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1、武汉工程学院毕业设计说明书药芯焊丝 CO2 气体保护自动焊 焊接工艺研究系 （部） 机械工程系专 业 焊接技术及自动化班 级 焊接 XXXX姓 名 XXX学 号 XXXXXXXX指导教师 2012 2013 学年第一学期 摘 要 焊接是一种将材料永久连接，成为具有给定功能结构的制造技术。几乎所有的产品，从几十万吨载重巨轮到不足 1g 的微电子元件，在生产中都不同程度地依靠焊接技术。焊接已经渗透到制造业的各个领域，直接影响到产品的质量、可靠性、寿命以及生产成本、效率和市场反应速度。 据有关资料表明：我国已经成为世界上最大的钢材生产国和钢材消费国。钢材必须经过加工才能成为具有给定功能的产品。由于焊
2、接结构具有重量轻、成本低、质量稳定、生产周期短、效率高、市场反应速度快等优点，焊接结构的应用日益增多。 本次的设计主要是针对药芯焊丝 CO2 气体保护半自动焊（单面焊双面成型）焊接工艺研究，紧密结合生产实际，分别讲述了熔滴过渡形式、影响过渡稳定性因素、焊接规范参数的选择及确定、影响焊接过程的因素分析、焊接缺陷及其产生原因分析、药芯焊丝 CO2 气保护半自动焊（单面焊双面成型）焊接、焊接卫生与安全。 在此次的设计过程中，参考了大量的技术资料，得到了许多人的帮助与支持，在此谨向所有参考资料的作者及关心支持我的同仁们表示衷心的感谢。 由于编写者水平有限，加上时间仓促，书中难免存在某些需要进一步完善和
3、改进的地方甚至错误，恳请广大读者批评指正。 编 者 2012-12-2 1 目录第一章 熔滴过渡形式1 1.1 自由过渡 1 1.2 接触过渡 1 1.3 渣壁过渡 1第二章 焊接缺陷及其产生原因分析 2 2.1 焊缝成尺寸不符合要求 2 2.2 咬边2 2.3 未焊透和未熔合2 2.4 焊瘤（满溢）2 2.5 焊穿及塌陷 2第三章 药芯焊丝 CO2 气保护自动焊 焊接 （单面焊双面成型） 3 3.1 范围3 3.2 规范性引用文件 3 3.3 术语和定义 3 3.4 焊接前准备3 3.5 人员 3 3.6 工艺要求 3 3.7 工艺过程 3 3.8 检验 3 3.9. 单面焊双面成形常见的焊
4、接缺陷 3 3.10. 防止单面焊双面成形焊接产生焊接缺陷的措施 3第四章 焊接卫生与安全 4小 结 5参 考 文 献 6 2 毕 业 设 计 任 务 书专业： 焊接技术及自动化 班级： 焊接 XXXX 学生：一：设计题目：药芯焊丝 CO2 气保护自动焊（单面焊双面成型）焊接工艺研究二：设计内容： 1、熔滴过渡形式 2、焊接缺陷及其产生原因分析 3、药芯焊丝 CO2 气保护半自动焊（单面焊双面成型）焊接 4、焊接卫生与安全三：原始资料： 1 Q235Q 钢板 2 NBC-500 二氧化碳半自动焊机 3 自动切割行走小车 CF1-30P 4 CO2 气体、JY501 药芯焊丝、JN-402 陶瓷
5、衬垫四：完成日期： 二零一二 年 十二 月 二十一 日 指导教师： 2012 年 10 月 21 日签发 3 第一章 熔滴过度形式 熔滴过渡过程不但影响电弧的稳定性，而且对焊缝成形和冶金过程也有很大的影响。熔滴过渡十分复杂，主要过渡形式有自由过渡、渣壁过渡和接触过渡三种。各种过渡所对应的熔滴及电弧形状如图 1-24 所示。 4 1.1 自由过渡 自由过渡是指熔滴经电弧空间自由飞行，焊丝端头和熔池之间不发生直接接触的过渡方式。当过渡的熔滴直径比焊丝直径大时，称为滴状过渡（见图 1-24 中的 1）；过渡的熔滴直径比焊丝直径小时，则称为喷射过渡（见图 1-24 中的 2） ；在电弧气氛或保护气体中
