不同坡口形式對手工電弧焊工藝的影響-畢業(yè)論文

1、 西華大學畢業(yè)論文 目 錄摘 要3第一章 緒 論51.1 引言51.2 焊接技術(shù)的優(yōu)點和缺點51.3 Q235鋼的焊接性分析61.4 課題的主要研究內(nèi)容和技術(shù)線路8第二章 試驗方法及過程92.1 焊接方法的選擇92.2 焊接材料和設(shè)備的選用92.3 Q235焊接接頭坡口設(shè)計112.4 Q235鋼焊接工藝122.4.1 焊前準備122.4.2 工作表面的清理122.4.3 Q235鋼焊接工藝的制定122.5 金相實驗132.6 硬度試驗15第三章 試驗結(jié)果與分析173.1 焊縫成形缺陷及防止措施173.2 熔合比和焊縫成形系數(shù)的計算和分析203.2.1 熔合比和焊縫成形系數(shù)203.2.2熔合比和

2、成形系數(shù)對焊縫質(zhì)量的影響213.2.3 各個坡口焊縫的熔合比和成形系數(shù)213.3 金相分析253.4 硬度分析27結(jié) 論28總結(jié)與體會29致 謝 詞30參考文獻31 摘 要本次論文采用了手工電弧焊的方法，采用相同的焊接參數(shù)，對設(shè)計的5種不同的坡口形式接頭進行焊接。然后對焊縫接頭進行熔合比和成形系數(shù)的計算和金相組織觀察和硬度試驗。其結(jié)果表明：V形、Y形坡口接頭比母材的熔合比低，焊縫成形系數(shù)會一定程度降低；5種不同坡口形式接頭中，其顯微硬度相當。 關(guān)鍵詞： 坡口設(shè)計 熔合比 成形系數(shù) 焊縫質(zhì)量 Abstract This paper adopts the manual arc welding me

3、thod ，with The same welding parameters ，which is used to the five different welding groove that has been draw for experiment 。Then those joints were carried out on the weld joint of metallographic test and hardness test ，and，we calculated of the weld fusion ratio and shape coefficient。The results sh

4、owed that V, Y groove joint fusion than low than parent metal, ratio of weld will decrease to a certain extent; Five different groove in the form of joint, the microhardness of them is fairly. Keywords : Groove design Metallographic experiment Hardness test Weld quality 第1章 緒 論 1.1 引言焊接技術(shù)作為一種永久性連接方法

5、，在各種機械制造行業(yè)和其它行業(yè)中被廣泛應(yīng)用，對人類社會的發(fā)展與進步起到了巨大作用。隨著世界經(jīng)濟一體化進程的加快，鋼結(jié)構(gòu)和鋼制品的大量使用和生產(chǎn)，焊接技術(shù)的作用更加突出。有關(guān)資料顯示，2008年夏季奧運會主體育館“鳥巢”的構(gòu)建過程中，基本主要使用鋼結(jié)構(gòu)，數(shù)量達到數(shù)萬噸；三峽水電電站的水輪機轉(zhuǎn)子，重大440t,為世界最大、最終的不銹鋼焊接轉(zhuǎn)子。每個轉(zhuǎn)輪在制造過程中，需要消耗12t焊絲，而每個轉(zhuǎn)子是由上冠、下環(huán)和13個或15個葉片焊接成的?？梢姾附蛹夹g(shù)的應(yīng)用與我們實際生活息息相關(guān)，這些大型焊接鋼結(jié)構(gòu)的開發(fā)與應(yīng)用創(chuàng)造了新中國成立以來的最高水平，有的已成為世界領(lǐng)先【1】。 1.2 焊接技術(shù)的優(yōu)點和缺點焊

6、接結(jié)構(gòu)有很多優(yōu)點： 焊接結(jié)構(gòu)能夠節(jié)省材料，減輕結(jié)構(gòu)的自身重量，從而提高生產(chǎn)效率，降低產(chǎn)品生產(chǎn)成本。在相同的承載條件下，焊接結(jié)構(gòu)比鉚接節(jié)省10%25%，重量要少10%20%,焊接結(jié)構(gòu)能使材料的截面積得到充分應(yīng)用。特別是在車輛、船舶、航天等方面，保證正常運行的前提下，減輕材料的使用量，即減輕自生重量，這樣就可以一高運載能力，降低能量消耗【2】。 焊接結(jié)構(gòu)的形式多樣和尺寸也有各種大小?，F(xiàn)代焊接技術(shù)可以實現(xiàn)任何形式和尺寸的焊接，最大焊接厚度可以達到數(shù)百毫米，最小焊接厚度可以小到幾個微米；各種復(fù)雜結(jié)構(gòu)中焊接應(yīng)用也是較為廣；不同材料的連接結(jié)構(gòu)，使用焊接技術(shù)連接效果較好。 焊接接頭的構(gòu)造機理使得接頭具有較高

