CO2焊焊接参数及对焊接质量的影响

PAGE37JIU毕业设计题目：CO2焊焊接参数及对焊接质量的影响院系：专业：姓名：年级：指导教师：二零一二年四月摘要二氧化碳气体保护焊是焊接方法中的一种，是以二氧化碳气为保护气体，进行焊接的方法。在应用方面操作简单，适合自动焊和全方位焊接。在焊接时不能有风，适合室内作业。由于二氧化碳气体的热物理性能的特殊影响,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.由于所用保护气体价格低廉,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的质量焊接接头.因此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。本文主要是介绍二氧化碳气体保护焊的发展及前景。分析二氧化碳焊的特点及在薄板厚板、工程机械、供水管道当中的应用。介绍了二氧化碳焊焊接工艺参数对成形质量的影响及二氧化碳中飞溅问题的分析与处理。通过实验研究得出实验前所设计工艺参数中最为合理的应用参数。【关键词】：二氧化碳气体保护焊焊接参数缺陷成形质量目录第1章绪论…11.1焊接发展概况11.2焊接方法分类及特点21.3本课题研究的内容及意义4第2章二氧化碳焊62.1CO2焊原理特点及应用62.1.1CO2焊基本原理62.1.2CO2焊基本特点62.1.3CO2焊的一些应用72.2CO2焊设备72.3CO2焊的焊接材料..92.3.1CO2保护气体2.3.2CO2焊焊丝2.4CO2焊缺陷及处理措施102.4.1合金元素的氧化102.4.2CO2焊气孔102.4.3CO2焊飞溅及处理措施11第3章二氧化碳焊实验设计133.1实验材料133.1.120R钢板成分及性能133.1.2H08Mn2SiA焊丝143.1.3焊缝分布3.2CO2焊设备及工艺153.3实验工艺参数16第4章实验及数据184.1焊接试样184.1.1焊前准备184.1.2焊接过程184.1.3焊后处理194.2外观无损检测204.3形貌观察224.4硬度25第5章数据整理及分析26数据整理265.1.1焊接电流对焊缝质量影响265.1.2电弧电压对焊缝质量影响275.1.3接头性能分析275.2工艺参数对比及分析28结论30参考文献31致谢32第1章绪论焊接是被焊工件的材质（同种或异种），通过加热或加压或两者并用，并且用或不用填充材料，使工件的材质达到原子间的建和而形成永久性连接的工艺过程。焊接是金属加工的主要方法之一，虽然应用时间不长，但发展非常迅速，目前在机械制造、工程机械、供水管道、薄板、石油化工、冶金、电子、航空航天等行业中获得了广泛的应用，已成为大型金属结构制造中必不可少的加工手段。1.1焊接发展概况焊接是一种古老而又年轻的加工方法，远在我国古代就有使用锻焊和钎焊的实例。根据文献记载，春秋战国时期，我们的祖先已经懂得以黄泥作助熔剂，用加热锻打的方法把两块金属连接在一起。到公元7世纪唐代时，已用锡焊和银焊来焊接了，这比欧洲国家要早10个世纪。古代焊接技术长期停留在铸焊、锻焊、钎焊和铆焊的水平上，使用的热源都是炉火，温度低、能量不集中，无法用于大截面、长焊缝工件的焊接，只能用以制作装饰品、简单的工具、生活器具和武器。19世纪初，英国的戴维斯发现电弧和氧乙炔焰两种能局部熔化金属的高温热源；1885～1887年,俄国的别纳尔多斯发明碳极电弧焊钳；1900年又出现了铝热焊。20世纪初，碳极电弧焊和气焊得到应用，同时还出现了薄药皮焊条电弧焊，电弧比较稳定，焊接熔池受到熔渣保护，焊接质量得到提高，使手工电弧焊进入实用阶段，电弧焊从20年代起成为一种重要的焊接方法。也成为现代焊接工艺的发展开端。在此期间，美国的诺布尔利用电弧电压控制焊条送给速度，制成自动电弧焊机，从而成为焊接机械化、自动化的开端。1930年美国的罗宾诺夫发明使用焊丝和焊剂的埋弧焊，焊接机械化得到进一步发展。40年代，为适应铝、镁合金和合金钢焊接的需要，钨极和熔化极惰性气体保护焊相继问世。然而，目前工业生产中广泛应用的焊接方法却是19世纪末和20世纪初现代科学技术发展的产物。随着冶金学、金属学、以及电工学的发展，逐步奠定了焊接工艺及设备的理论基础；而冶金工业、电力工业和电子工业的进步，则为焊接技术的长远发展提供了有利的物质和技术条件。在1885年，发现了气体放电的电弧，在1930年发现了涂料焊条电弧焊的方法，并在此基础上发明了埋弧焊、钨极氩弧焊、熔化极氩弧焊以及CO2气体保护焊等自动或半自动焊接方法。电阻焊则是在1886年发明的此后逐渐完善为电阻点焊、缝焊和对焊方法，它几乎与电弧焊同时推向工业应用，逐步取代铆接，成为工业中广泛应用的两种主要焊接方法。到目前为止，又相继发明了电子束缚、激光焊等20多种基本方法和成百种派生方法，并且仍处于继续发展中[1]。1.2焊接方法分类及特点金属的焊接,按其工艺过程的特点分有熔焊,压焊和钎焊三大类.每大类又可按不同的方法细分为若干小类，如图1.1所示：图1.1焊接方法分类熔焊是在焊接过程中将工件接口加热至熔化状态，不加压力完成焊接的方法。熔焊时，热源将待焊两工件接口处迅速加热熔化，形成熔池。熔池随热源向前移动，冷却后形成连续焊缝而将两工件连接成为一体。熔焊可分为以下基本方法：电弧焊（以气体导电时产生的电弧热为热源，以电极是否熔化为特征分为熔化极电弧焊和非熔化极电弧焊两大类）、气焊（以乙炔或其他可燃性气体在氧气中燃烧的火焰为热源）、电渣焊（以熔渣导电时产生的电阻热为热源）、电子束焊（以高速运动的电子流撞击工件表面所产生的热为热源）、激光焊（以激光束照射到工件表面所产生的热为热源）等若干种。在熔焊过程中，如果大气与高温的熔池直接接触，大气中的氧就会氧化金属和各种合金元素。大气中的氮、水蒸汽等进入熔池，还会在随后冷却过程中在焊缝中形成气孔、夹渣、裂纹等缺陷，恶化焊缝的质量和性能。为了提高焊接质量，人们研究出了各种保护方法。例如，气体保护电弧焊就是用氩、二氧化碳等气体隔绝大气，以保护焊接时的电弧和熔池率；又如钢材焊接时，在焊条药皮中加入对氧亲和力大的钛铁粉进行脱氧，就可以保护焊条中有益元素锰、硅等免于氧化而进入熔池，冷却后获得优质焊缝。