊接线能量较大，冷却速度较慢，高温停 留时间较长， 晶粒严重长大， 贝氏体由于其铁素体片较宽， 渗碳体分布在铁素体片之间， 容易引起脆断，使金属的韧性急剧下降，从而使焊接接头的性能变差。 图3 过热区显微组织 3. 相变重结晶区显微组织 图4是试样2相变重结晶区金属组织。从图中可以看出，结晶区金属组织是由均匀而 细小的铁索体和珠光体组成。当RCL540加热到Ac3以上稍高的温度时，会发生重结晶， 即铁素体和珠光体全部转变为奥氏体。由于焊接加热速度较快，临界点Ac1，Ac3上升较 多，组织全部奥氏体化，但奥氏体晶粒又未长大，并且在达到峰值温度后连续冷却实现 完全重结晶，得到均匀细小的铁素体和珠光体组织，这种组织相当于热处理时的正火组 原版文档，无删减，可编辑，欢迎下载 详细图纸可扣扣咨询 414951605 或 1304139763 织。由于具有比母材区更细小均匀的组织，因此这个区域性能比较好，甚至超过母材的 性能。试样1和试样3相变重结晶区金属组织和试样2基本相似。 图4 相变重结晶区显微组织 4. 不完全相变区组织 不完全相变区金属组织如图5所示。RCL540在加热到750以上时，珠光体组织开 始奥氏体化，形成细小的奥氏体。由于该区域焊接加热温度较低，冷却速度快，铁素体 尚未发生奥氏体转变，但仍受到热作用成为粗大的铁素体组织。珠光体转变形成的奥氏 体在冷却过程中进行重结晶变为细小的铁素体和珠光体。最终该区域的组织为细小的铁 素体和珠光体组织和未发生相变的粗大铁素体组成。该区域的组织不均匀，且仍保留母 材组织的带状特征。 图5 不完全相变区显微组织 2.5 硬度测试 用HVS-1000型显微硬度计测量焊缝剖面硬度，载荷为0.98 N，测试方向为焊缝-热 影响区-母材区域，接头金属的硬度值分布如图6所示。 原版文档，无删减，可编辑，欢迎下载 详细图纸可扣扣咨询 414951605 或 1304139763 图6 显微硬度分布 图6分别为试样1、试样2及试样3焊接接头显微硬度值分布曲线。在整个焊接接头中 焊缝区和热影响区的硬度值比母材高，硬度峰值出现在热影响区(试样1峰值硬度为245 HV、试样2峰值硬度为250HV、试样3峰值硬度为258HV)。另外随着焊接线能量的增大， 接头热影响区显微硬度值也随之增大。 由于焊接热影响区的组织与硬度之间存在着一定的联系，试样1熔合线外侧过热区 晶粒粗大；试样2熔合线外侧过热区出现了少量的无碳贝氏体和粒状贝氏体组织，试样3 熔合线外侧过热区出现了较多的无碳贝氏体和粒状贝氏体组织。无碳贝氏体是碳化物分 布在铁素体基体上的两相混合物，其塑形变形抗力较低，强度和塑形较差，显微硬度相 对较高，因此在焊接热影响区显微硬度达到了峰值。另外随着焊接线能量的增加，冷却 速度较慢，热影响区组织和性能受焊接热循环影响大，因此热影响区晶粒随焊接线能量 的增加而粗化，硬度值相应增加。 2.6 结论 采用不同的焊接线能量对RCL540材料进行焊接，研究了在不同的焊接线能量下焊 接热影响区的金属显微组织，测试了接头的显微硬度，得出以下结论： 1) 随着焊接线能量的增加，焊接接头过热区金属组织逐渐粗大，且出现了贝氏体 组织。 2) 随着焊接线能量的增加，焊接接头的显微硬度值增加，焊缝区和热影响区的显 微硬度值比母材高，显微硬度峰值出现在整个接头的热影响区部位。 原版文档，无删减，可编辑，欢迎下载 详细图纸可扣扣咨询 414951605 或 1304139763 第 3 章.MAG 焊工艺研究及应用 RCL540目前在锅炉中的应用十分广泛。其常用的焊接方法有焊条电弧焊、钨极氩 弧焊和埋弧焊等。