7、的承載與抗沖擊的能力。選擇合理的接頭構(gòu)造，承載能力強。 焊接生產(chǎn)過程，靈活方便、生產(chǎn)周期短、市場反應(yīng)速度快。而且焊接結(jié)構(gòu)中的接頭具有良好的水密性和氣密性。 同時焊接結(jié)構(gòu)任然存在一些自身缺陷： 焊接結(jié)構(gòu)的應(yīng)力集中 焊縫形狀和焊縫布局在焊縫冷卻完成后，由于冷卻過程的不均勻性質(zhì)，焊縫應(yīng)力分布自然不均勻。應(yīng)力集中會增大脆性斷裂的傾向，并且會降低結(jié)構(gòu)的疲勞強度。 焊接結(jié)構(gòu)有較大的焊接應(yīng)力和變形 絕大多數(shù)焊接結(jié)構(gòu)的焊接過程，都采用的局部加熱，自然會產(chǎn)生不均勻的塑性變形，不可避免的會產(chǎn)生應(yīng)力和變形，固然尺寸難以保證；焊接應(yīng)力的存在，在一定條件下會結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)強度、剛度及結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性等能力下降。 焊接接頭具有較大

8、的性能不均勻性 大多數(shù)焊接過程都采用局部加熱，各部分的熱循環(huán)和熱塑性變形都不均勻，通常焊縫金屬的成分、組織與母材金屬不盡相同，自然導(dǎo)致焊接接頭的性能存在差異。 焊接結(jié)構(gòu)的整體性 比較于鉚接結(jié)構(gòu)，焊接結(jié)構(gòu)具有良好的整體性，同時也可能帶來一些問題，特別是裂紋的擴展問題。1.3 Q235鋼的焊接性分析Q235鋼的含碳量0.25%，是低碳鋼的一種，而且其Si含量不大于0.35%,Mn含量不大于1.40%.有一定含量的P和S,分別最大含量不大于0.045%和0.050%。在碳鋼中Mn、Si對鋼的集體有固溶強化作用， 隨著溶質(zhì)含量增加，晶格畸變增大，位錯運動的阻力也相應(yīng)增大，使金屬的滑移變形更加困難，從而

9、合金的強度和硬度得以提高。Q235中含S量很低，影響非常小。鋼中的P全部溶于固溶體中，雖然P在鋼中有很好的強化作用，能提高鋼的強度、硬度，但是會明顯降低鋼的塑性、韌性，極容易導(dǎo)致脆性裂紋。P在結(jié)晶過程中，容易產(chǎn)生晶內(nèi)偏析，使組織局部地區(qū)含磷量偏高，導(dǎo)致冷脆轉(zhuǎn)變溫度升高，從而發(fā)生冷脆 ，對鋼材的性能有嚴重的危害【3】。 表1.1碳素結(jié)構(gòu)鋼（Q235）的牌號、等級和化學成分（GB/700-2006）牌號統(tǒng)一數(shù)字代號等級厚度（或直徑） 化學成分（質(zhì)量分數(shù)）/%,不大于CSiMnPSQ235U12352A0.220.351.400.4500.050U12355B0.200.045U12358C0.17

10、0.0400.040U12358D0.0350.035 表1.2碳素結(jié)構(gòu)鋼（Q235）的力學性能指標 （GB/700-2006） 牌號等級 屈服強度ReH 不小于抗拉強度Rm /(N/mm2)伸長率/% 不小于沖擊實驗（V型缺口）溫度/沖擊吸收功（縱向）不小于JQ235A 23537050025 _ _B+20 27C 0D=20Q235鋼的焊接性分析：Q235鋼低碳鋼含碳量低，錳、硅含量很少。故而，通常情況下Q235鋼的焊接組織，不會硬化組織或淬火組織。低碳鋼焊焊接接頭塑性變形能力強和沖擊韌性良好。施接時，非特殊情況不需預(yù)熱、控制層間溫度和后熱，而且焊后也不必采用熱處理改善組織，整個焊接過程

