Q235鋼板焊接工藝設(shè)計(jì)說(shuō)明書

1、.焊接1531 王翔 21530104Q235鋼板的焊接工藝設(shè)計(jì)說(shuō)明書目錄1 母材的基本數(shù)據(jù)與焊接性11.1 母材的基本數(shù)據(jù)11.1.1 Q235鋼的介紹21.1.2 碳鋼按含碳量的分類21.1.3碳鋼的化學(xué)成分21.1.4 Q235鋼的化學(xué)成分與基本力學(xué)性能31.2 Q235鋼的焊接性41.2.1 碳當(dāng)量分析41.2.2焊接性分析41.2.3 焊接時(shí)存在的問(wèn)題52 焊接方法的選擇63 焊接工藝73.1 焊前準(zhǔn)備73.1.2 工件表面的清理73.1.3 焊條烘干83.2 焊接工藝參數(shù)的制定83.2.1 焊條直徑的選擇83.2.2 焊接電流93.2.3 焊接電壓93.2.4 焊接層數(shù)103.2.

2、5 焊接速度103.2.6 電流極性的選擇113.2.7 反變形114 操作要點(diǎn)及注意事項(xiàng)114.1.1 引弧 焊接前引燃電弧的過(guò)程叫做引弧。引弧常用劃檫法和直擊法。114.1.2 運(yùn)條124.1.3 收尾124.1.4 敲渣125 常見缺陷及解決措施125.1.1 氣孔125.1.2 殘余應(yīng)力與變形135.1.3 冷裂紋13 1 母材的基本數(shù)據(jù)與焊接性1.1 母材的基本數(shù)據(jù)1.1.1 Q235鋼的介紹Q235鋼又稱A3鋼，是鐵和碳的合金，碳鋼中除了以碳作為合金元素外，還有少量的Mn和Si有益元素，還有少量的S、P等雜質(zhì)。Q代表的是這種材質(zhì)的屈服極限，235代表的是屈服值，由于這種材料的含碳適

3、中，綜合性能較好，強(qiáng)度、塑性和焊接等性能得到較好配合，用途最廣泛。1.1.2 碳鋼按含碳量的分類表1 碳鋼按含碳量的分類名稱W（C）%典型硬度用途焊接性低碳鋼0.15HRB60特殊鋼板、薄板、焊絲優(yōu)0.150.25HRB90結(jié)構(gòu)用型材、板材良中碳鋼0.250.6025HRC機(jī)械零件和工具中（通常要求預(yù)熱和后熱，常采用低氫焊接工藝）高碳鋼0.601.0040HRC彈簧、模具、導(dǎo)軌差（通常要求預(yù)熱和后熱，常采用低氫焊接工藝）1.1.3碳鋼的化學(xué)成分表2 碳素結(jié)構(gòu)鋼的化學(xué)成分表鋼號(hào)化學(xué)成分（質(zhì)量分?jǐn)?shù)%）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鋼的化學(xué)成分與基本力學(xué)性能其化學(xué)成分如表3 表3 Q235鋼的化學(xué)成分牌號(hào)化學(xué)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 鋼的基本力學(xué)性能牌

5、號(hào)力學(xué)性能Q235彈性模量E/Gpa抗拉強(qiáng)度b/MPa伸長(zhǎng)率A B C D2002103755005/% 由于含碳適中，綜合性能較好，強(qiáng)度、塑性和焊接等性能得到較好配合，用途最廣泛。常軋制成盤條或圓鋼、方鋼、扁鋼、角鋼、工字鋼、槽鋼、窗框鋼等型鋼，中厚鋼板。大量應(yīng)用于建筑及工程結(jié)構(gòu)。也大量用作對(duì)性能要求不太高的機(jī)械零件。C、D級(jí)鋼還可作某些專 業(yè)用鋼使用。1.2 Q235鋼的焊接性1.2.1 碳當(dāng)量分析 碳當(dāng)量越大，被焊材料的淬硬傾向越大，焊接區(qū)域容易產(chǎn)生冷裂紋。是因?yàn)樘籍?dāng)量大時(shí)在焊接熱影響區(qū)易產(chǎn)生淬硬的馬氏體組織，對(duì)裂紋和氫淬敏感。淬硬會(huì)形成更多的晶格缺陷，在焊縫中應(yīng)力和熱力不平衡

