焊接工艺课程设计

1、焊接工艺课程设计题目焊接工艺与控制课程设计指导教师姓名学号专业班级完成日期2014年6月23日1三峡大学课程设计任务书（2014年春季学期）课题名称焊接工艺与控制课程设计学生姓名班级指导教师课题归纳：依照供应的原始资料，进行平板对接焊或环焊缝焊接工艺设计。设计人员拟定焊接方法和焊接工艺，要求同一课题的学生使用不同样的焊接方法进行设计，焊接工艺可靠、合理。拟定焊接工艺卡。课程设计说明书包括：大纲；被焊接资料的基本数据与焊接性解析；焊接方法的选择；焊接工艺的拟定和论证（详尽项目可参照焊接工艺卡）、焊后检验、参照文件等原始资料及主要参数：组号：19组资料：30CrMoVA钢板两块，规格：1.5100

2、300，平板对接2焊接工艺卡焊接零部件名称钢板牌号30CrMoVA焊接方法钨极惰性气体保护焊母材规格板厚1.5mm接头形式焊接序次对接接头，无需坡口从左到右焊焊件清理焊前对焊件进行装置接保护气体氩气流量6L/min准材备料预焊后焊后马上将工件放在炉中加热至150无需预热热预热温度热oo办理C300C，保温一段时间，尔后随炉冷却焊接1电源种类、极性MOSFET逆变型直流电源，电流大小5160A选150A，电压70V工艺2焊接速度30cm/min，参数3其他事项：对接接头单面焊，电弧长度3mm。焊接设备型号焊接工装号直流氩弧焊机31焊接地址：平焊操2焊道层数：单层单道3焊接序次：从左到右作技4运条

3、方式：直线型术5清根方法：手工打磨焊后使用磁粉探伤表面，当磁粉探伤不满足要求时使用超声波探伤检验编制校订审察赞同4目录1.30CrMoVA钢的性能解析.61.1资料：.61.2化学成分及力学性能：.62.1530CrMoVA钢的焊接性能.72.1碳当量解析.72.230CrMoVA的焊接性的主要表现.73焊接方法的选择和解析.83.1焊接方法选择时应试虑的因素.83.2焊接方法的选择.83.3焊接方法主要特点解析.94焊接设备的选择.94.1焊接电源的选择.94.2焊丝及焊剂的选择.94.3、焊枪及喷嘴的选择.94.4、钨极的选择.105焊接工艺参数的选择.105.1焊接电流与电压的选择.错误

4、！不决义书签。5.2焊接速度的选择.105.3钨极直径与保护气体流量.错误！不决义书签。6焊前预热、焊接过程及焊后办理.116.1焊前预热.116.2焊接过程与焊后办理.117焊后检验.127.1外观检验.128总结.13参照文件.145大纲：30CrMoVA属于Cr-Mo系统，是在Cr钢基础上发展起来的中碳调质钢。加入少量Mo(0.15%0.25%)能够除掉Cr钢的回火脆性，提升淬透性并使钢拥有较好的强度和韧性般配，同时Mo还能够够提升钢的高温强度。V能够细化晶粒，提升强度，韧性和塑性。增加高温回火牢固性。这类钢一般用于制造动力设备中一些承受较高负荷，截面较大的重要部件，如汽车机叶轮，主轴和

5、发电机转子等。这类钢的含碳量较高，淬透性较大，所以焊接性较差，一般要求焊前预热，焊后热办理等。下面解析了30CrMoVA钢的焊接性，并在此基础上运用所学的知识拟定了30CrMoVA钢的平板对接工艺，包括资料焊接性能解析，电流选择，焊接速度的拟定焊接检验等。本设计所采用焊接方法为埋弧焊。30CrMoVA钢的性能解析1.1资料：30CrMoVA钢两块，规格：1.5100300，平板对接；1.2化学成分及力学性能：30CrMoVA钢中温强度较高拥有必然的抗氢能力，工艺性能优异，蠕变极限：550104长远强度5501/10445Mpa5070MpaMo能够显然提升钢的再结晶温度，并能够增强铁素体，但是

