536228毕业设计论文谢猛Word格式文档下载.docx
《536228毕业设计论文谢猛Word格式文档下载.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《536228毕业设计论文谢猛Word格式文档下载.docx（26页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
4.1制定焊接工艺12
4.2焊接12
4.3无损检测方法的选择13
4.3.1表面缺陷检测方法特点分析13
4.3.2无损检测过程15
4.4分析结果及方案的改善18
4.5重新实施方案18
4.6优化方案的实施19
5结论20
参考文献：
20
致谢：
21
1前言
焊接裂纹是指金属在焊接应力及其他致脆因素共同作用下，焊接接头中局部区域金属原子结合力遭破坏而形成的新界面所产生的缝隙。
具有尖锐的缺口和长宽比大的特征，在一定外力作用下，裂纹具有明显的扩展倾向，脆性状态的材料，还会有脆性破坏的倾向。
它是焊接结构中最危险的缺陷。
在焊接生产中，由于材料和结构的不同，可能出现各种裂纹，焊接结构产生的破坏事故大部分都是由焊接裂纹引起的。
焊接结构件一般都存在着裂纹缺陷，裂纹的存在将影响焊接接头的质量，而接头质量又直接影响到结构件的安全使用。
正确地分析焊接裂纹，一方面能够找出缺陷产生的原因，从而在材料、结构、设备等方面采取有效的措施防止裂纹，另一方面在焊接结构的制造和使用过程中，能够正确地选择并运用焊接检验方法，及时的发现裂纹，定性或定量评定焊接结构件的质量，使检验达到预期的目的。
2课题的背景
在我国几乎各个工业部门都在应用焊接技术制造各种重要结构，而焊接结构涉及各种工程材料和各种焊接技术。
焊接技术水平不断发展提高，焊接结构的应用越来越广泛，焊接缺陷的问题便随之而来，因此研究焊接缺陷对工业发展具有重要的意义。
而从焊接工艺应用的早期到现在，在国内屡屡发生过由焊接裂纹引起的重大事故。
一些重大焊接结构发生的事故往往是灾难性的，必须十分重视。
焊条电弧焊是最常用的焊接方法之一，它使用的设备简单、操作方便灵活，适应在各种条件下的焊接，特别适合于复杂的焊接结构的焊接。
因此虽然焊条电弧焊劳动强度大，焊接生产率低，但仍然在国内外生产中占据着重要地位。
表面裂纹一般常见有焊缝表面的纵裂纹、横裂纹、焊趾裂纹、弧坑裂纹和热影响区表面裂纹，表面裂纹是较为常见的表面缺陷，同时也是表面缺陷中最危险的缺陷。
所以研究焊条电弧焊产生的裂纹具有比较重要的意义，因此本文着重分析了用焊条电弧焊焊接Q235B制造表面裂纹的工艺实验方法。
通过总结分析并不断改进工艺方案，总结出焊条电弧焊制作表面裂纹的最优方法。
通过不断的试验，摸索制作表面裂纹的工艺条件和参数，为大量制作带有表面裂纹的焊接试样提供参考。
从而为无损检测人员的培训、考核，以及无损检测新技术、新工艺的鉴定提供必要的真实的表面裂纹试样。
。
3课题分析
3.1材料分析
3.1.1焊件Q235焊接性
碳素钢的焊接性主要取决于它的含碳量，随着含碳量增加，焊接性逐渐变差。
碳素钢中的锰和硅对焊接性也有影响。
它们的含量增加，焊接性变差，但不及碳的作用强烈。
锰和硅的影响可以折算为相当于多少碳量的作用，这样就可以把碳、锰、硅对焊接性的影响合成一个公式。
即碳当量法。
碳当量法是一种粗略评价冷裂纹敏感性的方法。
碳当量越高，钢的淬硬倾向就越大，钢的冷裂敏感性也就越大，焊接性就越差。
其计算公式如下：
Ceq（WES）=C+Mn/6+Si/24+Ni/40+Cr/5+Mo/4+V/14
则适合于碳素钢的碳当量Ceq=C+Mn/6+Si/24
对于碳素钢来说，硅含量少，充其量w（Si）也不足0.5%，对Ceq值影响甚微。