11、也不必采取特殊的工藝措施來保護。綜上可以知道:低碳鋼Q235鋼有良好的焊接性，焊前非特殊情況不需要預(yù)熱，焊接時不必要采用特殊的工藝措施，焊后也不必進行熱處理來改善組織。 1.4 課題的主要研究內(nèi)容和技術(shù)線路 此次論文研究題目為焊接破口設(shè)計與焊縫質(zhì)量控制研究,主要研究內(nèi)容是不同形式或幾何尺寸的坡口，使用手工電弧焊完成焊接過程后，通過組織觀察和硬度分析焊接接頭頭質(zhì)量好壞，以研究坡口與焊縫質(zhì)量和性能的關(guān)系。焊接技術(shù)包括了很多內(nèi)容，接頭設(shè)計、材料及設(shè)備的準備、焊接參數(shù)的選擇、實施焊接過程和焊前焊后熱處理等。焊接接頭設(shè)計作為焊接全過程的第一步，而坡口設(shè)計是焊接接頭設(shè)計的重要部分。坡口設(shè)計內(nèi)容主要有兩個方

12、面：一方面是坡口形式的選擇；另一方面是坡口幾何（坡口的形狀和坡口的幾何參數(shù)）。通常在實際生產(chǎn)使用的鋼材種類低碳鋼居多，所以選擇Q235作為論文研究的實驗材料有一定的針對性。本次課題研究的主要內(nèi)容如下：（1） 設(shè)計不同的焊接破口，分析Q235的焊接性，并制定一個合適的焊接工藝方案，并以此方案完成所有坡口的焊接；（2） 制備金相試樣和硬度試樣，觀察顯微組織并測量硬度值，用試塊計算融合比，分析接頭性能。（3） 根據(jù)實驗結(jié)果得出結(jié)論并提出改進方案，以獲得更好的焊接接頭。論文研究的意義在于：通過實驗和研究，掌握以坡口作為變量 ，坡口與焊縫質(zhì)量和性能的關(guān)系。在實際生產(chǎn)生活中，可以以此作為理論依據(jù)，把坡口設(shè)

13、計作為控制焊接焊縫質(zhì)量的因素之一，通過控制焊接破口的形式選擇和幾何參數(shù)的合理選擇，達到提高生產(chǎn)效率和焊接結(jié)構(gòu)的一次合格率的目的。 第2章 試驗方法及過程 2.1 焊接方法的選擇 為了試驗經(jīng)濟方便，選用焊條電弧焊作為焊接方法。焊條電弧焊是以手工的方式進行操作焊條進行焊接的一種電弧焊方法，一種最基本焊接方法，在現(xiàn)在的焊接生產(chǎn)使用過程中應(yīng)用的最為廣泛。 1焊縫 2熔渣 3熔池 4保護氣體 5焊芯 6藥皮 7熔滴 8焊件 圖2.1 焊條電弧焊工作原理示意圖焊接電弧焊工作原理如圖2.1所示：焊條電弧焊的特點： （1）工藝適應(yīng)性強 可以適用于絕大部分金屬材料的焊接； （2）靈活性好 可針對不同的焊接位置、

14、接頭形式、焊件厚度； （3）可達性強 只要焊條能到達的位置，都可以進行焊接操作； （4）易于分散焊接應(yīng)力和控制焊接變形； （5）成本低 焊條電弧焊的焊接設(shè)備比其他焊接方法低得多。2.2 焊接材料和設(shè)備的選用材料： （Q235鋼）鋼板5塊 300mm×50mm×10mm 焊條 E430 (J422) 數(shù)根 設(shè)備： 手工電弧焊機 圖2.2 IGBT逆變式直流弧焊機 表2.1 E4303（J422）焊條的簡介焊接牌號國標藥皮類型焊接電源主要特點及用途 J422E4303鈦鈣型交直流焊接較重要的低碳鋼結(jié)構(gòu)和同強度等級的低合金鋼 表 2.2 E4303 熔敷金屬成分（不大于）E430

