Q235~A钢焊接工艺设计研究方案

安徽机电职业技术学院毕业设计说明书

课题名称

Q235-A钢焊接工艺研究

系（部）机械工程系

专业焊接技术及自动化

班级

姓名

学号

指导教师

2010～2011学年第一学期

毕业设计任务书专业：班级：学生：

一：设计题目：

Q235-A钢焊接工艺研究

二：设计内容：

1、Q235-A钢板焊接试验方案设计；

2、绘制焊接工艺卡片；

3、Q235-A焊接工艺评定试验设计；

4、论证Q235-A最佳焊接试验方案

5、编写设计说明书；

6、试验结果论证

三：原始资料：

Q235-A钢板，

焊接材料，

焊接设备

四：完成日期：2010 年 2 月 3 日

指导教师：

2010年11月8日签发

Q235-A钢焊接工艺研究

摘要

随着焊接技术的推广q235a钢作为一种低碳钢已被广泛应用本设计是通过焊接试验来测试q235a钢焊接的工艺性能制定焊接试验方案、焊接工艺卡、工

艺说明书及结果。

目录

第一章绪论 (5)

第二章Q235钢的材料特性及应用范围 (7)

2.1 Q235-A的介绍

2.2 Q235-A的力学性能

2.3 Q235-A的化学成分

第三章Q235-A钢的焊接性试验及方法 (9)

3.1 Q235-A钢的焊接试验方法

3.2 Q235-A钢的焊接试验材料

3.3 焊条电弧焊的工艺分析

3.4 Q235-A钢的焊接工艺试验

3.5 焊条电弧焊+埋弧焊焊接工艺试验

第四章Q235-A钢的焊接工艺卡的编制 (17)

第五章焊接中容易出现的问题及预防措施 (19)

第六章结束语 (23)

参考文献 (24)

第一章绪论

焊接技术发明至今已有百余年的历史，工业生产中的大量重要产品，如航空、航天及核能工业中产品的生产制造都离不开焊接技术。当前，新兴工业的发展迫使焊接技术不断前进，如微电子工业的发展促进了微型连接工艺和设备的发展；陶瓷材料和复合材料的发展促进了真空钎焊、真空扩散焊、喷涂以及粘接工艺的发展。

焊接技术将随着科学技术的进步而不断发展。作为一名焊接技术专业的大学生，本人将以自己的了解为基础来介绍对Q235A的焊接工艺研究。下面先了解一下焊接技术发展的简单情形，焊接技术是上世纪末发展起来的一种连接方法，由于它具有许多优越性，所以在近几十年间得到了快速的发展，目前焊接已经广泛应用在许多行业和领域，目前，在工业发达国家，焊接用钢量已占总用钢量一

半左右，焊接用钢量占工业用钢量的比例已经成为一个国家工业发展水平的重要标志。中国在2004年焊接用量就已经突破了1亿吨，成为世界最大的焊接大国。现今，在我国许多行业的制造工厂，如造船厂、锅炉厂、车辆厂、矿山机械厂、石化机械厂、起重机厂等都有专有的焊接生产车间，负责本企业的焊接制造工作。随着社会的进步和经济的发展，人们一方面要推出新技术和新的焊接形式来满足生产发展的需要，另一方面焊接也向着大型化、高参数和高寿命的方向发展。如500kt级油轮长达382m、宽68m、高72m。许多焊接产品不仅尺寸大，而且工作条件苛刻，常处于高温、高压、低温、深冷、高速、腐蚀、易燃、易爆、有毒的环境中，有的是几种条件共存，又都要求长期运行，一旦出现故障和事故，后果是不堪设想的，这就对焊接技术提出了更高的要求。

焊接技术将随着科学技术的进步而不断发展，主要体现在以下几个方面

1 能源方面

目前，焊接热源已非常丰富，如火焰、电弧、电阻、超声、摩擦、等离于、电子束、激光束、微波等等，但焊接热源的研究与开发并未终止，使它更为有效、方便、经济适用。

2 计算机在焊接中的应用

弧焊设备微机控制系统，可对焊接电流、焊接速度、弧长等多项参数进行分析和控制，对焊接操作程序和参数变化等作出显示和数据保留，从而给出焊接质量的确切信息。目前以计算机为核心建立的各种控制系统包括焊接顺序控制系统、PID调节系统、最佳控制及自适应控制系统等。这些系统均在电弧焊、压焊和钎焊等不同的焊接方法中得到应用。计算机软件技术在焊接中的应用越来越得到人们的重视。