故上述公式可简化为：
Ceq=C+Mn/6
表1Q235化学成分
C
Mn
Si
S
P
Q235A
0.14～0.22%
0.30～0.65
≤0.30
≤0.050
≤0.045
Q235B
0.12～0.20%
0.30～0.670
Q235C
≤0.18%
0.35～0.80
≤0.040
Q235D
≤0.17%
≤0.35
≤0.035
根据公式求得Q235的碳当量Ceq<
0.4%,钢材的淬硬倾向不大，Q235属于低碳钢，低碳钢中含碳较低、含锰、硅少，所以，通常情况下不会因焊接而引起严重硬化组织和淬火组织，这种钢材的塑性和冲击韧度优良，焊成的接头塑性和冲击韧度也很好，焊接时一般不需要预热、控制层间温度和后热，焊后也不必采用热处理改善组织，可以说整个焊接过程中不需要特殊的工艺措施，其焊接性优良，不易产生裂纹。
3.1.2焊材J507介绍
J507低氢钠型药皮的碳钢焊条。
一般采用直流反接，可进行全位置焊接。
具有良好的塑性、韧性和抗裂性能。
表2熔敷金属化学成分
项目
保证值
—
≤1.60
≤0.75
一般结果
≤0.10
0.32-0.55
≤0.20
≤0.025
≤0.030
表3熔敷金属机械性能
试验项目
Ó
b
MPa（kgf/mm2）
s
δ5（%）
Akv（J）
-20℃
-30℃
≥490（50）
≥410（42）
≥22
≥47
55-200
（52-58）
≥（42）
24-32
60-230
熔敷金属扩散氢含量：
8ml/100g
X射线探伤要求：
Ⅰ级
表4推荐电流
焊条直径（mm）
2.0
2.5
3.2
4.0
5.0
5.8
焊接电流（A）
40-70
60-90
90-120
140-180
170-210
210-260
注意事项：
（1）焊前焊条须经350℃左右烘焙1小时，随烘随用。
（2）焊前必须对焊件清除铁锈、油污、水分等杂质。
（3）焊接时必须短弧操作，以窄道为宜。
3.1.3焊材Z308介绍
Z308是纯镍焊芯、强还原性石墨药皮的铸铁焊条。
施焊时，焊件可不预热具有良好的抗裂性能和加工性能。
镍焊条价格昂贵，应在其他焊条不能满足时才可选用。
交直流两用。
用途：
用于铸铁薄件及加工面的补焊，如发动机座、机床导轨、齿轮座等重要灰口铸铁件。
表5熔敷金属化学成分
化学成分（%）
Ni
Fe
其他元素
≤2.00
≤1.00
≤2.50
≥90
≤8
表6推荐电流
50-100
70-120
110-180
160-190
（1）焊条必须经150℃左右烘焙1小时。
（2）可以通过锤击焊缝消除焊补区应力，避免裂纹。
3.2焊条电弧焊的特点
焊条电弧焊通常又称手工电弧焊，简称手弧焊，是最常用的熔焊。
它是利用焊条与焊条与工件之间建立起来的稳定燃烧的电弧产生的高温、高热量使焊条和工件熔化进行焊接从而获得牢固的焊接接头。
焊条电弧焊优点：
（1）设备简单，维护方便。
焊条电弧焊可用交流弧焊机或直流弧焊机进行焊接，这些设备都比较简单，购置设备的投资少，而且维护方便，这是它应用广泛的原因之一。
（2）操作灵活。
在空间任意位置的焊缝，凡焊条能够达到的地方都能进行焊接。
（3）应用范围广。
选用合适的焊条不仅可以焊接低碳钢、低合金高强度钢，而且还可以焊接高合金钢及有色金属，不仅可焊接同种金属，而且可以焊接异种金属，还可以在普通钢上堆焊具有耐磨、耐腐蚀、高硬度等特殊性能的材料，应用范围很广。
焊条电弧焊缺点：
（1）对焊工要求高。
焊条电弧焊的焊接质量，除靠选用合适的焊条、焊接参数及焊接设备外，主要靠焊工的操作技术和经验保证，在相同的工艺设备条件下，技术水平高、经验丰富的焊工能焊出外形美观、质量优良的焊缝，而技术水平低、没有经验的的焊工焊出的焊缝却可能不合格。