15、(J422) 成分CMnSiPSCrCuNi質(zhì)量含量百分數(shù)0.30.310.0180.0400.035 表2.3 E4303 熔敷金屬的主要性能 焊條牌號熔敷金屬化學成分%熔敷金屬力學性能J422CMnSi其他b/mpas/mpa/s%A/Kv0.080.470.15 480 38228792.3 Q235焊接接頭坡口設(shè)計從兩個方面來完成焊接破口的設(shè)計。一方面從坡口的形式入手，考慮到實際生產(chǎn)中常用的坡口形式有“I”形“V”形“Y形”等，所以選擇這三種形式的坡口；另一方面就是坡口的幾何參數(shù)方面。由于焊接方法選用手工電弧焊，其焊接時熔深較淺，在厚度比6mm大時，就應(yīng)在焊縫處開坡口。而焊條電弧焊的焊

16、條直徑較粗，焊縫表面會有較厚的熔渣層，較大的坡口能使焊條伸進坡口底部，便于脫渣，所以坡口角度設(shè)計為60°、和90°。把“I”形坡口，“Y”形坡口坡口角度設(shè)計為900，鈍邊高度為3mm和2mm兩個，相互對比；“V”形坡口同樣也設(shè)計兩個，一個坡口角度600，另一個坡口角度900。 總共有5個不同的坡口，由于是在相同的焊接參數(shù)和設(shè)備下進行焊接，所以坡口自身的不同（形式和參數(shù)）就是影響焊縫質(zhì)量的因素。I形坡口與V形、Y形坡口作比較時，可以得到有無坡口對焊縫質(zhì)量的影響；Y形組坡口自相比較，可以得到鈍邊高度對焊縫質(zhì)量的影響；V形組坡口自相比較時，可以得到坡口角度對焊縫質(zhì)量的影響。 表2

17、.4 坡口設(shè)計參數(shù)統(tǒng)計 Q235鋼板300mm×50mm×8mm “I”形坡口無“V”形坡口60°無90°無“Y”形坡口90°鈍邊高度2mm90°鈍邊高度3mm 2.4 Q235鋼焊接工藝2.4.1 焊前準備(1)坡口準備：總共設(shè)計了5個坡口，把“I”形坡口作為一個標準，“Y”形坡口坡口角度設(shè)計為900，鈍邊高度為3mm和2mm兩個，相互對比；“V”形坡口同樣也設(shè)計兩個，一個坡口角度600，另一個坡口角度900。使用線切割機，切出設(shè)計的5個坡口。 (2)焊條烘干：為保證焊條良好的焊接性，在焊條使用前應(yīng)烘干，J422是酸性焊條烘干溫度為

18、15200，保溫1-2h，焊條應(yīng)該隨用隨取，應(yīng)注意焊條重復(fù)烘干次數(shù)不得超過2次 。2.4.2 工作表面的清理工作表面的清理：因為是線切割開的坡口，放置了一段時間，所以破口表面及其周圍的鐵銹、油污、水、油漆及其它雜物，必須進行清理。使用砂輪或砂紙打磨坡口表面能有效去除鐵銹；必要時應(yīng)對坡口用吹風吹干。 2.4.3 Q235鋼焊接工藝的制定 (1) 焊條直徑焊條直徑選擇4.0焊條。根據(jù)以下原則，焊接8mm厚鋼板時，使用4.0的焊條是符合標準的。 表2.5 焊件厚度與焊條直徑的關(guān)系焊件厚度焊條直徑 4不超過焊件厚度4123.04.0>124.0 (2) 焊接電流焊接電流只要根據(jù)焊條直徑和焊接位置

19、來選擇，在平焊位置焊接時，可根據(jù)下列經(jīng)驗公式選用電流：I=Kd式中：I-焊接電流（A） d=焊條直徑（mm） K=經(jīng)驗因數(shù) 通常取3050 焊條直徑d與經(jīng)驗系數(shù)K的關(guān)系如 表2.6 焊條直徑與經(jīng)驗系數(shù)K的關(guān)系焊條直徑d/mm 12 24 46經(jīng)驗系數(shù)K 2530 3040 4060實際生產(chǎn)中電流大小的選擇應(yīng)考慮其他因素的影響，一般在使用堿性焊條是，焊接電流要比酸性焊條小些。此次焊接平焊縫，運條和控制熔池中的熔化金屬比較容易，因此可以選擇較大的焊接電流進行焊接。焊接母材板厚為8mm，使用手工電弧焊時，熔深較淺，可能不容易一次性焊透，打底焊的電流應(yīng)適當提高。打底焊焊接電流大小為110A，層間焊電流