压焊是在加压条件下，使两工件在固态下实现原子间结合，又称固态焊接。常用的压焊工艺是电阻对焊，当电流通过两工件的连接端时，该处因电阻很大而温度上升，当加热至塑性状态时，在轴向压力作用下连接成为一体。按所施加焊接能量的不同，压焊的基本方法可分为：电阻焊（包括点焊、缝焊、凸焊、对焊）、摩擦焊、超声波焊、冷压焊、爆炸焊和锻焊等。各种压焊方法的共同特点是在焊接过程中施加压力而不加填充材料。多数压焊方法如扩散焊、高频焊、冷压焊等都没有熔化过程，因而没有象熔焊那样的有益合金元素烧损，和有害元素侵入焊缝的问题，从而简化了焊接过程，也改善了焊接安全卫生条件。同时由于加热温度比熔焊低、加热时间短，因而热影响区小。许多难以用熔化焊焊接的材料，往往可以用压焊焊成与母材同等强度的优质接头。钎焊是使用比工件熔点低的金属材料作钎料，将工件和钎料加热到高于钎料熔点、低于工件熔点的温度，利用液态钎料润湿工件，填充接口间隙并与工件实现原子间的相互扩散，从而实现焊接的方法。钎焊按钎料的熔点可分为软钎焊（熔点450℃以下）和硬钎焊（熔点450℃以上）两种焊接时形成的连接两个被连接体的接缝称为焊缝。焊缝的两侧在焊接时会受到焊接热作用，而发生组织和性能变化，这一区域被称为热影响区。焊接时因工件材料焊接材料、焊接电流等不同，焊后在焊缝和热影响区可能产生过热、脆化、淬硬或软化现象，也使焊件性能下降，恶化焊接性。这就需要调整焊接条件，焊前对焊件接口处预热、焊时保温和焊后热处理可以改善焊件的焊接质量。另外，焊接是一个局部的迅速加热和冷却过程，焊接区由于受到四周工件本体的拘束而不能自由膨胀和收缩，冷却后在焊件中便产生焊接应力和变形。重要产品焊后都需要消除焊接应力，矫正焊接变形。现代焊接技术已能焊出无内外缺陷的、机械性能等于甚至高于被连接体的焊缝。被焊接体在空间的相互位置称为焊接接头，接头处的强度除受焊缝质量影响外，还与其几何形状、尺寸、受力情况和工作条件等有关。接头的基本形式有对接、搭接、丁字接(正交接)和角接等。对接接头焊缝的横截面形状，决定于被焊接体在焊接前的厚度和两接边的坡口形式。焊接较厚的钢板时，为了焊透而在接边处开出各种形状的坡口，以便较容易地送入焊条或焊丝。坡口形式有单面施焊的坡口和两面施焊的坡口。选择坡口形式时，除保证焊透外还应考虑施焊方便，填充金属量少，焊接变形小和坡口加工费用低等因素。厚度不同的两块钢板对接时，为避免截面急剧变化引起严重的应力集中，常把较厚的板边逐渐削薄，达到两接边处等厚。对接接头的静强度和疲劳强度比其他接头高。在交变、冲击载荷下或在低温高压容器中工作的联接，常优先采用对接接头的焊接。搭接接头的焊前准备工作简单，装配方便，焊接变形和残余应力较小，因而在工地安装接头和不重要的结构上时常采用。一般来说，搭接接头不适于在交变载荷、腐蚀介质、高温或低温等条件下工作。采用丁字接头和角接头通常是由于结构上的需要。丁字接头上未焊透的角焊缝工作特点与搭接接头的角焊缝相似。当焊缝与外力方向垂直时便成为正面角焊缝，这时焊缝表面形状会引起不同程度的应力集中；焊透的角焊缝受力情况与对接接头相似。角接头承载能力低，一般不单独使用，只有在焊透时，或在内外均有角焊缝时才有所改善，多用于封闭形结构的拐角处。焊接产品比铆接件、铸件和锻件重量轻，对于交通运输工具来说可以减轻自重，节约能量。焊接的密封性好，适于制造各类容器。发展联合加工工艺，使焊接与锻造、铸造相结合，可以制成大型、经济合理的铸焊结构和锻焊结构，经济效益很高。采用焊接工艺能有效利用材料，焊接结构可以在不同部位采用不同性能的材料，充分发挥各种材料的特长，达到经济、优质。焊接已成为现代工业中一种不可缺少，而且日益重要的加工工艺方法。在近代的金属加工中，焊接比铸造、锻压工艺发展较晚，但发展速度很快。焊接结构的重量约占钢材产量的45%，铝和铝合金焊接结构的比重也不断增加。未来的焊接工艺，一方面要研制新的焊接方法、焊接设备和焊接材料，以进一步提高焊接质量和安全可靠性，如改进现有电弧、等离子弧、电子束、激光等焊接能源；运用电子技术和控制技术，改善电弧的工艺性能，研制可靠轻巧的电弧跟踪方法。另一方面要提高焊接机械化和自动化水平，如焊机实现程序控制、数字控制；研制从准备工序、焊接到质量监控全部过程自动化的专用焊机；在自动焊接生产线上，推广、扩大数控的焊接机械手和焊接机器人，可以提高焊接生产水平，改善焊接卫生安全条件[2]。本课题研究的内容及意义焊接技术在当今时代发展已经比较成熟了，现在被广泛应用于石油化工、航空航天、工程机械、供水管道等行业当中。在焊接当中焊接的方法分为很多种我们最为常见的就是手工焊条电弧焊，如图1.2所示手工焊条电弧焊设备原理图。从图中我们可以看到手工电弧焊的具体设施及所需焊接材料。图中装置包括焊机、焊钳、焊条、工件、电缆等。当然实际操作当中还有许多防护设备和焊后处理设备例如：面罩、手套、敲渣锤、钢丝刷等。这种的应用占了焊接领域的主导地位，在我国许多工业企业当中我们都能看到这样一台装置，由此可体现手工电弧焊的重要地位。图1.2手工电弧焊示意图焊条电弧焊的发展已经发展的比较成熟了，在二氧化碳方面现阶段运用范围还是比较广泛的。二氧化碳焊成型质量相对于埋弧焊、焊条电弧焊来讲还是有所差距的，这主要体现在焊接参数及焊接材料方等方面。这也是本文研究的重点和二氧化碳焊进一步发展的方向。本文主要研究二氧化碳焊焊接参数对焊接成形质量的影响。本课题研究当中存在许多步骤实验设计、实验、实验数据整理及分析。实验设计主要包括以下步骤：1）焊接材料的必备：焊丝、试板、二氧化碳气体等。2）焊接参数的设计：焊接电流、焊接电压、焊接速度、气体流量等。3）焊接人员的确定。4）焊缝的分布。通过以上的实验设计就可以进入下一步的实验了，实验主要分为焊接试件的制作、焊缝形貌观察、无损外观检测、打硬度等。其中焊缝形貌观察实验的进行要经过以下步骤的铺垫：1）试样的制备:利用线切割或锯床切割试件取试样。2）磨金相：利用金相预磨机对所取试样进行打磨。3）腐蚀试样：利用盐酸进行腐蚀。4）观察：利用肉眼或光学显微镜观察试样的焊缝及热影响区。5）测量：利用直尺或游标卡尺测量热影响区的宽度。通过实验的设计和研究希望做出一定的成绩，使得二氧化碳焊的应用得到更好的推广和应用。