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1、焊接1531 王翔 21530104Q235钢板的焊接工艺设计说明书目录1 母材的基本数据与焊接性11.1 母材的基本数据11.1.1 Q235钢的介绍21.1.2 碳钢按含碳量的分类21.1.3碳钢的化学成分21.1.4 Q235钢的化学成分与基本力学性能31.2 Q235钢的焊接性41.2.1 碳当量分析41.2.2焊接性分析41.2.3 焊接时存在的问题52 焊接方法的选择63 焊接工艺73.1 焊前准备73.1.2 工件表面的清理73.1.3 焊条烘干83.2 焊接工艺参数的制定83.2.1 焊条直径的选择83.2.2 焊接电流93.2.3 焊接电压93.2.4 焊接层数103.2.5
2、 焊接速度103.2.6 电流极性的选择113.2.7 反变形114 操作要点及注意事项114.1.1 引弧 焊接前引燃电弧的过程叫做引弧。引弧常用划檫法和直击法。114.1.2 运条124.1.3 收尾124.1.4 敲渣125 常见缺陷及解决措施125.1.1 气孔125.1.2 残余应力与变形135.1.3 冷裂纹13 1 母材的基本数据与焊接性1.1 母材的基本数据1.1.1 Q235钢的介绍Q235钢又称A3钢，是铁和碳的合金，碳钢中除了以碳作为合金元素外，还有少量的Mn和Si有益元素，还有少量的S、P等杂质。Q代表的是这种材质的屈服极限，235代表的是屈服值，由于这种材料的含碳适中
3、，综合性能较好，强度、塑性和焊接等性能得到较好配合，用途最广泛。1.1.2 碳钢按含碳量的分类表1 碳钢按含碳量的分类名称W（C）%典型硬度用途焊接性低碳钢0.15HRB60特殊钢板、薄板、焊丝优0.150.25HRB90结构用型材、板材良中碳钢0.250.6025HRC机械零件和工具中（通常要求预热和后热，常采用低氢焊接工艺）高碳钢0.601.0040HRC弹簧、模具、导轨差（通常要求预热和后热，常采用低氢焊接工艺）1.1.3碳钢的化学成分表2 碳素结构钢的化学成分表钢号化学成分（质量分数%）其他CMnSiCrNi不大于0.30Cu不大于0.20S不大于0.035P不大于0.03508F0.
4、050.110.250.500.030.10350.320.390.500.800.170.370.25450.420.500.500.800.170.370.251.1.4 Q235钢的化学成分与基本力学性能其化学成分如表3 表3 Q235钢的化学成分牌号化学成分Q235CSiMnPSNiCrCu不大于Q235A0.060.120.300.250.500.450.0450.30Q235B0.140.220.300.300.650.450.045Q235C0.180.300.300.700.0400.040Q235D0.170.300.350.800.0350.035表4 钢的基本力学性能牌号
5、力学性能Q235弹性模量E/Gpa抗拉强度b/MPa伸长率A B C D2002103755005/% 由于含碳适中，综合性能较好，强度、塑性和焊接等性能得到较好配合，用途最广泛。常轧制成盘条或圆钢、方钢、扁钢、角钢、工字钢、槽钢、窗框钢等型钢，中厚钢板。大量应用于建筑及工程结构。也大量用作对性能要求不太高的机械零件。C、D级钢还可作某些专业用钢使用。1.2 Q235钢的焊接性1.2.1 碳当量分析 碳当量越大，被焊材料的淬硬倾向越大，焊接区域容易产生冷裂纹。是因为碳当量大时在焊接热影响区易产生淬硬的马氏体组织，对裂纹和氢淬敏感。淬硬会形成更多的晶格缺陷，在焊缝中应力和热力不平衡的条件下，晶格
