单面焊双面成型的工艺-南通航运职业技术学院船舶与海洋工程系毕业论文

1 南通航运职业技术学院 船舶与海洋工程系 毕业论文 单单面焊双面成型的工艺面焊双面成型的工艺 姓姓名名：洪小兵 学学号号：425051246 班班级级：船体 5052 专专业业：船舶工程技术 指导老师指导老师：李艳 时时间间：2010.6.20 2 目录 摘要摘要.3 绪论绪论.3 1、焊接的概念.5 2、焊接技术的应用和发展.6 3、单面焊双面成型焊接的概念错误！未定义书签。错误！未定义书签。 4、舱单面焊双面成型焊接的分类 7 5. 板与板对接单面焊双面成型焊接工艺分析 7 6、单面焊双面成型焊接的常见缺陷错误！未定义书签。错误！未定义书签。 7、单面焊双面成型焊接质量差的原因分析10 7.1、电源自身因素11 7.2、工艺因素.错误！未定义书签。错误！未定义书签。 7.3、操作因素.错误！未定义书签。错误！未定义书签。 8、改进单面焊双面成型焊接质量差的措施12 8.1、焊前准备.错误！未定义书签。错误！未定义书签。 8.2、焊接操作.错误！未定义书签。错误！未定义书签。 9、焊接新工艺、新技术、新材料的应用与推广错误！未定义书签。错误！未定义书签。 结束语.13 参考文献 错误！未定义书签。错误！未定义书签。 3 单单面焊双面成型的工艺面焊双面成型的工艺 洪小兵 （南通航运职业技术学院船舶与海洋工程船体 5052） 摘要摘要 ：世界钢及其它金属产量、品种的不断增长及其对制品质量、性能要求的 日益提高，特别是随着我国的入世及世界制造加工基地向我国不断转移，作为工 业缝纫和线（材料）的焊割机和焊丝、焊条的数量、质量和品位及其自动化生产 水平，也将有很大提高。不难预测，今后几年之内它们将会继续保持持续高速发 展。为适应国内外市场急速发展和激烈竞争的需求.制造业将以市场为目标，进 行传统、通用产品的改造、产品结构的调整、质量认证和规范管理，组织化规模 化、专业化、自动化的批量生产；同时加强对现代焊接技术的研究开发，特别是 发展高效、节能、高性能、优质和多丝高速焊接设备、重大装备及其数字化控制 技术和新焊接材料，取代进口，争取出口。 不论怎样的发展，焊接技术事一门不可取代的技术行业。社会的发展再怎样 的先进，自动化永远不可以能将一切焊接技术取而代之。单面焊双面成型技术是 手工焊接的一个代表，也是在以后的社会发展过程中不可消失的技术行业之一。 单面焊双面成型技术应用广泛，各个行业都有。但是单面焊双面成型工艺也 有自身的缺陷和弊端。就此，我写下了本次毕业论文。 行业技术发展的日新月异，论文欠妥之处在所难免，欢迎给予指正。 4 绪论绪论 焊接技术是随着金属的应用而出现的。金属焊接方法有 40 种以上，主要分 为熔焊、压焊和钎焊三大类。 熔焊是在焊接过程中将工件接口加热至熔化状态， 不加压力完成焊接的方 法。熔焊时，热源将待焊两工件接口处迅速加热熔化，形成熔池。熔池随热源向 前移动，冷却后形成连续焊缝而将两工件连接成为一体。 在熔焊过程中，如果大气与高温的熔池直接接触，大气中的氧就会氧化金 属和各种合金元素。大气中的氮、水蒸汽等进入熔池，还会在随后冷却过程中在 焊缝中形成气孔、夹渣、裂纹等缺陷，恶化焊缝的质量和性能。 为了提高焊接质量，人们研究出了各种保护方法。例如，气体保护电弧焊就 是用氩、二氧化碳等气体隔绝大气，以保护焊接时的电弧和熔池率。 压焊是在加压条件下， 使两工件在固态下实现原子间结合， 又称固态焊接。 