焊接課程設(shè)計(jì)說明書---耐熱鋼鋼板平板手工電弧工藝設(shè)計(jì)

1、<p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　摘要：1</b></p><p>　　1母材的焊接性能分析1</p><p>　　1.1母材的成分1</p><p>　　1.2 母材力學(xué)性能和冷彎性能1</p><p>　　2焊接方法的選

2、擇和分析1</p><p>　　2.1手工電弧焊的主要特點(diǎn)2</p><p>　　2.2手工電弧焊工藝和材料2</p><p>　　2.2.1手工電弧焊工藝2</p><p>　　2.2.2手工電弧焊材料3</p><p>　　3焊接設(shè)備及工具的選擇4</p><p><b&g

3、t;　　3.1工具類型4</b></p><p>　　3.2弧焊機(jī)的選擇4</p><p><b>　　4焊接工藝5</b></p><p>　　4.1焊接工藝特點(diǎn)分析5</p><p>　　4.2焊接工藝評定5</p><p>　　4.2.1焊接方案選擇5</p&g

4、t;<p>　　4.2.2焊接材料選擇5</p><p>　　4.2.3接頭坡口形式6</p><p><b>　　4.2.4預(yù)熱6</b></p><p>　　4.2.6焊后熱處理8</p><p><b>　　5焊接檢驗(yàn)9</b></p><p>

5、<b>　　5.1外觀檢驗(yàn)9</b></p><p>　　5.2物理方法檢驗(yàn)9</p><p>　　5.2.1射線探傷9</p><p>　　5.2.2聲波探傷9</p><p>　　5.2.3磁力檢驗(yàn)10</p><p>　　5.2.4滲透檢驗(yàn)10</p><p&

6、gt;　　5.3結(jié)合強(qiáng)度檢測10</p><p><b>　　6結(jié)論10</b></p><p><b>　　參考文獻(xiàn)11</b></p><p>　　12Cr2Mo1R耐熱鋼鋼板平板手工電弧工藝設(shè)計(jì)</p><p>　　摘要：本說明書分析了12Cr2Mo1R耐熱鋼的化學(xué)成分、力學(xué)性能和它的焊

7、接性，并在此基礎(chǔ)上制定了一套手工電弧焊的設(shè)計(jì)工藝，包括材料的焊接性能分析、手工電弧焊設(shè)備描述、手工電弧焊的合金粉末、手工電弧焊的各項(xiàng)工藝參數(shù)、焊接前的準(zhǔn)備、焊后處理以及焊接檢驗(yàn)。</p><p>　　關(guān)鍵詞：12Cr2Mo1R耐熱鋼；手工電弧焊</p><p>　　1母材的焊接性能分析</p><p><b>　　1.1母材的成分</b><

8、;/p><p>　　母材規(guī)格：12Cr2Mo1R耐熱鋼鋼板兩塊，規(guī)格：－40×100×300，平板對接手工電弧焊。母材化學(xué)成分如表1所示。</p><p>　　表1 母材化學(xué)成分(Wt%)</p><p><b>　　1.2母材的性能</b></p><p>　　母材的力學(xué)性能和冷彎性能如表2所示。<

9、;/p><p>　　表2 母材力學(xué)性能和冷彎性能</p><p>　　2焊接方法的選擇和分析</p><p>　　電弧焊是工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用最廣泛的焊接方法，它的原理是利用電弧放電（俗稱電弧燃燒）所產(chǎn)生的熱量將焊條與工件互相熔化并在冷凝后形成焊縫，從而獲得牢固接頭的焊接過程。</p><p>　　電弧焊可分為手工電弧焊、半自動(dòng)（電弧）焊、自動(dòng)（電?。?/p>

10、焊。自動(dòng)（電弧）焊通常是指埋弧自動(dòng)焊-在焊接部位覆有起保護(hù)作用的焊劑層，由填充金屬制成的光焊絲插入焊劑層，與焊接金屬產(chǎn)生電弧，電弧埋藏在焊劑層下，電弧產(chǎn)生的熱量熔化焊絲、焊劑和母材金屬形成焊縫，其焊接過程是自動(dòng)化進(jìn)行的。最普</p><p>　　遍使用的是手工電弧焊。手工電弧焊示意圖如圖1所示。</p><p>　　圖1 手工電弧焊示意圖</p><p>　　2.1

11、手工電弧焊的主要特點(diǎn)［6］</p><p>　　手工電弧焊是利用手工操縱焊條進(jìn)行焊接的電弧焊方法，簡稱手弧焊。其特點(diǎn)：</p><p><b>　　設(shè)備簡單。</b></p><p><b>　　操作靈活方便。</b></p><p>　　能進(jìn)行全位置焊接適合焊接多種材料。</p>&