从所设计的实验焊接参数当中选择一组更为合理和适应实际焊接操作的二氧化碳焊焊接参数。获得更好的焊缝成形质量提到焊接生产率节约生产工时。二氧化碳焊二氧化碳焊是利用二氧化碳气体作为保护气体的熔化极气体保护焊。二氧化碳焊是目前焊接钢铁材料的重要焊接方法之一，在许多金属结构的焊接当中二氧化碳焊已逐步取代焊条电弧焊和埋弧焊。现阶段二氧化碳焊主要涉及到航空、汽车、工程机械、供水管道、石油化工、造船、等工业领域，创造了良好的社会及经济效益。CO2焊原理、特点及应用2.1.1二氧化碳焊工作原理二氧化碳气体保护电弧焊是使用焊丝来代替焊条，经送丝轮盘通过送丝软管送到焊枪，经导电嘴导电，在二氧化碳气体氛围中，与母材接触产生电弧靠电弧产生热量进行焊接。二氧化碳气体在工作时通过焊枪喷嘴，沿焊丝周围喷射出来，在电弧周围造成局部的气体保护层使熔滴和熔池与空气机械的隔离开来，从而保护焊接过程稳定持续进行。通过以上操作过程获得优质的焊缝[3]。CO2焊基本特点在二氧化碳应用方面经焊接实际操作对比发现二氧化碳焊存在以下特点，其优点如下：1）焊接成本低。其成本只有埋弧焊和手工电弧焊的40～50%。2）生产效率高。其生产率是手工电弧焊的1～4倍。3）操作简便。明弧，对工件厚度不限，可进行全位置焊接而且可以向下焊接。4）焊缝抗裂性能高。焊缝低氢且含氮量也较少。5）焊后变形较小。角变形为千分之五，不平度只有千分之三。6）焊接飞溅小。当采用超低碳合金焊丝或药芯焊丝，或在CO2中加入Ar，都可以降低焊接飞溅。在焊接操作方面二氧化碳焊与其它焊接方法一样难免存在着一些不足之处，其缺点如下：1）飞溅率较大，并且焊缝表面成性较差。特别当焊接工艺参数匹配不当时，更为严重。2）电弧气氛有很强的氧化性，不能焊接易氧化的金属材料。3）抗侧向风能力较弱，室外作业需要有防风措施。4）焊接弧光较强，特别是大电流焊接时，要注意对操作人员防弧光辐射保护[4]。2.1.3CO2焊的一些应用CO2焊主要运用于焊接低合金钢和低碳钢等钢铁材料。对于不锈钢，由于焊缝金属有增碳的现象，影响抗晶间腐蚀性能，所以只能用于对焊缝性能要求不高的不锈钢工件。还可应用于耐磨零件的堆焊、铸钢件的焊补以及电铆焊等方面的焊接。以下是一些在生产和生活方面的二氧化碳焊应用。在薄板方面的焊接霍晓敏和唐清山等做出了研究，他们利用6mm以下的钢板作为试样焊接材料。主要研究6mm以下的钢板通过利用二氧化碳的焊接方法焊接成品的质量及相应的参数选择。在实验中发现焊缝气孔缺陷较多焊缝未焊透焊接变形大等质量缺陷。通过研究得出在一定的应用领域解决了薄板焊接问题的方法,特别是半自动化焊接方面,为CO2气体保护焊推广和应用起到积极作用。条件允许下,可以采用80%CO2和20%Ar的混合气体,焊接成形更好[5]。在工程机械当中焊缝的形式主要有对接接头、角接接头、T形接头及搭接接头，其中绝大部分是T形接头。甘辉、杨坤玉在对接接头和T形接头角焊缝方面利用不同的焊接方法分别做出试验并做了相应的力学性能试验。试验表明从对接接头焊缝力学性能试验可知，3种焊接方法的焊接接头外观检查符合要求，RT检验均高于E级合格，焊接接头的抗拉强度以富Ar保焊最高，CO2气保焊次之，焊条电弧焊最低，这是因为富Ar保焊氧化性较少，合金元素烧损较少所致，但它们均高于母材规定的最小值。按规定的弯曲角，每个试件面弯、背弯各2个，弯曲试验合格。这说明3种焊接方法及焊接工艺的焊接接头力学性能试验合格。但富Ar保焊、CO2气保焊坡口角度较少，钝边较大，比焊条电弧焊生产率高，节省材料，成本低，焊接变形少。这是因为气体保护焊焊丝较细，电流密度大，熔深大，电弧穿透力强，易焊透所致[6]。在供水管道方面浙江宁波自来水公司柯鼎华做出了相应的研究，他用埋弧焊和二氧化碳焊分别对两种直径相同的供水钢管进行焊接并做出比较。由试验得出了二氧化碳保护焊和埋弧焊如果完全按照操作规范作业,在质量上都能满足市场要求;二氧化碳保护焊比埋弧焊在操作的时间上有相当大的优势,根据他们得出的数据,二氧化碳保护焊比埋弧焊节约了一半以上的时间[7]。CO2焊设备二氧化碳电弧焊所用的设备有半自动二氧化碳焊设备和自动二氧化碳焊设备两类.在实际生产中,半自动二氧化碳焊设备使用较多.。半自动CO2焊设备由焊接电源、送丝机构、焊枪、供气系统、冷却水循环装置及控制系统等几部分组成，如图2.1所示。自动CO2电弧焊设备还要有小车及行走机构。图2.1半自动CO2焊设备1.焊接电源二氧化碳气保护焊的焊接电源有平特性电源、下降特性电源和电源动特性。二氧化碳电弧焊都采用直流电源且反极性连接。根据不同直径焊丝二氧化碳焊的工艺特点，一般细焊丝采用等速送丝式焊机，配合平特性电源。粗焊丝采用变速送丝式焊机，配合下降特性电源。2.送丝系统送丝系统分等速送丝式和变速送丝式，主要由送丝机构、调速器、送丝软管等组成。.通常焊丝直径大于和等于3mm时采用变速送丝方式,焊丝直径小于和等于2.4mm时采用等速送丝式。3.焊枪焊枪分为半自动焊枪和自动焊枪。半自动焊枪一般按焊丝给送的方式不同分为推丝式和拉丝式两种。而自动焊枪则一般都安装在自动焊机上（焊接小车或焊接操作机），不需要手工操作，自动焊多用于大电流情况，所以枪体尺寸都比较大，以便提高气体保护和水冷效果；枪头部分与半自动焊枪类似。焊枪要求送丝均匀、导电可靠结构简单、经久耐用、维修简便。焊枪的喷嘴和导电嘴是焊枪上的重要构件。喷嘴的作用是向焊接区域输送保护气体，以防止焊丝端头、电弧和熔池与空气接触。喷嘴形状多为圆柱形，也有圆锥形，喷嘴内孔直径与电流大小有关，通常为12～24mm。电流较小时，喷嘴直径也小；电流较大时，喷嘴直径也大，喷嘴通常采用紫铜或陶瓷材料制作。而导电嘴的材料要求导电性良好、耐磨性好和熔点高，一般选用紫铜、铬紫铜或钨青铜。喷嘴和导电嘴都是易损件，需要经常更换，所以应便于装拆。4.供气系统主要由CO2钢瓶、预热器、干燥器、减压器、流量计及电磁气阀等组成。供气系统的作用是保证纯度合格的CO2保护气体能以一定的流量均匀的从喷嘴中喷出。5.焊枪的喷嘴和导电嘴喷嘴是焊枪上的重要零件，其作用是向焊接区域输送保护气体，以防止焊丝端头、电弧和熔池与空气接触。CO2焊的焊接材料2.3.1CO2保护气体1.CO2气体的性质