（2）劳动条件差。
焊条电弧焊主要靠焊工的手工操作控制焊接的全过程，焊工不仅要完成引弧、运条、收弧等动作，而且要随时观察熔池，根据熔池情况，不断的调整焊条角度、摆动方式和幅度，以及电弧等动作，所以说整个焊接过程中，焊工都处在手脑并用、精神高度集中的状态，而且还要受到高温烘烤，在有毒的烟尘及金属和金属氧氮化合物的蒸气环境中工作。
焊工的劳动条件是比较差的，因此要加强劳动保护。
（3）生产率低。
焊材利用率不高，熔敷率低，难以是实现机械化和自动化，故生产率低。
3.3裂纹分析
3.3.1裂纹裂纹的种类及产生原因
裂纹是在焊接应力作用下，接头中局部区域的金属原子结合力遭到破坏所产生的缝隙。
根据焊接裂纹的形态及产生原因，可分为冷裂纹（包括延迟裂纹、淬硬脆化裂纹、低塑性裂纹）、热裂纹（包括结晶裂纹、液化裂纹和多边化裂纹）、再热裂纹、层状撕裂和应力腐蚀裂纹。
根据焊接裂纹的分布形态划分，在裂纹产生的区域上有焊缝裂纹和热影响区裂纹；
在相对于焊道的方向上有纵向裂纹和横向裂纹，纵向裂纹的走向与焊缝轴线平行，横向裂纹的走向与焊缝轴向基本垂直；
在裂纹的尺寸大小上有宏观裂纹和微观裂纹；
在裂纹的分布上有表面裂纹、内部裂纹和弧坑裂纹；
相对于焊缝垂直面的位置上有焊趾裂纹、根部裂纹、焊道下裂纹和层状撕裂等。
（1）冷裂纹冷裂纹的起源多发生在具有缺口效应的焊接热影响区或物理化学不均匀的氢聚集的局部地带。
冷裂纹有时沿晶界扩展，有时是穿晶前进，这取决于焊接接头的金相组织、应力状态和扩散氢的含量。
较多的是沿晶界为主兼有穿晶的混合型断裂。
裂纹的分布与最大应力方向有关。
纵向应力大，则出现横向冷裂纹横向应力大，则出现纵向冷裂纹。
根据被焊钢种和结构的不同，冷裂纹也有不同的类别，大致可分为三类：
延迟裂纹、淬硬脆化裂纹（或称淬火裂纹）和低塑性裂纹。
1）延迟裂纹
延迟裂纹的出现有一定的孕育期（又叫潜伏期），具有延迟现象。
延迟裂纹的产生决定于钢种的淬硬倾向、焊接接头的应力状态和熔敷金属中的扩散氢含量，其中扩散氢起着非常特殊的作用。
根据延迟裂纹发生和分布位置的特征，可分为三类。
①焊趾裂纹起源于母材与焊缝交界的焊趾处，并有明显应力集中的部位（如咬肉处）。
裂纹从表面出发，往厚度的纵深方向扩展，止于近缝区粗晶部分的边缘，一般沿纵向发展。
如图1。
图1延迟裂纹的分布状态
1-焊趾裂纹；
2-根部裂纹；
3焊道下裂纹
②根部裂纹（焊跟裂纹）。
起源于坡口的根部间隙处，根据应力集中源的位置与母材及焊接金属的强度水平的不同，裂纹可以起源于母材的近缝区金属，在近缝区中大体平行于融合线扩展，或再进入焊缝金属中；
也可以起源于焊缝金属的根部，在焊缝中扩展。
③焊道下裂纹。
产生在靠近焊道之下的热影响区内部，距融合线约0.1～0.2mm处，该处常常组织粗大。
裂纹走向大体与融合线平行，一般不显露于焊缝表面。
2）淬硬脆化裂纹（淬火裂纹）
一些淬硬倾向很大的钢种，焊接时即使没有氢的诱发，仅在拘束应力的作用下酒能导致开裂。
焊接含碳量较高的Ni-Cr-Mo钢、马氏体不锈钢、工具钢以及异种钢等都有可能出现这种裂纹。
它完全是由于冷却时发生马氏体相变而脆化所造成的，与氢的关系不大，基本上没有延迟现象。
焊后立即出现，在热影响区和焊缝上都可能发生。
3）低塑性裂纹
对于某些塑性较低的材料，冷至低温时，由于收缩而引起的应变超过了材料本身所具有的塑性储备或材质变脆而产生的裂纹。
例如，铸铁补焊、堆焊硬质合金和焊接高铬合金时，就容易出现这类裂纹。
通常也是焊后立即产生，无延迟现象。
（2）热裂纹
热裂纹是在焊接时高温下产生的，它的特征是沿原奥氏体晶界开裂。
