Q345R药芯焊丝CO2气体保护立焊单面焊双面成型毕业设计.docx
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Q345R药芯焊丝CO2气体保护立焊单面焊双面成型毕业设计
Q345R药芯焊丝CO2气体保护立焊单面焊双面成型
概述………………………………………………………………4
第一章Q345R钢的材料特性………………………………………5
第二章药芯焊丝焊接原理与特点…………………………………6
第三章单面焊双面成型的焊接工艺………………………………7
3.1进行单面焊双面成型的注意事项………………………………7
3.2焊前准备………………………………………………………7
3.2.1坡口准备………………………………………………………7
3.2.2母材的清理……………………………………………………8
3.2.3焊接设备和焊材的准备…………………………………………9
3.2.4定位焊…………………………………………………………9
3.3.5安全防护……………………………………………………10
3.3 单面焊双面成型的焊接操作…………………………………10
3.3.1焊丝直径的选择………………………………………………10
3.3.2焊接电流的选择………………………………………………11
3.3.3电弧电压的选择………………………………………………12
3.3.4焊接速度的选择………………………………………………13
3.3.5焊丝伸出长度的选择…………………………………………13
3.3.6电流极性的选择………………………………………………14
3.3.7CO2气体流量选择……………………………………………14
3.3.8焊枪倾角的选择………………………………………………15
3.4单面焊双面成型的操作………………………………………15
3.4.1工件的装配……………………………………………………16
3.4.2参数的选择……………………………………………………16
3.4.3打底焊………………………………………………………21
3.4.4填充焊………………………………………………………27
3.4.5盖面焊………………………………………………………28
3.4.6焊工自检……………………………………………………28
3.5焊后检验……………………………………………………28
3.5.1外观检验……………………………………………………28
3.5.2X射线探伤…………………………………………………29
3.5.3弯曲试验……………………………………………………29
3.5.4检验结果……………………………………………………29
第四章单面焊双面成型常见的焊接缺陷及防止措施…………31
第五章致谢………………………………………………………33
参考文献………………………………………………………………34
概述
在焊接工艺中单面焊双面成型是先进的工艺方法之一，这不仅在于只要在一面焊接就可同时在正背面形成均匀的焊道，从而免去了背面封底这一道工序、节省翻转一系列工时。
更重要的是在不仅能进行双面焊接的结构上（如锅炉、化工、石油等行业的一些压力容器，管道等）采用这种工艺可保证焊缝背面、坡口根部良好熔接成理想的焊道，这对于设备、装置安全运行将是先天性的保障。
单面焊双面成型技术已经在很多上得到了运用。
如焊接锅炉压力容器等结构时，有时要求焊接接头完全焊透，以满足受压部件的质量和性能要求。
但由于构件尺寸和形状的限制，如小直径容器，管道在里面无法施焊，只能在容器外侧施焊。
如果在外侧采用采用常规的单面焊法，里面就不会焊透或产生咬边和焊瘤等缺陷，不能满足质量要求。
