焊接工艺课程设计

焊接工艺课程设计题目焊接工艺与控制课程设计指导教师姓名学号专业班级完毕日期 年 6月23日三峡大学课程设计任务书（春季学期）课题名称焊接工艺与控制课程设计学生姓名班级指导教师课题概述：根据提供的原始资料，进行平板对接焊或环焊缝焊接工艺设计。设计人员制订焊接办法和焊接工艺，规定同一课题的学生使用不同的焊接办法进行设计，焊接工艺可靠、合理。⒈制订焊接工艺卡。⒉课程设计阐明书涉及：摘要；被焊接材料的基本数据与焊接性分析；焊接办法的选择；焊接工艺的制订和论证（具体项目可参考焊接工艺卡）、焊后检查、参考文献等原始资料及重要参数：组号：19组材料：30CrMoVA钢板两块，规格：—1.5×100×300，平板对接焊接工艺卡焊接零部件名称钢板焊接办法钨极惰性气体保护焊母材规格牌号30CrMoVA板厚1.5mm接头形式焊接次序对接接头，无需坡口从左到右焊前准备焊件清理对焊件进行装配焊接材料保护气体氩气流量6L/min预热预热温度无需预热焊后热解决焊后立刻将工件放在炉中加热至150oC—300oC，保温一段时间，然后随炉冷却焊接工艺参数1．电源类型、极性MOSFET逆变型直流电源，电流大小5~160A选150A，电压70V2．焊接速度30cm/min，3．其它事项：对接接头单面焊，电弧长度3mm。焊接设备型号WS̶̶̶̶160直流氩弧焊机焊接工装号操作技术1．焊接位置：平焊2．焊道层数：单层单道3．焊接次序：从左到右4．运条方式：直线型5．清根办法：手工打磨焊后检查使用磁粉探伤表面，当磁粉探伤不满足规定时使用超声波探伤编制校对审核同意目录TOC\o"1-2"\h\z\u1.30CrMoVA钢的性能分析 61.1材料： 61.2化学成分及力学性能： 62.1530CrMoVA钢的焊接性能 72.1碳当量分析 72.230CrMoVA的焊接性的重要体现 73焊接办法的选择和分析 83.1焊接办法选择时应考虑的因素 83.2焊接办法的选择 83.3焊接办法重要特点分析 84焊接设备的选择 94.1焊接电源的选择 94.2焊丝及焊剂的选择 ...94.3、焊枪及喷嘴的选择94.4、钨极的选择105焊接工艺参数的选择 105.1焊接电流与电压的选择105.2焊接速度的选择