3 焊接机器人和智能化

焊接机器人是焊接自动化的革命性进步，它突破了焊接刚性自动化的传统方式，开拓了一种柔性自动化新方式，焊接机器人的主要优点是：稳定和提高焊接质量，保证焊接产品的均一性；提高生产率，一天可24小时连续生产；可在有害环境下长期工作，改善了工人劳动条件；降低了对工人操作技术要求；可实现小批量产品焊接自动化；为焊接柔性生产线提供了技术基础。为提高焊接过程的自动化程度，除了控制电弧对焊缝的自动跟踪外，还应实时控制焊接质量，为此需要在焊接过程中检测焊接坡口的状况，如熔宽、熔深和背面。

4 提高焊接生产率

提高焊接生产率是推动焊接技术发展的重要驱动力。提高生产率的途径有二个方面：其一,是提高焊接熔敷率。手弧焊中的铁粉焊、重力焊、躺焊等工艺；埋弧焊中的多丝焊、热丝焊均属此类，其效果显著。其二,是减少坡口截面及熔敷金属量，为解决这两个问题，世界各国开发出多种不同方案，因而出现了种类多样的窄间隙焊接法。电子束焊、激光束焊及等离子弧焊时，可采用对接接头，且不用开波口，因此是理想的窄间隙焊接法，这是它们受到广泛重视的重要原因之一。

第二章Q235钢的材料特性及应用范围

2.1 Q235-A的介绍

普通碳素结构钢－普板是一种钢材的材质。Q代表的是这种材质的屈服度，后面的235，就是指这种材质的屈服值，在235左右。并会随着材质的厚度的增加而使其屈服值减小。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。大量用用建筑及工程结构。用以制作钢筋或建造厂房房架、高压输电铁塔、桥梁、车辆、锅炉、容器、船舶等，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。

Q235A韧性和塑性较好，有一定的伸长率，具有良好的焊接性能和热加工性。Q235A一般在热轧状态下使用，用其轧制的型钢、钢筋、钢板、钢管可用于制造各种焊接结构件、桥梁及一般不重要的机器零件，如螺栓、拉杆、铆钉、套环和连杆等

2.2 Q235-A的力学性能

2.3.1 Q235-A钢的组织性能分析

抗拉强度σb (MPa)：375～460 屈服强度σs (MPa)：≤16时:≥235; ＞16～40时:≥225; ＞40～60时: ≥215; ＞60～100 时: ≥205; ＞100～150 时: ≥195; ＞150时: ≥185 伸长率δ5 (％)：≤16时:≥26;＞16～40时:≥25;＞40～60时:≥24;＞60～100时:≥23;＞100～150时:≥22;＞150时:≥21 试样尺寸：试样厚度(直径)

热处理规范及金相组织：

热处理规范：热轧。金相组织：铁素体+珠光体。●交货状态：一般以热轧（包括控轧）状态交货。根据需方要求，经双方协议，也可以正火处理状态交货.

执行标准：外部标准为：GB/T709-2006《热轧钢板和钢带的尺寸、外形、重量及允许偏差》，内部标准为：GB/T3274-2007 《碳素结构钢和低合金结构钢热轧厚钢板和钢带》

Q235-A的冷弯试验列表

2.3 Q235的化学成分：

碳C ：0.14～0.22 硅Si：≤0.30 锰Mn：0.30～0.65 硫S ：≤0.050 磷P ：≤0.045 铬Cr：允许残余含量≤0.030 镍Ni：允许残余含量≤0.030 铜Cu：允许残余含量≤0.030 注：脱氧方法:F、b、Z

第三章Q235-A钢的焊接试验及方法

3.1 Q235-A钢的焊接试验方法

为了更好更全面的掌握Q235-A的焊接性，我们主要从以下几个方面进行试验：

3.1.1 冲击韧性测试

韧性是材料在塑性应变和断裂全过程中吸收能量的能力，它是强度和塑性的综合表现。20世纪80年代后期，工程技术人员和专家开始重点关注焊接热影响

区出现的脆化问题。热影响区脆化问题主要有粗晶区脆化、临界热影响区脆化、多层焊时临界热影响区脆化、过临界粗晶热影响区脆化、亚临界粗晶热影响区脆化等。焊接热影响区中韧性的恶化时由于在高热输入焊接下晶粒粗化和小面积的低韧性区域造成的。

