SPCD鋼CO2焊的焊接工藝制定

1、SPCD鋼CO2焊的焊接工藝制定及焊接接頭性能研究摘要針對SPCD鋼，主要從焊接材料選擇、接頭形式、焊接順序安排和焊接工藝要點(diǎn)等方面進(jìn)行了闡述。在進(jìn)行SPCD鋼板焊接時(shí)，必須嚴(yán)格控制焊接工藝，以獲得優(yōu)質(zhì)的焊接質(zhì)量，焊接完成后通過金相觀察、顯微硬度測試、和拉伸實(shí)驗(yàn)并對焊接接頭進(jìn)行性能分析，確認(rèn)是否達(dá)到焊接要求。關(guān)鍵字SPCD；焊接工藝；接頭性能Abstract：AimingatSPCDstainlesssteelsheet，thechoiceofweldingmaterials，WeldingprocessandweldingsequencearrangementswerediscussedTo

2、gethighqualityofweldedjoinsofstainlesssteelsheet，theweldingprocessmustbestrictlycontrolled，1.選題背景1.1選題的目的及意義1.2實(shí)驗(yàn)材料SPCD簡介實(shí)驗(yàn)材料來源于福建福享汽車配件有限公司的的SPCD鋼板，厚度為3mm。SPCD是日本鋼材(JIS標(biāo)準(zhǔn)系列)的一種鋼材牌號，表示沖壓用冷軋?zhí)妓劁摫“寮颁搸В喈?dāng)于中國08AL(13237)優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼。其化學(xué)成分和機(jī)械性能如下。表1：牌號化學(xué)成分%CMnPSAltaSPCD0.100.450.030.020表2：牌號屈服強(qiáng)度Mpa不大于抗拉強(qiáng)度Mpa不小于

3、斷后伸長率(L0=5Omm,b=25mm)%不小于公稱厚度mmV0.600.60T.01.0T.61.640SPCD270363839SPCD生產(chǎn)過程中由于不進(jìn)行加熱，所以不存在熱軋常出現(xiàn)的麻點(diǎn)和氧化鐵皮等缺陷，表面質(zhì)量好、光潔度高。而且冷軋產(chǎn)品的尺寸精度高，產(chǎn)品的性能和組織能滿足一些特殊的使用要求，如電磁性能、深沖性能等。沖壓級SPCD廣泛運(yùn)用于汽車零件（OilPan等）、家電（取暖設(shè)備、音響設(shè)備）及建筑等領(lǐng)域。SPCD的焊接性分析鋼材的可焊性鋼材的焊接性是指金屬材料（同種或異種）在一定焊接工藝條件下，能夠焊成滿足結(jié)構(gòu)和使用要求的焊件的能力。它代表金屬材料焊接加工的適應(yīng)性和獲得優(yōu)質(zhì)焊接接頭的

4、難易程度。通常，各種鋼材焊接性能用可焊性來表示。鋼材的可焊性是指在適當(dāng)?shù)脑O(shè)計(jì)和工作條件下，材料易于焊接和滿足結(jié)構(gòu)性能的程度。一般可焊性具體表現(xiàn)在下述幾個(gè)方面：1）焊接作業(yè)要容易；2）焊接時(shí)不發(fā)生裂紋和其他有害缺陷；3）母材和焊接接頭的機(jī)械、化學(xué)和物理性能好；4）母材的缺口韌性優(yōu)良；5）焊接接頭有足夠的塑性和韌性。鋼材的可焊性主要受鋼的化學(xué)成分、軋制方法和板厚等因素的影響。為了評價(jià)化學(xué)成分對可焊性的影響，一般用碳當(dāng)量（Ceq）表示。Ceq是化學(xué)成分對焊接熱影響區(qū)最高硬度的影響，國際焊接學(xué)會(huì)推薦碳當(dāng)量的公式為：CE（IIW）=C+Mn/6+（Cr+Mo+V）/5+（Ni+Cu）/15根據(jù)經(jīng)驗(yàn)：Ce