常用的压焊工艺是电阻对焊，当电流通过两工件的连接端时，该处因电阻很大而 温度上升，当加热至塑性状态时，在轴向压力作用下连接成为一体。 各种压焊方法的共同特点是在焊接过程中施加压力而不加填充材料。 多数压 焊方法如扩散焊、高频焊、冷压焊等都没有熔化过程，因而没有象熔焊那样的有 益合金元素烧损，和有害元素侵入焊缝的问题，从而简化了焊接过程，也改善了 焊接安全卫生条件。 同时由于加热温度比熔焊低、 加热时间短， 因而热影响区小。 许多难以用熔化焊焊接的材料，往往可以用压焊焊成与母材同等强度的优质接 头。 钎焊是使用比工件熔点低的金属材料作钎料， 将工件和钎料加热到高于钎 料熔点、低于工件熔点的温度，利用液态钎料润湿工件，填充接口间隙并与工件 实现原子间的相互扩散，从而实现焊接的方法。 焊接时形成的连接两个被连接体的接缝称为焊缝。 焊缝的两侧在焊接时会受 到焊接热作用，而发生组织和性能变化，这一区域被称为热影响区。焊接时因工 件材料焊接材料、 焊接电流等不同， 焊后在焊缝和热影响区可能产生过热、 脆化、 淬硬或软化现象，也使焊件性能下降，恶化焊接性。这就需要调整焊接条件，焊 前对焊件接口处预热、焊时保温和焊后热处理可以改善焊件的焊接质量。 现代焊接技术已能焊出无内外缺陷的、 机械性能等于甚至高于被连接体的焊 5 缝。 被焊接体在空间的相互位置称为焊接接头，接头处的强度除受焊缝质量影响 外，还与其几何形状、尺寸、受力情况和工作条件等有关。 在近代的金属加工中，焊接比铸造、锻压工艺发展较晚，但发展速度很快。 焊接结构的重量约占钢材产量的 45%，铝和铝合金焊接结构的比重也不断增加。 未来的焊接工艺，一方面要研制新的焊接方法、焊接设备和焊接材料，以进 一步提高焊接质量和安全可靠性，如改进现有电弧、等离子弧、电子束、激光等 焊接能源；运用电子技术和控制技术，改善电弧的工艺性能，研制可靠轻巧的电 弧跟踪方法。另一方面要提高焊接机械化和自动化水平，如焊机实现程序控制、 数字控制；研制从准备工序、焊接到质量监控全部过程自动化的专用焊机；在自 动焊接生产线上，推广、扩大数控的焊接机械手和焊接机器人，可以提高焊接生 产水平，改善焊接卫生安全条件。 焊接中单面焊双面成形焊接工艺是在接缝间隙处依靠控制熔池金属的操作 技术来实现单面焊接,正、反双面成形。焊接时随着电弧热源的稳定,液态金属熔 池沿前线熔化,沿后端线结晶,高温液态熔池处于悬空状态， 从而达到焊接技术的 要求的方法。 是一门很难掌握的技术，所有的焊工，在掌握好了这一门技术后， 对于其他焊接技术的要求可以说事轻车熟路，很容易掌握的。把握单面焊双面成 型技术，事我们为了以后能更好的在这一领域发展的前提和基础。焊接技术是一 门重要的金属加工技术, 尽管焊接技术发展很快,自动化程度也越来越高,但手 工电弧焊仍占有不可替代的地位。尤其在小直径容器和管道的焊接方面,单面焊 双面成形焊接技术的作用更显突出。 1 1、焊接的概念、焊接的概念 焊接技术就是高温或高压条件下，使用焊接材料【焊条或焊丝】将两块或两 块以上的母材【待焊接的工件】连接成一个整体的操作方法。焊接技术主要应用 在金属母材上，常用的有电弧焊，氩弧焊，CO2 保护焊，氧气-乙炔焊，激光焊 接，电渣压力焊等多种。 焊接（welding）GB3375-94焊接术语中指出， “焊接是通过加热、加压， 或两者并用，使同性或异性两工件产生原子间结合的加工工艺和联接方式“。