焊接專業(yè)畢業(yè)設計.pdf

= = = = = = = = = = = = 畢業(yè)設計（論文） 題目手工電弧焊單面焊雙面成形技術(shù)影響 系 （部）機械工程系 專業(yè)焊接技術(shù)及自動化 指導教師= 作者= 完成日期2011-4-27 四川化工職業(yè)技術(shù)學院畢業(yè)設計 第 - 1 - 頁 共 10 頁 引引言言 在機械加工中，焊接的地位越來越重要了，盡管焊接技術(shù)發(fā)展很快，各種精 密儀器的產(chǎn)生，自動化程度也越來越高，但手工電弧焊仍占有不可替代的地位。 在壓力容器的制造行業(yè)里，產(chǎn)品通常都是由各類鋼板拼接組對卷制焊接而成。而 在組對焊接過程中，焊縫的形式通常都為 Y 型對接坡口。而在小直徑容器和管道 的焊接方面，由于材質(zhì)板厚相對較薄，一般采用單面焊雙面成形的方法實現(xiàn)產(chǎn)品 成型。所以單面焊雙面成形焊接技術(shù)更是每個焊接專業(yè)人員應該掌握不能缺少焊 接方法。優(yōu)質(zhì)的單面焊雙面成形焊接的焊縫表面應圓滑過渡至母材，表面不得有 裂紋、未熔合、夾渣、氣孔、焊瘤、咬邊等缺陷，焊縫內(nèi)部同樣不允許有缺陷。 但焊接過程中由于設備、材料、工藝及操作等原因，使得形成的焊縫達不到質(zhì)量 要求，從而對結(jié)構(gòu)的工作質(zhì)量和使用壽命產(chǎn)生嚴重的影響。 四川化工職業(yè)技術(shù)學院畢業(yè)設計 第 - 2 - 頁 共 10 頁 目目錄錄 摘要：-1 引言- 1 - 1.單面焊雙面成形技術(shù)的概念-2 2.單面焊雙面成形常見的焊接缺陷-2 2.1 尺寸上的缺陷-2 2.2 結(jié)構(gòu)上的缺陷-2 2.3 性質(zhì)上的缺陷-2 3.單面焊雙面成形的影響-2 3.1 增加消耗，降低結(jié)構(gòu)的質(zhì)量和使用壽命- 2 3.2 焊接缺陷會給結(jié)構(gòu)的安全生產(chǎn)帶來威脅，引起安全事故-3 4.單面焊雙面成形焊接質(zhì)量差的原因分析- 3 4.1 焊接電源因素-3 4.2 工藝因素對單面焊雙面成形焊接質(zhì)量的影響- 3 4.2.1 焊接電流-3 4.2.2 焊接速度-4 4.2.3 電弧電壓-4 4.2.4 焊接層數(shù)選擇不當-4 4.2.5 焊條類形及焊條直徑的影響- 5 4.3 操作因素-5 4.4 環(huán)境因素-5 5.單面焊雙面成形焊接產(chǎn)生焊接缺陷的防止措施- 6 5.1 作好焊前準備-6 5.2 焊接操作-6 5.2.1 合適的工藝參數(shù)-6 5.2.2 焊工技術(shù)水平-7 結(jié)論-8 參考文獻-9 致謝-10 四川化工職業(yè)技術(shù)學院 第 1 頁 共 10 頁 摘摘要要：單面焊雙面成形的焊接質(zhì)量受到了焊接設備、焊材工藝流程、 操作技術(shù)水平的限制。本文詳細的介紹了焊接電源、焊接電流、焊接速度、電 弧電壓、焊接層數(shù)、焊條類形、焊條直徑等工藝因素對單面焊雙面成形技術(shù)焊 接質(zhì)量的影響和造成的相關(guān)缺陷。詳細的分析了單面焊雙面成形技術(shù)焊接質(zhì)量 差所引起的一系列問題及造成質(zhì)量差的原因，提出了相應的防止措施，解決單 面焊雙面成形技術(shù)的缺陷，使單面焊雙面成形技術(shù)進一步完善，加以推廣，并 對單面焊雙面成形作業(yè)具有一定的指導作用。 