而单面焊双面成型技术就能满足这样的要求。
单面焊双面成型工艺按照操作方法可分为连续焊法和间断灭弧焊法。
弧焊法在焊接过程中连续燃烧，不熄灭，采取较小的坡口钝边和间隙，选用较小的焊接电流，始终保持短弧连续施焊。
连弧焊仅要求焊工平稳和均匀的运条，操作手法没有较大变化，容易掌握。
焊缝背面成形比较细密、整齐，能够保证焊缝内部质量要求，但如果操作不当，焊缝背面易造成未焊透或未熔合现象。
但对坡口加工，装配质量要求较高，在实际生产中有一定的局限性。
由于连弧焊法的选择范围较窄，我们在焊接热合金钢种时采用这种连弧焊法。
而灭弧焊法可以采用较宽的焊接规范，使电弧弧柱具有足够的穿透能力而形成熔孔达到击穿的目的。
同时可控制熄灭电弧的时间来控制熔池的温度和焊缝背面成型，使之均匀一致。
除此，灭弧法后一次焊接的加热还会对前次焊接形成的焊道起到热处理作用，使晶粒细化并使焊缝的韧性有所提高。
灭弧焊法主要是通过控制燃弧和熄弧时间以及运条动作来控制熔池的温度，熔池存在的时间，熔池形状及液态金属堆积薄厚等以获得良好的反面成型和内部质量。
单面焊双面成型技术在锅炉压力容器制造中运用非常广泛。
在《锅炉压力容器压力管道焊接考试与管理规则》中，提出了这项操作技能的培训和考核要求，从而开始全面推广了单面焊双面成型焊接技术。
第一章Q345R钢的材料特性
Q345R钢是屈服强度为340MPa级的压力容器专用板，它具有良好的综合力学性能和工艺性能。
它是低合金高强度钢，与含碳量相同的碳素钢相比，不仅强度明显提高，而且具有良好的耐蚀性。
而与强度相同的碳素钢相比，具有较高的塑性、韧性和较低的韧脆转变温度，并且焊接性良好。
Q345R钢的磷、硫含量略低于低合金高强度钢板Q345（16Mn）钢。
交货状态分：
热轧或正火，属低合金钢。
性能与Q345（16Mn）的（16mm钢板的屈服强度大于345Mpa）性能相近，抗拉强度为510-640Mpa之间，伸长率大于21%，零度V型冲击功大于34J。
Q345R工艺参考标准GB713-2008。
第二章药芯焊丝焊接原理与特点
随着工业技术的发展焊接以广泛应用于车辆、桥梁、船舶、压力容器、化工设备及海洋工程等行业，在经济建设中占有十分重要的地位。
在各种电弧焊焊接方法中，药芯焊丝电弧焊虽然起步晚，但是，由于这种方法比较简单，操作方便，适用于各种焊接位置，焊接效率高，焊接质量好，因此近几年来发展迅速，使用范围极广。
可以说药芯焊丝电弧焊是继焊条电弧焊和实心焊丝CO2气体保护焊的又一个应用广泛的焊接方法。
一、药芯焊丝焊接原理
药芯焊丝由电机通过焊枪送丝，由导电嘴导电，在药芯焊丝和母材之间产生电弧，喷嘴喷出气体白虎焊接熔池，形成熔池和焊缝。
在导电嘴的外侧安装气体喷嘴，喷射保护气体，防止周围的空气与电弧和熔池接触，作为保护气体一般是CO2，也使用氩气与CO2的混合气体。
保护气体的标准：
CO2的标准是HG/T2537-1993《焊接用二氧化碳》；氩气的标准是GB/T4842-2006《氩》。
药芯焊丝电弧焊的焊机组成基本上与实芯焊丝焊机相同。
由焊接电源（平特性或陡降特性）、送丝装置、送气装置和焊枪等构成。
送丝有自动送丝，也有焊工用手拿焊枪进行“半自动”送丝。
二、药芯焊丝的特点
根据药芯焊丝电弧焊是原理，药芯焊丝首先是具有与实心焊丝相同的气体保护特点，并具有如下的特征。
1.与药皮焊条相比，具有较高的焊接效率。
2.容易实现自动化、机械化。
3.可以看到电弧，确认焊接状态。
4.抗风弱，有保护不良的危险。
5.比实心焊丝的焊接效率高。
特别是全位置焊接时，可以使用大电流，显著提高效率。
6.电弧柔和，飞溅少。
7.具有良好的焊道形状，外观平滑美观。
8.烟尘量稍多。
9.形成熔渣，必须清渣。