6、缺陷会称为裂纹源，增加了焊缝中形成冷裂纹的倾向。碳当量(Ceq)0.400.400.600.60性能淬硬性较小，焊接性好，一般不需预热。淬硬性较差，焊接性差，一般需预热。淬硬性及差，焊接很差，焊前必须预热。Q235A Ceq=C+Mn/6+(Cu+Ni)/15+(Cr+Mo+V)/5 =0.12+0.08+0.04+0.06 =0.3Q235A钢含碳量适中，综合力学性能很好焊接性很好，一般焊前不需要预热，用途最为广泛。1.2.2焊接性分析 12x150x400的Q235钢板，Q235钢板属于低碳钢，由于低碳钢含碳量低，锰、硅含量也少，所以，通常情况下不会因焊接而产生严重硬化组织或淬火组织。低碳
7、钢焊后的接头塑性和冲击韧度良好，焊接时，一般不需预热、控制层间温度和后热，焊后也不必采用热处理改善组织，整个焊接过程不必采取特殊的工艺措施，焊接性优良 。可以用J507、J427等焊条进行焊接。 常用的低碳钢焊前预热及焊后回火温度见表5表5 常用的低碳钢焊前预热及焊后回火温度钢号材料厚度/mm预热温度/热处理温度/10、Q235、15、20505010010060065025、20g、20r255060065025100600650 热处理对Q235钢焊接残余应力降低效果明显。且在热处理降低焊接残余应力过程中，温度和时间存在着一个等效性，即加热温度低可以长时间保温，加热温度高可以缩短保温时间，
8、它们在降低焊接残余应力的效果上是很接近的。 1.2.3 焊接时存在的问题 虽然这样，经过热处理，残余应力消除了一点，但在高输入的焊接方法进行焊接，结构件的刚度增大以及在其他的条件下，也会出现各种缺陷，主要有以下几个方面：1）焊缝的热裂纹问题。在直边对接接头的双面埋弧焊中，当母材的w（C）超过0.20，w（C）大于0.03，且板厚大于16mm时，往往焊缝的中心线形成热裂纹。2） 液化裂纹问题。若钢材冶炼质量低劣，存在明显的偏析带，使硫磷等有害物质含量局部偏高；当以高输入焊接时，焊缝熔合区在高温停留的时间较长，如焊接应变速率高于晶体变形能力的赠长速度，就会产生液化裂纹。3） 层状撕裂问题在焊接厚度
9、大于60mm的碳钢厚板接头时，如钢板的冶炼质量较差，存在较多的非金属杂杂物，则在焊接应力较高的焊接接头中，在焊接热影响区或靠近热影响区部位，有时会形成层状撕裂。 此外，有些焊接方法会降低低碳钢焊接接头的质量，如电渣焊，由于线能量大，焊后焊接热影响区的粗晶区的粒长的十分粗大，引起冲击韧度的下降，焊后必须细晶强化的热处理，来提高冲击韧度。 所以，低碳钢最适合焊接，焊接性最好，所有的焊接方法都适合低碳钢焊接。2 焊接方法的选择 焊接方法必须根据被焊材料的焊接性、接头形式、焊接厚度、焊缝空间位置、焊接结构特点及工作等多方面因素考虑后选择确定。焊接方法的选择原则是在保证产品质量条件下，优先选用的焊接方法
10、。 Q235钢是焊接性良好的钢种，所以各种焊接方法都能应用，如手工电弧焊、埋弧焊、二氧化碳气体保护焊、电渣焊等等，然而焊条电弧焊具有如下优点：2焊条电弧焊的优点 采用气体和熔渣联合保护 ：焊条电弧焊以外部涂有涂料的焊条作为电极和填充金属,电弧在焊条的端部和被焊工件表面之间燃烧,涂料在电弧热的作用下,一方面可以产生气体保护电弧,另一方面可以产生熔渣覆盖在熔池表面,防止熔化金属与周围气体的相互作用,熔潭更重要的作用是与熔化金属产生物理化学反应或填加合金元素,改善焊缝金属的性能 适应性强： 焊条电弧焊具有工艺灵活,适应性强的特点,适用于各种厚度,各种结构开关及位置的焊接,可以应用于维修及装配中的短焊