6、含有 CO2 气体时，有时会发生爆炸现象，使部分熔滴金属爆炸成为飞溅，而只有部分金属得以过渡，这种形式称为爆破过渡（见图 1-24 中的 3）常。用的自由过渡是滴状过渡和喷射过渡。 （1） 滴状过渡 滴状过渡时电弧电压较高，根据电流大小、极性、和保护气体的种类不同，滴状过渡又分为粗滴过渡和细滴过渡。 1） 粗滴过渡 当电流较小而电弧电压较高时，弧长较长，熔滴不与熔池短路接触，熔滴尺寸逐渐长大。当重力足以克服熔滴的表面张力时，熔滴便脱离焊丝端部进入熔池（小电流时电弧力忽略）。粗滴过渡时熔滴存在时间长，尺寸大，飞溅也大，电弧的稳定性及焊接质量都比较差。 2） 细滴过渡 与粗滴过渡相比，细滴过渡电流
7、较大，相应的电磁收缩力增大，表面张力减小，熔滴存在时间缩短，熔滴细化，过渡频率增加，电弧稳定性较高，飞溅较少，焊缝质量提高，广泛应用与生产中。 气体介质不同或焊接材料不同时，细滴过渡特点又有不同。在 CO2 气体保护电弧焊和酸性焊条电弧中，熔滴呈非轴向过渡；而在铝合金熔化极氩弧焊或较大电流活性气体保护焊焊钢件时，熔滴呈轴向过渡。相比之下，前者比后者飞溅大。 （2） 喷射过渡 喷射过渡容易出现在以氩气或富氩气体作保护气体的焊接方法，如熔化极氩弧焊、活性气体保护焊中。喷射过渡时，细小的熔滴从焊丝端部连续不断地以高速度冲向熔池（加速度可达到重力加速度的几十倍），过渡频率快，飞溅小，电弧稳定，热量集中
8、，对焊件的穿透力强，可得到焊缝中心部位熔深明显增大的指状焊缝。喷射过渡适合焊接厚度较大（gt3mm）的工件，不适宜焊接薄板。 （3）爆炸过渡（不常用） 电弧气氛或保护气中含 CO2，有时会发生爆炸现象，造成飞溅，只有部分熔滴得以过渡的形式。 5 1.2 接触过渡 焊丝端部的熔滴与熔池表面通过接触而过渡的方式。 分类：短路过渡和搭桥过渡 （1）短路过渡 电弧引燃后随电弧的燃烧，焊丝（条）端部形成熔滴并逐渐长大。当 I 较小，电弧电压比较低，弧长比较短，熔滴未长成大滴就与熔池接触形成液态金属短路，电弧随之熄灭，金属熔滴过渡到熔池中去。熔滴脱落后，电弧重新引燃，如此交替的过渡形式。低电压、细焊丝（小
9、 I）（但电流密度不小）均可获得；热输入小、焊接变形小、 全位置焊性能好， 但飞溅较大；适用于薄板焊接或中厚板的打底焊接。 出现场合：碱性焊条的焊条电弧焊、 细丝气体保护电弧焊（1.6mm） 由燃弧和熄弧两个交替的阶段组成，电弧的燃烧是不连续的。 实质：熔化速度与送丝速度不一致！如下图所示 特点： 燃弧与熄弧交替进行，燃烧不连续； 平均 I 小，峰值 I 大，适合薄板及全位置焊接； 小直径焊条或焊丝，电流密度大，产热集中，焊接速度快； 弧长短，焊件加热区小，质量高 6 （2）搭桥过渡 TIG 焊在表面张力、重力及电弧力的作用下，熔滴进入熔池 1.3 渣壁过渡 熔滴沿着熔渣壁面流入熔池的一种过渡
10、形式。 出现场合：埋弧焊（沿渣壳）和焊条电弧焊（沿套筒）。 关于熔滴过渡技术的最新发展： 传统上，熔滴过渡在一个电流周期，形式内比较单一，缺乏灵活性，焊缝成形的好坏在很大程度上仍然依赖于焊工的操作技术水平和心理状态。 近年来，随着逆变技术特别是数字技术在焊接设备上的应用逐渐推广，已经可以对熔滴过渡进行快速、精确的实时控制，情况发生了很大的变化，在熔化极气体保护焊中出现了如表面张力过渡 、 （STT） 冷金属过渡（CMT）和双脉冲（double pulse、super pulse）过渡等新的熔滴过渡技术。 7 第二章 焊接缺陷及其产生原因分析 焊缝的形状缺陷：20 种 参见 GB/T6417-1
