16Mn钢焊接坡口设计与焊缝质量控制.docx
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16Mn钢焊接坡口设计与焊缝质量控制
毕业论文
16Mn钢焊接坡口设计与焊缝质量控制
系别：
专业：
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班级:
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学生姓名:
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指导教师：
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完成时间：
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毕业论文（设计）开题报告
学生姓名
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专业班级
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指导教师
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论文题目
焊接坡口设计与焊缝质量控制
研究的目标、内容及方法
研究目标：
焊缝坡口的设计与焊缝质量控制
内容：
1.焊缝坡口设计的原则及寒风破口的基本形式。
2.焊缝质量控制的方法及措施。
3.16Mn刚的平板对接焊接。
方法：
通过查阅有关资料了解焊缝坡口的设计的原则及焊接过程中容易出现的问题，分析所产生的原因，利用所学的知识及实践经验解决采取合理的控制措施。
分阶段完成的工作
1、2010年7月8日——2010年8月28日确定毕业论文的选题，收集资料，完成论文的任务书和开题报告；
2、2010年8月28日——2010年9月28日撰写论文，完成第一稿，并交指导老师；
3、2010年9月28日——2010年10月4日指导教师阅改论文；
4、2010年10月4日——2010年10月20日修改论文，完成第二稿，并交指导教师；
5、2010年10月20日——2010年10月25日指导教师阅改论文；
6、2010年10月25日——2010年11月1日修改论文，完成第三稿，并交指导教师；
7、2010年11月1日——2010年11月5日指导教师阅改论文，确定是否可以参加论文答辩；
8、2010年11月6日——2010年11月10日毕业论文答辩，评定论文成绩，评出优秀论文。
指导老师意见
年月日
系（部）主任意见
年月日
摘要
16Mn钢水平固定单面焊双面成形的焊接质量受到了焊接设备、焊材工艺流程、技术水平的限制。
本文详细的介绍了焊接电源、焊接电流、焊接速度、电弧电压、焊接层数、焊条类形、焊条直径等焊接工艺参数对单面焊双面成形技术焊接质量的影响，阐述了焊接质量控制对焊接质量的影响。
并以水平固定单面焊双面成形技术为例介绍了焊接坡口和焊接质量控制在焊接过程中的应用，充分证明单面焊双面成形技术在焊接生产中的指导作用。
关键词：
水平固定平对接焊，单面焊双面成形，质量控制
Thelevelofthefixedsingle-sideddouble-sidedshapeoftheweldingqualityofweldingbytheweldingequipment,weldingconsumablesprocess,theoperationleveloftechnologylimitations.Thispaperintroducesweldingpower,weldingcurrent,weldingspeed,arcvoltage,weldinglayers,electrodetypeshape,electrodediameterweldingprocessparametersonformingsingle-sidedweldingweldingqualityexpoundedweldingqualitycontrolweldingquality.Andtothelevelofafixedsingle-sidedweldingforming,forexampledescribestheweldinggrooveandweldingqualitycontrolintheweldingprocesstheapplication,fullyprovedthatdouble-sidedsingle-sidedweldingformingtechnologyinweldingproductionguide.