纯CO2气体是无色，略带有酸味的气体。密度为本1.97kg/m3，比空气重。在常温下把CO2气体加压至5~7Mpa时变为液体。常温下液态CO2比较轻。在0℃，0.1Mpa时，1kg的液态CO2可产生509L的CO2气体。

2.瓶装CO2气体

采用40L标准钢瓶，可灌入25kg液态的CO2，约占钢瓶的80%，基余20%的空间充满了CO2气体。在0℃时保饱各气压为3.63Mpa；20℃时保饱各气压为5.72Mpa；30℃时保饱各气压为7.48Mpa，因此，CO2气瓶要防止烈日暴晒或靠近热源，以免发生爆炸。

3.CO2气体纯度对焊接质量的影响

CO2气体纯度对焊缝金属的致密性和塑性有很大影响。CO2气体中的主要杂质是H2O和N2，其中H2O的危害较大，易产生H气孔，甚至产生冷裂缝。焊接用CO2气体纯度不应低于99.8%（体积法），其含水量小于0.005%（重量法）。

4.混合气体

一般混合气体是在Ar气（无色、无味、密度为1.78kg/m3）中加入20%左右的CO2气体制成，主要用来焊接重要的低合金钢强度钢。2.3.2CO2焊焊丝1.实心焊丝

为了防止气孔，减少飞溅和保证焊缝具有一定的力学性能，要求焊丝中含有足够的合金元素，一般采用限制含碳量（0.1%以下），硅锰联合脱氧。焊丝直径常用的有：φ0.8mm