12、lt;p>　　不足之處是生產(chǎn)效率低勞動(dòng)強(qiáng)度大。</p><p>　　2.2手工電弧焊工藝和材料［7］</p><p>　　2.2.1手工電弧焊工藝</p><p>　　手工電弧焊的基本工藝如下：</p><p>　　在焊接前清理焊接表面，以免影響電弧引燃和焊縫的質(zhì)量。</p><p>　　b. 準(zhǔn)備好接頭形式（坡

13、口型式）。</p><p>　　坡口的作用是使焊條、焊絲或焊炬（氣焊時(shí)噴射乙炔-氧氣火焰的噴嘴）能直接伸入坡口底部以保證焊透，并有利于脫渣和便于焊條在坡口內(nèi)作必要的擺動(dòng)，以獲得良好的熔合。</p><p>　　坡口的形狀和尺寸主要取決于被焊材料及其規(guī)格（主要是厚度）以及采取的焊接方法、焊縫形式等。</p><p>　　在實(shí)際應(yīng)用中常見的坡口型式有：</p>

14、;<p>　　彎邊接頭：適用于厚度＜3mm的薄件；</p><p>　　平坡口：適用于3~8mm的較薄件；</p><p>　　V型坡口：適用于厚度6~20mm的工件（單面焊接）；</p><p>　　X型坡口：適用于厚度12~40mm的工件，并有對稱型與不對稱型X坡口之分（雙面焊接）；</p><p>　　U型坡口-適用于厚度

15、20~50mm的工件（單面焊接）；</p><p>　　雙U型坡口-適用于厚度30~80mm的工件（雙面焊接）。</p><p>　　坡口角度通常取60~70°，采用鈍邊（也叫做根高）的目的是防止焊件燒穿，而間隙則是為了便于焊透。</p><p>　　2.2.2手工電弧焊材料</p><p>　　手工焊的焊接材料為電焊條，它由鋼芯和

16、包在鋼芯外面的藥皮組成。［1］</p><p><b>　　鋼芯</b></p><p>　　鋼芯（焊芯）的作用主要是導(dǎo)電，并在焊條端部形成具有一定成分的熔敷金屬。焊芯可用各種不同的鋼材制造。焊芯的成分直接影響熔敷金屬的成分和性能，因此，要求焊芯盡量減少有害元素的含量，除了限制S、P外，有些焊條已要求焊芯控制As、Sb、Sn等元素。</p><p&

17、gt;<b>　　藥皮</b></p><p>　　焊條藥皮又可稱為涂料，把它涂在焊芯上主要是為了便于焊接操作，以及保證熔敷金屬具有一定的成分和性能。焊條藥皮可以采用氧化物、碳酸鹽、硅酸鹽、有機(jī)物、氟化物、鐵合金及化工產(chǎn)品等上百種原料粉末，按照一定的配方比例混合而成。各種原料根據(jù)其在焊條藥皮中的作用，可分成下列幾類：</p><p>　　穩(wěn)定劑：使焊條容易引弧及在焊接

18、過程中能保持電弧穩(wěn)定燃燒。凡易電離的物質(zhì)均能穩(wěn)弧。一般采用堿金屬及堿土金屬的化合物，如碳酸鉀、碳酸鈉、大理石等。</p><p>　　造渣劑：焊接時(shí)能形成具有一定物理化學(xué)性能的溶渣，覆蓋在熔化金屬表面，保護(hù)焊接熔池及改善焊縫成形。</p><p>　　脫氧劑：通過焊接過程中進(jìn)行的冶金化學(xué)反應(yīng)，以降低焊縫金屬中的含氧量，提高焊縫機(jī)械性能。主要脫氧劑有錳鐵、硅鐵、鈦鐵等。</p>

19、<p>　　造氣劑：在電弧高溫作用下，能進(jìn)行分解放出氣體，以保護(hù)電弧及熔池，防止周圍空氣中的氧和氮的侵入。</p><p>　　合金劑：用來補(bǔ)償焊接過程中合金元素的燒損及向焊縫過渡合金元素，以保證焊縫金屬獲得必要的化學(xué)成分及性能等。</p><p>　　增塑潤滑劑：增加藥皮粉料在焊條壓涂過程的塑性、滑性及流動(dòng)性，以提高焊條的壓涂質(zhì)量，減小偏心度。</p><

