焊条电弧焊和CO2气体保护焊对Q235钢和16Mn钢异种钢焊接工艺研究毕业论文.doc

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1、西华大学毕业论文 目 录摘 要III第一章 绪 论11.1 引言11.2 发展现状及应用11.3 Q235钢的简介21.3.1 Q235钢的成分及性能21.3.2 Q235钢的焊接性分析31.4 16Mn钢的简介41.4.1 16Mn钢的成分及性能41.4.2 16Mn钢的焊接性分析51.5 不同珠光体钢的焊接性分析61.6 课题的主要研究内容和技术线路7第二章 试验方法及过程92.1 焊接方法的选择92.2 焊接材料的选用102.3 焊接的工艺参数112.4 焊接接头设计与选择112.5 焊接工艺实验132.5.1焊条电弧焊工艺实验132.5.2 CO2气体保护焊工艺实验142.6 金相试验

2、162.7 硬度试验19第三章 试验结果与分析203.1 焊后检验与分析203.2 焊接工艺分析213.3 金相试验分析223.4 硬度试验分析25第四章 结论27总结与体会28致谢29参考文献30Q235钢和16Mn钢焊接工艺规程制定研究材料成型及控制工程专业学生：范超 指导教师： 沈向前 摘 要 伴随着焊接技术的进步，异种钢焊接已成为重要的焊接研究方向，而在异种钢焊接研究中经常会遇到低碳钢与低合金钢的焊接。为了分析Q235钢和16Mn钢这类珠光体异种钢的可焊接性，研究它们的焊接工艺，本文用焊条电弧焊和CO2气体保护焊两种不同的熔焊方法对Q235钢和16Mn钢进行焊接。通过焊接工艺试验得到了

3、成形较好的焊缝。通过金相试验和硬度试验得到了焊接接头各个区域组织主要是铁素体和珠光体，但由于各区域接受的热输入不同，引起铁素体和珠光体形态有所差异。同时，焊缝及热影响区出现了极少量的魏氏组织，在焊缝与熔合线附近出现了轻微的碳的扩散迁移现象。试验表明：采用焊条电弧焊和CO2气体保护焊均可以实现Q235钢与16Mn钢异种钢的焊接。 关键词： 异种钢焊接 Q235钢 16Mn钢 焊接工艺Abstract Along with the progress of welding technology, the welding of dissimilar steel welding is becoming

4、an important research direction, encountering the welding of low carbon steel and low alloy steel. In order to analyze such pearlite dissimilar steel of Q235 steel and 16Mn steel weldability and study their welding technology, the paper use two different welding methods that electrode arc welding an

5、d CO2 gas shielded arc welding for Q235 steel and 16Mn steel of welding. We carry out welding technology experiments got the good weld forming.The welding joint is obtained by metallographic test and hardness test various regional organizations mainly ferrite and pearlite, but different heat input c

6、ause the differences in the form of ferrite and pearlite each area .At the same time, the weld seam and heat affected zone appeared very little Widmanstatten structure, and near the weld fusion line appeared mild carbon diffusion phenomenon . Experiments show that can achieve dissimilar steel weldin

7、g of 16 Mn steel and Q235 steel with electrode arc welding and CO2 gas shielded welding.Key words: Dissimilar steel welding， Q235 steel， 16Mn steel, Welding technologyIV第1章 绪 论1.1 引言 随着现代工业技术的发展，对金属结构制造提出了更高的要求。原来焊接结构件的性能已经不能满足其发展要求，现在的工业所需要的焊接结构件，不仅需要良好的力学性能，同时要具备如高温强度、导电性、导热性、耐磨性、耐蚀性等更多方面的性能要求。在这样

8、的趋势下，单单依靠一种金属已经无法适应其发展，这就需要寻求其他可行的发展道路。异种钢焊接技术的出现恰恰弥补了这一空白，它不可思议的将不同性能的异种材料稳定的结合起来，满足了现代工业发展对金属结构制造提出的要求。异种金属材料的焊接结构，不仅适应了不同工作环境对于其材质性能等方面提出的不同需求，同时还节约了大量的贵重材料，降低了其制造成本和使用成本。因为异种材料的焊接具有的众多不可比之的优势，使其在机械制造、石油化工、建筑、航空航天等众多领域得到了广泛的使用。在异种材料焊接的这个领域内，异种钢材的焊接占有举足轻重的位置。我们常常会遇到低碳钢与低合金钢的焊接、低碳钢与奥氏体不锈钢的焊接、异种普通低合