11、986金属熔化焊焊缝缺陷分类及说明 2.1 焊缝成尺寸不符合要求 工件所开坡口角度不当、装配间隙不均匀、焊接参数选择不合适及操作人员技术不熟练等。为防止上述缺陷，应正确选择坡口角度、装配间隙及焊接参数，熟练掌握操作技术，严格按设计规定进行施工 2.2 咬边咬边是沿焊趾的母材部位烧熔成凹陷或沟槽的现象，电弧将焊缝边缘熔化后，没有得到填充金属的补充而留下的缺口。咬边一方面使接头承载截面减小，强度降低；另一方面造成咬边处应力集中，接头承载后易引起裂纹。 正确选择焊接参数，熟练掌握焊接操作技术是防止咬边的有效措施。 8 2.3 未焊透和未熔合 熔焊时，接头根部未完全焊透的现象，易发生在短路过渡 CO2
12、 焊中。 熔焊时，焊道与焊道间或焊道与母材间未完全熔化结合的部分。 焊接电流过小、焊速过高、坡口尺寸不合适及焊丝偏离焊缝中心，或受磁偏吹影响等。工件清理不良，杂质阻碍母材边缘与根部之间以及焊层之间的熔合，也易引起未焊透和未熔合。 正确选择焊接参数、坡口 形式及装配间隙，并确保焊丝对准焊缝中心。注意坡口两侧及焊道层间的清理，使鄯蠼鹗粲肽覆慕鹗糁涑浞秩酆稀?2.4 焊瘤（满溢） 熔焊时熔化金属流淌到焊缝以外未熔合的母材上形成金属瘤的现象。 多由填充金属量过多引起的。当坡口尺寸过小、焊接速度过慢、电弧电压过低、焊丝偏离焊缝中心及焊丝伸出长度过长等都可能产生焊瘤。 尽量使焊缝处于水平位置，使填充金属量
13、适当，焊接速度不宜过低、焊丝伸出长度不宜太长、注意坡口及弧长的选择等。 9 2.5 焊穿及塌陷 熔焊时熔化金属自焊缝背面流出，形成穿孔的现象 焊缝表面塌陷，背面凸起的现象。 焊接电流过大、焊接速度过小或坡口间隙过大等。在气体保护电弧焊时，气体流量过大也可能导致焊穿。 焊接电流与焊接速度适当配合，严格控制工件的装配间隙，气体保护焊时，还应注意气体流量不宜过大，以免形成切割效应。 10 第三章 药芯焊丝 CO2 气保护自动焊（单面焊双面成型）焊接3.1 范围 本标准规定了C O 2 陶质衬垫单面焊双面成型焊接的焊接前准备、人员、工艺要求、工艺过程和检验。本标准适用于C O 2 陶质衬垫单面焊双面成
14、型焊接。可用于焊接（ 8 5 0 ）m m 厚度的船用A、B、D 级钢及A H 3 2 、A H 3 6 、D H 3 2 、DH 3 6和Q235Q、E H 3 2 、E H 3 6 高强度钢的平、立、横位置对接接头和部分角接接头焊缝。3.2 规范性引用文件 G B / T 3 7 1 5 - 1 9 9 5 陶质焊接衬垫 G B 6 0 5 2 - 8 5 工业液化二氧化碳 C B / T 3 8 0 2 - 1 9 9 7 船体焊缝表面质量检验要求 Q / S W S 4 2 - 0 1 0 - 2 0 0 3 焊缝返修通用工艺规范3.3 术语和定义下列术语和定义适用于本规范。 3.3.
15、 1 C O 2 陶质衬垫单面焊是借助于陶质衬垫衬在接缝背面，利用衬垫的耐高温性作背面焊缝成型的依托， 实现单面焊双面成型的一种焊接工艺。其焊接原理见图1。3.4 焊接前准备 3.4. 1 焊丝C O 2 陶质衬垫单面焊焊接所选用的焊丝必须得到船级社认可，拆包后的焊丝应表面无油污、锈、水份等杂质。 3.4. 2 C O 2 气体C O 2 气体质量应符合G B 6 0 5 2 - 8 5 工业液化二氧化碳规定的 类和 类一级标准。 3.4. 3 衬垫C O 2 陶质衬垫单面焊焊接所选用的衬垫必须符合C B / T 3 7 1 5 - 11 ，9 5 陶质焊接衬垫 并得到船级社的认可。 3.4.