Keywords:
horizontalfixedtubewelding,formingsingle-sideddouble-sidedwelding,qualitycontrol
前言
焊缝破口的设计与焊接质量控制是理论和实践性较强的综合性技术。
由于焊缝破口的设计与焊接质量控制直接影响产品的质量和成型状况。
因此，它在焊接生产过程中一个比不可少的重要环节。
特别是焊接技术发展以来，焊接质量已经成为影响产品质量的直接因素。
目前，钢结构和焊接结构件正向轻型化高层化大跨度预应力的方向发展。
高235m的深圳帝王大厦、201m的大连远洋大厦、北京体育场“鸟巢”等结构建筑随着料新材料、新工艺、新方法的不断涌现，焊缝破口的设计与焊缝质量口之将会在来的发展及焊接质量方面得到广泛的应用
第一章我国焊接自动化技术的现状与发展趋势
1.1我国焊接自动化技术的发展趋势
现代自动化技术主要依靠计算机控制技术来实现。
焊接生产自动化是焊接结构生产技术发展的方向。
现代焊接自动化技术将在高性能的微机波控焊接电源基础上发展智能化焊接设备，在现有的焊接机器人基础上发展柔性焊接工作站和焊接生产线，最终实现焊接计算机集成制造系统CIMS。
在我国焊接自动化技术50年的发展基础上，本文着重在以下3个领域展望我国焊接自动化技术的发展趋势。
在焊接设备中发展应用微机自动化控制技术，如数控焊接电源、智能焊机、全自动专用焊机和柔性焊接机器人工作站。
微机控制系统在各种自动焊接与切割设备中的作用不仅是控制各项焊接参数，而且必须能够自动协调成套焊接设备各组成部分的动作，实现无人操作，即实现焊接生产数控化、自动化与智能化。
微机控制焊接电源已成为自动化专用焊机的主体和智能焊接设备的基础。
如微机控制的晶闸管弧焊电源、晶体管弧焊电源、逆变弧焊电源、多功能弧焊电源、脉冲弧焊电源等。
微机控制的IGBT式逆变焊接电源，是实现智能化控制的理想设备，目前我国正大力发展和推广应用。
发展成套焊接设备的微机控制自动化技术，优化选择目前已较成熟的微机控制焊机研究成果，在制造工艺上加以改进，使之便于批量生产，形成规模，产生效益，可以收到事半功倍的效果。
微机控制晶闸管焊接电源，具有制造容易、成本低廉、过载能力强、维修方便等传统优点，其数控功能中除波控功能差一些外，可实现静、动特性优化控制，焊接参数编程记忆控制与自适应控制，还可实现一机多能。
这种焊机在今后仍将是埋弧焊、TIG焊等通用或专用焊接设备的基本组成部分。
如能通过批量生产来提高其性能与可靠性的话，微机控制晶闸管焊接电源将以其制造及调试容易、系列化、多功能化、程控化方便等突出优点受到广大焊接工作者的欢迎。
IGBT逆变焊机，国内的研究水平已相当高，这种焊机加上微机波形控制后是较理想的智能化焊接电源。
目前要形成规模生产的关键问题之一是器件参数分散对电路可靠性的影响，其解决途径之一可能就是利用微机的自适应控制功能。
另外，也应借鉴国外的先进技术来发展有前途的高档焊接电源，以促我国的CO2、MIG焊、MAG焊
1.2我国焊接自动化技术的发展的现状
我国的焊接自动化技术的发展与应用起步较晚。
50年代初期，国家建设了一批大型现代化骨干企业，首先从研制自动焊接装备开始发展焊接自动化技术。
随着科学技术的进步和我国工业化的发展，我国的焊接自动化技术水平不断发展与提高，50年来已取得了很大的成就。
（1）各种机械化与自动化焊接机及切割机愈来愈多地替代了手工操作的焊机与切割机“九五”计划时，国产自动和半自动焊接机占焊机总量的57%，加上进口自动和半自动焊机达67%左右。
特别是电站锅炉、压力容器等焊接结构所需的专用自动焊机及数控切割机，经过“七五”和“八五”期间的不懈努力，研制、开发的系列成套焊接设备基本上满足了国内生产的需要，部分改变了依赖进口的被动局面。