φ0.9mm

φ1.0mm

φ1.2mm

φ1.6mm，焊丝直径允许偏差+0.01，-0.04。以下介绍几种常用的焊丝：

①用于焊接低碳钢低合金钢的焊丝有：H08MnSiA，H08MnSi，H10MnSi。

②用于焊接低合金钢强度钢的焊丝有：H08Mn2SiA，H10MnSiMo，H10Mn2SiMoA。

③用于焊接贝氏体钢的焊丝有：H08Cr3Mn2MoA。

④用于焊接抗微气孔焊缝低飞溅的焊丝有：H0Cr18Ni9，H1Cr18Ni9，H1Cr18Ni9Ti。

⑤用于焊接不锈钢薄板的焊丝有：H0Cr18Ni9，H1Cr18Ni9，H1Cr18Ni9Ti，H1Cr18Ni9Nb。

2.药芯焊丝

药芯焊丝用薄钢带卷成圆形管，其中填入一家成分的药粉，以拉制而成的焊丝。采用药芯焊丝焊接，形成气渣联合保护，焊缝成形好，焊接飞溅小。常用的药芯焊丝有：YJ502，YJ507，YJ507CuCr，YJ607，YJ707。CO2焊缺陷及处理措施2.4.1合金元素的氧化二氧化碳气体在高温作用下会发生分解CO2→CO+OCO2、CO、和O这三种成分在电弧空间同时存在，CO气体在焊接中不溶解金属，也不与金属发生反应。CO2和O则能与铁和其它元素发生如下氧化反应：1.直接氧化Fe+CO2=FeO+CO↑Si+2CO2=SiO2+2CO↑Mn+CO2=Mn+CO↑与高温分解的氧原子作用Fe+O=FeOSi+2O=SiO2Mn+O=MnOC+O=CO↑FeO可熔于液体金属内成为杂质或与其他元素发生，SiO2和MnO成为熔渣能浮出，生成的CO从液体金属中逸出。2.间接氧化与氧结合能力比Fe大的合金元素把氧从FeO中置换出来而自身被氧化，其反应如下2FeO+Si=2Fe+SiO2FeO+Mn=Fe+MnOFeO+C=Fe+CO生成的SiO2和MnO变成熔渣浮出，其结果是液体金属中的Si和Mn被烧损而减少。生成的CO在电弧高温下急剧膨胀，使熔滴爆破而引起金属飞溅。在荣池中的CO若逸不出来，便成为焊缝中的气孔。所以直接和间接氧化的结果造成了焊缝金属力学性能的降低，产生气孔和金属飞溅。CO2焊气孔CO2焊时，由于工件表面的油污、锈等没有清理干净而引起的氢气孔，熔池表面没有熔渣覆盖，CO2气流又有冷却作用，因而熔池凝固比较快。焊接电流密度过大，焊缝窄而深，气体逸出时间长，故增加了气孔产生的可能性。除了氢气孔外还有CO气孔、氮气孔。1.CO气孔在焊接熔池开始结晶或结晶过程中，熔池中的C与FeO反应生成CO气体来不及逸出，而形成CO气孔。这类气孔通常出现在焊缝焊根部位和近表面，且呈针尖状。CO气孔产生的主要原因是焊丝中脱氧元素不足或含碳量过多，要防止CO气孔的产生必须选择含脱氧元素比较足的焊丝。如果母材的含碳量过高，则在焊接时应选择较大的焊接热输入或增加熔池的停留时间以便气体的逸出。2.氮气孔在电弧高温下，熔池对空气中的氮溶解度很大。当熔池温度下降时，氮在金属液体中的溶解度迅速减少，析出大量的氮气，若不能逸出熔池的话就会形成氮气孔。这种气孔通常出现在焊缝近表面，呈蜂窝状分布。这种细小的气孔只能在金相检验当中才能被发现。氮气孔产生的主要原因是保护气层被破坏，这种破坏可能是由于在焊接过程当中焊接电弧拉的较长，二氧化碳气体的纯度不同，气体流量不足，喷嘴被飞溅物堵塞，喷嘴与工件距离过大及焊接场地有侧向风等。要避免氮气孔，必须改善气层保护效果；要选择纯度合格的CO2气体；焊接时采用是适当的气体流量参数；要检验气瓶至焊枪的气路是否存在漏气或堵塞；要增加室内外防风措施。3.氢气孔氢气孔产生的主要原因是金属液体中溶解了大量的氢气，这些气体不能逸出而留在焊缝金属中。氢的来源是工件、焊丝表面的油污及铁锈，以及CO2气体中所含的水分。油污为碳氢化物，铁锈是含结晶水的氧化铁。它们在高温下都能分解出氢气。氢气在电弧中还会被进一步电离，然后以离子形态很容易融入熔池。熔池结晶时，由于氢的溶解度陡然下降，析出的氢气如果不能逸出则在焊缝金属中形成球形气孔。要避免氢气孔的产生，在焊接操作之前焊前清理工作必须做到位保证工件表面的油污、锈清除干净。还应杜绝氢的来源。CO2焊飞溅及处理措施1.飞溅产生的原因飞溅是CO2焊最主要的缺点，严重时甚至会影响到正个焊接操作的顺利进行。产生飞溅的主要原因如下：1）由冶金反应引起。熔滴过渡时由于熔滴中的FeO与C反应产生CO气体在电弧高温下急剧膨胀，使熔滴爆破而引起金属飞溅。2）由电弧斑点压力引起。因CO2气体高温分解吸收了大量的电弧热量，对电弧的冷却作用较强，使电弧电场强度提高，电弧收缩，弧根面积减小，增大了电弧的斑点压力，熔滴在斑点压力的作用下十分不稳定，形成大颗粒飞溅。用直流正接法时，熔滴受斑点压力大，飞溅也大。3）由于短路过渡不正常引起。当熔滴与熔池接触时，由熔滴把焊丝与熔池连接起来，形成液体小桥。随着短路电流的增加，液体小桥金属被迅速加热，最后导致小桥汽化爆断，引起飞溅。4）由于焊接参数选择不当引起。主要是电弧电压升高，电弧变长，易引起焊丝末端熔滴长大，产生无规则的晃动，而出现飞溅。2.减少金属飞溅的措施1）合理选择焊接工艺参数。当采用不同熔滴过渡形式焊接时，要合理选择焊接工艺参数，以获得最小飞溅。2）细滴过渡时在CO2中加入Ar气。CO2气体的性质决定了电弧的斑点压力较大，这是飞溅产生的最主要原因。3）合理选择焊接电源特性，并匹配合适的可调电感。短路过渡二氧化碳焊接时，当熔滴与熔池接触形成短路后，如果短路电流的增长速率过快，使液桥金属迅速加热，造成了热量的聚集，将导致金属液桥爆裂而产生飞溅。4）采用低飞溅率的焊丝。在短路过渡或细滴过渡的二氧化碳焊中，采用超低碳的合金钢焊丝，能够减少由CO引起的飞溅。二氧化碳焊实验设计实验材料20R钢板成分及性能在本次实验中我们所选择的焊接试板是20R钢板。有关20R钢板的主要化学成分及性能在此我们做一下简单的介绍。随着钢板行业的逐步发展现在所用的20R钢板在成分上有所改变。1.20R钢板的化学成分20R钢板在成分设计时采用低碳低锰原则，既要满足钢的强度要求，又要保证钢板的塑韧性和可焊性，其成分如表3.1所示：表3.120R钢板的主要化学成分元素含量化学元素CMnPSSi百分含量0.08%～0.14%0.50%～0.90%≦0.030%≦0.020%0.15%～0.30%碳的下限定为0.08%主要是为了防止碳在冶炼中被氧化，上限控制在0.14%，既保证了钢板的强度指标同时大大的改善了强度——塑韧性的匹配，从而能提高钢板的低温冲击韧性。锰的含量控制在0.50%～0.90%是比较可理的如果其含量超过这一值可能会降低钢板的塑韧性[8]。2.20R钢板的性能20R钢板由于含硫、磷元素的百分含量较低，在焊接时不会生成低熔共晶而产生再热裂纹。碳含量不高在利用二氧化碳气体保护焊时不会因含碳量偏高，在焊接时碳被氧化生成一氧化碳气体残留在焊缝金属中形成一氧化碳气孔。由于20R钢板具有良好的塑韧性和足够的强度，因而20R被广泛应用于钢制压力容器的焊接。其力学性能和工艺性能如表3.2所示[9]。表3.220R的力学性能及工艺性能牌号交货状态钢板厚度mm拉伸实验冲击试验冷弯试验抗拉强度MPa屈服点MPa伸长率%温度oCV型冲击功Akv（横向）J冷弯试验b=2a180o不小于不小于20R热轧控制式正火6～16>16～36>36～60>60～100400～5002452352252052524027d=2aH08Mn2SiA焊丝气体保护焊的优点在于成本低,焊接质量好,焊接效率高,操作性能好。由于气体保护焊接过程的冶金特性,目前,国内均采用高硅高锰型的低合金钢焊丝,H08Mn2SiA焊丝最为常见。在本实验当中应用的就是H08Mn2SiA焊丝。现在市场上所见的H08Mn2SiA焊丝的主要化学成分如表3.3所示。H08Mn2SiA焊丝随着加热温度的不同力学性能也不同。其力学性能如表3.4所示。随着温度的降低焊丝的抗拉强度下降，屈服强度下降明显，断面收缩率明显提高。下面我们来看两组数据前者是温度高于后者[10]。表3.3H08Mn2SiA焊丝的各成分质量分数%元素含量化学元素CMnPSSi百分含量≦0.111.80～2.10≦0.030≦0.0300.65～0.95表3.4H08Mn2SiA焊丝的力学性能力学性能参数序号屈服强度（MPa）抗拉强度（Mpa）断面收缩率（%）1410～435600～61058～622370～405590～61568～70从H08MnSiA焊丝的金相组织来看，贝氏体含量较少而铁素体含量较多，晶粒较为细小，具有良好的塑韧性及综合性能[11]。相图如图3.1所示：图3.1H08Mn2SiA焊丝金相图焊缝分布焊缝的分布对焊接质量的好坏、实验的成功与否有着重要的关系。焊缝的分布不合理直接影响到焊缝的热影响区和表面成形质量。我们实验中所应用的长为300mm宽为12mm的20R钢板，在实验中我们在这样的一块试板上设计了六条焊缝。其具体分布如图3.2所示：图3.2焊缝分布图CO2焊设备及工艺在本次实验中我们所利用的焊接设备是NB-400二氧化碳气体保护焊机。NB-400焊机是采用了IGBT逆变技术，抗电网波动能力强，输出电缆可加长50mm至50M的一种焊机。这种焊机上所用的送丝系统是推丝式，这种送丝方式的焊枪结构简单、轻便，操作与维修方便，是应用最广泛的一种。这种焊机的主要技术参数如表3.4所示。为获得更好的焊缝和本次实验能够取得成功我们编制了一套焊接操作工艺。其具体操作工艺如下：1.焊前准备1）清除待焊部位及两侧10～20mm范围内的油污、锈迹等污物,并在焊件表面涂上一层飞溅防粘剂,在喷嘴上涂一层喷嘴防堵剂。2）将CO2气瓶倒置1～2h,使水分下沉,每隔0.5h放水1次,放2～3次。3）根据焊接工艺试验编制焊接工艺。4）采用左焊法。2.焊接操作工艺1）焊接过程中,焊枪横向摆动时,要保证两侧坡口有一定熔深,使焊道平整,有一定下凹,避免中间凸起,这样会使焊缝两侧与坡口面之间形成夹角,产生未焊透、夹渣等缺陷。2）要控制每层焊道厚度,使盖面焊道的前一层焊道低于母材1.5～2.5mm,并一定不能熔化坡口两侧棱边,这样盖面时可看清坡口,为盖面创造良好条件。3）盖面焊焊接时,焊前应将前一层凸起不平的地方磨平,焊枪摆动的幅度比填充层要大一些,摆动时幅度应一致,速度要均匀,要特别注意坡口两侧熔化情况,保证熔池边缘超过坡口两侧棱边,并不大于2mm,以避免咬边。4）若每层用多道焊时,焊丝应指向焊道与坡口、焊道与焊道的角平分线位置,并且焊道彼此重叠不小于焊道宽度的1～3mm[12]。表3.4NB-400二氧化碳焊机主要技术参数输入电压3相380/400V（-25%～20%）