16、 4 C O 2 陶质衬垫单面焊与埋弧自动焊方法混合使用时的焊接材料， 见表1。 3.4. 5 焊接设备 3.4. 5. 1 本规范所使用的焊机为C O 2 气体保护焊用焊机， 并应严格进行定期检测维修， 确保使用中焊机各种操作性能良好。 3.4. 5. 2 焊接所使用的保护气体流量计应严格按规定定期计量， 以确保使用过程中流量计的准确性和稳定性。 3.4. 6 坡口型式 3.4. 6. 1 平、立位置的对接接缝坡口型式， 见图2。 3.4. 6. 2 横位置的对接拼缝坡口型式， 见图3。 12 3.4. 6. 3 角接全熔透焊缝坡口型式， 见图4 3.4. 6. 4 当板厚差 1 2 3 m
17、 m 时， 对厚板需进行削斜， 削斜长度L 4 （ 1 2） ， 其坡口型式见图5。 13 3.4. 7 焊前清理 3.4. 7. 1 焊前， 焊工必须对焊接坡口及坡口两侧各宽2 0 m m 范围内，清除氧化物、水份、油污等。 3.4. 7. 2 当焊缝清理后未能及时焊接并因气候或其它原因影响而积水， 受潮、生锈时， 在焊接前应重新清理。 3.4. 8 安全卫生 3.4. 8. 1 焊接操作者必须使用面罩、安全帽、皮手套等遮光保护用具， 防止灼伤和烫伤。 3.4. 8. 2 工作中， 应注意周围环境是否有易燃易爆物品， 以防止飞溅引起的火灾事故。 3.4. 8. 3 狭小舱室或密闭舱室应采取必
18、要的通风排气措施。 3.4. 8. 4 焊接结束后， 焊工需做到工完、料尽、场地清。3.5 人员 3.5. 1 凡是参与该工艺焊接的焊工必须持有船级社颁发的操作考试合格证方能上岗， 并只能从事与其考试相应等级范围内的焊缝焊接。 3.5. 2 焊工上岗前， 必须带好一切必备工具， 如锤子、钢丝刷、钢丝钳等。 3.5. 3 焊工操作前， 必须检查使用的焊机、气管、气体流量计是否完好， 待确定无误后方能开始焊接。 3.5. 4 每天焊接结束后， 焊工需将剩余的焊接材料送回材料间保管3.6 工艺要求 3.6. 1 引熄弧板、定位马的安装 3.6. 1. 1 引熄弧板的尺寸为（ 1 5 0 1 0 0）
19、 m m ， 安装方式见图6。 3.6. 1. 2 引熄弧板选用的厚度必须符合表3 要求 3.6. 1. 3 引熄弧板的安装， 必须保证引熄弧板与拼板的背面齐平。 3.6. 1. 4 引熄弧板安装后， 需在引熄弧板上沿焊缝方向， 采用碳弧气刨进行坡口的开启， 引弧端， 坡口长度 3 0 m m ， 熄弧端， 坡口 14长度 5 0 m m 。坡口深度略高于拼板焊缝2 m m 左右， 并与拼板焊缝连续过渡。 3.6. 1. 5 定位马的规格见图7。 3.6. 1. 6 定位马需安装在粘贴衬垫的一面， 定位马的间隔为 2 5 0 3 0 0 m m ， 当衬垫与衬垫连接时， 为使衬垫与钢板粘合紧密
20、， 必要时， 可在该连接处增加定位马。拼板板 3.6. 2 衬垫的安装 3.6. 2. 1 衬垫的安装必须与钢板粘合紧密， 衬垫与衬垫衔接处应相互推紧无间隙。 3.6. 2. 2 衬垫安装后， 在定位马处用木楔敲紧， 以防止衬垫在焊接中受热而松动。 3.6. 3 焊接规范不同的板厚、坡口间隙， 由于其焊道数不同， 则焊接参数的选择也略有不同， 下列各表推荐的参数仅为经验数值。 3.6. 3. 1 C O 2 陶质衬垫单面焊平对接焊接参数见表4 3.6. 3. 2 C O 2 陶质衬垫单面焊立对接焊接参数见表5 15 3.6. 3. 3 C O 2 陶质衬垫单面横对接焊焊接参数见表6 3.6.