药芯焊丝电弧焊不仅具有效率高、焊接工艺性能良好等特点，同时具有缩短焊接时间、减少焊接成本的效果，在各行各业中有较高的评价。
第三章单面焊双面成型的焊接工艺
3.1 进行单面焊双面成型的注意事项
焊接锅炉压力容器等结构时，有时要求焊接接头完全焊透，以满足受压部件的质量和性能要求。
但由于构件尺寸和形状的限制，如小直径容器，管道在里面无法施焊，只能在容器外侧施焊。
如果在外侧采用采用常规的单面焊法，里面就不会焊透或产生咬边和焊瘤等缺陷，不能满足质量要求。
所以要应用单面焊双面成型技术。
单面焊双面成形技术是焊条电弧难度较大的一种操作技术，熟练掌握操作要领和技巧才能保证焊出内外质量合格的焊缝与试件。
在焊接方法上与一般的平、横、立、仰焊有所不同，但操作要点和要求基本一致，焊缝内不应出现气孔、夹渣、裂纹、根部应均匀焊透，背面不应有焊瘤和凹陷等。
3.2 焊前准备
3.2.1坡口准备
1.坡口加工
（1）母材：
Q345R钢板，尺寸12mm×300mm×200mm,60°V形坡口，如图3-1所示。
图3-1板厚12mm的尺寸和开V形坡口
（2）CO2气体保护焊对坡口形式和组装的要求较为严格。
对接焊缝的坡口形式以及尺寸包括角度、钝边和装配间隙。
高精度的坡口是药芯焊丝高效率焊接的重要条件。
坡口加工可以采用气体切割、等离子切割等方法。
气体切割时，如果用一副切割焊枪同时切割，可以得到整齐的切口。
气体切割和等离子的切割面和坡口面精度，希望控制在0.5mm以内。
坡口角度主要影响电弧是否能深入到焊缝的根部,使根部焊透,进而获得较好的焊缝成形和焊接质量。
保证电弧能够深入到焊缝根部的前提下,应尽量减小坡口角度。
钝边的大小可以直接影响根部的熔透深度,钝边越大,越不容易焊透。
钝边小或无钝边时容易焊透,但装配间隙大时,容易烧穿。
装配间隙是背面焊缝成形的关键参数,间隙过大,容易烧穿;间隙过小,很难焊透。
工件装配尺寸如表3-1和图3-2所示。
表3-1工件装配尺寸
坡口角度（°）
_
装配间隙
/mm_
钝边
/mm_
反变形量
（
°
）_
错边量
/mm__60_
始焊端
3.0
终焊端4.0_0-0.5_2-3_≤1__
图3-2两板对接装配图
3.2.2母材的清理
药芯焊丝气体保护焊与实芯焊丝相比，对各种母材的油污较敏感，易产生气孔。
所以，焊前必须对母材表面进行清理。
必须清理坡口面的油污、油漆、水分、铁鳞、锈迹等杂质。
3.2.3焊接设备和和焊材的准备
1．焊机型号为C-250，检查焊机各处接线以及送丝系统是否完好，然后按照工艺卡片上的参数调节好电流和电压，为施焊做好准备。
2．焊丝型号E501T-1（YJ501）药芯焊丝，焊丝直径为：
Φ1.2mm。
3.2.4定位焊
1．定位焊目的
所谓定位焊，是在焊接前为了保证母材的固定位置，在断续的位置进行点焊，其目的是保证焊接接头的精度，防止焊接错位及焊接缺陷。
2．定位焊焊焊道长
定位焊的焊道长度为：
板厚小于3.2mm的，焊道长为30mm以上；板厚大于3.2mm、小于25mm的，焊道长为40mm以上；板厚为大于25mm的，焊道长为50mm以上。
金属型药芯焊丝通常在大电流是施焊，这时焊接变形大，由于担心临时定位焊部位的焊缝开裂，必须十分注意定位焊的焊接。
在定位焊时，可以使用药皮焊条、药芯焊丝、实芯焊丝等。
3．定位焊的注意事项
定位焊一般焊道短，而且线能小，因此，容易产生气孔、熔合不良、裂纹等缺陷，在焊接时容易残留定位焊的缺陷。
因此，进行定位焊时必须注意一下几点。
（1）焊接时不能产生夹渣、熔合不良等缺陷。
（2）不要在产生应力集中的地方进行定位焊，宜使用夹具、焊接垫板、引弧板等拘束方法。
（3）厚板和低合金钢在寒冷环境焊接时，最好进行预热。
（4）使用与母材相匹配的焊接材料。
3.2.5安全防护