从 上述焊接应用广泛，既可用于金属，也可用于非金属。 6 2 2、焊接技术的应用和发展、焊接技术的应用和发展 焊接技术的应用焊接是金属连接的一种工艺方法，也是一门综合性应用技 术。目前，随着中国经济的发展，中国作为“世界制造工厂” ，那么焊接技术的 应用是很广泛的。随着焊接技术的发展和进步，焊接结构的应用越来越广泛，焊 接结构几乎渗透到国民经济的各个领域，如工业中的石油与化工机械、重型与矿 山机械、起重与吊装设备、冶金建筑、各类锻压机械等;交通运输业中的汽车、 船舶、车辆、拖拉机的制造；兵器工业中的常规兵器、火箭、深潜设备；航空航 天技术中的人造卫星和载人飞船等。大到航天技术，小到生活中应用的电子机械 东西，我们无处不得应用我们传统的焊接技术。甚至对于许多产品，例如用于核 电站的工业设备以及海洋资源所必须的海上平台、海底作业机械或者潜水装置 等，为了确保加工质量和后期使用的可靠性，除了采用焊接技术外，难以找到比 焊接更好的制造技术， 也难以找到比只有通过焊接工艺才能确保这些机械结构满 足其使用性能要求的更好的其他方法。焊接方法以自身的优越性，确保了自身的 不可代替性。焊接方法不但易于保证焊接结构等强度的要求，而且相对来说工艺 比较简单，加工成本比较低廉，所以焊接方法得到了广泛的应用。 焊接技术的发展在金属加工工艺领域，焊接属于连接方法之一。焊接工艺发 展历史虽然不长，但近年来焊接技术的发展是十分迅速的。现代焊接技术的发展 始于 19 世纪 80 年代。 目前工业生产应用的焊接方法却是 19 世纪末 20 年代初现 代科学技术发展的产物。科学技术的进步，为焊接的发展提供了理论基础和物质 条件。随着新焊接能源的开发和应用，新的焊接方法不断涌现，推动了焊接技术 的应用范围不段扩大。而一些高、精、大型产品制造的高要求，又有力地推动了 焊接技术的发展。 迄今为止， 焊接技术已发展为一门独立的学科， 在能源、 交通、 建筑，特别是在机器制造部门中，已成为不可缺少的工艺方法，并将发挥越来越 大的作用。 3 3、单面焊双面成型焊接的概念、单面焊双面成型焊接的概念 单面焊双面成型操作技术是采用普通焊条， 以特殊的操作方法在坡口的正面 进行焊接，焊后保证坡口正反两面都能得到双面成型焊缝的一种操作方法。是一 项在压力管道和锅炉压力容器焊接中，焊工必须掌握的操作技术。 7 4 4、单面焊双面成型焊接的分类、单面焊双面成型焊接的分类 单面焊双面成型焊接方法主要有断弧焊法和连弧焊法两种。 断弧焊法是通 过控制电弧的不断燃烧和不断灭弧的时间以及运条动作来控制溶池形状， 溶池温 度以及溶池中液态金属厚度的一种单面焊双面成型机理。 主要是靠电弧的穿透力 和溶池的表面张力以及电磁收缩力， 当电弧穿透坡口间隙后熔化坡口两侧和前一 个溶池，从而形成一个新的溶池。通过熄弧和溶池的表面张力来控制溶池温度， 形状和位置。由于这种方法使溶池前方出现了一个大于破口间隙的溶孔，渣气均 能有效的保证正，背面熔缝溶池。连弧焊法是在焊接过程中电弧连续燃烧，不 熄灭，采取较小的坡口钝边间隙，选用较小的焊接电流，始终保持短弧连续施焊 的一种单面焊双面成型技术。 5 5、板与板对接单面焊双面成型焊接工艺分析、板与板对接单面焊双面成型焊接工艺分析 板与板对接单面焊双面成型焊接工艺可分为焊前准备，焊接过程两大部分。 