21、3. 4 C O 2 半自动焊与埋弧自动混合焊焊接参数见表7 3.6. 4 室外焊接时，当风速超过2 m / s e c ，焊接中必须采取相应的挡风措施， 下雨时不得焊接。 163.7 工艺过程 3.7. 1 C O 2 半自动单面焊打底层焊接时， 焊接电流按焊接参数严格控制， 以防止产生裂纹。 3.7. 2 打底层焊接中， 坡口两根趾应完全熔透， 对于坡口间隙较大时， 可进行适当的手势摆动， 两根趾处略作停顿， 以确保焊缝背面成型良好。 3.7. 3 在打底层焊接中， 由于各种原因需作停顿时， 重新引弧应采用热接法接头， 即前一次熄弧后， 待熔池尚未冷却， 随即引弧开始正常焊接。如熔池已完全
22、冷却， 需重新引弧前， 必须用碳刨或砂轮对弧坑进行修整， 使弧坑形成圆滑过渡状， 然后再引弧进行正常焊接。 3.7. 4 焊接过程中， 任何一层或一道的焊接必须从引弧板的坡口起点焊接， 焊缝的终点收弧需焊至熄弧板的坡口终止。 3.7. 5 拼缝坡口已安装好衬垫后， 应立即开始焊接并连续一次完成， 第二层的焊接随即也应马上进行以防止打底层的焊缝难以承受焊接应力而形成裂缝。 3.7. 6 当焊接位置倾斜时， 必须采用上坡焊。3.8 检验 3.8. 1 背面焊缝焊接结束后， 焊工需去除焊缝背面衬垫， 并检查背面焊缝是否符合要求， 修补标准见表9。 17 3.8. 2 正面焊缝 3.8. 2. 1 正
23、面焊缝外观检查按C B / T 3 8 0 2 - 1 9 9 7 船体焊缝表面质量检验要求执行。 3.8. 2. 2 正面焊缝的修补按Q / S W S 4 2 - 0 1 0 - 2 0 0 3焊缝返修通用工艺规范要求进行。3.9.单面焊双面成形常见的焊接缺陷 3.9.1 尺寸上的缺陷 包括焊接结构的尺寸误差和焊缝形状不佳等。焊缝外表高低不平和波纹粗劣，焊缝宽度不均匀、太宽或太窄，焊缝余高过低或过高，角焊缝焊脚尺寸不等都属于焊缝尺寸及形状不符合要求。这些缺陷不仅使焊缝成形不美，而且容易造成应力集中影响焊缝与母材的结合强度。 3.9.2 结构上的缺陷 包括气孔、夹渣、非金属夹杂物、熔合不良、
24、未焊透、咬边、裂纹、表面缺陷等。这些缺陷是焊接过程中最容易出现的缺陷。这些缺陷减弱了焊缝的有效面积，降低了焊接接头的力学性能，而且易造成应力集中，引起裂纹，导致结构破坏，使焊接结构无法承受正常工作载荷。 3.9.3 性质上的缺陷 包括力学性能和化学性质等不满足焊件的使用要求的缺陷。力学性能指的是抗拉强度、屈服点、伸长率、硬度、冲击吸收功、塑性、疲劳强度、弯曲角度等。化学性质指的是化学成分和耐腐蚀性等。这些缺陷使焊缝结构无法达到设计要求的力学性能和化学性能2。3.10.防止单面焊双面成形焊接产生焊接缺陷的措施 3.10.1 作好焊前准备 焊前应对焊机进行试焊，确认焊机的引弧性能和稳定性能好，工艺
25、参数的调节方便、灵活、方可使用。工件应开 Y 形的坡口，钝边的尺寸一般选在 0.51.0mm之间，坡口边缘 20mm 以内处用磨光机打磨，并将表面的铁锈、油污等清除干净，露出金属光泽。锅炉压力容器及重要结构的焊接一律采用碱性焊条，打底层焊接应选择直径 3.2mm 的焊条，中间层和盖面层可选用 4mm 的焊条，并对焊条进行 400烘干，保温 24h。使用时需要将焊条放在保温筒内，随用随取。焊条在炉外停留时间不得超过 4h，且反复烘干次数不能多于三次，药皮开裂和偏心度超标的焊条不得使用4。 18 3.10.2 焊接操作 3.10.2.1 选择合适的工艺参数 焊条电弧焊的工艺参数通常包括：焊条直径、焊接电流、电弧电压、焊接速度、电源种类和极性、焊接层数等。焊接工艺参数选择的正确与否直接影响焊缝形状、尺寸、焊接质量和生产率。因此选择合适的焊接工艺参数是焊接生产中不可忽视的一个重要问题。 焊接电流应根据板件厚度、焊接位置、焊接.