6、会促进石化，所一般在Mo钢中加入0.5%1.5%的Cr，能有效地控制石墨化过程的进行，还加入W、V等强碳化物元素则收效更好。其化学成分见表1，力学性能见表2。表130CrMoVA化学成分108化学成分（质量分数）%牌号CMnSiCrMoNiSP30CrMoV0.25-00.40-00.2-0.1.0-0.2-0.035A.35.7041.30.30.0306表230CrMoVA钢力学性能信服极限抗拉强度牌号伸长率5（%）s/MPab/MPa30CrMo68681413VA30CrMoVA钢依照化学成分属于中碳调质钢。中碳调质钢由于含碳量高，合金元素多，钢的淬硬倾向大，Ms点又低，所以在淬火区产

7、生淬硬的马氏体，以致严重脆化。焊接焊前为调质状态的钢材时，热影响区被加热到高出调质办理的回火温度地域，将出现强度，硬度低于母材的消融区。若是焊后不在进行调质办理，该消融区可能成为降低接头强度的单薄区。2.1530CrMoVA钢的焊接性能2.1碳当量解析依照国际焊接学会介绍的碳当量公式算得30CrMoVA的碳当量Ceq=C+Mn/6+(Cr+Mo+V)/5+(Ni+Cu)/15=0.30+0.55/6+(0.9+0.5+0)/5+(0.3+0)/150.45因此可知，30CrMoVA的Ceq值大于0.4%0.6%，合金元素很多，冷裂纹的敏感性较大，加热后在空气中冷却时淬硬倾向较大，焊接时易在焊缝

8、和热影响区形成对裂纹敏感的淬硬马氏体组织，焊接时需要采用预热、后热等一系列工艺措施。2.230CrMoVA的焊接性的主要表现30CrMoVA属于中碳调质钢，以加入Cr、Mo、V合金元素为主，合金元素Cr能形成致密的氧化膜，提升钢的抗氧化性能，也能有效组织石墨化过程。Mo是耐热钢中的强碳化物元素，形成碳化物能力比Cr弱，Mo优先溶于固溶体，起到固溶增强的作用。Mo也能有效组织石墨化，Mo的熔点高达2625，固溶后可提升钢的再结晶的温度，有效提升钢的高温强度和抗蠕变能力。Mo还能够够减小钢的热脆倾向，同时提升钢的抗锈蚀能力，V能够细化晶粒，提升强度，韧性和塑性。增加高温回火牢固性。730CrMoV

9、A钢的焊接性与低合金结构钢周边。由于在钢中加入Cr、Mo、V合金元素，使碳当量增加，钢的淬硬倾向增大，提升焊接热影响区的硬度，简单产生焊接冷裂纹。由于母材与焊缝金属中碳和合金元素含量的差异，当滞后相变的母材热影响发生奥氏体向马氏体转变时，氢一过饱和状态节余在马氏体中，产生氢致裂纹。当焊缝金属的碳当量和合金元素较高时，有可能使母材热影响区先于焊缝发生相变，氢就会从热影响区向焊缝扩散，使焊缝中氢处于过饱和。当焊缝冷却后转变成马氏体组织时，会产生焊缝冷裂纹。所以，在焊接时应进行焊前预热，焊后热办理。详尽说来30CrMoVA焊接时拥有以下特点：(1)淬硬性钢的淬硬性取决于它的碳当量及合金成分含量。30

10、CrMoVA钢中的主要合金元素Cr、Mo都能增大显然提升钢的淬硬性。特别是Mo作用，比Cr约大50倍。这些合金元素推迟了钢在冷却过程中的转变，提升了过冷奥氏体的牢固性。除掉应力办理裂纹倾向30CrMoVA钢焊接接头除掉应力裂纹倾向只要取决于钢中碳化物形成元素的特点及含量，它经常产生于焊接热影响区的粗晶段。这类裂纹一般在500700温度范围内形成。采用焊前预热和焊后合理的热办理工艺，防范在敏感的温度区停留时间过长能防范裂纹的产生。(3)回火脆性火脆性指钢材及其焊接接头在350500温度地域长远运行过程中发生激烈脆变的现象。焊接方法的选择和解析3.1焊接方法选择时应试虑的因素1）各种焊接方法的适用