9、金高强度钢的焊接、异种不锈钢的焊接等等。因为异种钢焊接结构鲜明的性能特点与优势，其运用及其广泛，又因为其运用广泛，越来越不可替代的地位，让我们对异种钢焊接技术的更深入运用和更广泛的使用孜孜不倦。从异种材料焊接发展开始到现在，我们对其新的研究探讨从未停下脚步1。1.2 发展现状及应用 异种金属焊接结构技术因其无与伦比的优势和鲜明的特点，已经受到我们的重视。正以不可思议的速度在航空航天、石油化工、机械电子、船舶建造、建筑等众多领域获得了越来越广泛的应用1。按照其用途一般可分为以下几个大类：1 一般用途的异种材料焊接结构件 在平常的工作条件下，因为其更轻重量、更高的利用率以及更低成本等优势和特点，异

10、种金属的焊接尤其是异种钢的焊接结构件应用的十分广泛。2 特定温度条件下工作的异种材料焊接结构件 在石油加工、热交换器、化工业、原子能等特殊行业，因其特殊的工作环境，常常选择合适的不同金属材料而采用大量的异种金属材料焊接结构件。通常情况下，这类焊接结构件以异种钢焊接居多，有时还根据工作介质以及受力情况来选取特定异种钢材的焊接。3 耐磨耐腐蚀的复合钢焊接结构件 在石油化工、机械制造、核能装置等制造中，因其工作条件的特殊，要求具备耐磨耐腐蚀性能。4 电子行业中的异种金属材料焊接结构件 电子仪器和电子装置的工作环境决定了其要很大程度上依靠焊接结构件的质量，尤其是异种金属材料的焊接质量。所以在电子业中，

11、仪器设备的生产中焊接工作占了很大部分，而异种金属材料的焊接又是其重要部分。5 刃具、气门灯特殊零部件 因为它们的特殊用途如钻头、内燃机汽门等越来越多的情况下，将大块的整体件改用焊接结构的组合件。广泛使用硬质合金与普通结构钢的异种钢材焊接。6 高新技术领域内的特殊焊接结构件 为实现其特殊功用同时考虑经济成本，在航空航天、热核反应堆等高新技术领域越来越多的采用异种金属材料的焊接1。焊接因其高质量、高效率等鲜明特点，在现代化工艺生产中已有着举足轻重的地位。在机械制造、船舶、动力工程、石油化工、建筑、航空航天等工业部门，焊接技术都被广泛的应用。随着结构材料的更新组合和新材料的不断涌现，焊接工艺等研究的

12、深入，其应用领域的将不断被拓展。1.3 Q235钢的简介1.3.1 Q235钢的成分及性能 Q235钢是一种普通碳素结构钢，其含碳量约为0.2%，钢牌号中Q是屈服强度的意思，235是具体的数值。由于这种钢冶炼难度低，而且储量巨大，所以价格低廉。同时Q235钢含碳量低，具有良好的塑性和韧性，其综合性能能满足在一般环境下普通焊接结构的要求，所以其使用领域很广泛。它的牌号、等级和化学成分在表1.1中显示。它的力学性能指标在表1.2中显示。 表1.1 牌号、等级和化学成分 （摘自 GB/T 7002006）牌号统一数字代号等级厚度（直径）/mm 化学成分（质量分数）/%，不大于 C Si Mn P S

13、Q235U12352 A _ 0.22 0.35 1.400.0450.050U12355 B 0.200.045U12358 C 0.170.0400.040U12359 D0.0350.035 表1.2 力学性能指标 （摘自 GB/T 7002006）牌号屈服强度，不小于 伸长率/%不小于 厚度（或直径）/mm 厚度（或直径）/mm161640406060100100150150 2004040 6060100100150150 20Q235235225215 21519518525242322211.3.2 Q235钢的焊接性分析 碳钢是以铁为主要元素，碳为主要合金元素，其他少量合金而成