105.3钨极直径与保护气体流量 106焊前预热、焊接过程及焊后解决 116.1焊前预热 116.2焊接过程与焊后解决 117焊后检查 127.1外观检查 128总结 13参考文献 14摘要：30CrMoVA属于Cr-Mo系统，是在Cr钢基础上发展起来的中碳调质钢。加入少量Mo(0.15%~0.25%)能够消除Cr钢的回火脆性，提高淬透性并使钢含有较好的强度和韧性匹配，同时Mo还能够提高钢的高温强度。V能够细化晶粒，提高强度，韧性和塑性。增加高温回火稳定性。这类钢普通用于制造动力设备中某些承受较高负荷，截面较大的重要零件，如汽车机叶轮，主轴和发电机转子等。这类钢的含碳量较高，淬透性较大，因此焊接性较差，普通规定焊前预热，焊后热解决等。下面分析了30CrMoVA钢的焊接性，并在此基础上运用所学的知识制订了30CrMoVA钢的平板对接工艺，涉及材料焊接性能分析，电流选择，焊接速度的制订焊接检查等。本设计所选用焊接办法为埋弧焊。1.30CrMoVA钢的性能分析1.1材料：30CrMoVA钢两块，规格：－1.5×100×300，平板对接；1.2化学成分及力学性能：30CrMoVA钢中温强度较高含有一定的抗氢能力，工艺性能良好，蠕变极限：持久强度Mo能够明显提高钢的再结晶温度，并能够强化铁素体，但是会增进石化，所普通在Mo钢中加入0.5%～1.5%的Cr，能有效地克制石墨化过程的进行，还加入W、V等强碳化物元素则效果更加好。其化学成分见表1，力学性能见表2。表130CrMoVA化学成分[10][8]牌号化学成分（质量分数）%CMnSiCrMoNiSP30CrMoVA0.25-0.350.40-0.700.2-0.41.0-1.30.2-0.3-≤0.030≤0.035表230CrMoVA钢力学性能牌号屈服极限σs/MPa抗拉强度σb/MPa伸长率δ5（%）30CrMoVA≥686≥814≥1330CrMoVA钢根据化学成分属于中碳调质钢。中碳调质钢由于含碳量高，合金元素多，钢的淬硬倾向大，Ms点又低，因而在淬火区产生淬硬的马氏体，造成严重脆化。焊接焊前为调质状态的钢材时，热影响区被加热到超出调质解决的回火温度区域，将出现强度，硬度低于母材的软化区。如果焊后不在进行调质解决，该软化区可能成为减少接头强度的单薄区。2.1530CrMoVA钢的焊接性能2.1碳当量分析按照国际焊接学会推荐的碳当量公式算得30CrMoVA的碳当量Ceq=C+Mn/6+(Cr+Mo+V)/5+(Ni+Cu)/15=0.30+0.55/6+(0.9+0.5+0)/5+(0.3+0)/15≈0.45由此可见，30CrMoVA的Ceq值不不大于0.4%～0.6%，合金元素较多，冷裂纹的敏感性较大，加热后在空气中冷却时淬硬倾向较大，焊接时易在焊缝和热影响区形成对裂纹敏感的淬硬马氏体组织，焊接时需要采用预热、后热等一系列工艺方法。2.230CrMoVA的焊接性的重要体现30CrMoVA属于中碳调质钢，以加入Cr、Mo、V合金元素为主，合金元素Cr能形成致密的氧化膜，提高钢的抗氧化性能，也能有效组织石墨化过程。Mo是耐热钢中的强碳化物元素，形成碳化物能力比Cr弱，Mo优先溶于固溶体，起到固溶强化的作用。Mo也能有效组织石墨化，Mo的熔点高达2625℃，固溶后可提高钢的再结晶的温度，有效提高钢的高温强度和抗蠕变能力。Mo还能够减小钢的热脆倾向，同时提高钢的抗锈蚀能力，V能够细化晶粒，提高强度，韧性和塑性。增加高温回火稳定性。30CrMoVA钢的焊接性与低合金构造钢相近。由于在钢中加入Cr、Mo、V合金元素，使碳当量增加，钢的淬硬倾向增大，提高焊接热影响区的硬度，容易产生焊接冷裂纹。由于母材与焊缝金属中碳和合金元素含量的差别，当滞后相变的母材热影响发生奥氏体向马氏体转变时，氢一过饱和状态残存在马氏体中，产生氢致裂纹。当焊缝金属的碳当量和合金元素较高时，有可能使母材热影响区先于焊缝发生相变，氢就会从热影响区向焊缝扩散，使焊缝中氢处在过饱和。当焊缝冷却后转变为马氏体组织时，会产生焊缝冷裂纹。因此，在焊接时应进行焊前预热，焊后热解决。具体说来30CrMoVA焊接时含有下列特点：(1)淬硬性钢的淬硬性取决于它的碳当量及合金成分含量。30CrMoVA钢中的重要合金元素Cr、Mo都能增大明显提高钢的淬硬性。特别是Mo作用，比Cr约大50倍。这些合金元素推迟了钢在冷却过程中的转变，提高了过冷奥氏体的稳定性。(2)消除应力解决裂纹倾向30CrMoVA钢焊接接头消除应力裂纹倾向只要取决于钢中碳化物形成元素的特性及含量，它经常产生于焊接热影响区的粗晶段。这种裂纹普通在500℃～700℃温度范畴内形成。采用焊前预热和焊后合理的热解决工艺，避免在敏感的温度区停留时间过长能避免裂纹的产生。(3)回火脆性火脆性指钢材及其焊接接头在350～500℃温度区域长久运行过程中发生激烈脆变的现象。3焊接办法的选择和分析3.1焊接办法选择时应考虑的因素（1）多个焊接办法的合用范畴；（2）待焊30CrMoVA耐热钢板的具体状况：钢板的构造类型、厚度，接头形式和焊接位置，母材的物理性能、力学性能、冶金性能；（3）对焊缝质量的规定：如硬度、强度、塑性、外观，与否变形等。3.2焊接办法的选择30CrMoVA钢的焊接普通采用气体保护焊、手工电弧焊，、埋弧自动焊和点焊等。采用热量集中地脉冲氩弧焊，等离子弧焊及真空电子束焊等办法，有助于缩小热影响区宽度，获得细晶组织，提高焊接接头的力学性能。中碳调质钢宜用小线能量焊接，这样能够减少淬火区的脆化硬度，犹如时采用预热后热等方法，还能提高抗冷裂性能，改善淬火区的组织和性能，采用小线能量焊接尚有助于缩小软化区，减少软化程度。由于本材质只有1.5mm的厚度，并且对接接头。故采用对接接头单面焊。3.3焊接办法重要特点分析TIG焊含有下列优点：能够实现高品质焊接，得到优良的焊缝。焊接过程中钨电极是不熔化的，故易于保持恒定的电弧长度，不变的焊接电流，稳定的焊接过程，使焊缝很美观，平滑，均匀。焊接电流的使用范畴普通在5~500A。即使电流不大于10A，仍能正常焊接，因此特别适合薄板焊接。在薄板焊接时无需填充焊丝。钨极氩弧焊时的电弧是是多个电弧焊办法中稳定性最佳的电弧之一。埋弧焊的局限性之处：（1）焊接效率低于其它办法；（2）氩气没有脱氧或去氢作用，因此焊前对焊件的除油，去锈，去水等准备工作规定严格，否则易产愤怒孔；（3）焊接时钨极有少量的熔化蒸发，钨微粒如果进入熔池会造成夹钨，影响焊缝质量。（4）由于生产效率较低和惰性气体的价格较高，生产成本比焊条电弧焊，埋弧焊，和CO2气体保护焊都高。4焊接设备的选择钨极氩弧焊的焊接设备重要涉及焊接电源、控系统、引弧装置、稳弧装置、焊枪、焊接、供气系统和供水系统等。另外，尚有面罩，敲渣锤，钢丝刷，和焊条保温筒等，后者统称辅助设备工具。4.1焊接电源的选择在实际生产中，焊接耐热钢普通采用交流，国产的TIG焊机有WSJ—400型﹑WSJ—400—1