（2）各种焊接辅助机械化与自动化装置及技术也得到了发展，多自由度转胎架、变位器、机械手等研制成功，并先后用于焊接生产过程。
到“八五”计划末期，在汽车、锅炉、船舶、工程机械和重型机械等行业中，建成的不同规模的原材料和毛坯预处理生产线已超过20条。
（3）发展焊缝对中技术，建立焊接生产线。
发展焊缝自适应控制技术，建立焊接中心。
到80年代后，我国的汽车、摩托车、锅炉、压力容器、船舶、工程机械和重型机械等行业的大中型骨干企业，都开发了自动化程度不同的各种焊接生产线及焊接中心技术。
50年来，我国的焊接生产自动化技术发展应用取得了很大的成就，但就焊接工程整体而言，我国焊接生产自动化技术与工业发达国家相比差距仍较大。
一是国产自动和半自动焊机的使用性能、品种和质量还不能完全满足国内大多数用户的需求，品种构成不适应焊接结构制造业采用先进自动焊工艺的需要，到1995年，我国的自动和半自动焊机的产量仅1.16万台（套），且大部分国产自动和半自焊机的使用性能还停留在70年代的水平上，节能型自动或半自动焊机偏少；二是机械化自动化专用成套焊接设备、焊接机器人及其工作站和焊接生产线的设计、制造技术落后，生产能力低，产品的使用性能和质量与国外同类产品相比差距较大；三是不同行业、不同地区、不同企业的机械化自动化技术发展应用不平衡，且差距很大，相当多的企业焊接结构生产仍以手工操作为主，机械化与自动化程度极低；四是科研力量不足，既懂焊接技术又会计算机应用技术的人员缺乏，发展应用现代焊接自动化最新技术（计算机控制、逆变、信息传感、参数控制等）滞后，开发出的计算机软硬件技术实用性和商品化程度差；五是企业管理水平低、建成的焊接工作站、生产线、柔性制造系统等开工率不足，利用率低。
上述问题应引起我们的重视并予以解决。
第二章焊接坡口形式
2.1焊接坡口的选择原则
2.1.1焊接坡口的选择一般应遵循以下几条原则
对于焊缝技术条件要求焊透的厚板，不管是对接头、T形接头、角接接头等，都要进行开坡口。
坡口的形式和次寸主要根据钢结构的板厚、选用的焊接方法、焊接位置和焊接工艺等来选择和设计。
此外，还应做到：
〈1〉焊缝中填充的材料少这样可以降低焊接材料的消耗，减少热量的输入和焊接工件连量。
在相同厚板的情况下，双面坡口比单面坡口、U形坡口比V形坡口、双U形坡口比X形坡口节省焊料。
〈2〉具有良好的可焊达性对于不能翻转或内径较小的封闭焊缝，可采用带钝边的V形或U形坡口，也可以采用加衬垫的坡口。
〈3〉坡口的形状应容易加工V形、X形坡口可采气割，也可以采用刨边机。
U形或双U形坡口不能采用气割，所以无在刨边机的条件下尽量采用V形、X形坡口。
〈4〉便于调整焊接变形双V形双U形坡口容易调整焊件角变形，单V形单U形坡口容易产生角变形等。
对于焊条手弧焊，当板厚小于6mm是，在保证技术要求条件的前提下，可采用I形坡口。
双面埋弧焊当板厚小于16mm，也可以采用I形坡口。
当板厚超过以上厚度时，则根据具体结构开坡口。
2.1.2对接接头的坡口形式
两件表面构成大于或等于135°，小于或等于180°夹角的接头，叫做对接接头。
在各种焊接结构中它是采用最多的一种接头型式。
钢板厚度在6mm以下，除重要结构外，一般不开坡口。
厚度不同的钢板对接的两板厚度差（δ—δ1）不超过表2-1规定时，则焊缝坡口的基本形式与尺寸按较厚板的尺寸数据来选取；否则，应在厚板上作出如图2—1所示的单面或双面削薄；其削薄长度L≥3（δ—δ1）。
图2—1不同厚度板材的对接
（a）单面削薄， （b）双面削薄
表2-1
较薄板厚度δ1
≤2～5
>5～9
>9～12
>12
允许厚度差（δ—δ1）
1
2
3
4
2.1.3角接接头和T形接头的坡口形式
（1）交接街头
两焊件端面间构成大于30°、小于135°夹角的接头，叫做角接接头，见图2-2。