近年来，MAG焊由于生产率高、劳动强度低、成型美观、接头的力 学性能好等优点，在很多行业的焊接结构中得到了广泛应用。但在锅炉制造中由于习惯 性及认识上的误区， 所以应用的还不够广泛。为此笔者以常用的锅炉材料为例， 进行 了MAG 焊与焊条电弧焊及埋弧焊的焊接工艺对比试验， 并将MAG焊工艺成功地应用 于部分锅炉制造中，获得了较好的效果。 3.1 MAG 焊的工艺试验 由于锅炉中常用的接形式是对接接头和T型接头，所以参照蒸汽锅炉安全技术监 察规程附录-焊接工艺评定，进行了MAG焊、焊条电弧焊和埋弧焊的对接接头力学性 能试验及T形接头角焊缝试验并进行了对比分析 1. 对接接头力学性能试验 对接接头力学性能试验采用工业锅炉最常用的母材20g、不同的坡口形状及尺寸， 进行MAG焊、焊条电弧焊和埋弧焊工艺试验。 (1) 试件尺寸：MAG及焊条电弧焊为300mm 125mm 10mm；埋弧焊为600mm 125 mm 10mm。焊条电弧焊开60 V形坡口、钝边1mm、间隙34 mm，MAG焊开30 V形坡 口、钝边3 mm、间隙1mm，埋弧焊不开坡口。 (2) 焊接材料： 焊条E4303 3.2mm、 4mm，单面焊双面成形；MAG焊焊丝ER50-6 1.2mm，保护气80%Ar+20%CO2，单面焊双面成形；埋弧焊H08A 4mm、HJ431，双 面焊。 (3) 检验内容：焊缝外观检查，焊缝X射线探伤，焊接接头拉伸和弯曲试验。 (4) 试验结果：外观检查合格；X射线探伤底片均为I级；焊条电弧焊抗拉强度为466 和483MPa，埋弧焊抗拉强度为487和493MPa，MAG焊抗拉强度为562和553MPa，均大 于母材的抗拉强度最低规定值400MPa；180 冷弯试验，三种焊接方法面弯、背弯各2个 全部合格。 2. 形接头角焊缝试验 T形接头角焊缝试验是对MAG与焊条电弧焊焊缝进行宏观金相检验，进行断面的熔 深及成形对比分析。 原版文档，无删减，可编辑，欢迎下载 详细图纸可扣扣咨询 414951605 或 1304139763 (1) 试件尺寸：300mm 125mm 10mm，接头不开坡口，1mm间隙。 (2) 焊接材料：焊条电弧焊E4303 4mm；MAG焊焊丝ER50-6 1.2mm，保护气 80%Ar+20%CO2，单道焊。 (3) 检验内容：外观检验，五个断面宏观金相检验，熔深比较。 (4) 检验结果：两个试件焊缝外观成形较好，焊脚符合要求。十个断面根部均焊透， 均未出现裂纹、未熔合、未焊透等缺陷。MAG焊的熔深大于焊条电弧焊，呈深圆弧状。 3. 焊接试验结果分析 从对接接头力学性能试验可知：三种焊接方法的焊接接头外观检验符合要求，RT 检验均高于II级合格， 焊接接头的抗拉强度以MAG焊最高， 且均高于母材规定的最小值。 这是因为MAG焊氧化性较弱，合金元素过渡系数较大所致。按规定的180 弯曲角，每种 试件面弯背弯各2个，弯曲试验合格。这说明三种焊接方法及焊接工艺的焊接接头力学 性能能满足锅炉焊接接头的力学性能要求。 从T形接头角焊缝试验可知， MAG焊和焊条电弧焊的外观检验合格， MAG焊焊波细 密，成形美观，飞溅较小；每种试件的五个断面根部均未出现裂纹、未熔合、未焊透缺 陷，宏观金相检验合格。MAG焊断面熔深大于焊条电弧焊，说明MAG焊较焊条电弧焊 电流密度大，电弧穿透力强。 焊接工艺试验结果分析表明，三种焊接方法及焊接工艺均能满足力学性能要求及宏 观金相要求。但MAG焊焊丝较细，电流密度大，热量集中，电弧穿透力强，熔深大， 可以通过减少坡口角度，增加钝边厚度，来节省材料，提高劳动生率，降低焊接应力与 变形。