在进行焊接作业过程中产生的有害因素是多方面的：
如有害气体、焊接烟尘、强烈弧光辐射、高频电磁场，以及放射物质和噪声等。
这些有害因素对人体的呼吸系统、皮肤、眼睛、血相及神经系统都有不良影响。
焊工自己应防止吸入烟尘和有毒气体，焊接作业时应佩戴好防尘面罩和头盔。
对眼睛的防护就是戴护目镜。
在电弧附近设置局部排气装置是减少烟尘最有效的办法，同时有必要是车间内的空气流动。
3.3焊接参数的选择
合理地选择焊接参数是保证质量、提高效率的重要条件。
CO2气体保护焊的焊接数主要包括：
焊丝直径、焊接电流、电弧电压、焊接速度、焊丝伸出长度、气体流量、电源极性、焊枪角度、电弧对中位置、喷嘴高度等。
下面分别讨论每个参数对焊缝成形的影响及选择原则。
3.3.1焊丝直径的选择
焊丝直径越粗，允许使用的焊接电流越大，通常根据焊件的厚薄、施焊位置及效率等要求来选择。
焊接薄板或中厚板的立、横、仰焊缝时，多采用直径1.6mm以下的焊丝。
焊丝直径的选择可参阅表3-2。
表3-2焊丝直径的选择
焊丝直径
/mm_
焊件厚度
/mm_
施焊位置
_
熔滴过度形式
__0.8_1
～
3_
各种位置
_
短路过渡
__1.0_1.5
～
6_
各种位置_短路过渡__1.2_2～12
中厚_各种位置_短路过渡____平焊、平角焊_细颗粒过渡__1.6_6～25
中厚_各种位置_短路过渡____平焊、平角焊_细颗粒过渡__2.0_中厚_平焊、平角焊_细颗粒过渡__焊丝直径对熔深的影响：
焊接电流相同时，熔深将随着焊丝直径的减小而增加。
焊丝直径对焊丝的熔化速度也有明显的影响。
当电流相同时，焊丝越细熔敷速度越高。
3.3.2焊接电流的选择
焊接电流是重要焊接参数之一，应根据焊件厚度，材质、焊丝直径、、施焊位置及要求的熔滴过渡形式来选择焊接电流的大小。
每种直径的焊丝都有一个合适的电流范围，只有在这个范围内焊接过程才能稳定进行。
通常直径0.8～1.6mm的焊丝，短路过渡的焊接电流在40～230A范围；细颗粒过渡电流在250～500A范围内。
当电源外特性不变时，改变送丝速度，此时电弧电压几乎不变，焊接电流发生变化。
送丝速度越快，焊接电流越大。
在相同的送丝速度下，随着焊丝直径的增加，焊接电流也增加。
焊接电流的变化对熔池深度有决定性影响，随着焊接电流的增大，熔深显著地增加，熔宽略有增加。
焊接电流对熔敷速度的影响，如图3-3所示。
图3-3焊接电流对熔敷速度的影响
由图可见，随着焊接电流的增加，熔敷速度随之增加。
但应注意：
焊接电流是确定熔深的主要因素,当焊接电流太大时,则焊缝背面容易烧穿、出现咬边、焊瘤,甚至产生严重的飞溅和气孔等缺陷；而电流过小时,容易出现未熔合、未焊透、夹渣和成形不好等缺陷。
通常在保证焊透、成形良好的条件下，尽可能地采用大的电流，以提高生产效率。
3.3.3电弧电压的选择
电弧电压是重要的焊接参数之一。
送丝速度不变时，调节电源外特性，此时焊接电流几乎不变，弧长将发生变化，电弧电压也会变化。
电弧电压对焊缝成形的影响如图3-4所示。
图3-4电弧电压对焊缝成形的影响
B-表示熔宽H-表示余高R-表示熔深
随着电弧电压的增加，熔宽明显地增加，熔深和余高略有减小，焊缝成形较好，但焊缝金属的氧化和飞溅增加，力学性能降低。
为保证焊缝成形良好，电弧电压必须与焊接电流配合适当。
通常焊接电流小时，电弧电压较低；焊接电流大时，电弧电压较高。
这种关系称为匹配。
在焊接打底层焊缝或空间位置焊缝时，常采用短路过渡方式，在立焊和仰焊时，电弧电压应略低于平焊位置，以保证短路过渡过程稳定。
短路过渡时，熔滴在短路状态一滴一滴地过渡，熔池较粘，短路频率为5～100Hz。
电弧电压增加时，短路频率降低。
电弧电压过高或过低对焊缝成形、飞溅、、气孔及电弧的稳定性都有不利的影响。
