焊接工藝參數對CO2焊接Q235鋼成型工藝影響的研究3

1、畢業(yè)論文題目審定表指導教師姓名許建平職稱講師從事專業(yè)材料科學是否外聘是否題目名稱焊接工藝參數對CO2焊接Q235鋼成型工藝影響的研究課題適用專業(yè)材料科學與工程課題類型CO2焊接具有生產效率高、焊接質量優(yōu)良等特點，廣泛應用于國民經濟的各個部門。CO2焊接的熔滴過渡形式對于材料的焊接性能有重要的影響。本文以Q235鋼為母材，考察在不同工藝參數（氣體流量、電流、干身長度等）外加磁場對Q235鋼焊接性能的影響規(guī)律，研究熔滴過渡形式對于焊接成型性、焊縫金屬熔化深度及性能的變化規(guī)律。針對CO2氣體保護焊飛濺大、成形差的特點, 利用外加縱向磁場控制CO2焊短路過渡。通過試驗得出: 在外加縱向磁場作用下,熔深

2、減小, 熔寬增加, 焊縫堆高略有增加, 焊縫大致成“寬而淺”的形狀, 明顯改變了CO2焊短路過渡的焊縫成形。一、課題研究目的和意義比較CO2氣體保護焊相對于其他焊接方法的優(yōu)點，闡述CO2氣體保護焊自身的特點及相關的工藝參數，并根據各種相關的工藝參數對CO2 氣體保護焊的影響，來正確的選擇焊接參數及所要注意的問題。雖然CO2氣體保護焊具有許多優(yōu)點，但是它也有某些缺點，如金屬飛濺損失量約占焊接絲熔化量的10左右，嚴重時可達3040。金屬飛濺不僅會降低焊絲的熔敷系數，增加焊接成本，而且會使飛濺金屬粘著導電嘴端面和噴嘴內壁，引起送絲不暢，使電弧燃燒不穩(wěn)定，降低氣體保護作用，并使勞動條件惡化，必要時需停

3、止焊接進行噴嘴清理工作。根據飛濺形成機理及人們的實際經驗考慮，減少飛濺是C02氣體保護焊推廣應用的關鍵。 利用外加縱向磁場控制CO2焊， 比較在外加縱向磁場與無磁場作用下,焊接工藝參數對焊接成型工藝的影響。二、文獻綜述 1.課題的選題背景針對CO2氣體保護焊飛濺大、成形差的特點,利用外加縱向磁場控制CO2焊短路過渡。通過試驗得出:在外加縱向磁場作用下,熔深減小, 熔寬增加, 焊縫堆高略有增加,焊縫大致成“寬而淺”的形狀, 明顯改變了CO2焊短路過渡的焊縫成形。 2. 技術發(fā)展的歷史及現狀CO2氣體保護焊技術, 是一種節(jié)能、高效、優(yōu)質的焊接工藝, 自50 年代初問世以來, 受到世界各國的普遍重視

4、, 很多國家的焊接工作者都致力于CO2氣體保護焊技術的研究工作, 并且隨著相關科學技術的發(fā)展及研究手段的提高, 進一步推動了CO2 氣體保護焊技術的應用與發(fā)展。研究初期, 世界各國學者都認為: CO2氣體保護焊中金屬的氧化、焊縫氣孔及飛濺等問題是阻礙CO2氣體保護焊技術應用的關鍵問題。為此,重點進行了CO2氣體保護焊冶金學的研究。6070 年代, CO2焊接技術基礎理論研究取得了突破性進展, 提出了CO2 氣體保護焊熔滴過渡模型, 研制成功晶閘管焊機, 實現了規(guī)范參數一元化調節(jié)。80年代以后, CO2焊接技術無論在焊接電弧理論還是焊接冶金學方面都日趨成熟。90年代至今, 焊接電源已從簡單的抽頭

5、式變壓器向高性能的電力電子化方向發(fā)展；出現了一些新工藝, 如高速焊等；應用領域進一步擴大, CO2焊接技術在機車車輛、汽車制造、石油化工及海洋船舶等眾多領域得到了廣泛應用。隨著工業(yè)的發(fā)展, 我國焊接行業(yè)也得到了蓬勃發(fā)展, 而CO2 氣體保護焊因其具有高效節(jié)能、成本低、對油銹敏感性較低、便于實現半自動和自動化焊接等優(yōu)點, 發(fā)展十分迅速。然而CO2 焊短路過程中飛濺大、焊縫成形差的問題一直沒能根本解決, 阻礙了它的進一步發(fā)展。 3. 課題的應用前景電磁作用焊接技術是近年來完善起來的一種新的焊接技術, 應用也日趨廣泛。外加磁場一般采用與電弧軸向平行的縱向磁場。縱向磁場促使電弧旋轉, 改變弧柱等離子流