14、。尤其可知碳钢的焊接性主要取决于碳的含量，即碳钢的焊接性随着含碳量的增加而逐渐变差。因为伴随着含碳量的增加，钢材在焊接冷却的过程中容易产生淬硬组织。淬硬组织的产生会使所焊接的接头的焊缝区域和热影响区的塑性和韧性下降。这样就可能使焊接钢材在焊接应力作用下产生焊接裂纹。而在这个过程中淬硬组织主要是产生了马氏体组织。马氏体组织数量的增加会使钢材硬度迅速提高，它的数量又与焊接时冷却速度息息相关。所以，为了等到塑性和韧性良好的焊接碳钢，就需要采取措施控制焊接时冷却速度，以此来减少甚至避免马氏体组织在焊接过程中的产生。 由于在选用母材时母材的基本参数已经确定，即值已经确定，如果想避免裂纹，想要改善其焊接性

15、或者说改善其组织，最关键的途径之一就是控制其冷却速度。而影响冷却速度的因素有：（1）钢材的厚度和接头的几何形状；（2）焊接热输入值的大小；（3) 焊接时母材的原始温度。 碳含量、锰含量以及硅含量的多少是影响低碳钢焊接性好坏的主要因素。Q235钢的w(C)、w(Mn)、w(Si)含量比较低，所以在一般条件下不会因焊接而引起大量马氏体组织的出现。因此，这种钢材的塑性和冲击韧性很优良，焊后形成的接头塑性和冲击韧性也恨好。Q235钢在焊接的过程中，一般情况下，不需要进行预热、层间温度的控制以及进行后热，焊接结束后也不需要进行焊后热处理。总体来说，Q235钢在整个焊接过程中不需要特殊的工艺措施，其焊接性

16、能优良2。 1.4 16Mn钢的简介1.4.1 16Mn钢的成分及性能 16Mn钢是一种低合金高强度结构钢，其含碳量为0.1%-0.25%，含有的主要合金元素有锰、硅、钒、铌和钛等。16Mn是原来的老国标牌号，在新国标牌号中将它归纳为低合金高强度结构钢Q345是16Mn现在的牌号，但需要值得注意的是Q345牌号不只代表16Mn钢一种，它是代表着多种老牌号钢材。16Mn钢是目前我国应用最广的低合金钢之一，由于其优异的性能和显著的经济效益，在众多领域的焊接钢结构中获得了越来越广泛的使用。例如在建筑行业、桥梁行业、工程机械等众多行业中。 它的牌号、等级和化学成分在表1.3中显示。它的力学性能在表1.

17、4中显示。 表1.3 牌号、等级和化学成分 （摘自 GB/T 15912008）牌号质量等级CSiMnPSNbCrNiNQ345A0.200.501.70 0.0350.0350.070.300.500.012BC0.0300.030D0.180.0300.025E0.0250.025表1.4 力学性能 （摘自 GB/T 15912008） 牌号质量等级 拉伸试验 以下公称厚度/mm（直径，边长）下屈服强度1616 404063638080 100100 150150200200 250250400Q345A345335325315305285278265 -BCD265 E1.4.2 16M

18、n钢的焊接性分析 16Mn钢是一种低合金高强度钢，其含有一定的合金元素和某些微量的合金元素。它的焊接性和碳钢的焊接性比较是有差异的，其主要差异在于焊接热输入的变化对于焊接热影响区组织和性能的影响比较明显，热影响区淬硬的倾向性增加，由于氢元素的存在导致裂纹产生的敏感性增加，以及含碳、氮化合物形成元素的再热裂纹的危险存在等。16Mn钢含有少量的合金元素，含碳量小于0.4%，所以在通常情况下它的冷裂倾向的趋势很小。其焊接性良好，在钢板厚度不大，所处常温的工作环境下，一般不需要焊前预热和严格控制焊接过程中的热输入等工艺措施就能满足性能要求。16Mn钢的淬硬倾向可以可以通过焊接热影响区连续冷却组织转变图