20、p>　　粘接劑：使藥皮粉料在壓涂過程中具有一定的粘性，能與焊芯牢固地粘接，并使焊條藥皮在烘干后具有一定的強(qiáng)度。</p><p>　　3焊接設(shè)備及工具的選擇</p><p><b>　　3.1工具類型</b></p><p>　　工具：手工電弧焊的工具，主要包括夾持焊條的焊鉗；保護(hù)眼睛、皮膚免于灼傷的電弧手套和面罩；清除焊縫表面及渣殼的清渣

21、錘和鋼絲刷等。</p><p>　　3.2弧焊機(jī)的選擇 手工電弧焊的主要設(shè)備有弧焊機(jī)，按其供給的焊接電流種類的不同可分為交流弧焊機(jī)和直流弧焊機(jī)兩類。</p><p>　　1.交流弧焊機(jī)：交流弧焊機(jī)供給焊接時(shí)的電流是交流電，是一種特殊的降壓變壓器，它具有結(jié)構(gòu)簡單、價(jià)格便宜、使用可靠、工作噪聲小、維護(hù)方便等優(yōu)點(diǎn)，所以焊接時(shí)常用交流弧焊機(jī)，它的主要缺點(diǎn)是焊接時(shí)電弧不夠穩(wěn)定。</p&

22、gt;<p>　　2.直流弧焊機(jī)：直流弧焊機(jī)供給焊接時(shí)的電流為直流電。它具有電弧穩(wěn)定、引弧容易、焊接質(zhì)量較好的優(yōu)點(diǎn)，但是直流弧焊發(fā)電機(jī)結(jié)構(gòu)復(fù)雜、噪聲大、成本高、維修困難。在焊接質(zhì)量要求高或焊接2mm以下薄鋼件、有色金屬、鑄鐵和特殊鋼件時(shí)，宜用直流弧焊機(jī)。</p><p>　　本設(shè)計(jì)采用直流弧焊機(jī)。具體型號為ZX7-500。</p><p><b>　　4焊接工藝［8

23、］</b></p><p>　　4.1焊接工藝特點(diǎn)分析</p><p>　　焊前采取預(yù)熱措施，合理地控制層間溫度，以降低接頭的冷卻速度，防止產(chǎn)生馬氏體轉(zhuǎn)變。接頭在焊后還要進(jìn)行熱處理，消除焊接殘余應(yīng)力，改善接頭的組織和性能。</p><p>　　12CrMo1R耐熱鋼及其焊接接頭在350~500℃溫度之間會(huì)產(chǎn)生回火脆性，在制定焊后熱處理工藝時(shí)，除了選擇適合

24、的熱處理溫度外，還要控制接頭的冷卻速度，使之既能達(dá)到回火的目的，又能避免產(chǎn)生回火脆性。4.2焊接工藝評定［4］</p><p>　　4.2.1焊接方案選擇</p><p>　　選用手工電弧焊雙面焊接，正面焊接完畢，采用弧氣刨進(jìn)行背面清根，再進(jìn)行背面焊縫焊接。</p><p>　　4.2.2焊接材料選擇</p><p>　　對于耐熱鋼，應(yīng)從保

25、證焊接接頭的特殊性能出發(fā)，要求焊縫金屬的化學(xué)成分與母材相同或近似，因此本設(shè)計(jì)選用國產(chǎn)E6015-B3焊條，因母材厚度為40mm，因此選擇焊條規(guī)格為Φ4.0。焊前，焊條嚴(yán)格按規(guī)定烘干，烘干溫度為360℃，烘干時(shí)間2h，存放溫度150℃。</p><p><b>　　圖2 坡口形式</b></p><p>　　4.2.3接頭坡口形式</p><p>

26、;　　母材規(guī)格為－40×100×300，因此采用雙V形坡口，通常采用氧-乙炔火焰切割加工坡口，切割簽對鋼板切割線附近用氧乙炔焰預(yù)熱至200~250℃，切割后清除坡口表面所有氧化層，坡口表面用磁粉探傷檢查表面裂紋，坡口形式見圖2。</p><p><b>　　4.2.4預(yù)熱</b></p><p>　　因母材厚達(dá)40mm，含碳量為≤0.15，所以采用

27、電加熱帶將坡口及其附近區(qū)域均勻預(yù)熱至250~350℃，稍高的預(yù)熱溫度可以有效的防止12Cr2Mo1R耐熱鋼焊接接頭出產(chǎn)生的應(yīng)力和裂紋。</p><p><b>　　4.2.5焊接</b></p><p>　　焊接時(shí)，坡口兩側(cè)電弧停留時(shí)間略長，以減緩影響區(qū)的冷卻速度，并且要保持層間溫度大于250℃。正面焊縫焊完后，背面用碳弧氣刨清根，用砂輪機(jī)將滲碳層打磨干凈，然后焊接背

