Q235低碳钢板材焊接工艺要点

西安航空职业技术学院 毕业设计论文 Q235Q235 低碳钢板材焊接工艺低碳钢板材焊接工艺 【摘要摘要】 Q235 低碳钢在现代工业上应用十分广泛，本文主要针对 Q235 低碳钢板材 的焊接工艺进行设计，Q235 钢具有较高的可塑性，因此它的焊接性比较好，焊 接过程中不易产生裂纹，通过经济和操作性两个方面的考虑，选用手工电弧焊 进行焊接，焊接后变形小，缺陷少，焊接质量良好，当然最重要的是焊接工艺 参数设计正确，再到最后的焊后处理和金相检验和硬度测试，总的来说设计思 路正确，构思明确 关键词：低碳钢；手工电弧焊；裂纹；焊接工艺；焊接接头；焊接质量 目录目录 【摘要摘要】 .1 第一章第一章 绪论绪论 .3 1.碳钢的简述：.3 2.Q235 低碳钢的发展及应用.3 第二章第二章 Q235 低碳钢板材的焊接：低碳钢板材的焊接： .4 1. Q235 低碳钢的化学成份分析：.4 2板材厚度和焊接材料的的选择及其原因：.4 2.1 板材厚度的选择.4 2.2 焊接材料的选择.5 3 焊接方法和焊接设备的选定.6 4. 焊接工艺的制订.7 4.1 焊前准备.7 4.1.1 焊接接头形式及坡口准备.7 4.1.2 工件表面的清理.7 4.2 焊接工艺参数的制定.7 4.2.1 焊条直径.7 4.2.2 焊接电流.8 4.2.3 焊接电压.8 4.2.4 焊接层数.9 4.2.5 焊接速度.9 4.3 焊接及焊后热处理.9 4.3.1 防止钢裂纹的措施.9 4.3.1.1 结晶裂纹产生的原因.10 4.3.1.2 冷裂纹的防止措施.11 4.3.1.3 严格控制氢的来源.11 4.3.1.4 焊前预热.12 4.3.2 焊后热处理.12 4.3.3 焊接时应注意的要点.13 三焊接质量的检验三焊接质量的检验 .14 1.外观检验.14 2.内部检验.15 3.力学性能检验.15 四结束语四结束语 .17 五谢辞五谢辞 .18 六参考文献六参考文献 .19 西安航空职业技术学院 毕业设计论文 第一章第一章 绪论绪论 1.碳钢的简述：碳钢的简述： 在钢铁领域，最早泛用的是碳素钢（简称碳钢）,碳素钢是指含铁，碳和为 了生产技术所需要的正常数量的硅【w（si）40-60mm) 23(a60-100mm) 22(a100-150mm) 21(a150mm) 2板材厚度和焊接材料的的选择板材厚度和焊接材料的的选择及其原因：及其原因： 2.1 板材厚度的选择板材厚度的选择 在设计的过程中办学板材的厚度不能厚，也不能太薄，必须符合现在工业 的的大众需求，和现代工业相接轨，所以在这片论文设计中我选用板材厚度为 西安航空职业技术学院 毕业设计论文 8mm 厚的钢板。 2.2 焊接材料的选择焊接材料的选择 电焊条就是在金属丝（即焊芯）表面涂有适当药皮的手工电弧焊用的融化 电极。 电焊条的选用原则： 1) 考虑工件的物理，力学性能和化学成分 2) 考虑工件的工作条件和使用性能 3) 考虑工件的复杂成度，刚度大小，焊接坡口和焊接部位等 4) 考虑经济性和实用性 根据以上原则，焊接过程中选用 J422 焊条 表 2-1 所示 表 2-1 J422 焊条的简介 焊接牌号国标药皮类型焊接电源主要特点及用途 J422E4303钛钙型交直流 焊接较重要的低碳钢结构和同 强度等级的低合金钢 焊芯的作用主要是导电，在焊条端部形成电弧，同时，焊芯靠电弧热融化 后冷却形成具有一定成分的融敷金属 表 2-2 低碳钢焊条焊芯 电焊条种类所用焊芯 低碳钢焊条低碳钢焊芯（H08A）等 表 2-3 焊芯的化学成分 