19、（SHCCT）来进行分析。总的来说，淬硬性大的钢材，它的连续冷却曲线都是向右移动的。与低碳钢相比较，16Mn钢在连续冷却时，珠光体钢转变向右移动较多，让快速冷却过程中（如图1.1 c点以左）铁素体析出后剩下富碳奥氏体来不及转变为珠光体，而是转变为含碳量较高的贝氏体和马氏体，具有淬硬倾向。由图1.1可以看到16Mn钢焊条电弧焊冷速快时，热影响区会出现少量铁素体、贝氏体、和大量马氏体2。 16Mn钢w(C)含量低，w(Mn)含量相对高一些，所以锰含量与硫含量的比率的只比较适合，因此，这种钢抵抗热裂纹产生的性能的结果让人满意，在通常情况下用16Mn钢进行焊接结构件焊接时，焊接接头区域出现热裂纹缺陷的

20、趋势很小甚至不会出现此类缺陷。 1.5 不同珠光体钢的焊接性分析 Q235钢按其组织类型分类是一种珠光体钢，而16Mn钢按其组织类型分类也是一种珠光体钢。所以，Q235钢和16Mn钢的焊接就属于同类型组织不同钢种焊接中的不同珠光体钢的焊接。虽然Q235钢和16Mn钢都是珠光体钢，但因为他们的化学成分、强度和耐热性能等的差异，使其焊接性也有很大的不同。所以这两种钢虽然都是珠光体组织，但也同种钢材焊接相比还是会出现不同的问题。这一类钢材大部分都具有一定的淬火倾向性，焊接时就会有明显的裂纹倾向。当Q235钢和16Mn钢焊接时要采取措施控制焊缝区域和热影响区域热裂纹和冷裂纹的产生,然后需要尽量减小两者

21、之间成分的差异,尤其要关注它们之间碳化物和氮化物等形成对界面微观结构和力学性能的不稳定和恶化。 预防这类钢近缝区裂纹产生就应该采取些工艺措施，使其在焊接钢材马氏体的温度点时，让马氏体组织转变为其他有利组织，与此同时尽量消除焊接熔池中的氢。焊接接头在低于马氏体组织温度转变点，缓慢冷却使马氏体组织转变，同时消除或者减小焊接应力，在一些情况下，可以采用奥氏体焊条来提高焊缝金属的塑性和减轻氢在热影响区的富集。在这类钢的焊接过程中常常采用的方法有：一是使用加热或者后热的珠光体焊条；二是使用不预热的奥氏体焊条。实践中，焊接异种珠光体钢结构件，满足对接接头性能的强度要求只需要焊缝金属强度不低于结构件中低强度

22、钢材就可以了1。1.6 课题的主要研究内容和技术线路1.研究内容 本文通过选用熔焊的两种焊接方法进行试验。制定它们的焊接工艺方案并按照其进行试验，然后观察和检测其焊后焊接结构件的外形与质量，分析缺陷产生的原因，得到焊接工艺对焊缝成形的影响因素。制备焊接接头金相试样和硬度试样，观察并分析这两种钢的金相微观组织和微观硬度，得到焊接工艺对该焊件的影响因素。本课题的主要研究内容如下： （1）制定合理的Q235钢和16Mn钢焊接工艺方案，并按照这个方案进行焊接试验； （2）制备金相试样和硬度试样，观察显微组织和硬度值，分析焊后焊接接头组织及硬度变化； （3）分析Q235钢和16Mn钢异种焊接的焊接性，研

23、究合理的Q235钢和16Mn钢异种钢焊接工艺规程。2.技术线路本试验采用焊条电弧焊和CO2气体保护焊两种焊接方法进行焊接工艺试验，其技术线路如图1.2所示 试验目的分析 化学成分、性能分析 焊接性分析选择合适的焊接方法 焊接工艺方案的确定 焊前准备工作试验不理想 现场施焊操作过程 观察母材、接头的变形情况 观察金相组织测量显微硬度 试验结果分析 图 1.2 焊接技术线路第二章 试验方法及过程2.1 焊接方法的选择 1焊缝 2熔渣 3熔池 4保护气体 5焊芯 6药皮 7熔滴 8焊件 图2.1 焊条电弧焊工作原理示意图 对于同种金相组织类型的两种钢材，它们的物理性能没有太大的差异，它们之间的焊接通