關(guān)鍵詞關(guān)鍵詞：單面焊雙面成形，焊接，質(zhì)量，原因，措施 PickPick to:to:one-sided welding welding quality of double-sided forming by welding equipment, welding material process, operation technical level restrictions. This paper introduced the welding power source, welding current and welding speed, arc voltage, welding layer, electrodeshape,electrodediameterofsuchone-sidedwelding technological factors on the quality of welding forming technology of double-sided influence and the related defects caused. Detailed analysis of the one-sided welding double-sided forming technology of welding quality problems caused by poor and reasons of the poor create quality, and puts forward some corresponding preventing measures to solve the one-sided welding double-sided forming technology, make one-sided weldingdefectsfurtherconsummation,thedoublesidedforming technology of extended, and one-sided welding double-sided forming homework is of certain guidance. Keywords:Keywords:one-sided welding forming, welding, quality double, reason, measures 四川化工職業(yè)技術(shù)學院畢業(yè)設計 第 2 頁 共 10 頁 1.單面焊雙面成形技術(shù)的概念 單面焊雙面成形技術(shù)是采用普通焊條，在不需要任何輔助措施條件下，只 是坡口根部在進行組裝定位焊時，應按焊接的不同操作手法留出不同的間隙， 在坡口的正面進行焊接，就會在破口的正、背兩面都能得到均勻整齊、成形良 好，符合質(zhì)量要求的焊縫。這種方法主要適用于板材對接接頭、管狀對接接頭 和騎座式管板接頭。是鍋爐、壓力容器焊工應熟練掌握的操作技能 1。 2.單面焊雙面成形常見的焊接缺陷 2.1 尺寸上的缺陷 包括焊接結(jié)構(gòu)的尺寸誤差和焊縫形狀不佳等。焊縫外表高低不平和波紋粗 劣，焊縫寬度不均勻、太寬或太窄，焊縫余高過低或過高，角焊縫焊腳尺寸不 等都屬于焊縫尺寸及形狀不符合要求。這些缺陷不僅使焊縫成形不美，而且容 易造成應力集中,影響焊縫與母材的結(jié)合強度。 2.2 結(jié)構(gòu)上的缺陷 包括氣孔、夾渣、非金屬夾雜物、熔合不良、未焊透、咬邊、裂紋、表面缺 陷等。這些缺陷是焊接過程中最容易出現(xiàn)的缺陷。這些缺陷減弱了焊縫的有效 面積，降低了焊接接頭的力學性能，而且易造成應力集中，引起裂紋，導致結(jié) 構(gòu)破壞，使焊接結(jié)構(gòu)無法承受正常工作載荷。 2.3 性質(zhì)上的缺陷 包括力學性能和化學性質(zhì)等不滿足焊件的使用要求的缺陷。 