因此MAG焊完全能满足锅炉焊接质量要求，在锅炉制造中值得推广。 3.2 MAG 焊的工艺应用 在部分热水锅炉和常压锅炉中， 采用MAG焊代替焊条电弧焊、钨极氩弧焊和埋弧 焊进行试焊，效果良好。 1. MAG焊在筒体纵、环焊缝中的应用 锅炉筒体直径Dn800mm时，内、外纵、环焊缝一般采用埋弧焊。筒体直径Dn 800mm时，可采用TIG打底、焊条电弧焊填充及盖面，或采用TIG打底、焊条电弧焊填 充及埋弧焊盖面，或焊条电弧焊打底及填充盖面等。对于小直径筒体由于采用手工操作 的TIG焊和焊条电弧焊，生产率低，劳动强度大，且焊接质量受操作者的人为因素影响 较大，质量往往不够理想，有时返修率较大。采用了MAG焊试焊产品后，焊接质量较 原版文档，无删减，可编辑，欢迎下载 详细图纸可扣扣咨询 414951605 或 1304139763 好，返修率下降较多，且劳动生产率得到了大大提高。 2. MAG焊在接管与筒体焊缝中的应用 接管与筒体焊接(包括进水管、出水管与筒体焊接) 、水位表管与筒体焊接、压力表 管与筒体焊接、排污表管与筒体焊接及人孔圈与筒体焊接等。这些T形接头焊缝,或是对 接焊缝加角焊缝的组合焊缝(如筒体开坡口的焊缝)，或是角焊缝对于组合焊缝，一般采 用TIG打底、焊条电弧填充盖面，对于角焊缝一般采用焊条电弧焊焊接。采用了MAG焊 试焊后，焊接质量好，大大提高了焊接生产率。 3.3 结论 (1) 理论分析、工艺试验及生产应用证明：MAG焊焊接接头的力学性能试验及宏观 金相检验均符合蒸汽锅炉安全技术监察规程及有关制造标准要求，MAG焊完全适 合锅炉产品的焊接。 (2) MAG焊焊接头的力学性能好；焊缝成形美观、飞溅少，工艺性能好；同时可以 改进接头坡口尺寸及减少焊脚，有利于降低成本，提高劳动生产率，值得推广。 原版文档，无删减，可编辑，欢迎下载 详细图纸可扣扣咨询 414951605 或 1304139763 第 4 章. RCL540 钢 MAG 焊接接头组织研究 虽然MAG焊早已在焊接结构制造中得到了广泛的应用。但是，目前在MAG焊接头 设计中，人们仍沿用焊条电弧焊的设计思路，如按焊条电弧焊的经验来选用坡口的形状 尺寸和设计角焊缝焊脚等。出现这种情况的原因有两方面，一是在我国焊条电弧焊仍是 主要的焊接方法，人们往往习惯地把其作为参照物；二是国家目前在焊接方面还没有单 独的标准，如坡口的形状尺寸，而只有气焊、手工电弧焊及气体保护焊焊缝坡口的基 本形式与尺寸通用标准，未能体现出不同焊接方法的特点。由于上述两方面原因，使 得设计MAG焊焊接接头时，不能充分发挥其熔深大、成本低等优越性，造成不必要的 材料浪费等。由此我们通过理论分析和焊接对比试验，对MAG焊焊接接头的设计进行 了研究，提出了一些设计原则，生产实践证明，这些原则具有较大的实用价值。 4.1 MAG 焊焊对接接头设计特点的分析对接接头设计特点的分析 对接接头的设计主要包括接头的坡口形式选择、坡口尺寸（坡口角度、坡口面度、 钝边、根部间隙）的确定等内容。我们认为MAG焊对接接头应具有以下特点：MAG焊 不开坡口的最大厚度可由焊条电弧焊的6mm，提高到12mm；开坡口接头的坡口角度可 由焊条电弧焊一般的60减少到30左右，钝边高度可比焊条电弧焊增加1.52.5mm， 根部间隙可减少12mm，这是因为MAG焊较焊条电弧焊有以下几个方面的优势。 1. MAG焊采用混合气体保护，热量集中，受热面积少。