Si p 牌号CmnSiCrNiMn其他 H08A0.10 0.30- 0.60 0.030.020.30.0300.030 西安航空职业技术学院 毕业设计论文 表 2-4 融敷金属的主要性能 焊条牌号熔敷金属化学成分%熔敷金属力学性能 AKv CMnSi其他 b mpa s mpa s %CJJ422 0.080.470.154838228079 表 2-5 冶金行能 熔敷金属主要成 分% 熔敷金属中气体及杂质含量% 熔敷金属力学 性能 焊 条 牌 号 药皮类型 及渣系 CSiMNO H m K g SP b N m % Akv J J422 钛钙型 Tio2- Sio2- Cao 0.07 0.09 0.10 0.20 0.35 0.60 0.24 0.03 0.06 0.10 25 30 0.015 0.030 0.02 0.030 440 490 20 30 123 196 氧化物碳酸盐杂质 总量 抗热裂纹性抗气孔性 0.1090.135 尚好 大电流或焊接含 Si,S 较高的钢材时气孔敏 感性强，对铁锈水分不太敏感 焊条使用前应烘干，酸性焊条烘干温度为 15200，保温 1-2h，在焊接 锅炉，压力容器时，烘干后的焊条必须放在保温筒内，随用随取，焊条冷至室 温四小时后，必须重新烘干，焊条重复烘干次数不得超过 2 次 3 焊接方法和焊接设备的选定焊接方法和焊接设备的选定 低碳钢的焊接性能好，焊接工艺容量大，常用的焊接方法有焊条电弧焊， 二氧化碳气体保护焊，埋弧焊及电渣焊等，焊接时依焊件强度等级及工作环境 西安航空职业技术学院 毕业设计论文 来选择焊接材料。 在选择焊接方法的过程中，不仅要考虑焊接的性能，还要考虑考虑成本价 值，焊接的环境及它的可操作性，综上所述，焊接 Q235 低碳钢手工电弧焊最 为适合，现有焊机 BX3-400 直流弧焊机可供试用。 4. 焊接工艺的制订焊接工艺的制订 4.1 焊前准备焊前准备 4.1.1 焊接接头形式及坡口准备焊接接头形式及坡口准备 焊条电弧焊时，由于焊件结构形状，厚度不同，以及对质量的要求不同， 其接头形式及坡口要求也不相同，采用焊条电弧焊焊接低碳钢时，由于熔深较 浅，6mm 以上钢板对接，需要开 v 型坡口，或双 v 型坡口，坡口边缘的加工方 法有：剪切，刨边，车削，铲削，氧乙炔焰切削，碳弧气刨等方法，应根据母 材，焊接接头的质量要求及工厂的加工条件来应用 我们选用的钢板厚度为 8mm，为方便焊后检验，我们选用对接的焊接方式， 钢板两侧开 30坡口，采用车削的方式完成，如图： 图 2-1 焊接接头的破口形式 4.1.2 工件表面的清理工件表面的清理 已加工好的坡口及其边缘两侧不小于 10mm 范围内的油污，铁锈，水分等 杂物应清除干净，直至露出金属光泽 4.2 焊接工艺参数的制定焊接工艺参数的制定 4.2.1 焊条直径焊条直径 选择焊接直径时，主要考虑焊件厚度，接头形式，焊缝位置，焊缝层数及 允许的热输入等，一般在厚壁焊件的封底焊缝，小口径管对接焊缝和薄板的焊 接时应采用2.53.2mm 焊条，其余可采用45mm 焊条，立焊，仰焊 和其他难焊位置焊接时，可采用3.24mm 的焊条 西安航空职业技术学院 毕业设计论文 对根部不要求完全均匀焊透的不开坡口的角接，T 型接头，搭接焊缝和背 面清除根部封底焊的对接焊缝，其焊条直径见表 2-6 所示 表 2-6 焊条直径 焊件直径焊条直径 4不超过焊件厚度 4123.04.0 124.0 根据以上原则，此次设计焊接过程中我们选用焊条直径为3.2mm 焊条 4.2.2 焊接电流焊接电流 焊接电流只要根据焊条直径和焊接位置来选择，在平焊位置焊接时，可根 据下列经验公式选用电流 I=Kd 式中：I-焊接电流（A） d=焊条直径（mm） K=经验因数 通常取 3050 一般情况下增加电流能增加熔深，提高生产率，但电流过易已造成咬边和 严重飞溅，因此应根据施工条件确定电流大小。