5、q0.6%時(shí)，淬硬傾向大，較難焊接，焊接前需慎重地預(yù)熱，并采取嚴(yán)格控制焊接工藝等措施。經(jīng)計(jì)算SPCD碳當(dāng)量CE=0.10+0.08+0+0=0.18焊接方法概述CO2氣體保護(hù)焊發(fā)展史CO2氣體保護(hù)焊是利用CO2作為保護(hù)氣體的一種熔化極氣體保護(hù)電弧焊方法，簡稱CO焊。2CO2=CO+1/2O2放熱反應(yīng)(1-2)上式反應(yīng)有利于對熔池的冷卻作用。焊接技術(shù)發(fā)展與金屬結(jié)構(gòu)制造狀況密不可分。50年代初期，CO2氣保焊技術(shù)一經(jīng)開發(fā)，就應(yīng)用于金屬結(jié)構(gòu)制造，并伴隨著焊接結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、制造技術(shù)水平的不斷提高，逐漸成為金屬結(jié)構(gòu)焊接的主要方法。其高效、優(yōu)質(zhì)、自動(dòng)化的技術(shù)特點(diǎn)，具有良好應(yīng)用條件，并且極大地推動(dòng)了金屬結(jié)構(gòu)焊接

6、技術(shù)和相關(guān)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，在焊接技術(shù)發(fā)展史上書寫了輝煌的一頁。經(jīng)過多年努力，我國CO2氣保焊技術(shù)在金屬結(jié)構(gòu)制造業(yè)中的推廣應(yīng)用，取得了長足進(jìn)步，并可以總結(jié)為三個(gè)階段：探索階段、起步階段、發(fā)展階段。探索階段是從60年代到80年代中期，國內(nèi)高校、研究單位及一些廠礦企業(yè)對CO2焊接技術(shù)外于研究、開發(fā)、收集、整理國外焊接技術(shù)，在這一時(shí)期CO2氣保焊技術(shù)沒有形成大批量金屬結(jié)構(gòu)的生產(chǎn)能力及相關(guān)產(chǎn)品的生產(chǎn)規(guī)模。起步階段是從80年代中期到90年代初的時(shí)間里，借助于我國在“六五”、“七五”重大技術(shù)裝備，引進(jìn)技術(shù)合作生產(chǎn)及大型基礎(chǔ)設(shè)施工程建設(shè)的契機(jī)，引進(jìn)國外先進(jìn)焊接技術(shù)和裝備，對大型骨干機(jī)械企業(yè)進(jìn)行技術(shù)改造?？梢哉f是在

7、借助國外成熟技術(shù)和生產(chǎn)工藝，形成了我國大型金屬結(jié)構(gòu)企業(yè)的CO2氣保焊技術(shù)的生產(chǎn)能力，從而大大改變了金屬結(jié)構(gòu)制造企業(yè)的裝備水平、制造能力，提高了產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)效率，改變了傳統(tǒng)的金屬結(jié)構(gòu)焊接工藝，引起了焊接技術(shù)的革命，推動(dòng)了國內(nèi)CO2氣保焊設(shè)備、焊接材料、輔件等領(lǐng)域技術(shù)研究和推廣應(yīng)用工作的發(fā)展。發(fā)展階段是從90年代初至今的近十年時(shí)間，自1992年中國焊接協(xié)會(huì)和中國機(jī)械工程學(xué)會(huì)焊接分會(huì)聯(lián)合舉辦“全國CO2氣保焊技術(shù)推廣應(yīng)用交流會(huì)”以來，CO2氣保焊技術(shù)在金屬結(jié)構(gòu)行業(yè)中應(yīng)用、推廣工作蓬勃發(fā)展。一批服務(wù)于CO2氣保焊技術(shù)的企業(yè)，把握住了CO2氣保焊技術(shù)推廣的市場脈搏，迅速發(fā)展起來。如：焊接設(shè)備方面的時(shí)代