应注意，电弧电压与焊接电压是两个不同的概念，不能混淆。
3.3.4焊接速度的选择
焊接速度是重要焊接参数之一。
焊接时电弧将熔化金属吹开，在电弧下形成一个凹坑，随后将熔化的焊丝金属填充金属进去，如果焊接速度太快，这个凹坑不能完全被填满，将产生咬边，或下陷等缺陷；相反，若焊接速度过慢时，熔敷金属堆积在电弧下方，使熔深减小，将产生焊道不均匀、未熔合、未焊透等缺陷。
焊接速度对焊缝成形的影响如图3-5所示。
图3-5焊接速度对焊缝成形的影响
B-熔宽H-余高R-熔深
由图3-5可见，在焊丝直径、焊接电流、电弧电压不变的条件下，焊接速度增加时，熔深与熔宽都减小。
如果焊接速度过快,容易使气体的保护作用受到破坏,焊缝冷却的速度太快,焊缝成形不好；而焊接速度太慢,焊缝的宽度显著增大,熔池的热量过分集中,容易烧穿或产生焊瘤，焊接变形将会增大。
3.3.5焊丝伸出长度的选择
焊丝伸出长度是指从导电嘴端部到焊丝端头间的距离，又叫干伸长。
保持焊丝伸出长度不变是保证焊接过程稳定的基本条件之一。
这是因为CO2气体保护焊采用的电流密度较高，焊丝伸出长度越大，焊丝的预热作用就越强，反之亦然。
干伸长度对焊接过程的稳定性影响比较大,当干伸长度越长时,焊丝的电阻值增大,焊丝过热而成段熔化,结果使焊接过程不稳定,金属飞溅严重,焊缝成形不好以及气体对熔池的保护也不好;如果干伸长度过短,则焊接电流增大,喷嘴与工件的距离缩短,焊接的视线不清楚,易造成焊道成形不良,并使得喷嘴过热,造成飞溅物粘住或堵塞喷嘴,从而影响气体流通。
因此,干伸长度一般选择焊丝直径的十倍为最佳干伸长度。
焊丝伸出长度对各种性能的影响如表3-3所示。
表3-3焊丝伸出长度对各种性能的影响如表
各种性能_影响__熔化速度_同一电流时，焊丝伸出长度长，熔化速度大__熔深_焊丝伸出长度长，熔深浅__气孔_焊丝伸出长度过长时，喷嘴高度高，气体保护恶化，易产生气孔__其他_焊丝伸出长度过短时，喷嘴遮挡，看不见坡口和熔融状态。
此外喷嘴粘上大量飞溅，气体保护不良，喷嘴、导电嘴的消耗量增加__焊丝伸出长度不是独立的焊接参数，通常焊工根据焊接电流和保护气体量确定喷嘴高度的同时，焊丝伸出长度也就确定了。
3.3.6电流极性的选择
CO2气体保护焊通常采用直流反接（反极性）：
焊件接阴极，焊丝接阳极。
焊接过程稳定、飞溅小、熔深大。
直流正接（正极性）：
焊件接阴极，焊丝接阳极。
焊丝熔化快（其熔化速度的反极性的1.6倍），熔深较浅，余高大，稀释效率较小，但飞溅较大。
根据这些特点，正极性主要用于堆焊、铸铁补焊及大电流高速CO2气体保护焊。
3.3.7CO2气体流量的选择
应根据对焊接区的保护效果来选取。
接头形式、焊接电流、电弧电压、焊接速度及作业条件对流量都有影响。
流量过大或过小都影响保护效果，容易产生焊接缺陷。
通常细焊丝焊接时，流量为5～15L/min；粗焊丝焊接时，约为20L/min。
注意：
需要纠正“保护气体流量越大保护效果越好”这个错误观念。
“保护效果不是流量越大越好。
”当保护气体流量超过临界值时，从喷嘴中喷出的保护气会由层流变成絮流、会将空气卷入保护区、降低保护效果，使焊缝中出现气孔，增加合金元素的烧损。
3.3.8焊抢倾角的选择
焊枪轴线和焊缝轴线之间的夹角α称为还焊枪的倾斜角度，简称为焊枪的倾角。
焊枪的倾角是不容忽视的因素。
当焊枪倾角在80°-110°之间时，不论是前倾还是后倾，对焊接过程及焊缝成形都没有明显的影响；但倾角过大（如前倾角α>115°）时，将增加熔宽并减小熔深，还会增加飞溅。
通常焊工都习惯用右手持焊枪，采用左向焊法时（从右向左焊接），焊枪采用前倾角，不仅可得到较好的焊缝成形，而且能够清楚地观察和控制熔池，因此CO2气体保护焊时，通常都采用左向焊法。