例如环境温度降低时施焊，热 能损失大，需加大电流，T 型接头或十字接头传热方向多，施焊时电流应比对 接接头时大，焊件厚度大时，电流也应相应增加，反之焊接薄板，在立焊，横 焊，仰焊位置施焊，则电流应该相应的减小 表 2-7 焊接电流 焊条直径 mm 焊条牌号焊接位置 2.02.53.24.05.06.0 平焊40-7065-90100-140150-210200-260260-320 J422 立焊 仰焊35-6850-8580-130120-170150-210 根据以上原则，此次设计焊接过程中我们选用焊接电流为 100-140A 4.2.3 焊接电压焊接电压 焊接电压对熔深的影响很小，主要影响熔宽，随着焊接电压的增大，熔宽 增大，而熔深及余高略有减小，为保证电弧的稳定燃烧及合适的焊缝成型系数， 焊接电压与焊接电流保持适当的关系，焊接电流增大时，应适当提高焊接电压， 于每一焊接电流对应的焊接电压的变化范围不超过 10V 焊接电压除对焊缝成型系数有影响外，还会改变熔敷金属的化学成分。当 焊接电压增加时，焊剂的熔深量增加，熔渣和液化金属的比值增大，过度到熔 敷金属中的合金含量所增加 西安航空职业技术学院 毕业设计论文 在这里的焊接电压为 22-26V 4.2.4 焊接层数焊接层数 采用焊条电弧焊焊接中厚板是，应采用多层焊，对于低碳钢，焊接层数的 多少对接头质量影响不大，但层数过少，每层厚度较大，则会降低焊缝金属的 塑性，易产生缺陷，因此一般按下式选择焊接层数 n=/d 式中 n=焊接层数（取整数值） =焊件厚度（mm） d=焊条直径（mm） 在这里的焊接层数为两层 4.2.5 焊接速度焊接速度 不做特殊规定，通常焊接速度小于 10mh，工件越薄，焊接速度越大焊接 速度一般由焊工根据焊缝尺寸和焊条特性自行掌握， 4.3 焊接及焊后热处理焊接及焊后热处理 4.3.1 防止钢裂纹的措施防止钢裂纹的措施 在焊接应力及其它致脆因素共同作用下，焊接接头中局部地区的金属原子 结合力遭到破坏而形成的新界面所产生的缝隙，叫做焊接裂纹。它具有尖锐的 缺口和大的长宽比的特征。 裂纹是危害最严重的焊接缺陷。这主要是因为裂纹两端的缺口效应造成了 严重的应力集中，很容易扩展而形成宏观开裂或整体断裂。因此，在焊接生产 中，裂纹一般是不允许存在的。所以要严格控制产生裂纹的因素，以保证较好 的焊接质量。 焊接裂纹的分类 1. 焊接热裂纹 在焊接过程中，焊缝和热影响区金属冷却到固相线附近的高温区产生的焊 接裂纹，叫做焊接热裂纹。 2. 焊接冷裂纹 焊接接头冷却到较低温度下（相对钢来说在Ms 温度以下）时产生的裂 纹，叫做冷裂纹。 3. 消除应力裂纹 焊件焊后在一定温度范围再次加热时，由于高温及残余应力的共同作用而 产生的晶间裂纹，叫做消除应力裂纹。 4. 层状撕裂 西安航空职业技术学院 毕业设计论文 层状撕裂是指焊接时，在焊接构件中沿钢板轧层形成的呈阶梯状的一种裂 纹。 Q235 低碳钢焊接时，塑形比较好，但操作不当时易产生冷裂纹与焊接热裂 纹。 4.3.1.1 结晶裂纹产生的原因结晶裂纹产生的原因 焊缝金属在结晶后期出现开裂，原因来自于两方面：焊缝金属在结晶后期 抗裂能力（以伸长率 代表）下降和拉伸应变的形成。