（50～60）Hz额定输入电流27A额定输入功率18KW空载电压66±5V空载电流0.1～0.2A空载损耗80W电压调节范围15～40V电流输出范围20～400A适应焊丝规格Ф0.8Ф1.0Ф1.2（钢）额定负载持续率60%效率90%功率因数0.93外壳防护等级IP23S绝缘等级F冷却方式风冷外形尺寸560×300×530（mm）重量41kg3.3实验工艺参数焊接工艺参数主要有焊丝直径、焊接电流、电弧电压、焊接速度、气体流量、焊丝伸出长度及焊接回路电感。1.焊丝直径。短路过渡焊接主要采用细焊丝，常用焊丝直径为0.6～1.6mm，随着焊丝直径的增大，飞溅颗粒和数量相应增大。直径大于1.6mm的焊丝，如果采用短路过渡焊接，飞溅将相当严重，所以生产上很少应用。在本次实验中所选用的就是直径为1.0mm的H08Mn2SiA焊丝。焊丝的熔化速度随焊接电流的增大而增加，在相同的电流下焊丝越细，其熔化速度越高。在细焊丝焊接时，若选用过大的电流，也就是使用很大的送丝速度，将引起熔池翻腾和焊缝成形恶化。因此各种直径焊丝的最大电流要有一定的限制。2.焊接电流。焊接电流是重要的工艺参数，是决定焊缝熔深的主要因素。电流大小主要决定于送丝速度。随着送丝速度的增加，焊接电流也增加，大致成正比关系。焊接电流的大小还与焊丝的外伸长及焊丝直径等有关。3.电弧电压。电弧电压的选择与焊丝直径及焊接电流有关，它们之间存在着协调匹配的关系。4.焊接速度。焊接速度对焊缝成形、接头的力学性能及气孔等缺陷的产生都有影响。在焊接电流和电弧电压一定的情况下，焊接速度加快时，焊缝的熔深、熔宽、余高均减小[13]。焊接速度过快时，会在焊趾部出现咬边，甚至出现驼峰焊道，而且保护气体向后拖，影响保护效果。相反，速度过慢时，焊道变宽，易产生烧穿和焊缝组织变粗的缺陷。在本次实验中所设计的焊接电流、电弧电压、焊接速度如表3.5所示：表3.5实验设计工艺参数主要工艺参数焊接电流（A）9012014090120140608010090120140电弧电压（V）202020303030252525252525焊接速度（cm/min）12～1412～1412～1412～1412～1412～1412～1412～1412～1412～1412～1412～14焊丝伸出长度（mm）10～2010～2010～2010～2010～2010～2010～2010～2010～2010～2010～2010～205.气体流量。气体保护焊时，保护效果不好将产生气孔，甚至使焊缝成形变坏。在正常的焊接情况下，保护气体流量与焊接电流有关，在200A以下薄板焊接时为10～15L/min，在200A以上的厚板焊接时为15～25L/min。在本次焊接中由于设计的焊接电流都小于200A气体流量选择了10L/min。6.焊丝伸出长度。短路过渡时采用的焊丝都比较细，因此焊丝伸出长度对焊丝熔化速度的影响很大。在焊接电流相同时u，随着伸出长度的增加，焊丝熔化速度也增加。换句话说，当送丝速度不变时，伸出长度越大，则电流越小，将使熔滴与熔池温度降低，造成热量不足，而引起未焊透。直径越细、电阻率越大的焊丝这种影响越大。第4章实验及数据4.1焊接试样4.1.1焊前准备焊前准备工作是焊接实际当中不可缺少的工序之一。焊前准备工作包括三个方面的内容，它们分别是是技术准备、器材准备、工件准备。1.技术准备焊工在施焊前需要进行的技术准备工作为：熟悉产品图纸，了解产品结构；熟悉产品焊接工艺，了解产品焊接接头的焊工持证项目，掌握产品焊接接头的焊接参数。2.器材准备焊工在施焊前需要器材准备工作为：焊接设备及工装的检验调试；焊接参数调整，按焊接工艺的规定选取焊接材料。3.工件准备1）坡口清理施焊前焊工应检查坡口表面，不得有裂纹、分层、夹杂等缺陷，应清除焊接接头的坡口内外表面及坡口两侧母材表面至少20mm范围内的氧化物、油污、熔渣及其它有害物质。2）焊接接头组对使用卡具定位或直接在坡口内点焊的方法进行焊接接头的组对，组对时应保证在焊接过程中焊点不得开裂，并不影响底层焊缝的施焊；控制对口错边量、组对间隙及棱角等参数不超过按相应的产品制造、验收标准的规定。在本次实验我们准备了NB-400二氧化碳焊机作为实验的设备。在焊前我们对钢板进行了表面清理，利用砂纸打磨表面的锈污直到试板露出金属光泽为止。整个焊接实验的具体实施操作工作是由我们学院焊接实习基地焊接经验充足的师傅进行的。4.1.2焊接过程在实际焊接操作中，首先就是对焊接设备的检查。我们对气瓶、焊枪进行了初步的检查，主要为了避免焊接过程中因漏气、焊枪被飞溅物堵塞而中途停止。对实验的一些焊接参数对应设备进行调整，打开气瓶上的出气阀按照上面流量计将气体流量调到10L/min。在二氧化碳焊参数调节一栏，初步调试一组焊接参数进行焊接试焊。在焊接过程中利用两块废弃的钢板分别作为焊接时的引弧板和熄弧板。焊接时在引弧板上引弧和熄弧目的是为了避免在焊接试板上出现因引弧和熄弧引起的弧坑、咬边等焊接缺陷。在焊接完一条焊缝后，接下来焊接下一条焊缝时需要再次调节焊接电流和电弧电压。焊接速度由师傅自行控制，在焊接每一条焊缝时我们都会为这条焊缝记录一下所需的焊接时间从而来得出焊接过程中师傅焊接的具体焊接速度是多少。在焊接操作中我们看到了很多飞溅，随着焊接参数的变化飞溅的大小也相应有所改变。在焊接电压相同时焊接电流加大则飞溅增多，焊接电压相同时焊接电流减小飞溅减小。焊接时我们看到二氧化碳焊的弧光很强，在焊接过程中必须做好防护准备即在焊接时一定得应用手持面罩或头盔面罩以免因弧光过强而灼伤眼睛。当然在一旁观看的同学也必须做好防护措施，防止焊接飞溅及强烈的电弧弧光灼伤到眼睛。在本次实验当中我们用了两块试板共有十二条焊缝，每块钢板上都分布着六条焊缝六组不同的焊接工艺参数。在本次实验中参照表3.5所利用的一些参数如表4.1所示：表4.1实验工艺参数主要参数焊接电流（A）9012014090120140608010090120140电弧电压（V）202020303030252525252525试板板长（mm）300300300300300300300300300300300300试板宽度（mm）120120120120120120120120120120120120气体流量（ml/s）101010101010101010101010在所有的焊缝都完成后，首先进行的一步操作就是停止送丝系统的送丝，然后再关闭气阀停止送气最后一步关闭电源。在实验结束时首先停止送丝而不是停止送气是因为在焊后可能会因为没有气体的保护而导致金属中的碳被氧化生成一氧化碳气孔或其它气孔。实验结束后同学们关好实验室的门窗，打扫实验室卫生清理好焊接工作台，在仔细检查一下实验设备是否全部关闭门窗是否关好，确定无误后才可以离开实验室。焊后处理焊后处理工作主要是焊件焊缝的表面清理和焊后热处理工作。在一些重要的焊接操作当中一般是不希望出现焊接热处理这一工序的，因为焊接热处理工序比较繁琐而且难以操作，对于一些大型焊件操作起来非常难。而焊缝的表面清理则相对来说比较简单。1.焊接焊缝的表面清理在焊接过程结束后，为了获得成形质量比较好的焊缝和产品通常要对焊件进行焊后清理工作。本次实验中我们也初略的对焊缝外表进行了清理，我们主要是利用钢丝刷、平铲等工具清除了焊缝周围飞溅物。这些飞溅不仅影响了焊缝的成形美观而且对下一步焊接试样取样工作当中对焊接的切割也有很大的影响。2.焊后热处理1）焊接残余应力焊接残余应力是由于焊接引起的焊接不均匀的温度分布，焊缝金属的热膨胀冷缩等原因造成的，所以伴随焊接施工必然会产生焊接残余应力。说以焊接残余应力的处理非常重要下面对对消除残余应力的方法做个简单的介绍。消除残余应力的最通用的方法是高温回火i，即将焊件放在热处理炉内加热到一定温度和保温一定的时间，利用材料在高温下屈服极限的降低，使内应力高的地方产生塑性流动，弹性变形逐渐减少，塑性变形逐渐增加而使应力降低。焊后热处理对金属抗拉强度、蠕变极限的影响与热处理的温度和保温时间有关。焊后热处理对焊缝金属冲击韧性的影响随钢种不同而不同。2）热处理方法的选择焊后热处理一般选用单一高温回火或正火加高温回火处理。对于气焊焊口采用正火加热回火热处理。这是因为气焊的焊缝及热影响区的晶粒粗大，需要细化晶粒，故采用正火处理。然而单一的正火不能消除残余应力，故需再加高温回火以消除应力。单一的中温回火只适用于工地拼装的大型普通低碳钢容器的组装焊接，其目的是为了达到部分消除残余应力和去氢。绝大多数场合是选用单一的高温回火。热处理的加热和冷却不宜过快，力求内外壁均匀。3）焊后热处理的加热方法①感应加热。钢材在交变磁场中产生感应电动势，因涡流和磁滞的作用使钢材发热即感应加热。现在工程上多采用设备简单的工频感应加热。②辐射加热。辐射加热由热源把热量辐射到金属表面，再由金属表面向其它方向传导。