28、面，此時(shí)焊接區(qū)域溫度仍要保持在250℃以上。焊接位置為平位。</p><p>　　根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式I=10d2（其中I為焊接電流，d為焊條直徑），可知，焊接電流取160A。</p><p>　　當(dāng)焊接電流調(diào)好以后，焊機(jī)的外特性曲線就決定了。實(shí)際上電弧電壓重要是由電弧長度來決定的。電弧長，電弧電壓越高，反之則低。焊接過程中，電弧不宜過長，否則會(huì)出現(xiàn)電弧燃燒不穩(wěn)定、飛濺大、熔深淺、氣孔等缺陷；若電

29、弧太短，容易粘焊條。一般情況下，電弧長度等于焊條直徑的0.5~1倍為好，相應(yīng)的電弧電壓為16~25V，因此，本設(shè)計(jì)選擇電弧電壓為25V。</p><p>　　焊接速度一般根據(jù)鋼材的淬硬傾向來選擇，本設(shè)計(jì)使用的母材12Cr2Mo1R耐熱鋼，因此焊接速度選用8cm/min。</p><p>　　焊接層數(shù)應(yīng)視焊件的厚度而定。除薄板外，一般都采用多層焊。焊接層數(shù)過少，每層焊縫的厚度過大，對焊縫金屬

30、的塑性有不利的影響。每層焊縫的厚度不應(yīng)大雨4~5mm。因此，本設(shè)計(jì)采用8層焊縫。</p><p>　　碳弧氣刨的碳棒直徑可由表3查得</p><p>　　表3 碳弧氣刨中碳棒直徑選用與板厚的關(guān)系</p><p>　　因此碳棒直徑選Φ10。</p><p>　　碳弧氣刨電源極性可由表4查得。由表可知，碳弧氣刨可采用直流反接法，而母材12Cr2M

31、o1R耐熱鋼采用直流正接與直流反接均可，為了方便起見，二者均采用直流反接。</p><p>　　表4 部分金屬材料碳弧氣刨時(shí)電源極性的選擇要求</p><p>　　碳弧氣刨中刨削電流根據(jù)公式I=(30~50)D確定，其中I為電流，D為碳棒直徑，因此，選取電流大小為300A。</p><p>　　一般情況下，刨削電壓采用26V，刨削速度采用0.5~1.2m/min，本

32、設(shè)計(jì)中采用1m/min。</p><p>　　綜上，焊接的具體參數(shù)見表5。</p><p><b>　　表5 焊接參數(shù)</b></p><p>　　4.2.6焊后熱處理［5］</p><p>　　有公式R1≤220×25/δ，其中R1為升溫速度，δ為母材厚度，可知，升溫速度應(yīng)小于137.5℃/h。又有公式R2≤

33、275×25/δ，其中R2為冷卻速度，δ為母材厚度，可知，冷卻速度應(yīng)小于171.875℃/h。</p><p>　　表6 常用鋼種的焊后熱處理工藝規(guī)范</p><p><b>　　(續(xù)表6)</b></p><p>　　根據(jù)表6可以得知，母材焊后立即進(jìn)行600℃×1.6h回火處理。</p><p>&

34、lt;b>　　5焊接檢驗(yàn)［3］</b></p><p>　　產(chǎn)品的質(zhì)量是企業(yè)的生命。建造質(zhì)量是保證作業(yè)的重要條件。結(jié)構(gòu)強(qiáng)度要求焊縫保證一定的強(qiáng)度,能承受強(qiáng)沖擊。如果焊接接頭存在嚴(yán)重的焊接缺陷,在惡劣的環(huán)境下,就有可能造成部分結(jié)構(gòu)斷裂;甚至引起重大事故。據(jù)對船舶脆斷事故調(diào)查表明,40%的脆斷事故是從焊縫缺陷處開始的。焊接產(chǎn)品的質(zhì)量方面存在的主要問題就是焊縫質(zhì)量的缺陷。因此,焊接質(zhì)量檢驗(yàn)尤為重要,做