焊接时金属材料的塑性 变化见图 2-2 图 2-2 高温时金属材料塑性的变化 西安航空职业技术学院 毕业设计论文 图 2-3 焊接时产生结晶裂纹的条件 （Tl液相线温度 Ts固相线温度） 结晶裂纹的产生式由于在焊缝凝固后期存在了液态薄膜，并受拉应力的作 用的结果 当 min时不会开裂；=min时处于临界状态；只有 min时才 会产生裂纹。图 2-3 中的曲线 1、2、3 分别表示上述三种情况。 防止结晶裂纹的措施主要从冶金和工艺两方面着手，其中冶金措施更为重 要。 1）控制焊缝中硫、磷、碳等有害元素的含量。 2）调整熔渣的碱度。焊接熔渣的碱度越高，熔池中脱硫、脱氧越完全。 3）调整焊接参数已得到抗裂能力较强的焊缝成形系数。 4）调整冷却速度。冷速越高变形增长率越大，结晶裂纹倾向也越大。 5）调整焊接顺序降低拘束应力。接头刚性越大，焊缝金属冷却收缩时受到 的拘束应力也越大。 4.3.1.2 冷裂纹的防止措施冷裂纹的防止措施 冷裂纹产生的主要因素：一是 钢中含有的磷杂质以 Fe2P 和 Fe3P 的形式存 在，Fe3P 能与铁形成低熔点共晶，聚集于晶界消弱晶粒建的结合力，使钢在低 温或常温下变脆，造成冷裂纹；二是 焊接过程中由于化学反应，空气或水的分 解等因素，焊缝中溶解了一定量的氢，氢能向焊缝缺陷出流动富集形成氢脆， 甚至形成“氢至延迟裂纹”这是冷裂纹中最严重也是最危险的问题；三是 焊缝 中存在氮、氧原子或化合物也能使金属变脆，引起冷裂纹；四是 淬火倾向大的 钢或厚板刚性大的焊接由于没有采取预热或缓冷的措施，冷却速度快造成较大 西安航空职业技术学院 毕业设计论文 的内应力和焊接残余应力，这个应力超过了材料所能承受的力就会产生裂纹。 4.3.1.3 严格控制氢的来源严格控制氢的来源 氢是形成冷裂纹的一个重要因素，在形成冷裂纹的过程中的作用于其溶解 度和扩散规律有关。 由于氢在金属各相中的溶解度不同，其就以过饱和的形式残留于马氏体或 贝氏体中，并扩散到应力中或晶格缺陷处结合成分子，形成较高的局部应力， 再加上热应力、组织应力的共同作用就可能造成开裂。 图 2-4 延迟断裂时间与应力的关系 氢致裂纹的延迟，氢逐渐向开裂部位扩散集中，结合成分子并形成一定的 压力的过程。焊缝中氢的平均浓度越高，则迁移的氢数量越多，迁移速度也越 高。 综上所述氢是形成冷裂纹以及断裂的重要因素，因此，从焊接材料、焊接 方法以及工艺等方面严格控制氢的来源，选用低氢钠型、低氢钾型焊条，严格 清理待焊处两侧 20mm 之内的油污等杂质。对焊丝、焊条、焊剂在干燥条件下 使用，焊丝彻底清理表面的油污等杂质，焊条依照工艺保证烘干（在严格的烘 干温度与保温时间内） 4.3.1.4 焊前预热焊前预热 因为 Q235 低碳钢焊接性能较好，一般不需要做焊前预热，所以在此处不 做特别介绍 4.3.2 焊后热处理焊后热处理 焊后进行不同的热处理，可以分别起到起到消除扩散氢、降低和消除残余 应力、改善组织或降低硬度等作用。焊后常用的热处理制度有消氢处理、消除 应力退火、正火和淬火（或淬火+回火） 西安航空职业技术学院 毕业设计论文 在焊接过程中，由于加热和冷却的不均匀性，以及构件本身产生拘束或外 加拘束，在焊接工作结束后，在构件中总会产生焊接应力。焊接应力在构件中 的存在，会降低焊接接头区的实际承载能力，产生塑性变形，严重时，还会导 致构件的破坏 因为低碳钢的可焊性良好，通常情况下不会因焊接而引起严重硬化组织和 淬硬组织，但是如果用在重要的结构件时，要进行焊后热处理，如果经过热处 理以后，接头的金相组织会得到改善，提高了焊接接头的塑性、韧性，从而改 善了焊接接头的综合机械性能。 