3.4单面焊双面成型的焊接操作
单面焊双面成型的质量是由焊接过程的稳定性决定的。
而焊接过程的稳定性，除通过调节设备选择合适的焊接参数保证外，更主要的是取决于焊工实际操作的技术水平。
因此每个焊工都必须熟悉单面焊双面成型的操作技术，掌握基本操作手法，才能根据不同的实际情况，灵活地运用这些技能，获得满意的效果。
单面焊双面成型的工艺流程图如下所示。
工件的装配__↓
参数的选择__↓
打底焊__↓
填充焊__↓
盖面焊__↓
焊工自检__3.4.1工件的装配
工件的装配精度高低是决定焊缝质量的重要条件之一。
所以在进行焊接之前，必须严格按照要求将工件装配好。
具体装配尺寸如图3-6所示。
a点固装配尺寸
b反变形量
图3-6工件装配尺寸示意图
3.4.2参数的选择
根据前面参数选择的原则，可知12mm开V形坡口的板，焊接层次为三层：
打底层、填充层、盖面层。
具体参数如表3-4所示。
表3-4板厚12mm对接立焊的焊接参数
焊道层次_焊丝直径/mm_焊接电流/A_焊接电压/V_焊丝伸出长度/mm_气体流量/（L/min）__打底层_Φ1.2_90-110_18-20_15-20_12-15__填充层__130-150_20-22____盖面层__130-150_20-22___
可根据焊接参数来编制焊接工艺卡片。
焊接工艺卡片如下所示。
12mm板厚对接立焊焊接工艺卡片的编制
单位名称
焊接工艺指导书编号201071-11日期2010-12-05焊接工艺评定报告编号201071-11
焊接方法CO2气体保护焊机械化程度（手工、半自动、自动）半自动
焊接接头：
平位置对接简图：
（接头形式、破口形式与尺寸、焊层、焊道布置及顺序）
坡口形式：
“V”形坡口
衬垫（材料及规格）：
无
其他：
母材：
Q345R
类别号Ⅰ组别号Ⅰ-1与类别号Ⅰ组别号Ⅰ-1相焊及
标准号GB/T3274钢号Q345R与标准号GB/T3274钢号Q345R相焊
厚度范围：
母材：
对接焊缝10-12mm角焊缝
管子直径、壁厚范围：
对接焊缝角焊缝
焊缝金属厚度范围：
对接焊缝角焊缝
其他
焊接材料：
焊条及焊丝
焊材类别
药芯焊丝
焊材标准
JBT4709-2007
填充金属尺寸
6mm
焊材型号
E501T-1
焊材牌号（钢号）
YJ501
其他
耐蚀堆焊金属化学成分（%）
C
Si
Mn
P
S
Cr
Ni
Mo
V
Ti
Nb
其他：
备注：
对每一种母材与焊接材料的组合均需分别填表
焊接位置：
对接焊缝的位置立位置
焊接方向：
（向上、向下）向上
角焊缝位置
焊接方向：
（向上、向下）
焊后热处理:
温度范围（℃）
保温时间（h）
预热：
预热温度（℃）（允许最低值）
层间温度（℃）（允许最高值）
保持预热时间
加热方式
气体：
气体种类混合比流量（L/min）
保护气CO212-15
尾部保护气
背面保护气
电特性
电流种类：
直流极性：
反极
焊接电流范围（A）：
90-150电弧电压（V）：
18-22
（按所焊位置和厚度，分别列出电流电压范围，记入下表）
焊道/焊层
焊接方法
填充材料
焊接电流
电弧电压
（V）
焊接速度
（A）
线能量
（KJ/cm）
牌号
直径
极性
电流（A）
1
CO2保护焊
1.2
直流反接
100
18
2
CO2保护焊
1.2
反
145
22
3
CO2保护焊
1.2
反
140
21
钨极类型及直径喷嘴直径（mm）
熔滴过渡形式短路过渡焊丝送进速度（cm/min）
技术措施：
摆动焊或不摆动焊：
摆动摆动参数：
小幅度摆动
焊前清理和层间清理：
钢丝刷清理背面清根方法：
钢丝刷清理
单道焊或多道焊（每面）单道焊单丝焊或多丝焊：
单丝
导电嘴至工件距离（mm）锤击：
其他：
编制
升级会员 