力學性能指的是 抗拉強度、屈服點、伸長率、硬度、沖擊吸收功、塑性、疲勞強度、彎曲角度 等。化學性質(zhì)指的是化學成分和耐腐蝕性等。這些缺陷使焊縫結(jié)構(gòu)無法達到設 計要求的力學性能和化學性能 2。 3.單面焊雙面成形的影響 3.1 增加消耗，降低結(jié)構(gòu)的質(zhì)量和使用壽命 焊接生產(chǎn)中，優(yōu)質(zhì)的焊接質(zhì)量可以滿足設計要求，保證結(jié)構(gòu)的正常使用壽 命 1。 而一旦出現(xiàn)嚴重的焊接缺陷，就會增加板材、焊材、電力及人力的消耗 等。 否則，這些缺陷在使用過程中會引起嚴重的應力集中，降低結(jié)構(gòu)的使用壽 四川化工職業(yè)技術(shù)學院畢業(yè)設計 第 3 頁 共 10 頁 命。 3.2 焊接缺陷會給結(jié)構(gòu)的安全生產(chǎn)帶來威脅，引起安全事故 單面焊雙面成形焊接主要用于鍋爐及壓力容器等重要構(gòu)件的焊接生產(chǎn)中， 一旦有嚴重缺陷，質(zhì)量不合格，焊件的焊補非常困難，而且在生產(chǎn)過程中受各 種交變載荷及壓力的作用，使焊縫的缺陷產(chǎn)生應力集中，加之焊縫的有效使用 面積減小，減弱了焊接接頭的強度。輕則使產(chǎn)品的使用壽命受到影響，重則導 致焊縫斷裂，產(chǎn)品破壞，釀成嚴重的事故。 4.單面焊雙面成形焊接質(zhì)量差的原因分析 4.1 焊接電源因素 焊接電源是焊接工藝執(zhí)行過程中最重要的因素。 若焊接電源自身性能不好， 必然不會產(chǎn)生良好的焊件。當焊機的引弧性能差，電弧燃燒不穩(wěn)定，就不能保 證工藝參數(shù)穩(wěn)定，焊接過程就無法正常進行，焊接質(zhì)量就得不到保證。 用交流電源焊接時，電弧穩(wěn)定性差。采用直流電源焊接時，電弧穩(wěn)定、柔 順、飛濺少，但電弧磁偏吹較交流嚴重。低氫型焊條穩(wěn)弧性差，通常必須采用 直流弧焊電源。用小電流焊接薄板時，也常用直流弧焊電源，因為引弧比較容 易，電弧比較穩(wěn)定。低氫型焊條用直流電源焊接時，一般用反接，因為反接的 電弧比正接穩(wěn)定。焊接薄板時，焊接電流小，電弧不穩(wěn)定，因此焊接薄板時， 不論是用堿性焊條還是用酸性焊條，都選用直流反接 3。 4.2 工藝因素對單面焊雙面成形焊接質(zhì)量的影響 4.2.1 焊接電流 焊接電流大小選擇恰當與否直接影響到焊接的最終質(zhì)量。焊接電流過大， 可以提高生產(chǎn)率，并使熔透深度增加，但易出現(xiàn)咬邊、焊穿、增加焊件變形和 金屬飛濺量， 也會使焊接接頭的組織由于過熱而發(fā)生變化， 并增大氣孔傾向。尤 其在立焊操作時熔池難以控制，易出現(xiàn)焊瘤，弧長增加，就會產(chǎn)生咬邊。焊接 電流過小，使電弧不穩(wěn)，熔透深度減小，易出現(xiàn)未焊透、熔合不良、夾渣、脫 節(jié)等缺陷。 焊接電流應根據(jù)板件厚度、接頭形式、焊接位置、焊接層數(shù)、焊條類形、 焊條直徑和焊接經(jīng)驗等因素綜合考慮。對于一定直徑的焊條有一個合適的焊接 四川化工職業(yè)技術(shù)學院畢業(yè)設計 第 4 頁 共 10 頁 電流范圍，可參考表 1、2 選擇 3。 表表 1 1焊接電流和焊條直徑的關(guān)系焊接電流和焊條直徑的關(guān)系 焊條直徑/mm1.62.02.53.2456 焊接電流/A254040655080100130160210200270260300 表表 2 2焊接電流和焊條直徑的關(guān)系焊接電流和焊條直徑的關(guān)系 焊件厚度/mm1.52.03.04561212 焊條直徑/mm1.52.03.23.244446 4.2.2 焊接速度 焊接速度是表征焊接生產(chǎn)效率的主要參數(shù)。