8、集團(tuán)公司、天津電焊機(jī)廠、唐山松下產(chǎn)業(yè)機(jī)器有限公司等；焊接材料方面的天津電焊條公司、江蘇江南焊絲廠和嘉興東方焊業(yè)有限公司等；焊接氣體方面的普萊克斯氣體有限公司、BOC氣體公司等。展現(xiàn)了我國CO2氣保焊技術(shù)推廣應(yīng)用取得豐碩成果。CO氣體保護(hù)焊是一種節(jié)能、高效、優(yōu)質(zhì)的焊接工藝，自20世紀(jì)50年代2問世以來，受到世界各國的普遍重視，很多國家的焊接工作者都致力于CO2氣體保護(hù)焊的研究和開發(fā)，隨著相關(guān)科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和提高，進(jìn)一步推動(dòng)了CO氣體保護(hù)焊的運(yùn)用與發(fā)展。20世紀(jì)6070年代，CO氣體保護(hù)焊的基礎(chǔ)理論22研究取得了突破性的進(jìn)展，提出了CO氣體保護(hù)焊的熔滴過渡模型，成功研制2出了晶閘管焊接設(shè)備，實(shí)現(xiàn)了

9、工藝參數(shù)的一元化調(diào)節(jié)。80年代以后，CO氣體2保護(hù)焊無論在焊接電弧理論還是冶金方面都日趨成熟。90年代至今，焊接電源從簡單的抽頭式變壓器向高性能的逆變電源發(fā)展，出現(xiàn)了一些心設(shè)備，新工藝，如高速焊等；運(yùn)用領(lǐng)域進(jìn)一步擴(kuò)大，并在機(jī)車車輛、汽車制造、石油化工、工程機(jī)械等眾多領(lǐng)域得到了廣泛運(yùn)用CO氣體保護(hù)焊接技術(shù)發(fā)展與金屬結(jié)構(gòu)制造狀況密不可分。20世紀(jì)50年代2初期,CO氣體保護(hù)焊接技術(shù)一經(jīng)開發(fā),就應(yīng)用于金屬結(jié)構(gòu)制造,并伴隨著2焊接結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、制造技術(shù)水平的不斷提高,逐漸成為金屬結(jié)構(gòu)焊接的主要方法。其高效、優(yōu)質(zhì)、自動(dòng)化的技術(shù)特點(diǎn),具有良好應(yīng)用條件,并且極大地推動(dòng)了金屬結(jié)構(gòu)焊接技術(shù)和相關(guān)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。從20世

10、紀(jì)80年代中期到90年代初形成了我國大型金屬結(jié)構(gòu)企業(yè)的CO氣體保護(hù)焊接技術(shù)的生產(chǎn)能力,從2而大大改變了金屬結(jié)構(gòu)制造企業(yè)的裝備水平、制造能力,提高了產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)效率。山西省電建四公司CO氣體保護(hù)焊接技術(shù)也在1989年太原第一熱2電廠五期擴(kuò)建工程的水冷壁密封焊接中得到應(yīng)用,并且在大唐陽城國際發(fā)電廠一期工程低壓缸及凝汽器的組合焊接中再次成功應(yīng)用。目前,美國、日本、歐洲等發(fā)達(dá)國家及地區(qū)采用焊接金屬結(jié)構(gòu)件比例日趨增大,其中CO2氣體保護(hù)焊消耗的焊接金屬材料重量約占全部焊接材料總重量的50%,而我國僅為20%。為了提高現(xiàn)場金屬構(gòu)件制作焊接效率及焊接質(zhì)量,應(yīng)積極推廣CO2氣體保護(hù)焊接技術(shù)在工程中應(yīng)1.2.

11、2CO2氣體保護(hù)焊特點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：1）焊接生產(chǎn)率高。由于焊接電流密度較大，電弧熱量利用率較高，以及焊后不需清渣，因此提高了生產(chǎn)率。CO焊的生產(chǎn)率比普通的焊條電弧焊高242倍。2）焊接成本低。CO氣體來源廣，價(jià)格便宜，而且電能消耗少，故使焊接成2本降低。通常CO2焊的成本只有埋弧焊或焊條電弧焊的40%50%。3）焊接變形小。由于電弧加熱集中，焊件受熱面積小，同時(shí)CO2氣流有較強(qiáng)的冷卻作用，所以焊接變形小，特別適宜于薄板焊接。4）焊接質(zhì)量較高。對鐵銹敏感性小，焊縫含氫量少，抗裂性能好。5）適用范圍廣。可實(shí)現(xiàn)全位置焊接，并且對于薄板、中厚板甚至厚板都能焊接。6）操作簡便。焊后不需清渣，且是明弧，便于監(jiān)控，