20、和封口焊電流160A。（3） 電弧電壓在焊接時電弧電壓是由電弧長度決定的，電弧越長，電弧電壓越高；電弧越短電弧電壓越低。在實際焊接過程中，一般要求短電弧施焊，因為焊接時電弧過長會導(dǎo)致電弧燃燒不穩(wěn)定，增加熔化金屬的飛濺，減小熔焊程度及易產(chǎn)生咬邊等缺陷，而且還會使焊縫產(chǎn)生氣孔的幾率升高。（4） 焊接速度 因為是Q235的焊接，其焊接性能較好，故而焊接速度不做特殊規(guī)定，通常焊接速度小于10mh，然而工件越薄，焊接速度越大。在焊接時，可以根據(jù)試焊時焊縫成形質(zhì)量來調(diào)節(jié)焊接速度，選擇合理的焊接速度完成焊縫成形。試驗中焊接鋼板厚度為8mm,應(yīng)該根據(jù)試焊的實際情況進行調(diào)整。 2.5 金相實驗金相制備主要有4個

21、步驟，取樣、磨制、拋光和浸蝕。（1） 取樣：使用金屬線切割機，從5塊已焊好的鋼板上切取10mm×20mm×8mm的金相試塊各一個，總共5個（2） 磨制：金相試樣的磨制分為兩道工序，即粗磨和細磨。 粗磨的目的：為了獲得一個平整的表面。在砂輪上磨制時，應(yīng)握緊試樣，壓力不宜過大，并隨時用水冷卻，以防受熱引起金屬組織變化。粗磨時應(yīng)保證能獲得一個平整的表面。粗磨使用的砂紙有200#和400#兩種，按先粗后細的原則先用200#進行首道粗磨，再用400#進行下一道粗磨。細磨的目的：為了消除粗磨時留在試塊表面的粗磨痕，以得到平整而光滑的磨面，并為進一步的拋光做好準備。 磨制時砂紙應(yīng)平鋪于厚

22、玻璃板上，左手按住砂紙，右手握住試樣，使磨面朝下并與砂紙接觸，在輕微壓力作用下向前推行磨制，用力要均勻，務(wù)求平穩(wěn)，否則會使磨痕過深，而且造成磨面的變形。試樣退回時不能與砂紙接觸，以保證磨面平整而不產(chǎn)生弧度。細磨時使用600#、800#的砂紙細磨，秉承先粗后細的原則。 (3) 拋光：拋光的目的在于去除細磨時磨面上遺留下來的細微磨痕和變形層，以獲得光滑的鏡面。拋光后的試樣應(yīng)用清水沖洗干凈，然后用酒精沖去殘留水滴，再用吹風機吹干，以備浸蝕時使用。 （4）浸蝕： 經(jīng)拋光后的試樣磨面是一平整光滑鏡面，如果直接放在光學顯微鏡下觀察，除某些非金屬夾雜物、石墨、孔洞、裂紋外，無法辨別出組織中各種組相及其形態(tài)特

23、征。浸蝕的作用就是使金相組織能在顯微鏡下看到各種組成和它們的形態(tài)特征。 特別注意在使用高速運行器械時應(yīng)該注意安全，防止試塊飛出，造成不必要的傷害。 Q235鋼金相試塊使用4%硝酸酒精溶液浸蝕，浸蝕時，使用棉花球均勻涂抹浸蝕溶液于鏡面，待浸蝕適度時，應(yīng)及時用清水清洗鏡面，搽拭干凈用吹風機吹干，并保持浸蝕面干凈清潔。如果不能及時觀察金相應(yīng)該干燥保存，保留過長時間后，浸蝕面依然會氧化生銹，這一點必須注意。生銹后的金相若要進行金相觀察，必須重新完成以上步驟才能進行觀察。 在金相制備過程中使用到的預(yù)磨機和拋光機分別如圖 圖2.3 M-2型預(yù)磨機 圖2.4 P-1型拋光機 2.6 硬度試驗 硬度試驗是一種

24、簡便的性能測試方法。一般情況下，材料的硬度高，就說明其強度也高，而抗拉強度與硬度大致呈線性關(guān)系。焊接接頭的體積雖然小，但其中的性能梯度變化很大，通過常規(guī)力學性能測驗方法很難測出其各個區(qū)域的性能。通過顯微硬度測試的方法就可以測出其各區(qū)域的硬度值，從而了解整個焊接接頭的性能分布情況。 本次試驗采用的顯微硬度儀器是HVS-1000型顯微硬度儀。如圖2.5所示。圖2.5 HVS-1000型顯微硬度儀其操作要領(lǐng)：1.選擇載荷大小，打開電源開關(guān)； 2.按特殊功能健3次（SPECI),將目鏡里的兩條游動絲并攏（用目鏡上鼓輪），按下CL清零。注意：按幾下(LIGHT+),將燈室亮起來；3.用400倍的目鏡選擇