本试验重点考察热影响区中的临界热影响区脆化、粗晶区脆化、过临界粗晶热影响区脆化、多层焊时临界热影响区脆化的韧性问题。

依照GB/T229—1994《金属夏比缺口冲击试验方法》，将冲击试样加工至最终尺寸10mm×10mm×55mm，采用JB—30B冲击试验机，进行常温下夏比V型缺口冲击试验。要求对热影响区中的临界热影响区脆化、粗晶区脆化、过临界粗晶热影响区脆化、多层焊时临界热影响区脆化四区的冲击能量进行测试。

3.1.2 接头的硬度测试

硬度是材料抵抗局部变形，特别是塑性变形、压痕或划痕的能力，是反映金属材料综合力学性能的一个重要指标，可作为评定其冶金性能的参考。由于维氏硬度试验时可任意选择力而不影响所测的硬度值，金刚石压头又使得该方法适用于任何硬度的材料，因此，在这里进行维氏硬度测试。

试验设备：小负荷的维氏硬度仪HVA—10A型

试验条件：载荷10kg，加载持续时间15s，测试焊接接头热影响区中的临界热影响区、粗晶区、过临界粗晶热影响区、多层焊时临界热影响区的硬度。

3.1.3 试样的拉伸试验

在工业生产中，拉伸试验是应用最广泛的材料力学性能试验的方法之一。试验时在标准光滑圆柱试样的两端缓慢地施加载荷，使试样的工作部分受轴向拉

力的作用沿轴向拉长，使它不断产生变形，直至把试样拉断为止。通过拉伸试验可以测定出材料的基本力学性能。

3.2 Q235-A钢的焊接试验材料

3.2.1 Q235-A焊接试验用板材

Q235-A钢属于碳素结构钢，其塑性好，有一定的强度，用于制造受力不大的零件。本设计选用的母材是Q235-A，板厚12mm，手工电弧焊用焊条J507，气体保护焊用焊丝牌号为ER50-6。

3.2.2 焊条电弧焊原理、特点及应用

用手工操作焊条进行焊接的电弧焊方法称焊条电弧焊（缩写SMAW，ISO 代号为111）。它是利用焊条与焊件之间建立起来的稳定燃烧的电弧，使焊条和焊件溶化，从而获得牢固的焊接接头，原理如图

焊条电弧焊的原理图

焊条电弧焊具有设备简单、操作方便、适应性强，对焊接接头的装配要求低，能在空间任何位置焊接，但对焊工技术要求高、劳动条件差、生产效率低、焊接质量依赖程度高等特点。

3.3 焊条电弧焊的工艺分析

3.3.1 焊前准备

用气割或碳弧气刨加工坡口时，应保证加工质量，防止其表面凹凸不平，不合格的予以修磨，坡口表面不得有裂纹、夹渣、分层等缺陷，否则予以去除或修补。清除坡口及两侧10-20mm范围内的油污、铁锈、氧化物等赃物，焊条应按照规定的温度烘干，入炉和出炉的温度不应过高，以防药皮脆裂。焊接接头形式、坡口和焊缝

（1）接头形式焊接接头常用的接头形式有：对接接头、搭接接头、角接接头和T型接头。选择焊接接头形式主要根据产品的结构，并综合考虑受力条件、加工成本等因素。本设计采用对接形式，它是焊接结构中最常见的接头形式。

（2）坡口准备试验采用单面焊双面成型技术，坡口形式采用V型坡口。焊条电弧焊坡口角度60·,单边坡口角度均为30·;埋弧焊横焊坡口角度60·,焊根间隙3.0-3.5，钝边高度1.0-1.5mm。国家标准GB/T985—1988对此作了详细的规定。

（3）焊前预热

Q235-A属于普通碳素钢，焊接前无需进行预热。

（4）焊材烘干

Q235-A用的焊材必须进行烘干（试验过程中对真空包装的焊条也要进行烘干）以降低扩散氢水平，防止产生冷裂纹并避免产生成片的分散气孔。根据试验结果，烘干时间一般为250·×1h，试焊时焊条应置于焊条保温桶内。

（5）焊接设备

焊条电弧焊是采用奥太ZX7-400S逆变焊机，气体保护焊是采用奥太NBC-400。

（6）试件剩磁的处理

试件采用直流焊接时会产生磁偏吹，原则上采用交流焊机，但用交流电源焊接时，电弧的稳定性差，而且由于试件比较小，所以采用直流电源焊接，并且要控制试件的磁性，接线时采用反接。