型和WSJ—500型，现选用WSJ—500型焊机。额定焊接电流为500A，含有陡降外特性，其大电流空载电压为60V，小电流档为88V。该机匹配PQ1—150﹑PQ1—350和PQ1—500等型号焊枪。为了避免交流电弧中产生直流分量，需配备一台BX—500—2型弧焊变压器。4.2焊丝及焊剂的选择薄板焊接无需焊丝焊剂4.3、焊枪及喷嘴的选择

钨极氩弧焊的焊枪的重要形式有气冷（空冷）和水冷两种。

气冷式焊枪普通是重量轻的，体积小且坚实，且比水冷式焊枪较便宜，但是，普通受限使用于约125A下列的焊接电流，正常状况下是使用于焊接薄板且使用率低之处，钨电极棒的操作温度比在水冷式焊枪中操作的较高，正由于如此，在使用纯钨电极棒时或在靠近额定电流容量下焊接时，会引发钨粒子脱落掉入熔池中。

水冷式焊枪是被设计用于持续的高电流焊接，能以高至200A的焊接电流做持续的操作有些被设计可用于500A的最大焊接电流，比气冷式焊枪较重且较贵。

由于PQ1—150

型水冷焊枪的额定焊接电流为150A，与铝镁合金手工钨极氩弧焊参数相符故选用

PQ1—150型水冷焊枪。

喷嘴的形状尺寸对气流的保护性能影响很大。在喷嘴的下部为圆柱形通道，通道直径越大，保护范畴越宽，但可达成性变差，且影响视线。综合考虑，选用收敛形喷嘴。4.4、钨极的选择