6、和電流密度的徑向分布, 影響母材的加熱熔化和焊縫成形。實踐表明,利用外加磁場對焊接中熔滴的過渡、熔池金屬的流動、熔池的結晶形核及結晶生長等過程進行有效地干預, 使焊縫金屬的一次結晶組織細化, 減小化學不均勻性, 提高焊縫金屬的塑性和韌性, 降低結晶裂紋和氣孔的敏感性, 從而提高焊縫金屬的性能, 全面改善焊接接頭的質量。在航空、航天、冶金、機械等部門具有廣泛的應用前景和巨大的實用價值 4. 工作機理CO2 焊短路過渡過程中，當熔滴與熔池接觸時，形成短路液柱，短路液柱截面上的電流可看做是由許多平行的電流線組成的，這些電流線可以分解成軸向分量Iz和徑向分量Ir。在外加磁場作用下，單位長度液柱上的安培

7、力為：Fw=Iz×Br F'w=Ir×Bz安培力作用在短路液柱的切向方向上， 促使熔滴旋轉。隨著短路電流的逐漸增大，由于電磁收縮效應，熔滴形成縮頸，縮頸處截面最小，在切向安培力的作用下，加速了縮頸的斷開，加快了熔滴過渡，降低了短路末期的能量積累，減少了電爆炸飛濺。短路液柱電流的軸向分量Iz 占主要部分，徑向分量Ir較小， 這就要求外加磁場存在一定的徑向分量Br，才能對縮頸產生較大的切向安培力。 5.性能和主要應用有關資料表明, 在電磁作用焊接時,如果使用橫向磁場, 在外磁場與等離子體和電弧自身磁場作用下, 弧柱會產生偏移,工件上的活性斑點也會產生移動；當給電弧施加縱

8、向磁場時,電弧圍繞自己的軸線發(fā)生旋轉,加熱斑點也發(fā)生旋轉,外加磁場賦予電弧較大的挺度和穩(wěn)定性,并由于磁壓增高的結果, 提高了弧柱中心溫度,進而使得熔池的熔體被均勻攪拌,熔滴尺寸和它們在焊絲端部的存在時間平均減少了1/ 31/ 2, 熔滴的過渡頻率增加,提高了焊縫質量,所以在外加磁場作用焊接時多采用外加縱向磁場。5.1 改善金屬的結晶組織及提高熔敷金屬的各項性能5.1.1控制結晶組織和裂紋前蘇聯(lián)專家對外加磁場作用于焊接方面所作的大量研究,由于外加磁場的作用, 使合金元素及硅、硫、氫等元素沿樹枝晶晶界的偏析都會減少, 同時可使氧化物的數量和長度大大減小, 這樣就降低了焊縫金屬的化學不均勻性, 使結

9、晶組織得到控制, 減少裂紋出現的幾率。5.1.2抑制焊接氣孔研究表明, 在合適的焊接參數下, 電磁作用能有效地抑制焊縫中氣孔的產生, 減小氣孔尺寸。5.1.3提高熔敷金屬的機械性能、耐蝕性和低溫韌性實驗表明, 加了外加縱向磁場后,焊縫成分的均勻程度得到改善, 提高了焊縫的均勻耐腐蝕性。5.2在CO2 激光焊接中的應用國內外對外加磁場的研究只局限于電弧焊,近年來,國外學者開展了外加磁場作用于CO2 激光焊的研究。實驗證明, 在激光焊接中應用磁流體動力裝置能改變熔池的流動條件, 穩(wěn)定焊接過程,提高焊接速度和焊接質量。發(fā)現在穩(wěn)定的磁場中,磁流體動力對導電金屬熔體有2個基本作用, 即修正流體速度曲線和

10、把紊流變成層流。 三、基本內容、擬解決的主要問題1.基本內容1.1分別在有，無磁場作用下對Q235鋼進行CO2焊接，研究不同工藝有，無磁場作用下焊接成型工藝。1.2分析磁場對CO2焊焊接成型工藝的影響1.3對比有磁場作用與無磁場做下的焊接成型工藝的優(yōu)缺點。2.擬解決的主要問題2.1母材厚度的選擇2.2焊接電流，電壓電弧焊接速度，電場強度等的選擇四、技術路線或研究方法采用型號為Q235的低碳鋼板，尺寸為250mm×25mm×2mm的標準試件，在其上作平鋪試驗，焊接時，分別改變焊接電流和電弧電壓,、勵磁電流（ 即外加磁場磁感應強度B）大小，為盡量減小誤差和其隨機性, 每一焊縫形

11、狀數據為3塊試樣測量值的平均值.采用收集法對焊接飛濺顆粒進行收集，得到有、無外加磁場條件下的焊接飛濺率、不同外加磁場強度下的焊接飛濺率。五、進度安排2013.02.272013.03.13 （第13周） 檢索文獻、撰寫開題報告；2013.03.132013.03.18 （第4周） 確定實驗（設計）方案；2013.03.192013.05.13 （第511周） 試驗（計算，設計）；2013.05.142013.05.20 （第12周） 試驗（設計）結果分析；2013.05.212013.06.03 （第1314周）撰寫論文（設計說明書）；2013.06.042013.06.10 （第15周）指導教師和評閱人評閱，論文（設計說明）修改；2013.06.112013.06.17 （第16周）答辯。 指導教師簽字：