常用的方法有两种：一是整体高温回火，即把焊件整体放入加热炉内，缓 慢加热到一定温度，然后保温一段时间，最后在空气中或炉内冷却。用这种方 法可以消除 80%-90%的焊接应力。另一种方法是局部高温回火，即只对焊缝及 其附近区域进行加热，然后缓慢冷却，降低焊接应力的峰值，使应力分布比较 平缓，起到部分消除焊接应力的目的。 4.3.3 焊接时应注意的要点焊接时应注意的要点 低碳钢焊接时一般不需采用特殊的工艺措施，但若在寒冷冬季施焊时，焊 接接头冷却速度较快，裂纹倾向较大，尤其焊接厚板面焊缝，厚板多层焊角焊 角焊缝或焊接多层焊缝中第一道及最后一道，裂纹倾向就更大，为避免裂纹的 产生可采取以下措施 1）焊前预热，焊接时保持层间温度 2）采用低氢型焊接材料 3）厚板单层角焊缝不得过小，表面缺陷的补焊应有正常焊缝尺寸，长度不 能过短 4）适当增加定位焊缝截面和长度，定位焊时要增大焊接电源，降低焊速， 必要是还要预热 5）焊接要连续，尽量避免中断，尤其多层焊应尽量连续焊完最后一层 6）焊后适当注意缓冷，一般不需要消除应力和回火，但 Q235B 制作的压 力容器，板厚大于 34mm 时，焊前应预热 100以上，板厚大于 38mm 时，要进行消除应力处理，即将焊件均匀地加热到 550650保温 一段时间后随后均匀地冷却至 300400，最后将焊件移出在炉外 空冷 西安航空职业技术学院 毕业设计论文 三焊接质量的检验三焊接质量的检验 焊接缺陷在焊缝中位置的不同，可分为外部缺陷与内部缺陷两大类。 1.外观检验外观检验 外部缺陷位于焊缝区的外表面，用肉眼或低倍放大镜即可观察到。焊缝尺 寸不符合要求、咬边、焊瘤、弧坑、烧穿、下榻、外部气孔、表面裂纹等。 外部缺陷可以用低倍放大镜与焊接检验尺进行检验，焊接尺寸的检验主要 检验焊接完成后零件的外形尺寸，焊缝的外形尺寸（焊缝的余高、宽度） 表 3-1 焊缝目测检验的项目 检验项目 检验部位质量要求备注 清理质量 所有焊缝及其边缘无焊渣、飞溅及阻碍检验 的附着物 焊缝与母材相连处焊缝完整，不得有焊漏， 连接处应圆滑过渡 几何形状 焊缝形状和尺寸急剧变 化的部位 焊缝高低、宽窄及结晶焊 波应均匀 可用焊接检验尺测 量 焊接缺陷 1. 整条焊缝和热影响区 附近 2. 重点检查焊缝的接头 部位、收弧部位、几 何形状和尺寸突变部 位 1. 无裂纹、夹渣、焊瘤烧 穿等缺陷 2. 外部气孔、咬边应符合 有关标准规定 接头部位易产生焊 瘤、咬边等缺陷 收弧部位易产生弧 坑、裂纹等缺陷 装配拉肋板拆除部位无缺肉及遗留焊疤 母材引弧部位无表面气孔、夹渣、裂纹、 疏松等缺陷 伤痕补焊 母材机械划伤部位划伤部位不应有明显棱角 和沟槽，伤痕深度不超过 西安航空职业技术学院 毕业设计论文 有关标准规定 2.内部检验内部检验 内部检验通常为无损检验，常用方法有磁粉探伤，渗透探伤，射线探伤和 超声波探伤，磁粉探伤是利用处于磁场中的焊接接头表面磁粉具有的特征来检 查铁磁性材料表面及附近表面缺陷（如微裂纹等） 。渗透探伤是用带有荧光染料 （荧光粉）或红色染料（着色法）的渗透剂对焊接缺陷的渗透作用来检查表面 微裂纹。