12、有利于實(shí)現(xiàn)機(jī)械化和自動(dòng)化焊接。缺點(diǎn)：1）飛濺率較大，并且焊縫表面成形較差。金屬飛濺是CO焊中較為突出的問2題，這是主要缺點(diǎn)。2）很難用交流電源進(jìn)行焊接，焊接設(shè)備比較復(fù)雜。3）抗風(fēng)能力差，給室外作業(yè)帶來一定困難。4）不能焊接容易氧化的有色金屬。CO焊的缺點(diǎn)可以通過提高技術(shù)水平和改進(jìn)焊接材料、焊接設(shè)備加以解決，2而其優(yōu)點(diǎn)卻是其他焊接方法所不能比的。因此，可以認(rèn)為CO焊是一種高效2率、低成本的節(jié)能焊接方法。1.2.3CO2氣體保護(hù)焊冶金原理在進(jìn)行焊接時(shí)，電弧空間同時(shí)存在CO2、CO、O2和O原子等幾種氣體，其中CO不與液態(tài)金屬發(fā)生任何反應(yīng)，而CO2、O2、O原子卻能與液態(tài)金屬發(fā)生如下反應(yīng)：(1-3)

13、(1-4)(1-5)CO2和O2對Fe和C都具有氧化Fe+CO2-FeO+CO（進(jìn)入大氣中）Fe+OFeO（進(jìn)入熔渣中）C+OCO（進(jìn)入大氣中）（1）CO氣孔問題：由上述反應(yīng)式可知作用，生成的FeO一部分進(jìn)入渣中，另一部分進(jìn)入液態(tài)金屬中，這時(shí)FeO能夠被液態(tài)金屬中的C所還原，反應(yīng)式為：FeO+C-Fe+CO（1-6）這時(shí)所生成的CO一部分通過沸騰散發(fā)到大氣中去，另一部分則來不及逸出，滯留在焊縫中形成氣孔。針對上述冶金反應(yīng)，為了解決CO氣孔問題，需使用焊絲中加入含Si和Mn的低碳鋼焊絲，這時(shí)熔池中的FeO將被Si、Mn還原：2FeO+Si-2Fe+SiO2（進(jìn)入渣中）（1-7）FeO+Mn-Fe

14、+MnO（進(jìn)入渣中）（1-8）反應(yīng)物SiO2MnO它們將生成FeO和Mn的硅酸鹽浮出熔渣表面，另一方面，液態(tài)金屬含C量較高，易產(chǎn)生CO氣孔，所以應(yīng)降低焊絲中的含C量，通常不超過0.1。（2）氫氣孔問題：焊接時(shí)，工件表面及焊絲含有油及鐵銹，或CO氣體中含有較多的水分，但是在CO2保護(hù)焊時(shí)，由于CO2具有較強(qiáng)的氧化性，在焊縫中不易產(chǎn)生氫氣孔。1.2.4CO2氣體保護(hù)焊的熔滴過渡形式1短路過渡：細(xì)絲（焊絲直徑小于1.2mm），以小電流、低電弧電壓進(jìn)行焊接。2射滴過渡：中絲（焊絲直徑1.62.4mm），以大電流、高電弧電壓進(jìn)行焊接。3射流過渡：粗絲（焊絲直徑為2.45mm），以大電流、低電弧電壓進(jìn)行焊

15、接。在常用的焊接工藝參數(shù)內(nèi)，CO氣體保護(hù)焊的熔滴過渡形式有兩種，即2細(xì)顆粒過渡和短路過渡。細(xì)顆粒狀過渡時(shí)，CO氣體保護(hù)焊在采用大規(guī)2范（即大電流，高電壓）進(jìn)行焊接時(shí)，熔滴呈顆粒狀過渡。當(dāng)顆粒尺寸變大時(shí)，焊縫成型變差，飛濺加大，并使電弧不穩(wěn)定。因此常用的是細(xì)顆粒狀過渡，此時(shí)熔滴直徑約比焊絲直徑小2-3倍。特點(diǎn)，電流大、直流反接。短路過渡CO氣體保護(hù)焊采用小電流，低電壓焊接時(shí)，熔滴呈2短路過渡。短路過渡時(shí)，熔滴細(xì)小而過渡頻率高（一般在250-300l/s）,此時(shí)焊縫成形美觀，適宜于焊接薄件；短路過渡時(shí)CO氣體保護(hù)焊采用2小電流，低電壓焊接時(shí)，熔滴呈短路過渡。短路過渡時(shí)，熔滴細(xì)小而過渡頻率高（一般在