焊前准备可以分为以下 4 步骤： 焊件加工 选用两块材质为 Q235 的低碳钢板，焊件规格约为长度 300mm，宽度 100-120mm，板厚 10mm，制备 V 型坡口，单边坡口角度 30左右，2，坡口 面应平直，钝边为 1mm，焊件平整无变形。 焊件的清理 用锉刀、砂轮机、钢丝刷等工具，清理坡口两面 20mm 范围内的铁锈、氧化 皮等污物，直至露出金属光泽。 焊条及焊接电源 选用优质价廉酸性的焊条， 直径为 2.5mm、 3.2mm。 焊前须经 150200 烘 焙 1 小时（实训老师为我们做好了准备） ，然后放入焊条保温筒中备用。焊前要 检查焊条质量，焊接电源可采用 bx1-330 或 bx3-300 交流弧焊机。具体电流、 焊条直径与板厚的关系如下表： 手工电弧焊焊条直径与板厚的关系 板厚（mm）4 41212 焊条直径（mm）不超过试板厚度3.244 8 手工电弧焊焊条直径与焊接电流的关系 焊条直径（mm）2.0 2.5 3.2 4.0 5.0 6.0 焊接电流 (A ) 4060 6580 90130160210200270260 500 焊件装配及定位焊 采用连弧焊装配，一般坡口间隙可以定为：始焊端间隙为 2.5mm, 终焊端为 3.2mm（我们在实训过程中常用 3.2mm 的焊条，始边焊以焊心为标准，终端焊以 3.2mm 焊条直径为标准） ，焊条错变量应小于 1mm，反变形角度为 46为宜。 始端，终端电焊固定，并放置于焊接架上，准备进行焊接过程。 焊接过程可分为打底焊、填充焊、盖面焊 3 部分： 打底焊（焊条直径 3.2mm 焊接电流 90A）打底层焊接可采用连弧法，也可 采用断弧法（由于本人在实训过程中常用连弧法焊接，所以本实例以连弧焊接法 为例） 。 引弧 在定位焊缝上引弧，当焊到定位焊尾部时，应稍加预热，将焊条向 坡口根部顶一下（其目的是为了更好的形成第一个溶池） ，此时溶池前方应有熔 孔，该熔孔应该向坡口两侧各深入 0.5-1mm 为宜。 运条 运条采用月牙形或锯齿形横向短弧焊接法。弧长应该小于焊条直 径。 焊条倾角 倾角一般为 70-80为宜。焊接过程中应该在坡口两侧稍作 停留， 以利于填充金属与母材熔合良好。并防止因填充金属与母材交界形成一定 的夹角，不易清渣。 操作要领 操作过程可归纳为一看二听三准的原则。看：观察熔池深度和 熔孔大小基本保持一致。听：焊接过程中听电弧击穿坡口根部发出“噗噗”的声 音， 那声音代表着坡口根部已经熔透，无声音则表示我们所焊接的试板坡口根部 未完全熔透。准：焊接时，熔孔的端点位置应该掌握准确，焊条的中心要对溶池 前端与母材的交界处，且每一个熔池与前一个熔池应搭接 2/3 左右，应保持电弧 的 1/3 部分在试板的背面燃烧来加热和击穿坡口根部。 打底层焊缝厚度打底层焊缝厚度，坡口背面高度为 1.5-2mm,正面厚度 9 2-3mm。 （2）填充焊（焊条直径 3.2mm 焊接电流 130A） 焊接前应对打底焊道仔细进行清渣，特别要注意角缝处和死角处的焊渣 清理工作。可用敲打锤，钢刷对打底焊反复进行清渣。 在距离焊缝始端 10mm 左右处引弧后，将电弧拉回到始端进行焊接。每次 都应按此方法操作，以防止端部焊接缺陷的产生。 采用月牙法或锯齿横向法摆动焊条头部，使其焊缝成型美观（呈鱼鳞形 状） 。 焊条与试板的下倾角应该为 70-80为宜。 焊条摆动到两侧坡口时，应该稍停顿片刻，以利于熔合及渣，防止焊缝 两侧产生未熔合的死角。 最后一层填充焊层的厚度 最后一层的焊层厚度应低于母材表面 1-1.5mm，呈凹形，不得熔化坡口棱角（边） ，以利于盖面焊保持平直。 （3）盖面层焊接（焊条直径 3.2mm 焊接电流 110A） 引弧（和填充焊方法引弧相同） 。 采用月牙形或横向锯齿形运条。 焊条与试板的下倾角应为 70-75。 焊条摆动到坡口边沿时，要稍作停顿，保持熔宽 1-2mm. 焊条的摆动频率应比平焊缝稍微快点，前进的速度要均匀一致，使每个 新的熔池覆盖前一个熔池的 2/3-3/4 为宜。 更换焊条前必须收弧，应对熔池填些铁液，迅速更换焊条后，再在弧坑 上方 10mm 左右填充层焊缝金属上引弧，并且将电弧拉至厚弧处，填满弧坑后， 继续施焊。 7 焊接结束后，清渣处理。可得到良好的板与板的单面焊双面成型焊接。 6 6、单面焊双面成型焊接的缺陷、单面焊双面成型焊接的缺陷 焊接技术是一门重要的金属加工技术, 尽管焊接技术发展很快,自动化程度 也越来越高,但手工电弧焊仍占有不可替代的地位。尤其在小直径容器和管道的 焊接方面,单面焊双面成形焊接技术的作用更显突出。优质的单面焊双面成形焊 10 接的焊缝表面应圆滑过渡至母材,表面不得有裂纹、未熔合、夹渣、气孔、焊瘤、 咬边等缺陷,焊缝内部同样不允许有缺陷.但焊接过程中由于设备、材料、工艺及 操作等原因,使得形成的焊缝达不到质量要求,从而对结构的工作质量和使用寿 命产生严重的影响。 7 7、单面焊双面成形焊接质量差的原因分析、单面焊双面成形焊接质量差的原因分析 主要从以下方面进行分析： 7.1 焊接电源自身因素引起的焊接质量差 焊接电源是焊接工艺执行过程中最重要的因素. 若焊接电源自身性能不好, 必然不会产生良好的焊件. 当焊机的引弧性能差,电弧燃烧不稳定,就不能保证 工艺参数稳定,焊接过程就无法正常进行,焊接质量就得不到保证. 7.2 工艺因素对单面焊双面成形焊接质量的影响主要有焊接电流、焊速、焊 接层数的选择、焊条类型及焊条直径等因素。 焊接电流 焊接电流大小选择恰当与否直接影响到焊接的最终质量. 焊接电流过大,可 以提高生产率,并使熔透深度增加,但易出现咬肉、 焊瘤等缺陷,并增大气孔倾向. 尤其在立焊操作时熔池难以控制,易出现焊瘤,弧长增加,就会产生咬边. 焊接电 流过小,熔透深度减小,易出现未焊透、熔合不良、夹渣、脱节等缺陷。在实训过 程中，对于我们刚刚接触焊接的同学们来说，这是一个很难掌握的问题。我们在 板与板对接的单面焊双面成型过程中，主要是打底焊的电流过大，导致我们的板 背面出现了许多大小不一的焊瘤。打底焊接的过小，致使我们的焊接出现了未熔 合缺陷。这中缺陷直接可以导致焊接质量的大大降低，在工业生产中，是很重要 的缺陷之一。 焊速 焊接速度是表征焊接生产效率的主要参数。 合理选择焊接速度对保证焊接质 量尤为重要. 焊速过快,使熔池温度不够,易造成未焊透、未熔合、焊缝成型不良 等缺陷. 焊速过慢,使高温时间长,热影响区宽度增加,焊接接头的晶粒变粗,机 械性能降低,焊件的变形量增大,同时焊速过慢还会使每层的厚度增大,导致熔渣 倒流,形成夹渣等缺陷。盖面焊的焊速，是我们在实训过程中看的比较重要的一 11 个步骤，毕竟我们的老师做不到探伤什么的检验，那么只有通过焊缝的质量好坏 来给予我们评价。我在实训过程中，经常出现焊接速度过快，导致我的焊面看起 来很光划，但是我的热影响区域很宽，致使我焊接的板机械性能大大降低。 焊接层数选择不当 单面焊双面成形焊接层数的选择对焊缝质量也有一定的影响,每层厚度过大, 对焊缝金属的塑性有不利的影响,且焊接过程中熔渣易倒流,产生夹渣和未熔合 等缺陷. 