25、好視場后，握住小手柄逆時針旋轉(zhuǎn)壓頭到試樣表面上； 4.按下開始鍵(START),待三盞燈熄滅后，順時針旋轉(zhuǎn)小手柄讓鏡頭對到試樣； 5.用目鏡里的兩條游動絲測試菱形壓痕的對角線長度，注意帶+號的游動絲永遠在沒有+號的游動絲右側(cè)。壓痕水平對腳線測試后按下目鏡左上方黑色小按鈕一下，然后目鏡轉(zhuǎn)90度角，壓痕垂直對角線測試后按下目鏡左上方黑色小按鈕一下，結(jié)果在電子窗口右側(cè)顯示； 6.測試完畢后，按幾下(LIGHT-)，將燈室暗下來，關(guān)閉電源。 第三章 試驗結(jié)果與分析 3.1 焊縫成形缺陷及防止措施 完成焊接后得到了一些關(guān)于焊縫成形的圖片，如下：圖3.1 I形坡口（單面焊時）背面 圖3.2 I形坡口雙面焊

26、焊接I形坡口是發(fā)現(xiàn)，試驗用到的鋼板過厚，單面焊時焊不透，所以要進行雙面焊保證焊縫質(zhì)量。 圖3.3V形90°坡口焊縫 圖3.4 Y形坡口焊縫 從焊縫成形質(zhì)量來看，焊件厚度為8mm，焊接時操作不當會造成不必要的焊接缺陷，如未焊透、咬邊等。（厚板）單面未焊透 圖3.5 未焊透缺陷 未焊透的原因：焊接規(guī)范選擇不當，焊接速度過快，導(dǎo)致金屬來不及熔化，而破口角度過小，鈍邊過大或?qū)陂g隙過小，手工焊接時電流太小，運條速度太快，使熔深不夠大，造成未焊透。在此次試驗 中造成未焊透的主要原因是：板材厚度較大，達到8mm。 未熔合 圖3.6 未熔合缺陷 焊接V形坡口是出現(xiàn)了如圖3.6所示的未熔合缺陷，未熔

27、合的原因：焊接電流(110A)過小時，在施焊過程中，焊條焊絲可能偏于坡口一側(cè)，也可能是因焊條偏心使電弧偏于一側(cè)，使坡口底部焊縫金屬未得到充分溶化就被填充金屬所覆蓋。如果坡口底部焊縫表面有銹或臟物，焊接時由于溫度不夠，未將其溶化而覆蓋 上填充金屬，也會未融合。 焊接咬邊 圖3.7 焊接咬邊缺陷焊接咬邊是沿焊趾的母材部位形成的溝槽或缺陷，焊接時由于熔敷金屬未能完全覆蓋在母材的已熔部分，在焊趾處產(chǎn)生低于母材表面的溝槽。其產(chǎn)生的原因：電弧熱量過高（焊接電流過大以及運條不當） 焊接時出現(xiàn)的缺陷有未焊透、咬邊和未熔合，其主要防止措施分別是： 未焊透和未熔合的危害：未熔合和未焊透會使缺陷處的接頭承載面積減小

28、， 引起應(yīng)力集中，降低接頭的力學性能。 防止這些缺陷的措施：應(yīng)該選擇合適的焊接參數(shù)及焊接熱輸入量；設(shè)計合適的焊接坡口形式及裝配間隙（即坡口間隙），確保焊絲對準焊縫中心進行正確的施焊過程；焊接操作者在施焊過程中應(yīng)嚴格按操作要求焊接，焊接技術(shù)人員的焊接技術(shù)水平也會對焊縫缺陷造成影響。 （2）焊接咬邊的危害：咬邊是一種危害較大的缺陷，會造成應(yīng)力集中，降低結(jié)構(gòu)承受動負荷的能力和降低疲勞強度。 防止咬邊缺陷的措施 ：選擇合適的焊接規(guī)范，掌握正確的運條方法。 3.2 熔合比和焊縫成形系數(shù)的計算和分析3.2.1 熔合比和焊縫成形系數(shù) 熔合比：熔焊時，被熔化的母材部分在焊道中所占的比例就是焊縫的熔合比。 熔合