24、常采用的方法是熔焊。而从前面的分析可以得出Q235钢和16Mn钢的焊接性很好。为了优化它们焊接工艺，得到更合适焊接工艺方案，准备通过熔焊中常用的焊条电弧焊和CO2气体保护焊进行试验。1.焊条电弧焊焊条电弧焊是以手工的方式进行操作焊条进行焊接的一种电弧焊方法，在熔焊领域也是最基本一种焊接方法，在现在的焊接生产使用过程中应用的最为广泛。其工作原理如图2.1所示。焊条电弧焊的特点3： （1）工艺适应性强 可以适用于绝大部分金属材料的焊接； （2）灵活性好 可针对不同的焊接位置、接头形式、焊件厚度； （3）可达性强 只要焊条能到达的位置，都可以进行焊接操作； （4）易于分散焊接应力和控制焊接变形； （

25、5）成本低 焊条电弧焊的焊接设备比其他焊接方法低得多。2.CO2气体保护焊CO2气体保护焊是利用CO2气体作为保护气体，通过焊枪的喷嘴，沿焊丝周围喷出，从而在电弧周围形成保护层，使电弧和熔池与空气隔离，避免有害气体的影响，保证焊接过程的稳定，获得优质焊缝。其工作原理图如2.2所示。 CO2气体保护焊的特点3： （1）CO 2气体保护焊是一种高效节能的焊接方法； 1导电嘴 2喷嘴 3焊丝 4气体保护层 5电弧 6焊缝 7焊件 8熔池 图2.2 CO2气体保护焊工作原理示意图 （2）用粗丝时，大焊接电流，可实现射滴过渡； （3）用细丝时，小焊接电流，可实现短路过渡； （4）明弧焊接方法，便于监视和

26、控制电弧和熔池，有利于实现焊接自动化； （5）CO2气体保护焊焊丝熔化速度快且无焊渣，所以生产效率高； （6）电弧加热集中，焊件受热面积小，可以减小焊接应力和变形； （7）具有很强的抗锈和抗裂性能； （8）焊接时飞溅大，焊缝表面成型差，抗风能力差。2.2 焊接材料的选用在实际中，焊接材料的选用一般是考由该焊接结构件的功能和用途考虑的。在通常情况下，异种钢焊接时，焊接材料的选用是选择与母材金相组织相同或相近的金属，而且接近异种钢中合金化程度小的一侧钢材（即熔敷金属成分接近于强度等级较低一侧钢材的成分）。与此同时，要求焊缝的热强性要等于或者高于母材金属的热强性。在异种低合金钢的焊接过程中，一般不需

27、要进行焊后热处理。只是在一些特定情况下，焊接材料要选用合金成分介于两种母材金属之间的是为了预防在焊后热处理或者在使用过程中出现碳的迁移情况。碳钢和低合金钢之间的异种焊接，保证焊接结构件焊接接头的常温力学性能，对热稳定钢保证焊接结构件焊接接头的高温力学性能是选择焊接材料所注意考虑的。对于一般情况下的珠光体淬火钢，如果不需要预热，一般选择奥氏体焊条进行焊接，这样可以有效保证焊缝金属好的塑性，防止焊缝组织和热影响区出现裂纹4。2.3 焊接的工艺参数 （1）焊条电弧焊 Q235钢与16Mn钢焊接时，根据熔敷金属成分接近于强度等级较低一侧钢材的成分的依据，所以是以Q235钢的基本性能和材料焊接接头性能来

28、选择合适的焊条，按等强的匹配原则，选用E4303。在常温下进行焊接试验，所以一般不进行预热和焊接热处理。Q235钢与16Mn钢手工电弧焊的工艺参数如表2.1所示。表2.1 Q235钢与16Mn钢手工电弧焊的工艺参数5板厚/mm焊条焊条直径/mm焊接电流/A焊接电压/V电源牌号型号8+8J422E4303412016026交、直流（AC、DC）（2）CO2气体保护焊 焊接Q235钢与16Mn钢也可以采用CO2气体保护焊，使用CO2气体保护焊时遇到的主要问题是氧化、飞溅和气孔，所以我们在焊接过程中应该选用含脱氧剂Si、Mn、Ti、Al较多的焊丝，一般选用H08 Mn2SiA。 Q235钢与16Mn