在手工钨极氩弧焊焊接工艺中，对钨极的规定，普通要满足引弧及稳弧性能好，耐高温、不易损耗，电流容量大等条件。惯用的钨极有纯钨电极、钍钨极、铈钨极等。综合多个因素考虑选择纯钨电极。5焊接工艺参数的选择钨极氩弧焊的焊接工艺参数重要有焊接电流种类和极性、电弧电压、焊接速度、钨极直径、保护气体流量等。5.1、焊接电流与电压的选择

焊接电流是决定焊缝熔深的最重要的参数，焊接电流电流过大容易产生烧穿或焊缝下陷、咬边等缺点，还会引发钨极烧损或产生夹钨缺点；电流过小，电弧燃烧不稳定甚至发生偏吹。要按照焊件材料、厚度、接头形式、焊

接位置等因素来选定。普通先拟定电流类型和极性，然后拟定电流的大小。因此选用WS—160直流氩弧焊机MOSFET逆变型直流电源，电流大小5～160A选150A，电压70V电弧电压重要影响焊缝宽度，它由电弧长度决定。钨极氩弧焊电弧长度根据电流值的大小普通在1.2～5mm

之间，需要填加焊丝时，要选择较长的电弧长度。5.2、焊接速度的选择

当焊接电流拟定后，焊接速度决定单位长度焊缝的热输入。高焊接速度，则减小热输入，溶深和溶宽均减小；反之则增大。氩弧焊在5～50cm/min的焊接速度下能够维持比

其它焊接办法更为稳定的电弧形态。根据这一特点，选用焊接速度为30cm/min5.3、钨极直径与保护气体流量

焊接电流的大小是决定焊缝熔深的重要参数，它根据工件材质、厚度、接头形式、焊接位置等因素选择，钨极直径则根据电流大小、电流种类选择.一定条件下，气体流量和喷嘴直径有一种最佳范畴，此时，气体保护效果最佳，有效保护区最大。如气体流量过低，气流挺度差，排除周边空气的能力弱，保护效果不佳：流量太大，容易变成紊流，使空气卷入，也会减少保护效果。同样，在流量子定时，喷嘴直径过小，保护范畴小，且因气流速度过高而形成紊流；喷嘴过大，不仅妨碍焊工观察，并且气流流速过低，挺度小，保护效果也不好。因此，气体流量和喷嘴直径要有一