但每层厚度也不易过小,以免造成焊缝两侧熔合不良。 在填充的过程中， 我所选择的焊接层数有点过少，直接导致我在焊接中，大部分需要填充的区域出 现了未熔合，倒流等现象，直接导致我的盖面焊很难完成：也导致了我的焊接耗 材量加大，耗工费时等。 焊条类型及焊条直径的影响 焊缝金属的性能主要由焊条和焊件金属相互熔化来决定. 因此, 焊条类型 选择恰当与否是影响焊缝质量的重要因素. 焊条直径的大小除了对生产率有一 定的影响外,对焊接质量也有一定的影响. 焊条直径过大,在进行打底层焊接熔 池难以控制, 易产生焊瘤等缺陷。什么样的母材，选择和母材性能相似的焊接材 料。焊接直径的选择，过大我们在打底焊很难在试板的背面焊出良好的焊缝；焊 条直径过小，背部出现未熔合现象较明显等。 7.3 操作因素对单面焊双面成形焊接质量的影响 在焊接生产过程中,焊工的单面焊双面成形操作技术水平低,就意味着打底 层的运条方法、焊条角度、接头方法、中间层及盖面层的运条方法、接头、收尾 等操作方法掌握不熟练,这是造成焊缝质量差的重要原因。对于我们刚刚从事焊 接的学生们来说，这是我们焊接质量较差的重要原因之一。焊工技术差，直接导 致我们在焊接过程中各各环节难以完成，只有多锻炼，多总结，完善自己的焊接 技术后，我们才可以得到较好的单面焊双面成型工艺件。 8 8、改进单面焊双面成型焊接质量差的措施、改进单面焊双面成型焊接质量差的措施 8.18.1 焊前准备焊前准备 焊前应对焊机进行试焊,确认焊机的引弧性能和稳定性能好,工艺参数的调 节方便、灵活、方可使用. 工件应开 Y 形的坡口,单板的坡口要小于 30，钝边 12 的尺寸一般选在 0. 51. 0 mm 之间,坡口边缘 20 mm 以内处用砂轮机打磨,并将 表面的铁锈、油污等清除干净,露出金属光泽.板与板的焊接，我们应该选择与我 们母材相似的焊条,打底层焊接应选择直径 3. 2 mm 的焊条,使用前应对焊条进行 哄干措施，更重要的是需要将焊条放在保温筒内,随用随取。药皮脱落和焊芯有 问题的焊条我们是不能使用的。严格按照操作规章制度进行焊前准备，确保焊接 过程的安全和焊接质量。并对我们的焊工专用手套和面罩进行仔细的检查，有问 题的我们应该及时换取新的。 8.28.2 焊接操作焊接操作 选择合适的工艺参数 焊接电流应根据板件厚度、焊接位置、焊条直径和焊接经验进行选择,保证 所选择的电流不易造成焊缝咬边、烧穿、夹渣、未焊透等缺陷. 焊接过程中应选 择短弧焊,以避免咬肉、未焊透、气孔等缺陷的产生. 焊速应合适,不宜过慢,焊 接过程中根据我们的板厚选择合适的焊接层数,每层厚度不大于 4 mm，以避免高 温停留增长,影响焊缝的机械性能,但焊速也不宜过快,以免造成未溶合、未焊透 等缺陷. 对重要构件要采取焊前先预热、 焊后缓冷等措施,以避免冷裂纹的产生。 注重我们焊接过程中的每一个环节，严格按照工艺参数来施焊。 焊工技术水平 焊接生产中,焊工对单面焊双面成形操作技术掌握的水平,往往决定了焊缝 的质量。 因此,加强焊工单面焊双面成形操作技能的训练是保证焊缝质量的关键。 9 9、焊接新工艺、新技术、新材料的应用与推广、焊接新工艺、新技术、新材料的应用与推广 由于船厂的产品特点是多品种、 小批量， 产品结构和材料变化频繁。 近年来， 随着转换现代造船模式，大力推进区域造船法，使船舶焊接技术也发生了较大的 变