11、范围；2）待焊30CrMoVA耐热钢板的详尽情况：钢板的结构种类、厚度，接头形式和焊接地址，母材的物理性能、力学性能、冶金性能；3）对焊缝质量的要求：如硬度、强度、塑性、外观，可否变形等。3.2焊接方法的选择30CrMoVA钢的焊接平时采用气体保护焊、手工电弧焊，、埋弧自动焊和点焊等。采用热量集中地脉冲氩弧焊，等离子弧焊及真空电子束焊等方法，有利于减小热影响区宽度，获得细晶组织，提升焊接接头的力学性能。中碳调质钢宜用小线能量焊接，这样能够降低淬火区的脆化硬度，仿佛时采用预热后热等措施，还能够提升抗冷裂性能，改进淬火区的组织和性能，采用小线能量焊接还有利于减小消融区，降低消融程度。由于本材质只有

12、1.5mm的厚度，而且对接接头。故采用对接接头单面焊。83.3焊接方法主要特点解析TIG焊拥有以下优点：1）能够实现高质量焊接，获得优异的焊缝。2）焊接过程中钨电极是不消融的，故易于保持恒定的电弧长度，不变的焊接电流，牢固的焊接过程，使焊缝很雅观，圆滑，均匀。3）焊接电流的使用范围平时在5500A。即使电流小于10A，还能够正常焊接，所以特别适合薄板焊接。4）在薄板焊接时无需填充焊丝。5）钨极氩弧焊时的电弧是是各种电弧焊方法中牢固性最好的电弧之一。埋弧焊的不足之处：1）焊接效率低于其他方法；2）氩气没有脱氧或去氢作用，所以焊前对焊件的除油，去锈，去水等准备工作要求严格，否则易产生气孔；（3）焊

13、接时钨极有少量的消融蒸发，钨微粒若是进入熔池会造成夹钨，影响焊缝质量。（4）由于生产效率较低和惰性气体的价格较高，生产成本比焊条电弧焊，埋弧焊，和CO2气体保护焊都高。焊接设备的选择钨极氩弧焊的焊接设备主要包括焊接电源、控系统、引弧装置、稳弧装置、焊枪、焊接、供气系统和供水系统等。其他，还有面罩，敲渣锤，钢丝刷，和焊条保温筒等，后者统称辅助设备工具。4.1焊接电源的选择在实质生产中，焊接耐热钢一般采用交流，国产的TIG焊机有WSJ400型WSJ4001型和WSJ500型，现采用WSJ500型焊机。额定焊接电流为500A，拥有陡降外特点，其大电流空载电压为60V，小电流档为88V。该机般配PQ1

14、150PQ1350和PQ1500等型号焊枪。为了防范交流电弧中产生直流重量，需装备一台BX5002型弧焊变压器。4.2焊丝及焊剂的选择薄板焊接无需焊丝焊剂4.3、焊枪及喷嘴的选择钨极氩弧焊的焊枪的主要形式有气冷（空冷）和水冷两种。气冷式焊枪平时是重量轻的，体积小且牢固，且比水冷式焊枪较低价，但是，一般受限9使用于约125A以下的焊接电流，正常情况下是使用于焊接薄板且使用率低之处，钨电极棒的操作温度比在水冷式焊枪中操作的较高，正由于这样，在使用纯钨电极棒时或在凑近额定电流容量下焊接时，会引起钨粒子零散掉入熔池中。水冷式焊枪是被设计用于连续的高电流焊接，能以高至200A的焊接电流做连续的操作有些被