6、的條件下，晶格缺陷會(huì)稱為裂紋源，增加了焊縫中形成冷裂紋的傾向。碳當(dāng)量(Ceq)0.400.400.600.60性能淬硬性較小，焊接性好，一般不需預(yù)熱。淬硬性較差，焊接性差，一般需預(yù)熱。淬硬性及差，焊接很差，焊前必須預(yù)熱。Q235A Ceq=C+Mn/6+(Cu+Ni)/15+(Cr+Mo+V)/5 =0.12+0.08+0.04+0.06 =0.3Q235A鋼含碳量適中，綜合力學(xué)性能很好焊接性很好，一般焊前不需要預(yù)熱，用途最為廣泛。1.2.2焊接性分析 12x150x400的Q235鋼板，Q235鋼板屬于低碳鋼，由于低碳鋼含碳量低，錳、硅含量也少，所以，通常情況下不會(huì)因焊接而產(chǎn)生嚴(yán)重硬化組織或

7、淬火組織。低碳鋼焊后的接頭塑性和沖擊韌度良好，焊接時(shí)，一般不需預(yù)熱、控制層間溫度和后熱，焊后也不必采用熱處理改善組織，整個(gè)焊接過(guò)程不必采取特殊的工藝措施，焊接性優(yōu)良 。可以用J507、J427等焊條進(jìn)行焊接。 常用的低碳鋼焊前預(yù)熱及焊后回火溫度見表5表5 常用的低碳鋼焊前預(yù)熱及焊后回火溫度鋼號(hào)材料厚度/mm預(yù)熱溫度/熱處理溫度/10、Q235、15、20505010010060065025、20g、20r255060065025100600650 熱處理對(duì)Q235鋼焊接殘余應(yīng)力降低效果明顯。且在熱處理降低焊接殘余應(yīng)力過(guò)程中，溫度和時(shí)間存在著一個(gè)等效性，即加熱溫度低可以長(zhǎng)時(shí)間保溫，加熱溫度高可以

8、縮短保溫時(shí)間，它們?cè)诮档秃附託堄鄳?yīng)力的效果上是很接近的。 1.2.3 焊接時(shí)存在的問(wèn)題 雖然這樣，經(jīng)過(guò)熱處理，殘余應(yīng)力消除了一點(diǎn)，但在高輸入的焊接方法進(jìn)行焊接，結(jié)構(gòu)件的剛度增大以及在其他的條件下，也會(huì)出現(xiàn)各種缺陷，主要有以下幾個(gè)方面：1）焊縫的熱裂紋問(wèn)題。在直邊對(duì)接接頭的雙面埋弧焊中，當(dāng)母材的w（C）超過(guò)0.20，w（C）大于0.03，且板厚大于16mm時(shí)，往往焊縫的中心線形成熱裂紋。2） 液化裂紋問(wèn)題。若鋼材冶煉質(zhì)量低劣，存在明顯的偏析帶，使硫磷等有害物質(zhì)含量局部偏高；當(dāng)以高輸入焊接時(shí)，焊縫熔合區(qū)在高溫停留的時(shí)間較長(zhǎng)，如焊接應(yīng)變速率高于晶體變形能力的贈(zèng)長(zhǎng)速度，就會(huì)產(chǎn)生液化裂紋。3） 層狀撕裂