根据所焊金属的材料不同（低合金高强钢、不锈钢、朱铁、铝合金和某些特种金属等），产生热裂纹的形态、温度区间和主要原因也各有不同。
根据产生的原因，热裂纹可分为结晶裂纹、液化裂纹和多变化裂纹三类。
1）结晶裂纹
结晶裂纹又称凝固裂纹，是在焊缝凝固过程的后期形成的，是焊接生产中最为常见的热裂纹之一。
结晶裂纹只产生在焊缝中，多呈纵向分布在焊缝中心，也有呈弧形分布在焊缝中心线两侧，而且这些弧形裂纹与焊波呈垂直分布。
纵向裂纹通常较长、较深，而弧形裂纹较短、较浅。
弧坑裂纹也属结晶裂纹，它产生于焊缝的收尾处。
由于是在高温下产生的，多数结晶裂纹的断口上可以看到氧化的色彩，扫描电镜下观察结晶裂纹的断口具有典型的沿晶界开裂特征，断口晶粒表面光滑。
2）液化裂纹
在母材近缝区或多层焊的前一焊道因受热作用而在液化晶界上形成的焊接裂纹称液化裂纹。
液化裂纹是在高温下的晶界断裂。
如图2。
图2液化裂纹分布
近缝区上的液化裂纹多发生在母材向焊缝凸进去的部位，该处熔合线向焊缝侧凹进去而过热严重。
液化裂纹多为微裂纹，尺寸很小，一般在0.5mm以下，个别达1mm。
主要出现在合金元素较多的高强钢、不锈钢和耐热合金的焊件中。
3）多边化裂纹
焊接时在金属多边化晶界上形成的一种热裂纹称为多边化裂纹。
它是由于在高温时塑性很低而造成的，又称为高温低塑性裂纹。
这种裂纹多发生在纯金属火单相奥氏体焊缝中，个别也出现在热影响区中。
其特点是：
①在焊缝金属中裂纹的走向与一次结晶方向并不一致，常以任意方向贯穿于树枝状结晶中；
②裂纹多发生在重复受热的多层焊层间金属及热影响区中，其位置并不靠近熔合区；
③裂纹附近常伴随有再结晶晶粒出现；
④断口无明显的塑性变形痕迹，呈现高温塑性开裂特征。
（3）再热裂纹
厚板焊接结构，并采用含有某些沉淀强化合金元素的钢材，在进行消除应力热处理或在一定温度下服役的过程中，在焊接热影响区粗晶部位发生的裂纹称为再热裂纹。
由于这种裂纹是在再次加热过程中产生的，因此称为再热裂纹，又称为“消除应力处理裂纹”。
再热裂纹多发生在低合金高强度钢、珠光体耐热钢、奥氏体不锈钢和某些镍基合金的焊接热影响区粗晶部位。
再热裂纹的敏感温度，根据不同的钢种约在550～650℃。
这种裂纹具有沿晶开裂的特点，但在本质上与结晶裂纹不同。
（4）层状撕裂
当焊接大型后壁结构时，如果在钢板厚度方向受到较大的拉伸应力，就可能在钢板内部出现沿钢板轧制方向发展的具有阶梯状的裂纹，这种裂纹称为层状撕裂。
层状撕裂常出现在T形接头和十字接头中，对接接头中很难出现。
但当在焊趾和焊根处由于冷裂纹的诱导也会出现层状撕裂。
层状撕裂不发生在焊缝上，只产生于热影响区或母材金属的内部，一般在钢材表面尚难以发现。
由焊趾或焊根冷裂纹诱发的层状撕裂，有可能在这些部位暴露于金属表面。
从焊接接头断面上可以看到，层状撕裂和其他裂纹的明显不同是呈阶梯状形态，裂纹是由基本平行轧制表面的平台和大体垂直于平台的剪切壁两部分组成。
（5）应力腐蚀裂纹
焊接接头在一定温度下受腐蚀介质和拉伸应力共同作用而产生的裂纹称为应力腐蚀裂纹。
在石油、化工、冶金、能源和海洋工程中许多焊接结构都是在各种腐蚀介质下长期工作，而这些结构焊后常存在较大的残余应力，工作过程中工作应力也较大，最容易产生应力腐蚀裂纹。
应力腐蚀裂纹断口为典型的脆性断口。
一般情况下，低碳钢、低合金钢、铝合金、等多为沿晶断裂，β黄铜呈穿晶断裂。
对于奥氏体不锈钢的断裂性质因腐蚀介质不同而有所不同，在硝酸和硝酸盐中为沿晶断裂，在硫化氢水溶液中呈穿晶断裂，在硫酸、亚硝酸中呈穿晶+沿晶的混合断裂，在海水、河水、碱溶液中呈穿晶或穿晶+沿晶的混合断裂。
由应力腐蚀而引起的断裂是在没有明显宏观变形、无任何征兆的情况下发生的，破坏具有突发性。
裂纹往往深入到金属内部，一旦发生很难修复，有时只好整台设备报废。