35、到及早發(fā)現(xiàn)焊接缺陷,對焊接接頭的質(zhì)量做出客觀的評價(jià);把焊接缺陷限制在一定的范圍內(nèi),以確保設(shè)備安全和人命財(cái)產(chǎn)安全。</p><p><b>　　5.1外觀檢驗(yàn)</b></p><p>　　焊接接頭的外觀檢測是一種手續(xù)簡便而又應(yīng)用廣泛的檢測方法，是成品檢測的一個(gè)重要內(nèi)容，主要是發(fā)現(xiàn)焊縫表面的缺陷和尺寸上的偏差，一般通過肉眼觀察，借助標(biāo)準(zhǔn)樣板、量規(guī)和放大鏡等工具進(jìn)行檢測，若

36、焊縫表面出現(xiàn)缺陷，焊縫內(nèi)部便有存在缺陷的可能。</p><p>　　5.2物理方法檢驗(yàn)［2］</p><p>　　屋里方法檢驗(yàn)是利用一些物理現(xiàn)象進(jìn)行測試或檢驗(yàn)的方法。材料或工件內(nèi)部缺陷情況的檢查，一般都是采用無損探傷的方法。目前的無損探傷有超聲波探傷、射線探傷、滲透探傷、磁力探傷等。</p><p><b>　　5.2.1射線探傷</b><

37、;/p><p>　　射線探傷是利用射線可穿透物質(zhì)和在物質(zhì)中有衰減的特性來發(fā)現(xiàn)缺陷的一種方法。按探傷索使用的射線不同，可分為X射線探傷、γ射線探傷、高能射線探傷三種。由于起顯示缺陷的方法不同，每種射線探傷都又分為電離法、熒光屏觀察法、照相法、和工業(yè)電視法。射線檢驗(yàn)主要用于檢測焊縫內(nèi)部的裂紋、未焊透、氣孔、夾渣等缺陷。</p><p>　　5.2.2超聲波探傷</p><p&g

38、t;　　超聲波在金屬及其它均勻介質(zhì)傳播中，由于在不同介質(zhì)的界面上會(huì)發(fā)生反射，因此可用于內(nèi)部缺陷的檢驗(yàn)。超聲波可以檢驗(yàn)任何焊接材料、任何部位的缺陷，并且能較靈敏地發(fā)現(xiàn)缺陷位置，但對缺陷性質(zhì)、形狀和大小較難確定。所以超聲波探傷常與射線檢驗(yàn)配合使用。</p><p><b>　　5.2.3磁力檢驗(yàn)</b></p><p>　　磁力檢驗(yàn)是利用磁場磁化鐵磁金屬零件所產(chǎn)生的漏磁來

39、發(fā)現(xiàn)缺陷的。按測量漏磁方法的不同，可分為磁粉法、磁感應(yīng)法和磁性記錄法，其中以磁粉法應(yīng)用最廣。</p><p>　　磁力探傷只能發(fā)現(xiàn)磁性金屬表面和近表面的缺陷，而且對缺陷僅能做定量分析，對于缺陷的性質(zhì)和深度也只能根據(jù)經(jīng)驗(yàn)來估計(jì)。</p><p><b>　　5.2.4滲透檢驗(yàn)</b></p><p>　　滲透檢驗(yàn)是利用某些液體的滲透性等屋里特性來

40、發(fā)現(xiàn)和顯示缺陷的，包括找色檢驗(yàn)和熒光探傷兩種，可用來檢查鐵磁性和非鐵磁性材料表面的缺陷。</p><p><b>　　5.3結(jié)合強(qiáng)度檢測</b></p><p>　　通過對堆焊層拉伸、剪切、刨削試驗(yàn)，評定不同情況下堆焊層與基體結(jié)合強(qiáng)度及堆焊層內(nèi)聚強(qiáng)度。</p><p><b>　　6結(jié)論</b></p>&l

41、t;p>　　通過各種檢測，12Cr2Mo1R耐熱鋼表面的耐磨性、硬度、耐蝕性都有了顯著地提高。手工電弧焊設(shè)備簡單通用，成本較低，靈活方便。但是生產(chǎn)效率比較低。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　［1］劉會(huì)杰.焊接冶金與焊接性［M］. 機(jī)械工業(yè)出版社，2007 </p><p>　　［2］李國華，等.現(xiàn)代無損

42、檢測與評價(jià)［M］.化學(xué)工業(yè)出版社，2009</p><p>　　［3］王少剛，等.焊接檢驗(yàn)方法數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)［J］.無損檢測, 1999 </p><p>　?。?］張國良，等.淺談手工電弧焊焊接參數(shù)的選擇［J］. 山東水利職業(yè)學(xué)院院刊，2008</p><p>　?。?］叢郁，等.模擬焊后熱處理對12Cr2Mo1R厚鋼板沖擊性能影響［J］.東北大學(xué)，2009</