这种接头受力状况不太好，常用于不重要的结构中。
图2-2角接接头
（a）I形坡口； （b）带钝边单边V形坡口
两件表面构成大于或等于135°，小于或等于180°夹角的接头，叫做对接接头。
在各种焊接结构中它是采用最多的一种接头型式。
（2）T形接头
一件之端面与另一件表面构成直角或近似直角的接头，叫做T形接头，见图2-3；
图2-3T形接头
第三章焊接工艺参数对焊缝质量的影响
3.1选择合适的工艺参数
3.1.1焊接电流
焊接电流是焊条电弧焊中最重要的一个工艺参数，它的大小直接影响焊接质量及焊缝成形。
当焊接电流过大时，焊缝厚度和余高增加，焊缝宽度减少，且有可能造成咬边、烧穿等缺陷；当焊接电流过小时，焊缝窄而高，熔池浅，熔合不良，会产生未焊透、夹渣等缺陷。
选择焊接电流大小时，要考虑焊条类型、焊条直径、焊件厚度以及接头型式、焊缝位置、焊道层次等因素。
其中最主要焊条直径、焊接位置和焊道层次三大因素。
1焊条直径 焊条直径越大，焊接电流就越大，如表3-1所示。
表3-1 焊条直径与焊接电流的关系
焊条直径/mm
1.6
2.0
2.5
3.2
4.0
5.0
6.0
焊接电流/A
25～40
40～65
50～80
100～130
160～210
260～270
260～300
②焊接位置 较厚板或T形接头和搭接接头以及施焊环境温度低时，焊接电流应大些；平焊位置焊接时，可选择偏大些的焊接电流；横焊和立焊时，焊接电流应比平焊位置电流小10%～15%，仰焊时，焊接电流应比平焊位置电流小10%～20%；角焊缝电流比平位置电流稍大些。
③焊道层次 在多层焊或多层多道焊的打底焊道时，为了保证背面焊道质量和便于操作，应使用较小电流；焊填充焊道时，为了提高效率，可使用较大的焊接电流；盖面焊时，为了防止出现焊接缺陷，应选用稍小电流。
另外，当使用碱性焊条时，比酸性焊条的焊接电流减少10%左右。
3.1.3电弧电压
电弧电压主要影响焊缝宽度，电弧电压越高，焊缝就越宽，焊缝厚度和余高减少，飞溅增加，焊缝成形不易控制。
电弧电压的大小主要取决于电弧长度，电弧长，电弧电压就高；电弧短，电弧电压就低。
焊接电弧有长弧与短弧之分，当电弧长度是焊条直径的0.5～1.0倍时，称为短弧；当电弧长度大于焊条直径时，称为长弧。
一般在焊接过程中，希望电弧长度始终保持一致且尽量使用短弧焊接。
3.1.4焊接层数
当焊件较厚时，要进行多层焊或多层多道焊。
多层焊时，后一层焊缝对前一层焊缝有热处理作用，能细化晶粒，提高焊缝接头的塑性。
因些对于一些重要结构，焊接层数多些好，每层厚度最好不大于4～5mm。
实践经验表明，当每层厚度为焊条直径的0.8～1.2倍时，焊接质量最好，生产效率最高。
3.1.5焊条类形及焊条直径的影响
通常根据焊条的类型决定焊接电流的种类,除低氢钠型的焊条必须采用直流反接外,低氢钾型焊条可采用直流反接或交流,所有酸性焊条都采用交流电源焊接,但也可以用直流电源,焊厚板时用直流正接,焊接薄板时采用直流反接。
为了提高生产率应尽可能采用直径较大的焊条。
但是用直径过大的焊条焊接,因焊接电流过大,要求焊接速度快,对焊工的技术要求高,否则容易产生烧穿焊漏未焊透焊逢成形不良等缺陷.选用焊条的直径主要考虑焊件的厚度,厚度较大的焊件应选用直径较大的焊条,反之易然.焊件与焊接电流的关系如下表3-2
表3-2焊条直径与焊件厚度之间的关系（单位:
mm）
焊件厚度
2
3
4～5
6～12
>13
焊条直径
2
3.2
3.2～4
4～5
4～6
焊条直径越粗，焊条融化所需的热量越大，必须增大焊接电流:
若焊接电流太小，引弧困难，甚至会粘住焊条。
每种直径的焊条都有一个合适的电流范围，表3-3给出各种直径焊条合适的焊接电流的参考值。
表3-3
焊条直径/mm