合理選擇焊接速度對保證焊接 質(zhì)量尤為重要。焊接速度應該均勻適當，既要保證焊透又要保證不焊穿，同時 還要使焊縫寬度和余高等符合設計要求。焊速過快，使熔池溫度不夠，易造成 未焊透、未熔合、焊縫成形不良等缺陷。焊速過慢，使高溫時間長，熱影響區(qū) 寬度增加，焊接接頭的晶粒變粗，機械性能降低，焊件的變形量增大，同時焊 速過慢還會使每層的厚度增大，導致熔渣倒流，形成夾渣等缺陷。 4.2.3 電弧電壓 焊接過程中合理的控制電弧長度是保證焊縫質(zhì)量穩(wěn)定的重要因素。焊條電 弧焊電弧電壓主要由電弧長度決定的。電弧長度越大，電弧電壓越高，電弧長 度越短，電弧電壓越小。電弧過長對熔化金屬保護差，空氣中的氧、氮等有害 氣體容易侵入，使焊縫易產(chǎn)生氣孔，焊接金屬的機械性能降低。但弧長也不易 過短，若弧長過短，就會引起粘條現(xiàn)象，且由于電弧對溶池的表面壓力過大， 不利于溶池的攪拌，使溶池中氣體及溶渣上浮受阻，從而引起氣孔、夾渣等缺 陷的產(chǎn)生。 4.2.4 焊接層數(shù)選擇不當 單面焊雙面成形焊接層數(shù)的選擇對焊縫質(zhì)量也有一定的影響。焊接層數(shù)主 要根據(jù)焊件厚度、焊條直徑、坡口形式和裝配間隙等來確定。可作如下近似估 算： n=/d公式（1） 式中：n 為焊接層數(shù)；為焊件的厚度（mm）；d 為焊條的直徑（mm） 四川化工職業(yè)技術(shù)學院畢業(yè)設計 第 5 頁 共 10 頁 對于低碳鋼和強度等級較低的低合金鋼的多層焊時，每層厚度過大，對焊 縫金屬的塑性（主要表現(xiàn)在冷彎上）有不利的影響，且焊接過程中熔渣易倒流， 產(chǎn)生夾渣和未熔合等缺陷。 但每層厚度也不易過小，以免造成焊縫兩側(cè)熔合不 良。 4.2.5 焊條類形及焊條直徑的影響 焊縫金屬的性能主要由焊條和焊件金屬相互熔化來決定。因此，焊條類形 選擇恰當與否是影響焊縫質(zhì)量的重要因素。焊條直徑的大小除了對生產(chǎn)率有一 定的影響外，對焊接質(zhì)量也有一定的影響。焊條直徑一般根據(jù)焊件的厚度選擇： 同時還要考慮接頭形式、施焊位置和焊接層數(shù)，對于重要的結(jié)構(gòu)還要考慮焊接 熱輸入的要求。在一般情況下，焊條直徑與焊件厚度之間的關(guān)系的參考數(shù)據(jù)， 見表 2。 表表 2 2焊條直徑與工件厚度之間的關(guān)系焊條直徑與工件厚度之間的關(guān)系 焊件厚度/mm234561213 焊條直徑/mm23.23.2445416 在板厚相同的條件下，平焊位置的焊接所選用的焊條直徑比其他位置大一 些，立焊，橫焊和仰焊應選用較細的焊條，一般不超過 4.0mm。第一層焊道應選 用小直徑焊條焊接，以后各層可以根據(jù)焊件的厚度選用較大的焊條。T 形接頭、 搭接接頭都選用較大直徑的焊條。 4.3 操作因素 在焊接生產(chǎn)過程中，焊工的單面焊雙面成形操作技術(shù)水平低，就意味著打 底層的運條方法、焊條角度、接頭方法、中間層及蓋面層的運條方法、接頭、 收尾等操作方法掌握不熟練，這是造成焊縫質(zhì)量差的重要原因之一。 焊前對工件上的油、銹、水分清理不嚴格，焊條未經(jīng)烘干處理或烘烤溫度 不夠而投入使用，會促使焊縫產(chǎn)生大量的氣孔，從而使焊接縫質(zhì)量達不到要求。 4.4 環(huán)境因素 在特定環(huán)境下，焊接質(zhì)量對環(huán)境的依賴性也是較大的。