29、钢CO2气体保护焊平焊工艺参数如表2.2所示。表2.2 Q235钢与16Mn钢CO2气体保护焊平焊工艺参数5板厚/mm接头形式间隙/mm焊丝直径/mm干伸长/mm焊接电流/A焊接电压/V焊接速度/气体流量/ 8对接，单面焊011.21218120202515160222.4 焊接接头设计与选择优良的接头设计与选择是防止结构破坏的条件之一。在金属材料结构件的设计中我们优先采用的焊接接头应该需要满足几点：接头的形式避免复杂化、焊接应力尽量减少甚至没有集中倾向、焊接过后不能破坏它的连续性。在本次试验中焊接接头采用对接接头。对接接头是连接处于同一平面的焊件，其特点是传力效率高，应力集中很低，有利于焊透

30、和工艺缺陷的排除，具有很好的综合性能，是我们在设计焊接结构件 图2.3 对接接头应力分布6接头首先考虑的接头方式。对接接头工作应力分布比较均匀，如图2.3所示。可以看出应力集中发生在焊趾处。应力集中系数公式： ，其与焊缝的余高h、过渡角和焊趾处的过渡圆弧半径r有关。可以看出增大h，减小r、，都会增大应力集中。所以我们在设计对接接头时从这几方面考虑从而减小应力集中6。 因为本试验选择的母材厚度是8mm,为了保证焊接接头能焊透而不易出现工艺缺陷，要进行坡口焊缝的设计。在设计或者选择坡口焊缝时，首要原则是它的施焊可达性，其中主要选择的是坡口角度、根部间隙、钝边、根部半径等参数。根据实验实际情况选择V

31、型坡口设计。对于平板对接接头常用的坡口设计如图2.4所示。 图2.5焊层及焊道分布 2.5 焊接工艺实验分别采用焊条电弧焊和CO2气体保护焊对两组Q235钢与16Mn钢进行异种钢焊接工艺实验。均采用三层焊，设计焊层与焊道分布如图 2.5所示。 2.5.1焊条电弧焊工艺实验1.焊前准备 （1）焊件（试件）：Q235钢板150508mm；16Mn钢150508mm；V形坡口605；焊件对组如图2.6所示。尺寸参数如表2.3所示。 （2）焊接材料：E4303（J422)，规格为3.2，4.0。焊前烘干350400，保温12h,随用随取； （3）焊件清理：清理坡口面及坡口正反两侧20mm范围内的油污、

32、锈蚀、水分及其他污物，至露出金属光泽； （4）焊接设备：交、直流弧焊机（型号为ZX7-400），直流正接。图2.7所示。焊接工艺参数如图表2.4。2.实验参数 表2.3焊件对组尺寸参数焊件尺寸（组）/mm坡口角度/（）组队间隙/mm钝边/mm1505086051.511.5 表2.4焊接工艺参数7焊接层次名称焊条直径/mm焊接电流/A运条角度/（）焊条运动方式1打底焊3.21001154550断弧，一点式运条2填充焊3.21401457585连弧，锯齿形3盖面焊41601658085连弧，锯齿形3.操作要领 （1）打底层焊接：将焊条末端对准焊缝后开始引弧，等电弧稳定后开始焊接操作。将电弧下压，

33、同时做小幅度横向运动，听到“噗噗”声，当看到坡口开始熔化形成第一个熔池后断弧。断弧的位置要在焊点坡口一侧避免断弧在坡口中心而产生气孔。待熔池液态金属逐渐变暗，剩下中心部位亮点时继续进行焊接。就这样操作，采取断弧焊将打底层完成。 （2）填充层焊接：焊接前清除焊缝的熔渣和飞溅，同时将焊缝接头过高处进行打磨平整。在焊接过程中为了得到优质的焊缝，就要遵循坡口两侧慢、中间快的口诀，保持平稳运动，保持焊接速度一直，尽量保持熔敷金属高度平衡。 图2.6 焊件 （3）盖面层的焊接：这一层的焊接要使焊接电流小一些，运条方式保持锯齿形。摆动要均匀，熔合好坡口两侧的棱边。为了使焊缝表面形成美观的鱼鳞纹，就要在焊条摆