1.6
2.0
2.5
3.2
4.0
5.0
6.0
焊接电流/A
25～40
40～65
50～80
100～130
160～210
200～270
260～300
3.1.6操作因素
在焊接生产过程中，焊工的单面焊双面成形操作技术水平低，就意味着打底层的运条方法、焊条角度、接头方法、中间层及盖面层的运条方法、接头、收尾等操作方法掌握不熟练，这是造成焊缝质量差的重要原因之一。
焊前对工件上的油、锈、水分清理不严格，焊条未经烘干处理或烘烤温度不够而投入使用，会促使焊缝产生大量的气孔，从而使焊接缝质量达不到要求。
第四章焊缝质量控制
4.1作好焊前准备
4.1.1焊前控制
焊接前质量控制包括焊接原材料检验、焊接结构设计鉴定、焊接设备检查、焊工资质及操作技能检查等。
1）焊接原材料检验
焊接原材料包括母材、焊材两大类。
（l）母材检验焊接结构的母材种类很多，如低碳钢、低合金钢、不锈钢、高速钢、工具钢、铝等，每一类又有不同的型号。
对焊接结构母材的焊前检验，主要是根据材料的型号、出厂质量检验合格证进行检验。
同时，还应进行外部检查和抽样复核，以检查在运输过程中产生的外部缺陷和防止型号错乱。
对于没有出厂合格证或新使用的材料必须进行化学成分分析、力学性能试验及焊接性试验，合格后方可投入使用。
对用于重要焊接结构如压力容器的母材，在使用前应根据有关规定抽样复验其力学性能、化学成分等是否与订购合同的要求相符。
（2）焊丝、焊条的检验对用于重要焊接结构的焊丝，在使用前应进行化学成分复核、外部检查和直径测量。
对用于重要焊接结构的焊条，在使用前应核实其化学成分、力学性能、焊接性能等。
2）捍接结构设计鉴定
对于焊后必须进行无损检测的焊接结构，在开始制造前应对其结构设计进行鉴定，以确保该焊接结构的焊缝设计能进行焊后无损检测，即要求该焊接结构要有适当的无损检测空间位置，要有便于进行无损检测的探测面，要有适宜无损检测的探测部位的底面等。
若焊接结构制成后不能满足可无损检测的条件，则应当在该结构装焊过程中逐步进行无损检测，但最后装焊的焊缝必须具有进行无损检测的条件。
3）焊机检查
焊机焊前检查，主要检查焊机的电源、机械部分是否正常，各种电缆绝缘层是否有损坏，焊机的水路、气路是否连接正常，焊机外壳是否可靠地接地等。
主要是确保焊接工作开始时焊机能正常运行．用电安全性能良好。
4）焊工资质及操作技能检查
焊工属于特种作业，按国家有关规定焊工必须持证上岗。
因此，在焊接生产开始前，必须检查焊工是否已有“电焊工操作证”。
坚决杜绝无证上岗，确保焊接生产过程的安全。
对于使用各种手工电弧焊进行焊接的结构，其焊接接头质量好坏主要取决于焊工的操作技能。
即使是埋弧焊、自动MIG焊（熔化极惰性气体保护电弧焊）等，焊接工艺参数的调整和施焊也与焊工的操作技能密切相关。
因此，在生产开始前要对焊工焊接技能进行考核，达不到要永的要先进行培训，以确保其焊技能能满足设计要求，从而保证焊接产品的质量。
5）检查焊接工艺说明书或焊接工艺卡是否齐备‘
焊接工艺说明书或焊接工艺卡是焊接生产过程中重要的施焊依据，是确保焊接产品质量的基础。
在焊接生产开始前，要检查是否已有齐备的焊接工艺说明书或焊接工艺卡。
这些焊接工艺文件是指导焊接生产、准备技术装备、进行生产管理以及确保生产进度的依据。
6）各岗位作业人员对本工序内容以及工艺卡的熟悉程度检查
在焊接生产开始前，必须对各岗位作业人员进行工艺交底，确保作业人员熟悉焊接工艺说明书或焊接工艺卡等文件中的所有内容，才能顺利地进行焊接生产，确保焊接生产过程的质量。
4.2焊接过程中的质量控制
根据焊接过程方法和步骤，进行分部质量控制。
对不同管壁厚度的管子，焊接层次
有不同的要求。
按照焊接操作方法一般分为定位焊、根焊、热焊、填充焊和盖面焊五个过程。