29、比可以根據(jù)公式計算：熔合比=SB/(SA+SB) SA 焊道金屬中焊材金屬熔化的橫截面積 SB 焊道金屬中母材金屬熔合的橫截面積 SA+SB 整個焊道金屬的橫截面積 焊道中SA和SB如圖3.8所示 圖3.8 焊縫熔合比 熔焊時，在單道焊縫橫截面上焊縫寬度（c）與焊縫計算厚度（s）的比值稱為焊縫的成形系數(shù)，即 焊縫成形系數(shù)=c/s如圖3.9所示 圖3.9 “I”和“Y”坡口單道焊焊縫成形系數(shù)3.2.2熔合比和成形系數(shù)對焊縫質(zhì)量的影響 （1）熔合比對焊縫質(zhì)量的影響：焊縫熔合比是焊接時熔化母材占焊道金屬總量比例的一個指標，熔合比越高焊縫成形質(zhì)量越好。 （2）焊縫成形系數(shù)對焊縫質(zhì)量的影響：焊縫成形系數(shù)

30、小時形成窄而深的焊縫，在焊縫中心由于區(qū)域偏析會聚集較多的雜質(zhì)，抗熱裂紋性能較差，所以形成系數(shù)不能太小，否則焊縫易產(chǎn)生熱裂紋。3.2.3 各個坡口焊縫的熔合比和成形系數(shù)（1） “I”形焊縫的熔合比 SAI=23.812 SBI=32.622 SAI+SBI=54.43 2 “I”熔合比=SBI /SAI+SBI =0.60 “I”形焊縫的成形系數(shù)=cI/sI=12.6/6.47=1.95SASB C=12.6S=6.47圖3.10 I型坡口焊縫腐蝕效果圖（2） “V”形焊縫的熔合比和成形系數(shù) 60°V形焊縫的熔合比和成形系數(shù) SAV1=42.962 SBV1=29.662 SAV1 +

31、SBV1 =72.622 V1焊縫的熔合比=SBV1 /SAV1 +SBV1 =0.41 V1焊縫的成形系數(shù)=cv1/sv1=13.5/8=1.69 SASBC=13.5S=8圖3.11 60°V形坡口焊縫腐蝕效果圖 90°V形焊縫的熔合比和成形系數(shù) SAV2=48.732 SBV2=31.532 SAV2 +SBV2=80.262 V2焊縫的熔合比=0.39 V2焊縫的成形系數(shù)=14.1/8=1.76 SASBC=14.1S=8 圖3.1290°坡口焊縫腐蝕效果圖 （3） “Y”形焊縫的熔合比和成形系數(shù) Y3(鈍邊高度為3)焊縫的熔合比和成形系數(shù) SAY3=37

32、.832 SBY3=27.542 SAY3+ SBY3=65.372 Y3焊縫的熔合比=0.42SA Y3焊縫的成形質(zhì)量=13.9/8=1.74SBC=13.9S=8圖3.13 鈍邊高度為3Y形坡口焊縫腐蝕效果圖 Y2(鈍邊高度為2)焊縫的熔合比和成形系數(shù) SAY2=39.532 SBY2=31.262 SAY2+ SBY2=70.792 Y2焊縫的熔合比=0.44 Y2焊縫的成形質(zhì)量=14.5/8=1.81SA SBC=14.5S=8圖3.14鈍邊高度為2Y形坡口焊縫腐蝕效果圖 特別說明：圖中黑線為腐蝕后效果加強，便于觀察和測量。 表3.1 焊縫熔合比柱狀圖表 “I” “V1” “V2” “

33、Y3” “Y2”從圖表3.1可以比較出“I”、“V”和“Y”中“I”形坡口的熔合比是最高的，達到0.6；“Y”形坡口焊縫的熔合比較“V”形坡口焊縫的熔合比稍微高一些。明顯，開設(shè)坡口會使焊縫的熔合比降低。 表3.2焊縫成形系數(shù)柱狀圖表 “I” “V60” “V90” “Y3” “Y2” 從表3.2中可以知道，“I”形坡口焊縫成形系數(shù)是最高的，當開設(shè)坡口時成形系數(shù)有所降低（數(shù)值差不是很大）?！癡”形坡口90°坡口焊縫成形系數(shù)比60°的坡口焊縫系數(shù)大；而在“Y”形坡口開設(shè)2鈍邊高度的成形系數(shù)比開設(shè)3鈍邊高度的成形系數(shù)大。3.3 金相分析 焊接焊縫金相組織結(jié)構(gòu)的優(yōu)良會直接影響焊縫質(zhì)