34、动到坡口轮廓线处慢一下，以避免产生坡口边沿熔合质量差或者咬边等缺陷5。 图2.7 ZX7-400型逆变弧焊机2.5.2 CO2气体保护焊工艺实验1.焊前准备 （1）焊件（试件）：Q235钢板150508mm；16Mn钢150508mm；V形坡口605；焊件对组尺寸参数如表2.6所示。 （2）焊接材料：焊丝H08Mn2SiA，规格为1.2mm。其规格如表2.5所示。 （3）焊件清理：清理坡口面及坡口正反两侧20mm范围内的油污、锈蚀、水分及其他污物，至露出金属光泽； （4）焊接设备：CO2气体保护焊机选用的特性为直流平外特性电源，图2.8所示。在焊接前对电源、电源、送丝机构、焊枪、气瓶和减压流量

35、调节器等进行检查并调节到需要值。在焊接前要检查并清理喷嘴和导电嘴上的飞溅，同时给喷嘴上涂抹适量的硅油8。焊接工艺参数如表2.7所示。表2.5焊接材料规格母材钢号焊接材料保护气类型要求焊丝钢号焊丝规格Q235和16MnH08Mn2SiA1.2mmAr+50%CO21、 焊丝必须具有质量合格证明书，并且包装无破损。2、 Ar气体的纯度99.9%。3、 CO2气体的纯度99.5%2.实验数据表2.6 焊件对组尺寸参数焊件尺寸（组）/mm坡口角度/（）组队间隙/mm钝边/mm150508mm6051.511.5表2.7 焊接工艺参数7焊接层次焊丝直径（mm）焊接电流（A）电弧电压（V）运动焊丝的角度/

36、（）CO2气体流量（L/min）焊丝伸出长度（mm）打底焊1.2901102022607515201218填充焊13015020227585盖面焊120140202285903. 操作要领 （1）打底层焊接：在焊缝定位焊起弧处引弧，电弧沿焊缝中心进行小幅度锯齿形摆动。在接头时，焊丝伸出顶端要对准缓坡的最高点，然后引弧，慢慢将焊道缓慢覆盖。当电弧到达坡口最低处，要稍微压低电弧。当电弧到了定位焊缝与坡口根部连接处时，击穿坡口根部，形成第一个熔池，接着就进行正常焊接。为了保证期焊接质量，我们在进行打底层焊接时，须严格控制熔孔的大小，保证焊透，避免焊道正面下坠或者背面下凹。焊丝在摆动的过程中，间距力求

37、小且均匀，如果发生穿丝，可以将焊丝拉回少许，以此把穿丝部分重新熔化掉。图2.8 PC61-350型CO2 保护焊机（2）填充层焊接：在进行焊接前要将打底层焊道表面清理干净，将过高出部分打磨平整。电弧沿着前面的焊道中心小小幅度横向摆动，但幅度要比打底层焊接的摆动幅度大一点。为了保证填充层焊道的质量，须掌握好电弧在运动到坡口两侧的速度，要使焊道两侧熔合良好，又发生焊道中间下坠的缺陷。同时，必须注意填充层的焊层厚度，使其表面与坡口棱边有一点小间距，避免熔合坡口的棱边。（3）盖面层焊接：在进行焊接前要将填充层焊道表面清理干净，将过高出的部分打磨平整。为了使焊道两侧边缘也母材熔合良好，焊道平直美观，避免

38、中间下坠、咬边等缺陷出现。就要做到在焊接过程中要依据填充层焊道的高度来调节焊接速度，焊丝的摆动要尽量保持均匀，摆动间距不宜过大5。 2.6 金相试验 1.取样通过线切割加工来切割截取试样。在已完全焊接的焊件上选取一段焊缝成型良好的焊缝进行截取，每个焊件上截取一块试样。试样尺寸是31.5cm。 2.磨制金相试样切割好后，下面的工作就是磨制了。金相试样的磨制一般情况下分为粗磨和细磨两道工序。粗磨的目的是获得一个平整光滑的磨面。试样截取后，通过预磨机（型号M-2,如图 2.9所示)进行粗磨，将要进行观察的面制成平整光滑的磨面。在预磨机上磨制时，应该要握紧试样，让磨面与预磨机打磨面接触，压力不宜过大。