9、問(wèn)題在焊接厚度大于60mm的碳鋼厚板接頭時(shí)，如鋼板的冶煉質(zhì)量較差，存在較多的非金屬雜雜物，則在焊接應(yīng)力較高的焊接接頭中，在焊接熱影響區(qū)或靠近熱影響區(qū)部位，有時(shí)會(huì)形成層狀撕裂。 此外，有些焊接方法會(huì)降低低碳鋼焊接接頭的質(zhì)量，如電渣焊，由于線能量大，焊后焊接熱影響區(qū)的粗晶區(qū)的粒長(zhǎng)的十分粗大，引起沖擊韌度的下降，焊后必須細(xì)晶強(qiáng)化的熱處理，來(lái)提高沖擊韌度。 所以，低碳鋼最適合焊接，焊接性最好，所有的焊接方法都適合低碳鋼焊接。2 焊接方法的選擇 焊接方法必須根據(jù)被焊材料的焊接性、接頭形式、焊接厚度、焊縫空間位置、焊接結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及工作等多方面因素考慮后選擇確定。焊接方法的選擇原則是在保證產(chǎn)品質(zhì)量條件下，優(yōu)先

10、選用的焊接方法。 Q235鋼是焊接性良好的鋼種，所以各種焊接方法都能應(yīng)用，如手工電弧焊、埋弧焊、二氧化碳?xì)怏w保護(hù)焊、電渣焊等等，然而焊條電弧焊具有如下優(yōu)點(diǎn)：2焊條電弧焊的優(yōu)點(diǎn) 采用氣體和熔渣聯(lián)合保護(hù) ：焊條電弧焊以外部涂有涂料的焊條作為電極和填充金屬,電弧在焊條的端部和被焊工件表面之間燃燒,涂料在電弧熱的作用下,一方面可以產(chǎn)生氣體保護(hù)電弧,另一方面可以產(chǎn)生熔渣覆蓋在熔池表面,防止熔化金屬與周圍氣體的相互作用,熔潭更重要的作用是與熔化金屬產(chǎn)生物理化學(xué)反應(yīng)或填加合金元素,改善焊縫金屬的性能 適應(yīng)性強(qiáng)： 焊條電弧焊具有工藝靈活,適應(yīng)性強(qiáng)的特點(diǎn),適用于各種厚度,各種結(jié)構(gòu)開關(guān)及位置的焊接,可以應(yīng)用于維修

11、及裝配中的短焊縫的焊接,特別是可以用于難以達(dá)到的部位的焊接 對(duì)焊接接頭的裝配要求較低 ：由于焊接過(guò)程中用手工操作控制電弧長(zhǎng)度,焊條角度,焊接速度等,因此,對(duì)焊接接頭裝配尺寸要求可相對(duì)降低,同時(shí)還易于通過(guò)改變工藝操作來(lái)控制焊接變形和改善接頭應(yīng)力狀況 應(yīng)用范圍廣 ：焊條電弧焊配用相應(yīng)的焊條,適合大多數(shù)工業(yè)用碳鋼,合金鋼,不銹鋼,鑄鐵和銅,鋁,鎳及基合金的焊接 焊接設(shè)備簡(jiǎn)單 焊條電弧焊使用的電焊機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單操作輕便 ,靈活,維修方便。所以Q235鋼最好采用焊接電弧焊進(jìn)行焊接。3 焊接工藝3.1 焊前準(zhǔn)備 焊接前焊件按工藝選擇坡口形式開坡口并清除坡口、焊件對(duì)接面及周圍的銹蝕、油污等有害物質(zhì)避免產(chǎn)生焊接缺

12、陷。同時(shí)也要保證焊條的表面清潔、無(wú)污物。當(dāng)環(huán)境溫度低于0或者焊件較厚時(shí)一般在100-150下預(yù)熱。 3.1.1 坡口設(shè)計(jì)與加工 我們選用的鋼板厚度為12mm，為方便焊后檢驗(yàn)，我們選用對(duì)接的焊接方式，鋼板兩側(cè)開30°坡口，采用氧乙炔氣割的方式完成，如圖：表6表63.1.2 工件表面的清理 對(duì)已加工好的坡口及其邊緣兩側(cè)不小于10mm范圍內(nèi)的油污，鐵銹，水分等雜物應(yīng)清除干凈，直至露出金屬光澤。3.1.3 焊條烘干 為了確保焊接質(zhì)量，需講焊條提前烘干，一般酸性焊條烘干溫度為70150保溫1.5小時(shí)，堿性焊條烘干溫度為300500保溫2小時(shí)，溫度太低達(dá)不到除水的目的，溫度太高易引起藥皮開裂，所