15、设计可用于500A的最大焊接电流，比气冷式焊枪较重且较贵。由于PQ1150型水冷焊枪的额定焊接电流为150A，与铝镁合金手工钨极氩弧焊参数切合应采用PQ1150型水冷焊枪。喷嘴的形状尺寸对气流的保护性能影响很大。在喷嘴的下部为圆柱形通道，通道直径越大，保护范围越宽，但可达到性变差，且影响视线。综合考虑，采用收敛形喷嘴。4.4、钨极的选择在手工钨极氩弧焊焊接工艺中，对钨极的要求，一般要满足引弧及稳弧性能好，耐高温、不易耗费，电流容量大等条件。常用的钨极有纯钨电极、钍钨极、铈钨极等。综合各种因素考虑选择纯钨电极。焊接工艺参数的选择钨极氩弧焊的焊接工艺参数主要有焊接电流种类和极性、电弧电压、焊接速度

16、、钨极直径、保护气体流量等。5.1、焊接电流与电压的选择焊接电流是决定焊缝熔深的最主要的参数，焊接电流电流过大简单产生烧穿或焊缝下陷、咬边等弊端，还会引起钨极烧损或产生夹钨弊端；电流过小，电弧燃烧不牢固甚至发生偏吹。要依照焊件资料、厚度、接头形式、焊接地址等因素来选定。一般先确定电流种类和极性，尔后确定电流的大小。所以采用WS160直流氩弧焊机MOSFET逆变型直流电源，电流大小5160A选150A，电压70V电弧电压主要影响焊缝宽度，它由电弧长度决定。钨极氩弧焊电弧长度依照电流值的大小平时在1.25mm之间，需要填加焊丝时，要选择较长的电弧长度。5.2、焊接速度的选择当焊接电流确定后，焊接速

17、度决定单位长度焊缝的热输入。高焊接速度，则减小热输入，溶深和溶宽均减小；反之则增大。氩弧焊在550cm/min的焊接速度下能够保持比其他焊接方法更为牢固的电弧形态。依照这一特点，采用焊接速度为30cm/min5.3、钨极直径与保护气体流量焊接电流的大小是决定焊缝熔深的主要参数，它依照工件材质、厚度、接头形式、焊接地址等因素选择，钨极直径则依照电流大小、电流种类选择.必然条件下，气体流量和喷嘴直径有一个最正确范围，此时，气体保护收效最正确，有效保护区最大。如气体流量过低，气流挺度差，消除周围空气的能力弱，保护收效不好：流量太大，简单变成紊流，使空气卷入，也会降低保护收效。同样，在流量子准时，喷嘴

18、直径过小，保护范围小，且因气流速度过高而形成紊流；喷嘴过大，不但阻挡焊工观察，而且气流流速过低，挺度小，保护收效也不好。10所以，气体流量和喷嘴直径要有一定配合。平时手工钨极氩弧焊喷嘴孔径为520mm，对应保护气体流量为610L/min。焊接电流增大，所对应的喷嘴孔径平和体流量取值也随之增大。焊前预热、焊接过程及焊后办理为了保证母材及焊缝的性能除了在焊接工艺上控制外，对母材焊后的拟定合理的热处理方案是十分要点。焊前预热是防范在焊接时产生冷裂纹和除掉应力裂纹的有效措施之一。6.1焊前预热对耐热钢进行焊前预热，焊前将工件预热到150300，保温15分钟再焊接。可使用氧-乙炔焰、电炉或喷灯等加热。预

19、热能够使焊件减小变形、气孔等弊端。对于30CrMoVA钢板预热的温度选择300，并控制焊接的层间温度在预热温度以上。预热温度过高，在最终热办理中已形成马氏体组织；在焊接时若是含氢量过高，就易形成焊接接头裂纹。为了防止裂纹的产生一般在焊后进行热办理。6.2焊接过程与焊后办理采用单面单层单道焊(这是由产品结构所确定)，焊缝厚度控制在1.4mm以上。（1）起弧：平时使用“起弧”的方法是引起电子发射平和体离子化开始的方式；可经由能化的电极棒接触工作物且快速抽回到其所需的电弧长度，或使用导弧，或使用在电极棒和工作物之间产生高频火花的辅助装置引弧，而获得此放射和离子的能量；电极棒从工作物上做机械式的抽回方