34、量的好壞。接頭中焊縫、熱影響區(qū)對焊縫質(zhì)量和性能都有不同程度的影響。焊縫的主要作用是連接金屬和傳遞力。焊縫金屬的性能主要決定于熔合后的組織。熔合區(qū)：在接頭中，焊縫與熱影響區(qū)相互過渡的區(qū)域，是焊縫邊界上固液兩相交錯的共有部分。通常此區(qū)域很窄，低碳鋼和低合金鋼的融合區(qū)寬度約為0.10.5mm。熔合區(qū)組織均勻，晶粒細小，不存在脆化相對提高焊接接頭質(zhì)量和性能有很大好處。熱影響區(qū)：母材在焊接過程中，由于焊接熱導(dǎo)致不均勻受熱，在不均勻溫度場的作用下，發(fā)生金相組織和力學性能變化的區(qū)域。熱影響區(qū)的寬度與焊接方法和熱輸入量的大小有關(guān)；其組織性能變化受母材的化學成分、焊前熱處理狀態(tài)和焊接熱循環(huán)等因素的影響。焊后熱影

35、響區(qū)內(nèi)可能發(fā)生脆化、硬化、和軟化等不利于接頭質(zhì)量的現(xiàn)象。 Q235鋼母材金相組織圖如下，Q235鋼母材組織主要有白色的粗大的塊狀鐵素體和灰色的珠光體組成。 （I形坡口）焊縫區(qū)域，熱影響區(qū)和熔合區(qū)的金相圖如下 熱影響區(qū) 圖3.13I形坡口熱影響區(qū) 圖3.14I形坡口熔合區(qū) 下列圖片是I形坡口、V形坡口、Y形坡口的焊縫區(qū)的金相圖片， 圖3.15 I形坡口焊縫區(qū) 圖3.16 V形坡口焊縫區(qū) 圖3.17Y形坡口焊縫區(qū) 將V形坡口（60°和90°）的熱影響區(qū)金相圖作對比，如圖 圖4.1860°V形坡口熱影響區(qū) 圖4.1990°V形坡口熱影響區(qū) 在把Y形坡口（90&

36、#176;），鈍邊高度分別為2mm和3mm的焊縫金相圖 作對比，（熱影響區(qū)）圖如下 圖4.20 2mm鈍邊高度熱影響區(qū) 圖4.21 3mm鈍邊高度熱影響區(qū) 以上各圖為以Q235鋼設(shè)計的5個坡口的焊縫的金相圖，雖然不是很清晰，但是對應(yīng)區(qū)域組織基本是一樣的，不能作為反映坡口對焊縫質(zhì)量影響的標志。在焊縫中晶粒較為細小，由鐵素體和少量珠光體；熱影響區(qū)組織粗化，塊狀鐵素體或者板條狀鐵素體，以及少量珠光體。 3.4 硬度分析 焊接接頭的硬度也是反映焊縫質(zhì)量和接頭性能的一個重要的指標。I形坡口焊縫硬度大概在HV235左右，而熱影響區(qū)硬度大概在HV135左右;V形坡口焊縫區(qū)顯微硬度在HV220左右，而熱影響區(qū)顯微硬度大概在HV125左右;Y形坡口的各個區(qū)域硬度和V形坡口硬度相當，略微比V形坡口大些。Y形坡口焊縫區(qū)顯微硬度大概在HV225左右，熱影響區(qū)大概在HV130左右. 表3.1 焊接接頭各區(qū)顯微硬度 表3.2 “I”、“Y”及“V”形坡口焊縫區(qū)及熱影響區(qū)顯微硬度 “I” “Y” “V”在相同焊接參數(shù)下，5種不同坡口形式焊縫接頭中各區(qū)域的硬度大概是相差不大。 結(jié) 論 通過Q235鋼設(shè)計的5不同坡口形式的接頭，采用焊條電弧焊完成焊接，根據(jù)實驗結(jié)果可以得到以下結(jié)論：（1）“I”、“V”和“Y”中“I”形坡口的熔合比是最高的，達到0.6；“Y”形坡口焊縫的熔合比較“V”形坡口焊縫的熔合比稍微高一些。