有关资料表明，焊条电 弧焊加热的最小面积为10-3cm，MAG焊加热的最小面积为10-4cm，仅为前者的1/10， 所以MAG焊热量利用率高，有效功率系数大，焊接熔深增加。 2. MAG焊电流密度大，MAG焊采用 1.0焊丝短路过渡时，焊接电流一般为 160220A，电流密度为160220A/mm；采用 1.6焊丝射流过渡时，焊接电流一般为 300370A，其电流密度为189231A/mm；而采用焊条电弧焊时， 4焊条的焊接电流 一般为160220A，其电流密度只有4055A/mm，远小于MAG焊。所以，MAG焊电流 密度大，电弧穿透力强，熔深大，单道焊缝厚度大。 3. MAG焊采用的是氩气和二氧化碳混合气体保护的焊接方法，不必象焊条电弧 焊那样需考虑焊条药皮熔渣的上浮而设计较大的坡口角度（坡口面角度），此外，MAG 焊焊丝直径较细，焊丝容易深入坡口底部，在间隙较小时，有利于根部焊透。 按照上述原则设计的焊接接头，一方面可以减少焊丝的填充量，节省因坡口加工产 原版文档，无删减，可编辑，欢迎下载 详细图纸可扣扣咨询 414951605 或 1304139763 生的母材消耗，节省了气体的消耗量和电能，降低了成本，提高了劳动生产率。另一方 面可以减少焊接热影响区的宽度，减少焊接应力与变形，提高焊接质量。 4.2 角焊缝焊脚角焊缝焊脚设计特点的分析设计特点的分析 1. 焊脚过大的不利影响 角焊缝设计时，有人常错误地认为焊脚越大，接头的承载能力越高，故设计时， 常选用较大的焊脚。但经实验证明，大尺寸焊脚的角焊缝单位面积的承载能力并不大， 反而较低。 有研究表明， 角焊缝的变形大约与焊脚的一点三次方成正比。 由于焊脚过大， 接头受热较严重，因此，焊接应力与焊接变形大。此外焊脚过大，填充材料用量增加， 焊接时间增长，焊接成本也较高。 2. MAG焊可采用较焊条电弧焊较小的焊脚 我们知道，工程上为了安全可靠和计算简便常假定角焊缝都是在切应力作用下破 坏的，一律按切应力计算其强度，并假定危险断面是在角焊缝截面的最小高度处，该最 小高度为该断面的计算厚度，并忽略焊缝余高和少量熔深的影响。对于焊条电弧焊由于 熔深较浅，可忽略其影响。如图 1 所示，其计算厚度为：a条=0.707K，对于 MAG 焊， 由于熔深较大，故必须考虑其影响。根据焊接手册，如图 2 所示，其计算厚度为： 当 K8，aM=KM 当 K8，aM =（KM +P）cos45=0.707（KM +3）(P 取 3) 由于角焊缝的切应力与焊缝的长度、所受外力及断面计算厚度有关，在焊缝长度和 外力相同的情况下，要使两种焊接方法角焊缝强度相等，即切应力相等，则两者的断面 计算厚度就应相等，即a条= aM，经简化可得到如下公司： 当 K8，KM = 0.707K条 当 K8，KM = K条-3 由此可见，在保证接头强度相等的情况下，当焊脚较大时，采用MAG焊的焊脚可 比焊条电弧焊小3mm；当焊脚较小时，采用MAG焊的焊脚仅为焊条电弧焊的0.707倍。 原版文档，无删减，可编辑，欢迎下载 详细图纸可扣扣咨询 414951605 或 1304139763 4.3 结论结论 经过理论分析，焊接对比试验及生产应用情况，可得出如下结论。 1. MAG焊不开坡口的对接接头母材厚度明显大于焊条电弧焊，焊条电弧焊一般 为6mm，MAG焊可达12mm以上。 2. 对于开坡口的对接接头，MAG焊坡口角度可由焊条电弧焊的60减少至30 35，钝边可增大1.52.5mm，根部间隙可减少12mm。 3. 对于角焊缝，当焊脚K8时: 采用MAG焊的焊脚可比焊条电弧焊减少3mm； 当焊脚K8时，采用MAG焊的焊脚可取焊条电弧焊焊脚的0.7倍即可。 