因此，在焊接过程中必须高度重视。
3.3.2Q235焊接制作表面裂纹方案的确定
通过我们和指导老师的探讨，总结出以下情况可能出现表面裂纹：
（1）当材料一定时，随冷却速度不同，接头的组织将相应改变，冷却速度越高，马氏体的含量越高。
焊后焊缝用水快速冷却，接头组织的马氏体含量增大，而马氏体对冷裂纹率的影响如图3所示。
图3马氏体含量与冷却速度的关系及其对热影响区冷裂纹率的影响
图3可以看出，冷却速度越快，产生表面裂纹率越大。
因此焊后将Q235板立即放入水中急速冷却，可能产生表面裂纹。
（2）Z308属于铸铁焊条，铸铁焊条由于含碳量高，组织不均匀，强度低，塑性极差，属于可焊性差的材料，用Z308焊条焊接Q235钢板盖面焊时，可能产生表面裂纹。
（3）由表一和表二可以看出，焊接材料和母材中都加入了锰元素，在多数情况下锰是防止结晶裂纹有效的元素。
但与铜共存时，锰与铜相互作用促使晶间偏析严重，从而易导致结晶裂纹。
因此在焊接完填充层后，在焊缝中加入铜，可能产生表面裂纹。
由上可知，焊后用水冷却、焊接材料用Z308、焊缝中加铜均有可能产生裂纹。
由于焊后水冷和用Z308焊条比较简单，所以我们初步定的方案是先尝试这两种方法。
经过讨论，我们决定用J507打底和填充，盖面一半用J507，另一半用Z308，如图6所示。
图6方案焊缝分布图
4方案的实施
4.1制定焊接工艺
综上所述各类原因，首先我们选定的方案是焊后急冷法（焊后放入水中急冷）和铸铁焊条（Z308）焊填充、盖面焊。
表7焊接工艺卡如下：
表7焊接工艺卡
焊接材料
Q235
焊接说明
牌号
尺寸
烘干温度
烘烤时间
1
焊前清理。
J507
Φ3.2
350℃
2h
2
焊接。
Φ4
3
焊后立即水冷。
Z308
150℃
1h
4
焊后清理。
惰性气体：
/%/l/min
焊后热处理
/
焊接规范参数
焊接方法
层次
电源种类
电源极性
规格
电流（A）
电压（V）
速度（cm/min）
SMAW
直流
反
105
22-26
14-16
170
120
160
预热温度
预热保温方法
层间温度
编制
谢猛
审核
史维琴
批准
共1页
250℃
第1页
4.2焊接
（1）焊前准备
1）试板厚为12mm的Q235B钢板，尺寸为12mm×
300mm×
100mm，60°
V形坡口，如图4所示。
图4板厚为12mm的V形坡口试板
2）焊材碱性焊条在350～400℃烘干2h；
铸铁焊条在150℃烘干1h。
3）焊前清理焊前需将坡口面和靠近坡口上、下两侧20mm内的钢板上的油、锈、水分及其他污物打磨干净。
4）装配与定位焊试板装配定位焊所用焊条为J507/φ3.2，焊缝间距始焊端为3.2mm，终焊端为4mm。
定位焊缝要求如图5所示。
图5装配定位要求
5）预留反变形为了保证试板焊后没有角变形。
（2）焊接过程记录
焊接Q235钢板焊缝，打底采用J507/φ3.2焊接，填充、盖面一半用J507/φ4焊接，另一半用Z308/φ3.2焊接。
焊后立即拿到水龙头下用水速冷，J507焊缝区在水龙头下水冷时间为2分钟。
水冷后继续用Z308填充、盖面焊，焊完另一半焊缝。
焊完同样放到水龙头下面水冷，水冷时间为1分钟。
（3）焊后清理外观
焊完清除焊缝表面飞溅，以待接下来的无损检测。
4.3无损检测方法的选择
4.3.1表面缺陷检测方法特点分析
（1）磁粉检测
磁粉检测作为一种无损检测方法，其对象是铁磁性材料，包括未加工的原材料，加工后的半成品、成品及在役或使用中的零部件。
磁粉检测的基础是缺陷处漏磁与磁粉间的相互作用，在铁磁性工件被磁化后，由于材料不连续性的存在使工件表面或近表面的磁力线在材料不连续处发生局部畸变而产
升级会员 