11、缝的焊接,特别是可以用于难以达到的部位的焊接 对焊接接头的装配要求较低 ：由于焊接过程中用手工操作控制电弧长度,焊条角度,焊接速度等,因此,对焊接接头装配尺寸要求可相对降低,同时还易于通过改变工艺操作来控制焊接变形和改善接头应力状况 应用范围广 ：焊条电弧焊配用相应的焊条,适合大多数工业用碳钢,合金钢,不锈钢,铸铁和铜,铝,镍及基合金的焊接 焊接设备简单 焊条电弧焊使用的电焊机结构简单操作轻便 ,灵活,维修方便。所以Q235钢最好采用焊接电弧焊进行焊接。3 焊接工艺3.1 焊前准备 焊接前焊件按工艺选择坡口形式开坡口并清除坡口、焊件对接面及周围的锈蚀、油污等有害物质避免产生焊接缺陷。同时也要保
12、证焊条的表面清洁、无污物。当环境温度低于0或者焊件较厚时一般在100-150下预热。 3.1.1 坡口设计与加工 我们选用的钢板厚度为12mm，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，采用氧乙炔气割的方式完成，如图：表6表63.1.2 工件表面的清理 对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。3.1.3 焊条烘干 为了确保焊接质量，需讲焊条提前烘干，一般酸性焊条烘干温度为70150保温1.5小时，碱性焊条烘干温度为300500保温2小时，温度太低达不到除水的目的，温度太高易引起药皮开裂，所以，烘干次数一般不能超过2
13、次。 3.2 焊接工艺参数的制定 3.2.1 焊条直径的选择 1 对根部要求均匀焊透的焊缝和背面清跟封底焊的对接焊缝，焊条直径根据板厚选择； 2根据焊接位置的不同选用焊条，如在立焊、横焊等等 3不同的焊接接头选用不同的直径。对一些散热条件好的接头，可以选用一些较粗点的焊条。 4对一些打底焊的焊接中，最好选用3.2mm的焊条，其余的课选用4mm焊条。 焊条直径的选择与焊件的厚度息息相关，主要关系如图表7所示。图7工件厚度/mm焊条直径（mm）33.2453.24.0612451256由此可见，我的钢板选用的是12x150x400，厚度为12mm，应选用直径为45mm的焊条。 3.2.2 焊接电流
14、 一般情况下增加电流能增加熔深，提高生产率，但电流过大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。使用J507碱性焊条进行焊接，焊接电流与焊接位置的关系。如图：表8所示。焊条牌号焊接位置焊条直径（mm）22.53.24.05.06.0J422平焊45706590100140150210200260260320立焊、仰焊3568508580130120170150210表8 由图8显示
15、，选用的焊接电流为100210A之间。3.2.3 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。所以12mm的板则最好电压为3035v 3.2.4 焊接层数 焊接的层数根据板厚来选择，我选用的板厚为12mm，需要开坡口并采用多层焊或者多道焊，多层焊和多道焊接头的显微组织较细，热影响区较窄，前一条焊道对后一条焊道起热处理作用，因此，接头的延性和韧性都比较好，对于12mm的板，采用3层多层焊。 3.2.5 焊接速度 焊接速度对焊缝内
16、部与外观的质量都有重要影响，当电流电压一定时。 焊速过快：熔深、熔宽、余高减小，成凸型或驼峰焊道，焊趾部咬肉。焊速过快时，会使气体同时焊逢的冷却速度也会相应加快，因而降低了焊逢金属的塑性和韧性。并会使焊逢中间出现一条棱，造成成型不良。保护作用受到破坏，易产生气孔。 焊速过慢：熔池变大，焊道变宽，焊趾部满溢。焊速慢易排出熔池中的气体。因过热造成焊缝金属组织粗大或烧穿。 所以，焊接的速度要均匀，要与焊接电流，电弧电压相匹配。 3.2.6 电流极性的选择 碱性焊条，特别是低氢钠型焊条、强度级别较高的焊条必须采用直流反接极性焊接。 直流反接具有：焊接电弧稳定性好、飞溅极小、磁偏吹小、脱渣容易等优势。所