1.定位焊的质量控制
定位焊俗称点固焊，通常定位焊比较短小，焊接过程中都不去掉，而成为正式焊缝的一部分保留在焊缝中，因此定位焊的质量好坏、位置、长度和高度是否合适，将直接影响正式焊缝的质量。
（1）必须按照焊接工艺规定的要求焊接定位焊，定位焊用的焊接材料与正式焊接材料应相同。
（2）定位焊为间断焊，工件表面温度较正常焊接时低，由于热量不足容易产生未焊透，焊接时电流应采用比正式焊接时高10％~15％左右。
（3）定位焊缝的引弧和收弧端应圆滑不应过陡，防止焊缝接头时两端焊不透。
（4）在管道的纵向焊缝或螺旋焊缝处不得点焊。
定位焊的厚度应与第一层焊接厚度相近，且不应超过管壁厚度的70％。
定位焊的质量与正式焊缝相同。
定位焊的长度和间距，可按表选用，其位置要求均匀对称。
（5）为防止焊接过程中工件裂开，应尽量避免强制装配。
若必须强行对接，其定位焊缝长度应适当加大，并减少定位焊缝的间距。
在焊接根层前，应对定位焊进行检查，如发现裂纹应完全铲除，重新点焊。
2．根焊的质量控制
根焊是焊接根部第一层焊道。
（1）预防未焊透在固定口焊接中，未焊透容易出现仰焊部位。
施焊前，操作人员应在焊接试板上试焊，调整焊接参数；检查管口打磨质量，管内外表面坡口两侧25mm范围内应打磨至显现金属光泽；施焊中，严格控制熔孔直径，一般控制在2.5~3mm，并保持匀速运条；每次停弧后，用沙轮机对接头进行打磨，其长度一般为15~20mm，且形成圆滑过渡。
（2）预防内凹。
内凹均产生在焊缝的仰焊部位。
施焊中，其焊接电流一般比平焊小10％左右，采用顶弧焊即沿焊接方向成105°~110°的夹角，焊接熔孔控制在2.5mm以内，焊条尽量伸向根部。
（3）预防内焊瘤内焊瘤一般产生在焊缝的平焊部位。
施焊中，在保证熔孔直径的前提下，注意运条速度，如果熔池温度过高，可停弧降温。
3．热焊的质量控制
根部焊道完成后应立即进行第二层焊道焊接，即热焊。
进行热焊时，与根焊时间间隔不宜太长（最长10min）。
热焊层焊接一般易产生夹渣、烧穿等缺陷，因此在热焊层的质量控制中，主要预防夹渣。
施焊前，操作人员应彻底清除表面焊渣，尤其是焊缝与坡口表面交界处应仔细清除干净；施焊中，注重电弧在坡口边缘的停留时间，根据焊接位置的变化变换运条方式。
4．填充焊的质量控制
填充焊道是为盖面焊接打基础的，在填充层除了防止夹渣外，同时要预防气孔的产生。
施焊中一是要严格控制电弧长度，一般以不超过焊条直径为宜；二是要清除上层的熔渣及焊件上的污垢；三是施焊前按焊条说明书中的规定进行焊条烘干；四是适当延长焊缝金属的保温时间；五是施焊中密切注视熔池的冷却，发生气孔马上停弧处理。
5．盖面焊的质量控制
盖面焊道是保证焊缝外观及尺寸的关键工序，盖面焊层外观检查必须达到如下要求：
（1）焊缝外观成形均匀一致，焊缝及附近表面上没有裂纹、未熔合、气孔、夹渣、飞溅、夹具焊点等缺陷；
（2）焊缝宽度比外表面坡口宽度每侧长0.5~2.0mm；
（3）焊缝表面不应低于母材表面，用焊缝检验尺进行测量，焊缝余高应不大于1.6mm，局部不得大于3mm，超标部分可以进行打磨，但不得伤及母材，要与母材圆滑过渡，以防在进行防腐时，与防腐材料之间形成气孔，而产生锈蚀点；
（4）咬边深度不得超过0.5mm，长度不得大于焊缝全长的7％。
盖面焊接一般易产生咬边、接头超高等缺陷，因此在表面层的质量控制中，一要预防咬边超标，咬边超标一般发生在仰焊部位。
施工前，焊接电流的选择要比平焊时小10~15％；施焊中，严格控制熔池形状，一般情况下，把焊接熔池控制在扁椭圆形为好，同时注重坡口边缘的停留时间，在坡口边缘运条速度稍慢些，停留时间稍长些，在中间运条速度要
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