定配合。普通手工钨极氩弧焊喷嘴孔径为5～20mm，对应保护气体流量为6～10L/min。焊接电流增大，所对应的喷嘴孔径和气体流量取值也随之增大。6焊前预热、焊接过程及焊后解决为了确保母材及焊缝的性能除了在焊接工艺上控制外，对母材焊后的制订合理的热解决方案是十分核心。焊前预热是避免在焊接时产生冷裂纹和消除应力裂纹的有效方法之一。6.1焊前预热对耐热钢进行焊前预热，焊前将工件预热到150～300℃，保温15分钟再焊接。可使用氧-乙炔焰、电炉或喷灯等加热。预热能够使焊件减小变形、气孔等缺点。对于30CrMoVA钢板预热的温度选择300℃，并控制焊接的层间温度在预热温度以上。预热温度过高，在最后热解决中已形成马氏体组织；在焊接时如果含氢量过高，就易形成焊接接头裂纹。为了避免裂纹的产生普通在焊后进行热解决。6.2焊接过程与焊后解决采用单面单层单道焊(这是由产品构造所拟定)，焊缝厚度控制在1.4mm以上。（1）起弧：普通使用“起弧”的办法是引发电子发射和气体离子化开始的方式；可经由能化的电极棒接触工作物且快速抽回到其所需的电弧长度，或使用导弧，或使用在电极棒和工作物之间产生高频火花的辅助装置引弧，而得到此放射和离子的能量；电极棒从工作物上做机械式的抽回方式只能用于直流电焊机的机械化的焊接，然而，导弧起动方式，可用于手操作和机械化焊接，但是也只限于直流电焊机，高频火花起弧方式可应用于交流或直流电焊机的手操作焊接，许多电焊机都有产生高频火花的装置作起弧和稳定电弧。（2）电极棒和熔填金属位置：开始焊接时，电弧普通以打圆圈的方式移动直到足够的母材金属熔化以生产适宜大小的熔池。当达成适宜的熔合时，将焊枪沿着焊接物接头的相邻边沿逐步的移动。如此渐渐的熔接工作物，当熔填金属是以手操作添加时经常是保持在距工作物表面约15º的角度。且缓慢的进入熔池中，必须小心的送入熔填金属以避免扰乱气体保护或接触电极棒，且因熔填条端部氧化或电极棒的污染。熔填金属条可持续的加入或重复的“侵入”与“抽出”。熔填金属能以保持熔填条与焊道成线状排列的方式持续加入（时常使用以V形接头的多焊道接中）或者以熔填条和焊枪左右摆动的方式将熔填条送入熔池（时常使用以表面加层的一种方式）停止焊接时，将熔。填金属从熔池中抽回，但临时的保持在气体保护下。以避免熔填金属氧化，然后在熄弧之前移动焊枪至熔池的前方边沿，将焊枪提高到刚好足以熄弧但又局限性以引发熔坑和电极棒污染的高度而断弧，最佳的操作是以脚踏控制方式逐步的减少电流而不需提高焊枪。焊后解决：为了避免接头裂纹的产生普通采用在焊后立刻进行低温后热解决，可基本消除焊缝中的扩散氢，确保接头的质量。这种热解决也称为消氢解决。消氢解决温度普通在300℃～350℃。焊接热解决不仅能消除焊接过程中产生的焊接残存应力。并且更重要的是能改善母材的组织，提高接头的综合力学性能。同时也是提高焊接接头的高温蠕变强度和组织稳定性，减少焊缝及热影响区的印硬度。焊后热解决也分整体热解决和局部热解决。在平板对接中焊后普通采用局部热解决。焊后在草木灰中缓冷再及时进行即采用加热带缠绕焊缝，外缠保温层进行保温的热解决办法。就能获得与母材。预热热解决工艺曲线见图2.消氢热解决工艺曲线见图3.最后焊后消除应力热解决曲线见图4。消氢解决要在焊后立刻进行。7焊后检查可能存在的焊接缺点：焊后产生白口组织；焊接接头出现裂纹；冷热裂纹；夹渣。检查目的：确保焊缝质量，达成规定，及时解决不合格焊缝。7.1外观检查外观检查重要涉及焊缝的平直度偏差、厚度及余高的检查；表面裂纹检查；咬边、焊肉局限性检查；焊接件或产品的几何尺寸检查，涉及形状及变形量与否超出技术规程的规定等。过程以目视检查实现.目视检查用于检查焊缝外观和尺寸，该如用低倍放大镜，尺寸计量工具等。普通要检查的是焊后的焊缝表面质量（熔渣清理，飞溅清理），表面成型质量（表面尺寸，凸凹，余高，焊缝宽度，焊角尺寸，焊透程度等），表面有无各类焊接缺点。其最基本的焊缝外形尺寸要均匀，焊道与焊道，焊道与基体金属之间应平滑过渡。属于初步检查。00无损检测的目的是检查焊缝的表面与内部裂纹，夹杂、气孔、未熔合和未焊透等工艺性缺点。无损检测普通都安排在焊缝外观检测之后进行，本工艺采用X射线无损检测办法。由于本焊接工艺易于出现裂纹,因此能够用超声波探伤和磁粉探伤。（1）超声波探伤 超声波探伤是运用频率超出20kHz的弹性波在试件中和试件内部缺点中传输的不同声学特性，来判断与否存在缺点与缺点位置尺寸的一种无损检测手段。当声波通过材料时，能量会受到衰减，当碰到界面时就会发生反射。通过探测和分析在探伤仪屏