焊接操作常常在室 外露天工作，必須受到外界自然條件（如濕度、溫度、風力及雨、雨天氣）的 影響，在其他因素一定情況下，也有可能單純因環(huán)境因素造成焊接質(zhì)量問題 2。 四川化工職業(yè)技術(shù)學院畢業(yè)設計 第 6 頁 共 10 頁 5.單面焊雙面成形焊接產(chǎn)生焊接缺陷的防止措施 5.1 焊前準備 焊前應對焊機進行試焊，確認焊機的引弧性能和穩(wěn)定性能好，工藝參數(shù)的 調(diào)節(jié)方便、靈活、方可使用。工件應開 Y 形的坡口，鈍邊的尺寸一般選在 0.5 1.0mm 之間，坡口邊緣 20mm 以內(nèi)處用磨光機打磨，并將表面的鐵銹、油污等清 除干凈，露出金屬光澤。鍋爐壓力容器及重要結(jié)構(gòu)的焊接一律采用堿性焊條， 打底層焊接應選擇直徑 3.2mm 的焊條，中間層和蓋面層可選用 4mm 的焊條，并 對焊條進行 400烘干，保溫 24h。使用時需要將焊條放在保溫筒內(nèi)，隨用隨 取。焊條在爐外停留時間不得超過 4h，且反復烘干次數(shù)不能多于三次，藥皮開 裂和偏心度超標的焊條不得使用 4。 5.1.2 環(huán)境控制 當環(huán)境條件不符合規(guī)定要求時，如風力較大，風速大于四級，或雨雪天氣， 相對濕度大于 90%，可暫時停止焊接工作，或采取防風、防雨雪措施后再進行焊 接，在低溫下焊接時，低碳鋼不得低于20 oC，滴合金高溫度鋼不得低于10oC 如超過這個溫度界限，可對焊件進行適當?shù)念A熱 2。 5.2 焊接操作 5.2.1 合適的工藝參數(shù) 焊條電弧焊的工藝參數(shù)通常包括：焊條直徑、焊接電流、電弧電壓、焊接 速度、電源種類和極性、焊接層數(shù)等。焊接工藝參數(shù)選擇的正確與否直接影響 焊縫形狀、尺寸、焊接質(zhì)量和生產(chǎn)率。因此選擇合適的焊接工藝參數(shù)是焊接生 產(chǎn)中不可忽視的一個重要問題。 焊接電流應根據(jù)板件厚度、焊接位置、焊接層數(shù)、焊條類形、焊條直徑和 焊接經(jīng)驗進行選擇，保證所選擇的電流不易造成焊縫咬邊、燒穿、夾渣、未焊 透等缺陷。焊接過程中應盡量選擇使用短弧焊接，立焊、仰焊時比平焊更短些， 以利于熔滴過渡，防止熔化金屬下滴，堿性焊條焊接時應比酸性焊條弧長短些， 以利于電弧的穩(wěn)定，以避免咬邊、未焊透、氣孔等缺陷的產(chǎn)生。 焊速應合適， 不宜過慢，以每層厚度不大于 4-5mm 為宜，以避免高溫停留增長，影響焊縫的 機械性能，但焊速也不宜過快，以免造成未溶合、未焊透等缺陷 5。焊接速度直 四川化工職業(yè)技術(shù)學院畢業(yè)設計 第 7 頁 共 10 頁 接影響生產(chǎn)率，所以應該在保證焊縫質(zhì)量的基礎上采用較大的焊條直徑和焊接 電流，同時根據(jù)具體情況適當加快焊接速度，以提高焊接生產(chǎn)率。對重要構(gòu)件 要采取焊前先預熱、焊后緩冷等措施，以避免冷裂紋的產(chǎn)生。 焊接參數(shù)對熱影響區(qū)的大小和性能有很大的影響。采用小的焊接參數(shù)，如 降低焊接電流，增大焊接速度等，都可以減小熱影響區(qū)的尺寸。采用小的焊接 參數(shù)也可防止過熱組織生成和晶粒細化。 5.2.2 焊工技術(shù)水平 焊接生產(chǎn)中，焊工對單面焊雙面成形操作技術(shù)掌握的水平和技術(shù)經(jīng)驗，往 往決定了焊縫的質(zhì)量。因此，加強焊工單面焊雙面成形操作技能的訓練及各種 單面焊雙面成形的焊接參數(shù)的掌握是保證焊縫質(zhì)量的關(guān)鍵。 四川化工職業(yè)技術(shù)學院畢業(yè)設計 第 8 頁 共 10 頁 結(jié)論 單面焊雙面成形