20、式只能用于直流电焊机的机械化的焊接，但是，导弧起动方式，可用于手操作和机械化焊接，但是也只限于直流电焊机，高频火花起弧方式可应用于交流或直流电焊机的手操作焊接，好多电焊机都有产生高频火花的装置作起弧和牢固电弧。2）电极棒和熔填金属地址：开始焊接时，电弧平时以打圆圈的方式搬动直到足够的母材金属消融以生产适合大小的熔池。当达到适合的熔合时，将焊枪沿着焊接物接头的相邻边缘渐渐的搬动。这样渐渐的熔接工作物，当熔填金属是以手操作增加时经常是保持在距工作物表面约15o的角度。且缓慢的进入熔池中，必定小心的送入熔填金属以防范搅乱气体保11护或接触电极棒，且因熔填条端部氧化或电极棒的污染。熔填金属条可连续的加

21、入或屡次的“侵入”与“抽出”。熔填金属能以保持熔填条与焊道成线状排列的方式连续加入（经常使用以V形接头的多焊道接中）也许以熔填条和焊枪左右摇动的方式将熔填条送入熔池（时常使用以表面加层的一种方式）停止焊接时，将熔。填金属从熔池中抽回，但暂时的保持在气体保护下。以防范熔填金属氧化，尔后在熄弧从前搬动焊枪至熔池的前面边缘，将焊枪提升到恰巧足以熄弧但又不足以引起熔坑和电极棒污染的高度而断弧，最正确的操作是以脚踏控制方式渐渐的减少电流而不需提升焊枪。焊后办理：为了防范接头裂纹的产生一般采用在焊后马上进行低温后热办理，可基本除掉焊缝中的扩散氢，保证接头的质量。这类热办理也称为消氢办理。消氢办理温度一般在

22、300350。焊接热办理不但能除掉焊接过程中产生的焊接节余应力。而且更重要的是能改进母材的组织，提升接头的综合力学性能。同时也是提高焊接接头的高温蠕变强度和组织牢固性，降低焊缝及热影响区的印硬度。焊后热办理也分整体热办理和局部热处理。在平板对接中焊后一般采用局部热办理。焊后在草木灰中缓冷再及时进行即采用加热带围绕焊缝，外缠保温层进行保温的热办理方法。就能获得与母材。预热热办理工艺曲线见图2.消氢热办理工艺曲线见图3.最后焊后除掉应力热办理曲线见图4。消氢办理要在焊后马上进行。焊后检验可能存在的焊接弊端：焊后产生白口组织；焊接接头出现裂纹；冷热裂纹；夹渣。检验目的：保证焊缝质量，达到要求，及时办

23、理不合格焊缝。127.1外观检验外观检验主要包括焊缝的平直度偏差、厚度及余高的检查；表面裂纹检查；咬边、焊肉不足检查；焊接件或产品的几何尺寸检查，包括形状及变形量可否高出技术规程的规定等。过程以目视检查实现.目视检查用于检查焊缝外观和尺寸，该如用低倍放大镜，尺寸计量工具等。平时要检查的是焊后的焊缝表面质量（熔渣清理，飞溅清理），表面成型质量（表面尺寸，凸凹，余高，焊缝宽度，焊角尺寸，焊透程度等），表面有无各种焊接弊端。其最基本的焊缝外形尺寸要均匀，焊道与焊道，焊道与基体金属之间应圆滑过渡。属于初步检查。00无损检测的目的是检查焊缝的表面与内部裂纹，夹杂、气孔、未熔合和未焊透等工艺性弊端。无损检测一般都安排在焊缝外观检测此后进行，本工艺采用X射线无损检测方法。由于本焊接工艺易于出现裂纹,所以能够用超声波探伤和磁粉探伤。（1）超声波探伤超声波探伤是利用频率高出20kHz的弹性波在试件中和试件内部缺陷中流传的不同样声学特点，来判断可否存在弊端与弊端地址尺寸的一种无损检测手段。当声波经过资料时，能量会碰到衰减，当碰到界面时就会发生反射。经过探测和解析在探伤仪屏幕显示出来的反射声波的流传时间和波形，即可确定焊缝内部可否存在弊端，并判断其性质和地址。对于本次操作能够采用手工超声波探伤方法，