4. 采用此MAG焊接头设计原则时，节约焊接成本理论上可达50%。 原版文档，无删减，可编辑，欢迎下载 详细图纸可扣扣咨询 414951605 或 1304139763 致谢 两个月的毕业设计时间匆匆而过，在老师的悉心指导和同学的热情帮助下，我如期 顺利地完成了毕业设计。在此，我对老师及帮助过我的同学致以诚挚的谢意！ 毕业设计是大学课程的一个重要环节，它可以让我们对大学四年所学所知所见综合 的系统的应用和实践。通过毕业设计把所学相关课程中所获得的理论知识在论文中加以 综合运用，使理论知识和生产实践密切的结合起来。本次毕业设计让我树立了正确的设 计思想，培养了我对本专业的独立工作能力，为我今后的工作打了良好的基础。 在这即将毕业的时刻，我要特别感谢院领导和老师的关心支持。是你们的辛勤劳动 和无私奉献使我能够认认真真的作完毕业设计，更是你们的关心和教导使我顺利完成大 学的学业。你们所从事的职业是太阳底下最光荣的。十年树木，百年树人。作为人类灵 魂的工程师，我为你们感到骄傲！ 我也要感谢和我共同走过这风雨兼程的学习生活的同学们。是你们的支持和帮助， 使我勇往直前，永不后退。我们朝夕相处，荣辱与共。 这次毕业设计使我收益非浅，可以说，它将对我以后的学习，工作产生很大的影响。 最后，再次对老师表示感谢！同时，也对学校里的关心我们的领导表示诚挚的谢意。 原版文档，无删减，可编辑，欢迎下载 详细图纸可扣扣咨询 414951605 或 1304139763 参考文献 1 马鸣图，吴宝榕. 双相钢物理和力学冶金M. 北京：冶金工业出版社，2009： 1-7. 2 朱铮. 汽车用高强钢的开发应用和发展前景J. 钢铁，2000，35（11）：39-41. 3 干勇，田志凌，董瀚，等. 钢铁材料手册M.北京：化学工业出版社，2009， 338-425. 4 科学技术厅金属材料技术研究所. 高强度加磷钢及制作方法：日本， 99118334.7P. 2001-04-11 5 宋广兴. 在加磷铝镇静钢中复合添加氮对r 值的影响J. 钢铁研究情报，1982： 213-214. 6 王利. 汽车用高强度薄钢板J. 宝钢技术，1997（1）：58-61. 7 赵子苏，毛卫民，余永宁，等. 钛对高强钢第二相粒子析出规律和力学性能的 影响J. 钢铁，2000，35（9）：47-50. 8 S. Das, S. B. Singh, O. N. Mohant and H. K. D. H. Bhadeshia. Understanding thecomlexities of bake hardeningJ. Materials Science and Technology, 2008，24（1）： 107-108. 9 姚贵升. 采用烘烤硬化钢板（BH钢板）改善汽车车身外表零件的抗凹陷性能J. 宝钢技术，2000（4）：1-2. 10 吕成，胡吟萍，孙方义. 不同成分体系对超低碳烘烤硬化钢性能的影响J. 钢 铁研究，2011，39（2）：59-62. 11 蔡明晖，丁桦，陈建苏，等. 铁素体/贝氏体双相钢的变形和断裂特性J. 材料 研究学报，2009，23（1）：84-87. 12 张梅. 高强度和超高强度相变塑性钢的开发和研究D. 上海： 上海大学学位论 文，2007，9-12. 13 Zrnik J, Muransky O, Stejskal O, et al. Effect of Processing Condition on Structure Development and Mechanical R