所以辐射加热时金属内外壁温差大，其加热效果较感应加热差。在本次实验当中由于是小型焊件，实验对焊件的要求不高因而不需要进行焊后热处理。为满足实验对焊件的焊缝表面成形质量要求只需要对焊件表面做一些简单焊后清理就可以达到所设计的要求。4.2外观无损检测随着焊接技术的发展，焊接加工在工业生产、交通运输、建筑结构等许多领域得到了广泛的应用。焊接结构（如压力容器、航空航天、原子能工程等）的工作条件日益苛刻，因此，确保焊接的高质量是至关重要的。为了生产出高质量的产品，必须遵循一定的管理程序和管理制度，并采用各种检验手段进行检验，以确保产品质量。目视检测是用眼睛直接观察和分辨缺陷。一般情况下，目视检测的距离约为600mm，眼睛与被检工件表面所成的视角不小于30°。在检查过程中，可以采用适当的照明、利用反光镜调节照射及观察角度、借助低倍放大镜观察，以提高眼睛发现缺陷和明辨缺陷的能力。对眼睛不能接近的焊缝必须借助于望远镜、内管孔道镜等进行观察。借助于设备至少应具有与直接目视检测效果相同的能力。目视检测应在焊接工作结束后，将工件表面的焊渣和飞溅清理干净，按表4.2所列的项目进行检验。表4.2目视检测项目检验项目检验部位质量要求备注清理无飞溅、焊渣及障碍质量所有焊缝及其边缘检验的附着物焊缝与不采连接处焊缝完整不得有漏掉，连接可用焊接检验几何焊缝形状和尺寸急剧变化处应圆滑过渡尺测量形状的部位焊缝高低、宽窄及结晶焊波应均匀1.整条焊缝和热影响区1.无裂纹、夹渣、焊瘤、烧穿1.接头部位易产生焊瘤、焊接附近2.重点检查焊缝的等缺陷咬边等缺陷缺陷接头部位、收弧部位、几何2.气孔、咬边应符合有关标准2.收弧部位易产生弧坑、形状和尺寸突变部位规定裂纹等缺陷拉肋板拆除部位无缺肉及遗留焊疤无表面气孔、裂纹、夹渣伤痕母材引弧部位等缺陷补焊划伤部位不应有明显的棱角和机械划伤部位沟槽，伤痕深度不超过有关标准规定目视检测工件容易进行，并且直观、方便、效率高。因此，应对和焊接结构的所有可见焊缝进行目视检测。对于结构大，焊缝种类或形式较多的焊接结构，为避免目视检查时遗漏，可按焊缝的种类或形式分为区、块、段逐次进行检查。当焊接结构存在隐蔽焊缝时应在组装之前或焊缝尚处在敞开的时候进行目视检查，以保证产品焊缝的缺陷在封闭之前发现，及时消除。通过对焊件的初步目视检测，在焊缝表面没有发现气孔、咬边、焊瘤等缺陷，发现了飞溅的存在。当然在二氧化碳焊中飞溅的产生是难以避免的，说明此次实验所得的焊接质量符合所规定的质量要求。在此实验中通过利用游标卡尺所测出的一些数据如表4.3所示：表4.3二氧化碳气保护焊焊缝的余高和缝宽焊接参数h余高/mmd缝宽/mm焊缝总长/mm电流/A电压/V123平均123平均90204.444.724.904.688.2411.4812.6010.77120120205.345.566.065.657.4411.4211.5810265.525.925.9010.0211.8011.4611.0912090302.963.143.403.1613.1216.9816.2815.46120120303.843.324.123.7619.4218.5417.2018.38120140303.243.563.843.5413.1016.5017.1615.5812090254.924.183.844.3113.5014.6615.1014.42120120254.324.644.984.6514.9215.5416.1215.53120140255.205.966.425.8615.1616.0216.7815.9912060252.983.123.403.178.829.4810.449.5812080253.603.783.943.7710.6011.9212.7811.77120100253.243.924.023.7312.6213.7814.1013.501204.3形貌观察形貌观察实验室整个实验当中比较重要的环节。在做该实验前主要做的一件事情就是试样的制备。在本次实验中我们主要利用了线切割、和锯床两种设备进行切割，在切割之前应设计试样的大小及尺寸。在切割试样时在每条焊缝中取两个试样分别用试样袋将试样装好其试样分布如图4.1所示。实试样制备后下一步就是对这些试样进行金相打磨。在实验中我们利用实验室所提供的金相预磨机和砂纸进行打磨，在整个实验中老师要求我们将试样磨到能看到焊缝区和热影响区即可。在实验中所得到的一些数据如表4.4所示。表4.4二氧化碳气保护焊焊缝形貌观察数据焊接参数（A/U）试样熔深h2熔宽a1热影响区深h3热影响区宽a2熔深宽比h2/a190/2010.386.321.267.880.0620.465.821.048.320.07120/2030.487.923.8711.540.0641.477.042.5412.580.21140/2052.26.885.2810.900.3160.349.001.8410.820.0390/3073.2215.207.3419.220.2181.7411.783.6215.420.14120/3092.3220.6213.0425.900.11102.4420.045.6825.620.12140/30113.1416.205.5418.080.19124.4414.963.7822.280.3060/25134.009.422.4410.700.42144.529.002.1010.220.5080/25155.1011.503.7415.220.44165.049.222.3011.040.55100/25176.0011.704.4215.300.51186.6412.844.2216.100.5290/25195.908.321.8211.280.71206.2214.724.5216.420.42120/25217.1215.709.7220.100.45228.3216.486.7219.520.50140/25238.2215.906.3418.540.52248.7216.286.0818.920.54在所有的试样都磨好了以后，将试样从试样袋中取出用实验室的盐酸溶液进行腐蚀。在操作中我们主要利用胶头滴管将盐酸溶液滴到金相试样上，大概过了几分钟后利用清水对试样进行清洗。在实验过后我们可以明显看出试样的热影响区，其热影响区图如图4.2所示。表4.5二氧化碳焊试件洛氏硬度值焊接参数（A/U）试样母材热影响区焊缝区12121290/2015.08.718.523.58.911.523.98.723.7120/2035.05.222.319.67.717.824.4-2.112.9140/2052.56.454.720.213.812.763.98.619.521.711.312.890/3078.04.92.581.87.413.216.1-14.3-4.8120/309-10.65.815.8102.35.718.022.2-1.61.8140/30116.557.525.4124.37.555.390/25135.08.718.523.58.911.5143.98.723.7120/25152.09.316.217.03.20.91604.221.9140/25185.956.821.121.05.35.660/25193.09.126.028.17.0-1.0207.28.828.080/252110.47.426.027.113.411.0100/2523.600.6图4.2热影响区分布图图4.1试样制备图硬度在实验中我们主要利用洛氏硬度机对试样进行打硬度。在打硬度时为了更好的区分焊缝区、母材区、热影响区的硬度情况所以在试样的焊缝区、热影响区、母材区分别取两个点。其数据如表4.5所示。数据整理及分析数据整理5.1.1焊接电流对焊缝质量影响实验通过对焊件焊缝的长度、余高、宽度进行了测量得出了一些数据，经过整理表4.3的相关数据我们可以得到焊接电流、焊接电压和焊缝的长度、余高、宽度之间相互的关系。其余高与电流电压的关系图如图5.1所示：焊缝余焊缝余高(mm)焊缝余高和焊接电流的关系图0123456790120140焊接电流（Ａ）２０Ｖ２５Ｖ３０Ｖ图5.1余高与电流、电压的关系从图中我们明显可以看随着电流的增加而增加然后随着电流的变化基本保持不变。热影响区深度与电流、电压关系图热影响区深度与电流、电压关系图024681090120140电流(A)热影响区深度(mm)20V25V30V图5.2热影响区深度与电流、电压的关系图在形貌观察实验当中通过用锯床和线切割机切割焊件，并在切割下来的焊件上取一段焊缝宽度、高度均匀的焊缝2cm。通过利用一些测量工具对焊缝熔宽、焊缝熔深、热影响区宽度进行测量。