13、以，烘干次數(shù)一般不能超過(guò)2次。 3.2 焊接工藝參數(shù)的制定 3.2.1 焊條直徑的選擇 1 對(duì)根部要求均勻焊透的焊縫和背面清跟封底焊的對(duì)接焊縫，焊條直徑根據(jù)板厚選擇； 2根據(jù)焊接位置的不同選用焊條，如在立焊、橫焊等等 3不同的焊接接頭選用不同的直徑。對(duì)一些散熱條件好的接頭，可以選用一些較粗點(diǎn)的焊條。 4對(duì)一些打底焊的焊接中，最好選用3.2mm的焊條，其余的課選用4mm焊條。 焊條直徑的選擇與焊件的厚度息息相關(guān)，主要關(guān)系如圖表7所示。圖7工件厚度/mm焊條直徑（mm）33.2453.24.0612451256由此可見，我的鋼板選用的是12x150x400，厚度為12mm，應(yīng)選用直徑為45mm的焊

14、條。 3.2.2 焊接電流 一般情況下增加電流能增加熔深，提高生產(chǎn)率，但電流過(guò)大易已造成咬邊和嚴(yán)重飛濺，因此應(yīng)根據(jù)施工條件確定電流大小。例如環(huán)境溫度降低時(shí)施焊，熱能損失大，需加大電流，T型接頭或十字接頭傳熱方向多，施焊時(shí)電流應(yīng)比對(duì)接接頭時(shí)大，焊件厚度大時(shí)，電流也應(yīng)相應(yīng)增加，反之焊接薄板，在立焊，橫焊，仰焊位置施焊，則電流應(yīng)該相應(yīng)的減小。使用J507堿性焊條進(jìn)行焊接，焊接電流與焊接位置的關(guān)系。如圖：表8所示。焊條牌號(hào)焊接位置焊條直徑（mm）22.53.24.05.06.0J422平焊45706590100140150210200260260320立焊、仰焊35685085801301201701

15、50210表8 由圖8顯示，選用的焊接電流為100210A之間。3.2.3 焊接電壓 焊接電壓對(duì)熔深的影響很小，主要影響熔寬，隨著焊接電壓的增大，熔寬增大，而熔深及余高略有減小，為保證電弧的穩(wěn)定燃燒及合適的焊縫成型系數(shù)，焊接電壓與焊接電流保持適當(dāng)?shù)年P(guān)系，焊接電流增大時(shí)，應(yīng)適當(dāng)提高焊接電壓。所以12mm的板則最好電壓為3035v 3.2.4 焊接層數(shù) 焊接的層數(shù)根據(jù)板厚來(lái)選擇，我選用的板厚為12mm，需要開坡口并采用多層焊或者多道焊，多層焊和多道焊接頭的顯微組織較細(xì)，熱影響區(qū)較窄，前一條焊道對(duì)后一條焊道起熱處理作用，因此，接頭的延性和韌性都比較好，對(duì)于12mm的板，采用3層多層焊。 3.2.5

16、焊接速度 焊接速度對(duì)焊縫內(nèi)部與外觀的質(zhì)量都有重要影響，當(dāng)電流電壓一定時(shí)。 焊速過(guò)快：熔深、熔寬、余高減小，成凸型或駝峰焊道，焊趾部咬肉。焊速過(guò)快時(shí)，會(huì)使氣體同時(shí)焊逢的冷卻速度也會(huì)相應(yīng)加快，因而降低了焊逢金屬的塑性和韌性。并會(huì)使焊逢中間出現(xiàn)一條棱，造成成型不良。保護(hù)作用受到破壞，易產(chǎn)生氣孔。 焊速過(guò)慢：熔池變大，焊道變寬，焊趾部滿溢。焊速慢易排出熔池中的氣體。因過(guò)熱造成焊縫金屬組織粗大或燒穿。 所以，焊接的速度要均勻，要與焊接電流，電弧電壓相匹配。 3.2.6 電流極性的選擇 堿性焊條，特別是低氫鈉型焊條、強(qiáng)度級(jí)別較高的焊條必須采用直流反接極性焊接。 直流反接具有：焊接電弧穩(wěn)定性好、飛濺極小、磁