射线探伤和超声波探伤是用专门仪器检查焊接接头是否有内部缺陷， 如裂纹，未焊透，气孔，夹渣等，上述方法均属于非破坏性实验 在现代工业中最常用的一种方法为超声波探伤法，即脉冲发射法超声波探 伤，它是利用焊缝中的缺陷与正常组织具有不同的声阻抗和声波在不同声阻抗 的异质量上会产生反射的原理来发现缺陷的，所以在这次检验中选用这种方法 表 3-2 超声波探伤的等级分类 检验等级ABC 板厚/mm85083008500 I 2/3 最小 12 1/3 最小 10 最大 30 1/3 最小 10 最大 30 II 3/4 最小 12 2/3 最小 12 最大 50 1/2 最小 10 最大 30 III最小 20 1/4 最小 16 最大 75 2/3 最小 12 最大 50 评定等级 IV超过 III 级者 注： 为加工侧母材的板厚，母材板厚不同时，以较薄的板厚为准 3.力学性能检验力学性能检验 力学性能检验主要为破坏性实验，即将焊接接头按要求加工成试件，进行 拉伸，弯曲，冲击等机械性能实验，金相检验，断口耐腐蚀检验等 西安航空职业技术学院 毕业设计论文 表 3-3 接头力学性能实验方法 标准名称标准代号主要内容适用范围 焊接接头力学 性能实验取样 法 GB/T2649-1989 规定了金属材料焊接接头 的拉伸，冲击，硬度及点 焊剪切等实验的取样方法 熔焊及后焊焊 接接头 焊接接头冲击 实验放法 GB/T2650-1989 规定了金属材料焊接接头 的却贝冲击实验方法，以 测定实验的冲击实验功 熔焊及后焊焊 接接头 焊接接头拉伸 实验方法 GB/T2651-1989 规定了金属材料焊接接头 横向拉伸实验的点焊接头 剪切实验方法，以分别测 定接头的抗拉强度和拉剪 负荷 熔焊及压焊对 接接头 焊缝及熔敷金 属拉伸实验方 法 GB/T2662-1989 规定了金属焊接材料焊缝 及熔敷金属的拉伸试验方 法，以测定某拉伸强度和 塑形 采用焊条或填 充焊丝的熔化 焊接 焊接接头弯曲 及压扁实验方 法 GB/T2653-1989 规定了金属焊接材料横向 正弯和背弯实验，横向侧 弯实验，纵向正弯及背弯 实验，管材压扁实验，以 检验接头面上的塑形及显 示缺陷 熔焊及压焊对 接接头 焊接接头应变 时效敏感性实 验方法 GB/T2656-1989 规定了用却贝冲击实验测 定金属材料焊接接头的应 变失效敏感性的实验方法 熔焊及对接接 头 西安航空职业技术学院 毕业设计论文 四四结束语结束语 此篇设计的题目为 Q235 低碳钢板材的焊接工艺，其中大部分的内容都是 围绕焊接工艺展开讨论，研究，伴随着穿插一些相关的内容，例如：低碳钢的 发展史和它的分类，焊后检验等。总的来说，文章比较完整，构思明确 设计 Q235 低碳钢板材的焊接工艺时，选取了一个标准，即 8mm 厚的钢板 对接焊接，因为这种厚度的钢板在现代工业上的应用比较广泛。全文就讨论 Q235 低碳钢板材的焊接工艺时，对选定的板材的工艺作出了标准的设定，总的 来说，也就是选择了一个具有代表性的东西，设计明确，表达明确 经过调研，设计中所选用的手工电弧焊焊接放法在对低碳钢的焊接上，应 用十分广泛，也就是设计的过程中选择的焊接方法，焊接设备正确。最后的焊 接检验，在设计中选择的内部检验是超声波检验，超声波检验操作方便，结构 简单，在检测上应用十分普遍，所以可以说设计正确 总的来说这篇设计比较成功，符合现代工业的发展 西安航空职业技术学院 毕业设计论文 五五谢辞谢辞 毕业设计是我们作为学生在学习阶段的最后一个环节，是对基础知识和专 业知识的一个综合应用，是一种综合的在学习、再提高的过程，这一过程对我 的学习能力和独立思考及工作能力也是一个培养。在大学的学习过程中，毕业 设计是一个重要的环节，是我们步入社会参与工作的一次极好的演示，也是对 我们自学能力和解决问题能力的一次考验。在完成毕业设计期间我尽量把毕业 设计和实际工作有机的结合起来，实践与理论相结合。这样更有利于自己能力 的提高。在完成毕业设计的这段时间里，我的收获很多