从表4.4的相关数据来看我们可以看出焊接参数对焊缝熔宽、焊缝熔深、热影响区宽度、热影响区深度、有一定的影响。其热影响区宽度与电流电压的关系如图5.2所示。热影响区深度与电流、电压的关系如图5.3所示。热影响区宽度与电流、电压关系图热影响区宽度与电流、电压关系图05101520253090120140电流(A)热影响区宽度(mm)20V25VV30V图5.3热影响区宽度与电流、电压关系图从图5.2来看焊缝热影响区深度随着电随着焊接电流的增加先增加后减小。从图5.3中我们可以看出热影响区宽度随着电流的变化也发生了相应的变化，在电弧电压为25V时随着电流的增加而减小当电流超过120A时随着电流的增加没有明显的变化。在电压为20V、30V时随着电流的增加而增加当超过120A时又开始下降。5.1.2电弧电压对焊缝质量影响结合上述图5.1、图5.2和图5.3我们明显看得出来电弧电压对焊缝质量有一定的影响。从图5.1中我们可以得出电弧电压的增加焊缝的余高会随之减少，在电弧电压为20V和30V两个参数中我们看到焊缝的余高下降幅度非常明显。在热影响区深度方面如图5.2所示随着电弧电压的增加热影响区深度是在不断增加的，随着所选择的焊接电流的不同在120A时热影响区深度是比较大的在140A时又有所下降。在热影响区宽度方面如图5.3所示电弧电压为25V时热影响区宽度是最大的，电弧电压为20V时热影响区宽度是最小的30V时介于二者之间由此可知热影响区深度随着电弧电压的增加而增加当电弧电压再增加时其对热影响区宽度的影响不大。5.1.3接头性能分析通过表4.5有关二氧化碳焊的洛氏硬度值我们画出了其与焊接电流和电弧电压之间的关系图。其具体关系图如5.4所示：从图中我们可以看出热影响区硬度明显高于焊缝和母材区的硬度。焊接电流增大电弧电压不变母材的硬度降低热影响区硬度降低焊缝区的硬度增加反之则母材的硬度增大热影响区硬度增大焊缝区的硬度降低。焊接电流不变电弧电压减小母材硬度减小焊接热影响区硬度减小焊缝区硬度增大反之则母材的硬度增大焊接热影响区硬度增大焊缝区硬度减少。热影响区的硬度相对于焊缝及母材来讲有明显的增大。不同电流、电压下焊接各区域硬度变化图不同电流、电压下焊接各区域硬度变化图-10-50510152025303590/20120/20140/2090/25120/25140/2590/30120/30140/30电流（A）/电压（V）硬度母材热影响区焊缝区图5.4不同电流、电压下焊接各区域硬度变化图5.2工艺参数对比及分析在本次实验中我们设计了12组焊接工艺参数，在整个实验过程中其二氧化碳的气体流量、焊丝伸出长度是不改变的，改变的是焊接速度、焊接电流、电弧电压。从表4.3所整理的数据来看如果焊接电压保持不变，焊接电流变化或焊接电流保持不变电弧电压变化时焊缝的宽度、焊缝的深度、焊缝的变化。当电流增大电弧电压不变时焊缝的熔宽、焊缝的熔深、热影响区深度、热影响区宽度、焊缝的余高都相应的增大。当焊接电流减小电弧电压不变时焊缝的熔宽、焊缝的熔深、热影响区宽度、热影响区深度、焊缝余高也相应的在减小。焊接电流不变电弧电压发生变化时焊缝的熔深、焊缝熔宽、焊缝余高、热影响区宽度、热影响区深度等也会随之发生变化。当焊接电流不变电弧电压增大时焊缝的熔深、焊缝熔宽、热影响区宽度、热影响区深度增大，焊缝的余高减小。当焊接电流不变电弧电压减少时焊缝的熔深、焊缝熔宽、热影响区宽度、热影响区深度减小，焊缝的余高增大。从焊缝的成形来看十二条焊缝的外观有着很大的差异，电流大的焊接参数其焊缝宽度过宽整个成型质量较差。下面是电压为25V电流发生变化的焊缝外观形状如图5.5所示：图5.5焊缝外形图从图中我们可以看出第四条焊缝宽度最小而第三条焊缝宽度最大，这是因为这两条焊缝的参数有相当大的不同焊缝宽度小的焊缝焊接电流小另一条焊缝焊接电流大。从这六条焊缝来看第五条焊缝成形最好。从硬度方面来看，焊接电流增大电弧电压不变母材的硬度降低热影响区硬度降低焊缝区的硬度增加反之则母材的硬度增大热影响区硬度增大焊缝区的硬度降低。当焊接电流不变电弧电压减小母材硬度减小焊接热影响区硬度减小焊缝区硬度增大反之则母材的硬度增大焊接热影响区硬度增大焊缝区硬度减少。结论本课题主要研究二氧化碳气体保护焊焊接参数及对焊接质量的影响。通过调整焊接工艺参数，我们完成了关于二氧化碳气体保护焊焊接参数对焊接质量影响方面的实验。分析结果表明，此次课题的研究内容及结果符合要求，焊缝的性能能够很好的从实验中反映出来，进行良好的焊缝性能和焊接参数选定的研究，此次课题的研究顺利完成。通过本次实验的研究我们得出了以下观点：1.焊接电流增大电弧电压不变时焊缝的熔宽、焊缝的熔深、热影响区深度、热影响区宽度、焊缝的余高都相应的增大。2.焊接电流不变电弧电压增大时焊缝的熔深、焊缝熔宽、热影响区宽度、热影响区深度增大，焊缝的余高减小。3.焊接电流增大电弧电压不变母材的硬度降低热影响区硬度降低焊缝区的硬度增加反之则母材的硬度增大热影响区硬度增大焊缝区的硬度降低。4.焊接电流不变电弧电压减小母材硬度减小焊接热影响区硬度减小焊缝区硬度增大反之则母材的硬度增大焊接热影响区硬度增大焊缝区硬度减少。热影响区的硬度相对于焊缝及母材来讲有明显的增大。5.从所设计的焊接参数所焊的焊缝来进行比较电压为25V电流为80A的这一组参数焊缝成形质量相对于其它几组参数来讲最好，所以选用此工艺参数进行焊接最为合理。在二氧化碳气体保护焊焊接参数及对焊接质量影响方面本方案的研究还存在着不足，还可以通过其他途径来加以完善。望广大的研究者提出宝贵的意见，不当之处恳请批评指正。文参考文献[1]雷世明焊接方法与设备北京：机械工业出版社第二版2009[2]王建勋任延春焊接电工北京：机械工业出版社第二版2008[3]葛叶红二氧化碳气体保护焊应用现状及展望沈阳：高新技术产业发展2001[4]雷世明焊接方法与设备北京：机械工业出版社第二版2009[5]霍晓敏唐清山二氧化碳气体保护焊在薄板焊接中的应用四川省建筑科学研究院第35卷第6期2009[6]甘辉杨坤玉湖南交通科技CO2气保焊焊接工艺在工程机械中的应用湖南交通科技第34卷第2期2008[7]柯鼎华二氧化碳气体保护焊在供水管道上的应用科技创新导报2008[8]池胜冬20R容器钢板生产工艺的优化与应用南钢科技第三期2002[9]曲永奎材料20g可否代用20R引起的代材讨论黑龙江：炼油与化工2008[10]宋超H08Mn2SiA盘条拉拔性能研究马鞍山：金属制品第27卷第5期[11]杨晓峰吴静焊接用H08Mn2SiA线材的生产河南：金属制品第35卷第4期[12]高礼奎中厚板二氧化碳气体保护焊焊接工艺机械产品与科技2007年第2期[13]王荣清CO2气体保护焊的工艺参数选择四川：科协论坛第2期（下）2010致谢大学三年的学习成长阶段和论文的写作就要结束了，仔细回想，当初刚进学校的情形，还历历在目至今记忆犹新。随着时间一分一秒的流逝，一篇两万字的论文终于完成了，心里面感觉较为自豪。在以前认为写论文这是一件多么困难的事情，现在看来也并非如此。回想写论文的过程，从不知怎么写到最后写完，觉得是一个艰辛的过程，不过在此过程当中也学到了许多，感受到了许多，在论文即将完成之际，我感触良多，从开始进入课题到论文的完成，有许多可敬的师长同学给我了许多帮助，在这里请接受我诚挚的谢意！在这次论文的写作当中我学到了很多这搞科学研究还真不是一件容易的事情，必须在这上面花上足够的时间和精力。感谢学校和学院给我们毕业生提供了这次机会和便利的条件，像图书馆丰富的图书和电子资源，为我们的论文资料的查找提供了有利的条件，还有学校的良好学习氛围，为我们学习创造了良好的学习和写作环境。感谢我的毕业设计指导老师潘东老师给与我的悉心指导和关怀！在此过程中老师一直任劳任怨，随时随刻为我们解答论文过程中所遇到的任何问题，才使论文能够顺利的完成。他求学的严谨态度和孜孜不倦的探索精神，令我终生受益终生难忘。他对知识的渴求，对生活的乐观也将永刻我的心中，并激励我奋发向前！感谢白小波老师在实验材料制取试样的过程中给我们提供的大量帮助及实验指导。我要感谢在我三年的学习中无私传授我的各位老师，感谢机械与材料工程学院的所有老师，是他们将自己宝贵的财富无私地奉献给了我，让我们能在学业上有所成绩，是老师们的伟大，交给我们知识，铸就我们美好的明天。还要感谢同学们的帮助，由于他们的帮助使我更有信心去完成。最后我要感谢我的父母给了我上大学的机会。基于C8051F单片机直流电动机反馈控制系统的设计与研究基于单片机的嵌入式Web服务器的研究MOTOROLA单片机MC68HC（8）05PV8/A内嵌EEPROM的工艺和制程方法及对良率的影响研究基于模糊控制的电阻钎焊单片机温度控制系统的研制基于MCS-51系列单片机的通用控制模块的研究HYPERLINK"/det