17、偏吹小、脫渣容易等優(yōu)勢(shì)。所以采用直流反接。 3.2.7 反變形 反變形法就是提前預(yù)判焊接變形的方向和大小，在正式焊接之前，以點(diǎn)焊將焊件固定的時(shí)候調(diào)整好焊件的位置（變形的反方向），使得焊接完成后，焊件通過(guò)收縮變形正好達(dá)到你的要求。一般在工位中，錘擊法是最常用的反變形法。 4 操作要點(diǎn)及注意事項(xiàng) 4.1.1 引弧 焊接前引燃電弧的過(guò)程叫做引弧。引弧常用劃檫法和直擊法。 （1）劃擦法：此法引弧可靠，引弧易掌握，但有劃痕。引弧時(shí)在焊接起點(diǎn)前10mm處，引燃后將焊條提起24mm。 （2）直擊法：焊條與工件垂直撞擊，電弧引燃后將其迅速提起24mm，此法引弧不可靠 但無(wú)劃痕。  

18、0;      選用J507堿性焊條如果選用直擊法易粘，所以最好采用劃檫法。 4.1.2 運(yùn)條 焊條相對(duì)于焊縫所做的各種運(yùn)動(dòng)的綜合叫做運(yùn)條。它包括三種運(yùn)動(dòng)即：（1）沿焊條軸向運(yùn)動(dòng)。（2）沿焊縫軸向運(yùn)動(dòng)（3）沿焊縫徑向擺動(dòng)。常用運(yùn)條方式有月牙型，直線型和鋸齒型，根據(jù)焊接位置和板厚我選擇直線型和月牙型。 4.1.3 收尾 在焊條電弧焊中收尾有特殊的要求，收尾不好會(huì)產(chǎn)生弧坑，裂紋，氣孔。 常用的收尾方法有：（1）劃圈法-適用厚板。（2）回焊收尾法-適用堿性焊條。 4.1.4 敲渣 保護(hù)好眼睛的同時(shí)，緩慢將熔渣敲掉。5 常見缺陷及解決措施 5

19、.1.1 氣孔 來(lái)源：焊接時(shí)常見氣孔有一氧化碳 二氧化碳 氮?dú)?氫氣 等缺陷。 原因：（1）焊條不良或潮濕； （2）焊件有水分、油污或銹； （3）焊接速度太快； （4）電流太強(qiáng)； （5）電弧長(zhǎng)度不適合； （6）焊件厚度大，金屬冷卻過(guò)速。 措施： （1）選用適當(dāng)?shù)暮笚l并注意烘干； （2）焊接前清潔被焊部份； （3）降低焊接速度，使內(nèi)部氣體容易逸出； （4）使用廠商建議適當(dāng)電流； （5）調(diào)整適當(dāng)電弧長(zhǎng)度等等 5.1.2 殘余應(yīng)力與變形 焊接過(guò)程中焊件中產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力和焊接熱過(guò)程引起的焊件的形狀和尺寸變化。焊接過(guò)程的不均勻溫度場(chǎng)以及由焊接溫度場(chǎng)消失后的應(yīng)力和變形稱為殘余焊接應(yīng)力和變形。 焊接殘余應(yīng)力對(duì)焊件有 6個(gè)方面的影響。 對(duì)強(qiáng)度的影響。 對(duì)剛度的影響。對(duì)受壓焊件穩(wěn)定性的影響。 對(duì)加工精度的影