17、以采用直流反接。 3.2.7 反变形 反变形法就是提前预判焊接变形的方向和大小，在正式焊接之前，以点焊将焊件固定的时候调整好焊件的位置（变形的反方向），使得焊接完成后，焊件通过收缩变形正好达到你的要求。一般在工位中，锤击法是最常用的反变形法。 4 操作要点及注意事项 4.1.1 引弧 焊接前引燃电弧的过程叫做引弧。引弧常用划檫法和直击法。 （1）划擦法：此法引弧可靠，引弧易掌握，但有划痕。引弧时在焊接起点前10mm处，引燃后将焊条提起24mm。 （2）直击法：焊条与工件垂直撞击，电弧引燃后将其迅速提起24mm，此法引弧不可靠但无划痕。 选用J507碱性焊条如果选用直击法易粘，所以最好采用划檫法
18、。 4.1.2 运条 焊条相对于焊缝所做的各种运动的综合叫做运条。它包括三种运动即：（1）沿焊条轴向运动。（2）沿焊缝轴向运动（3）沿焊缝径向摆动。常用运条方式有月牙型，直线型和锯齿型，根据焊接位置和板厚我选择直线型和月牙型。 4.1.3 收尾 在焊条电弧焊中收尾有特殊的要求，收尾不好会产生弧坑，裂纹，气孔。 常用的收尾方法有：（1）划圈法-适用厚板。（2）回焊收尾法-适用碱性焊条。 4.1.4 敲渣 保护好眼睛的同时，缓慢将熔渣敲掉。5 常见缺陷及解决措施 5.1.1 气孔 来源：焊接时常见气孔有一氧化碳 二氧化碳 氮气 氢气 等缺陷。 原因：（1）焊条不良或潮湿； （2）焊件有水分、油污或
19、锈； （3）焊接速度太快； （4）电流太强； （5）电弧长度不适合； （6）焊件厚度大，金属冷却过速。 措施： （1）选用适当的焊条并注意烘干； （2）焊接前清洁被焊部份； （3）降低焊接速度，使内部气体容易逸出； （4）使用厂商建议适当电流； （5）调整适当电弧长度等等 5.1.2 残余应力与变形 焊接过程中焊件中产生的内应力和焊接热过程引起的焊件的形状和尺寸变化。焊接过程的不均匀温度场以及由焊接温度场消失后的应力和变形称为残余焊接应力和变形。 焊接残余应力对焊件有6个方面的影响。对强度的影响。对刚度的影响。对受压焊件稳定性的影响。对加工精度的影响。对尺寸稳定性的影响。对耐腐蚀性的影响。 焊
20、接时适当降低焊件的刚度，并在焊件的适当部位局部加热，使焊缝能比较自由地收缩，以减小残余应力。高温回火是消除焊接残余应力的常用方法。整体消除应力的热处理效果一般比局部热处理好。焊接残余应力也可采用机械拉伸法（预载法）来消除或调整。 5.1.3 冷裂纹 原因：冷裂纹的产生与钢的碎硬倾向有关,与焊接接头的氢含量及其分布有关;与焊接接头的拘束应力有直接关系。并且这三者是相互促进和相互影响的。首先是钢的淬硬倾向,钢的淬硬倾向主要取决于钢种的化学成分,钢种的淬硬倾向愈大,则愈容易产生冷裂纹。其次是焊接工艺,结构钢板厚度及冷却条件越苛刻,越容易产和冷裂纹。第三是氢的作用,氢对冷裂纹的影响极为显著,氢在焊道或
21、影响区的存在;可以形成氢脆。实验证明氢脆是冷裂纹的重要原因,在正常情况下钢中氢含量是极低的,但当焊接时,如果焊件处理不当,比如焊条中所含的水分,焊接坡口附近的油污及铁锈等,会大大增加裂纹的倾向。另外还有应力作用,裂纹是在应力超过材料强度极限时,在材料内部发生的一种破断,因此任何裂纹都离不开应力的影响。 措施：选择合适的填充材料,即焊条,如选用碱性低氢型焊条,以减少从填充材料中带入氢。焊缝的强度要与母材相适应;采取减少氢的措施,如严格控制焊条的烘干温度,碱性焊条对氢的敏感性大,故需要更高的烘干温度350450,保温12小时。而酸性焊条烘干到150200,保温12小时即可;改善接头设计,减少应力集中。 （注：文档可能无法思考全面，请浏览后下载，供参考。可复制、编制，期待你的好评与关注）