3.3.2 焊接过程中技术要求

（1）层温及线能量

Q235-A的晶粒尺寸对韧性有很大的影响，晶粒越细，韧性越好，所以焊接时要用小的线能量进行焊接，要控制层间温度，不宜过高，防止金属过热引起韧性下降的现象。再者，焊接线能量越大，稀释率（母材金属在焊接金属中所占的百分比）越大，焊缝中C、Si、Mn质量分数越低，致使焊接金属强度下降。

（2）运条方式

为减小线能量，焊接过程中运条尽量以直拉、微摆的连弧焊接方式进行焊接。

（3）焊接层数及道数

为控制热输入，焊接层数及道数设计示意图如下图所示

焊条电弧焊焊缝的层数图

3.4 Q235-A钢的焊接工艺试验

3.4.1 焊条电弧焊焊接工艺试验

（1）焊接工艺参数及选择

焊条电弧焊的焊接工艺参数包括;焊条直径、焊接电流、电弧电压、焊接速度、电源种类和极性、焊接层数等。焊接工艺参数选择的正确与否，直接影响焊缝形状、尺寸、焊接质量和生产率。

焊条直径焊条直径是指焊芯的直径。它是保证焊接质量和效率的重要因素。焊条直径的选择一般根据焊件的厚度选择，还应考虑接头形式、施焊位置和焊接层数，对于重要的焊接结构还要考虑焊接热输入的要求，一般情况，焊条直径与焊件厚度之间的参考数据见下表。

表3-1 焊条直径与焊件厚度之间的关系

焊件厚度

234～56～12>13 (mm)

焊条直径2 3.232.～44～54～6

焊接电流的选择选择焊接电流时，应根据焊条类型、焊件直径、焊件厚度、接头形式、焊接位置和层数等因素综合考虑。焊接电流选择不当易造成未焊透、夹渣或咬边、焊穿金属飞溅等。对于一定的直径的焊条有一个合适的电流范围，可参考下表

表3-2 焊接电流和焊条直径放入关系

在相同焊条直径的条件下，平焊的电流可大一些，其它的位置焊接电流应小一些。相同条件下，碱性焊条的焊接电流比酸性焊条小10%左右。

电弧电压与焊接速度焊条电弧焊的电弧电压主要由电弧长度来决定：电弧越长，电弧电压越大；电弧越短，电弧电压越小。在焊接过程中应尽量使用短弧焊接。

（2）试验基本情况与焊接工艺参数，可参考下表

表3-3 焊条电弧焊的焊接工艺参数

（3）焊接接头力学性能测试结果

试件经无损检测后，参照ASME、IX、国内JB4708标准要求切割试件进行试验，接头拉伸、弯曲和冲击试验结果如下表所示

表3-5 拉伸试验

表3-6 弯曲试验

表3-7 冲击试验

从以上三表中可以看出，上述焊材对应的焊接接头的强度性能、弯曲性能、冲击韧性能均较好。

3.5气体保护焊焊接工艺试验

3.6

二氧化碳气体保护焊是利用CO2气作为保护气体的一种熔化极气体保护的焊接方法:

1.使用二氧化碳气体保护焊,可以减少飞溅:它是利用二氧化碳气体热物理性能的特殊性，使用常规焊接电源时，焊丝端头熔化金属不可能形成平衡的轴向自由过渡，通常需要采用短路和熔滴缩颈爆断、因此，与MIG焊自由过渡相比，飞溅较多。但如采用优质焊机，参数选择合适，可以得到很稳定的焊接过程，使飞溅降低到最小的程度。

2.二氧化碳气体保护焊,可以降低成本,提高焊接质量:由于CO2气比空气重,因此从喷嘴中喷出的CO2气可以在电弧区形成有效的保护层,防止空气进入熔池,

特别是空气中氧等有害物质的影响.熔化电极(焊丝)通过送丝滚轮不断的送进,与工件之间产生电弧,在电弧热的作用下,熔化焊丝和工件形成熔池,随着焊枪的移动,熔池凝固形成焊缝,再加上二氧化碳保护气体价格低廉，采用短路过渡时焊缝成形良好，加上使用含脱氧剂的焊丝即可获得无内部缺陷质量焊接接头。这种焊接方法目前已成为黑色金属材料最重要焊接方法之一。原理如图

熔化极气体保护焊的工作原理图

3.5.1 焊条电弧焊+二氧化碳气体保护焊焊接工艺参数

焊条电弧焊采用同上面一样型号奥太焊机，二氧化碳气体焊采用奥太NBC-400焊机，，就坡口形式、焊接电流、电弧电压、焊接速度等工艺参数，在试验后要根据GB150—1998《钢制压力容器》等相关标准进行检验。