39、在打磨的过程中随时用水冷却，用以防止因受热而引起金属组织变化。经过粗磨后，可以得到平整的观察面，磨面上允许存在细而均匀的磨痕。同时，将试样边界磨成圆角，避免在后面的过程中将砂纸和抛光织物划破。细磨的目的就是消除这些细而均匀的磨痕，从而等到光滑的磨面，为下一步抛光做准备。试样表面粗磨后用水洗干净后就可以开始细磨了。细磨就是在由粗到细的各号金相砂纸上（底下垫玻璃平台）进行。根据试样情况，我选用的砂纸型号分别为120#、200#、280#、320#、400#、600#、800#。由型号从小到大的顺序依次磨制。在磨制的过程中，左手按住砂纸，右手握住试样，让磨面向下与砂纸接触，用轻微的压力向前推行磨制，

40、要求用力均匀平稳，避免把观察磨面磨成鼓肚状。按照单程单向重复进行，直到磨面上旧的磨痕被去掉，新的磨痕均匀一致时为止。然后将试样磨面上的磨屑和砂粒去掉，转动90即与上一道磨痕方向垂直后更换下一号砂纸。 3.抛光抛光的目的就是消除金相磨面上细磨过程中留下来的细微磨痕，从而获得无划痕的镜面。在本次抛光中选择机械抛光，采用的抛光液是Al2O3细粉末（粒度约为0.31m）在水中的悬浮液。在进行抛光前先将抛光液均匀洒在抛光织物上靠近中心部位，待其均匀后开始抛光。具体操作是用手握住试样，将磨面均衡的的压在旋转的抛光面上，同时实时的让试样在抛光面中心到边缘之间往返运动。由于抛光面的近中心和边缘的线速度不同，所

41、以在抛光的过程中尽可能让硬度较高的钢材即16Mn钢在盘心远的一侧，让硬度较软的钢材即Q235钢在近盘心一侧。在抛光的过程中对试样施加的压力要均衡，同时施加力要先大后小。在刚开始抛光的时候，让试样的磨痕方向与抛光盘转动方向垂直，便于较快消除磨痕。在抛光一段时间后，需要将试样缓缓转动，目的在于获得光亮平滑的磨面，也是为了避免夹杂物等产生曳尾现象。通常，磨面上的痕迹大致方向一样时需要变换90继续抛光。与此同时，在抛光进行期间抛光液要时刻注意均匀补给的，以此来保证试样观察面和织物间有一个润滑层，使这个面光滑、明亮。当抛光完成后，先用清水冲洗干净，再用无水酒精洗去残留在磨面上的水滴，最后用洗耳球、吹风机

42、吹干。抛光机型号P-1，如图 2.10所示。图2.10 P-1型抛光机图2.9 M-2型预磨机 4.腐蚀 图2.11倒置式金相显微镜金相试样的腐蚀的目的在于通过腐蚀的手段使各组织间、晶内和晶界产生一定的衬度，从而让金相组织得以在显微镜下显示出来9。通常的金相试样腐蚀有电化学腐蚀和化学腐蚀两种方式。在本试验中采取常用的化学腐蚀。由于本次的金相试样的焊接接头包括三部分，即16Mn钢、焊缝金属、Q235钢。由焊接工艺可以知道所选用的填充材料之间熔合是不存在问题的，对于它们的腐蚀也是容易的。从理论上看，用4%HNO3溶液对16Mn钢和Q235钢都能达到腐蚀的效果的，但从实际操作中发现，这两种母材的腐蚀很难同时达到最佳效果，故在试验中需要格外注意腐蚀的程度。腐蚀的方式是将沾有腐蚀剂的棉花球在试样表面轻轻擦拭。当达到恰当的腐蚀程度后立即用清水冲洗，然后用无水酒精洗去残留水滴，最后用洗耳球、吹风机将其吹干。这样制备的金相观察试样就可以在显微镜下进行金相组织的观察了。在此过程中，如果腐蚀不够可重复腐蚀，如果腐蚀过度，需要重新抛光再腐蚀。金相观察仪器如图2.11所示。2.7 硬度试验 硬度试验是一种简便的性能测试方法。一般情况下，材料的硬度高，就说明其强度也高，而抗拉强度与硬度大致呈线性关系。焊接接头的体积虽然