16、250-300l/s）,此時(shí)焊縫成形美觀，適宜于焊接薄CO2氣體保護(hù)焊的發(fā)展及運(yùn)用co2氣體保護(hù)焊的工程應(yīng)用2.1焊接工藝的制定接頭形式根據(jù)材料在汽車配件中的受力等，采用搭接接頭。焊絲的選擇由于CO在焊接時(shí)具有強(qiáng)氧化性，焊絲中必須含有足夠量的脫氧合金元素，焊件材料為低碳剛，根據(jù)等強(qiáng)原則，焊絲化學(xué)成分要與母材成分(表一)接近，故選用H08Mn2SiA焊絲，其化學(xué)成分如下表：牌號CMn主要成分wPCuSiSH08Mn2SiA0.111.802.100.650.950.030.038水平2.0射滴過渡10水平2焊接電流焊接電流是影響焊接質(zhì)量的重要工藝參數(shù)，在保證母材焊透而又不被燒穿的原則下，焊接電流

17、應(yīng)根據(jù)工件的厚度、坡口形式、焊絲直徑以及所需要的熔滴過渡形式來選擇。另外焊接電流還與送絲速度、焊絲伸出長度、氣體成分有關(guān)。隨著送絲速度的增加，焊接電流也增加（見圖）；當(dāng)噴嘴與母材間距增加時(shí)，焊絲伸出長度增加，焊接電流相應(yīng)減?。▓D）。提高焊接電流可以獲得較高的焊接生產(chǎn)率。3電弧電壓電弧電壓是電弧兩端的電壓降，在co2氣體保護(hù)焊中可認(rèn)為是導(dǎo)電嘴到焊件之間的電壓。這一參數(shù)對焊接過程的穩(wěn)定性、熔滴過渡、焊縫成形、焊接飛濺等均有影響。短路過渡時(shí)弧長較短，隨著弧長的增加，電壓升高，飛濺也增加。再進(jìn)一步增加電壓，可達(dá)到無短路的過程。相反，如果降低電弧電壓，弧長縮短，直至引起焊絲與熔池的固體短路。根據(jù)所采用的

18、焊接電流可以計(jì)算出電弧電壓的近似值由于焊件厚度為3mm，焊絲直徑為1.2mm，焊接電流為150A，主要是短路過渡，電弧電壓可用下式計(jì)算U=0.04I+162由此可計(jì)算出電弧電壓近似值為2022電弧電壓與焊接電流的最佳匹配焊接電流/A電弧電壓/V平焊立焊、仰焊70T201821.51819130T7019.5231821180210202418222202602125電弧電壓對焊縫成形的影響：電弧電壓升高，熔深變淺，熔寬增加，余高減小，焊趾平滑；相反，電弧電壓降低，則熔深變大，焊縫變得窄而高。因此選用電弧電壓為22V。4焊接速度焊接速度與電弧電壓和焊接電流之間有一定的對應(yīng)關(guān)系1焊接速度過高，會(huì)破壞氣體保護(hù)效果，焊縫成形不良，焊縫冷卻過快，導(dǎo)致降低焊縫塑性，韌性。焊接速度過低易使焊縫燒穿，形成粗大焊縫組織。2半自動(dòng)焊接時(shí)，焊接速度一般不超過30米/時(shí)5.氣體流量氣體流量是氣體保護(hù)焊的重要參數(shù)之一，保護(hù)效果不好時(shí)，將會(huì)出現(xiàn)氣孔，以致使焊縫成形變壞，甚至使焊接過程無法進(jìn)行。通常情況下，保護(hù)氣體流量與焊接電流有關(guān)。當(dāng)使用小電流焊接薄板時(shí)，氣體流量可以小一些；當(dāng)采用大電流焊接厚板時(shí)，氣體流量要適當(dāng)加大。氣體流量與焊接電流的關(guān)系可以參見下表：焊接電流/A200氣體流量/(L/min)1015152