開題報告(呂尚志)

1、吉林化工學院開 題 報 告焊接工藝參數(shù)對實芯焊絲熔敷金屬及接頭組織與性能的影響Welding Parameters for Solid Wire Deposited Metal and Joint Microstructure and Properties性 質(zhì): 畢業(yè)設計 畢業(yè)論文教 學 院： 機電工程學院系 別：材料成型及控制工程系學生學號：11470106學生姓名：呂尚志專業(yè)班級：材控1101指導教師：王鑫職 稱：講師起止日期：2015.3.12015.3.31吉 林 化 工 學 院Jilin Institute of Chemical Technology吉林化工學院本科畢業(yè)論文開題報

2、告1課題來源及選題的目的和意義課題的來源： 焊接技術發(fā)明至今已有百余年的歷史，工業(yè)生產(chǎn)中的大量重要產(chǎn)品，如航空、航天及核能工業(yè)中產(chǎn)品的生產(chǎn)制造都離不開焊接技術。當前，新興工業(yè)的發(fā)展迫使焊接技術不斷前進，就如何提高焊接生產(chǎn)率是目前焊接技術發(fā)展的重要研究對象。其中TIG打底焊和SAW焊是中厚板對接和堆接的兩種常用焊接工藝，本課題主要研究不同的焊接工藝參數(shù)對接頭組織和性能的影響。 選題的目的及意義： TIG打底焊和SAW焊焊接課題產(chǎn)生的背景是船舶、壓力容器、橋梁、起重機械等重大結(jié)構焊接上的普遍應用以及使用性能的安全可靠性和經(jīng)濟適用性，目的是充分利用學?，F(xiàn)有的焊接儀器設備和材料，研究TIG打底焊和SA

3、W焊焊接工藝參數(shù)對中厚板的對接和堆接焊接接頭產(chǎn)生的組織和使用性能的影響，以調(diào)整出最佳的焊接工藝參數(shù)供工廠實際操作選用。因為焊接接頭是最容易出現(xiàn)缺陷的部位，焊縫及其熱影響區(qū)，由于受到焊接熱源高溫的作用（熔池平均溫度1700），組織和性能要發(fā)生很大變化，常形成粗大晶粒、偏析、夾渣、氣孔和裂紋等缺陷。隨著現(xiàn)代社會的快速發(fā)展，各種大型船舶及鍋爐參數(shù)向高溫、高壓方向發(fā)展，對焊接質(zhì)量要求更高，焊接質(zhì)量的優(yōu)劣對運行的安全可靠性有極大影響。研究焊接接頭的組織和性能更是對金屬學熱處理基礎知識的總結(jié)、深化和具體應用。2本課題所涉及的內(nèi)容國內(nèi)外研究現(xiàn)狀綜述2.1 國內(nèi)外焊接發(fā)展概況隨著科學技術的發(fā)展，焊接已從簡單的

4、構件連接或毛坯制造，發(fā)展成為制造業(yè)中的精加工方法之一。隨著制造業(yè)的高速發(fā)展，傳統(tǒng)的手工焊接已不能滿足現(xiàn)代高科技產(chǎn)品制造的質(zhì)量和數(shù)量要求；同時，在對環(huán)境和人身安全的考慮上，均讓我們認識到現(xiàn)代焊接加工正在向著機械化、自動化的方向發(fā)展。焊接自動化主要是指焊接生產(chǎn)過程的自動化。其主要任務就是：在采用先進的焊接、檢驗和裝配工藝過程的基礎上，建立不需要人直接參與焊接過程的焊接加工方法和工藝方案，以及焊接機械裝備和焊接系統(tǒng)的結(jié)構和配置。其核心說實現(xiàn)沒有人直接參與的自動焊接過程。焊接自動化主要包括兩方面：一是焊接工序的自動化，二是焊接生產(chǎn)的自動化。在焊接自動化方面主要的技術包括：機械技術、傳感技術、伺服傳動技

5、術、自動控制技術和系統(tǒng)技術。焊接自動化不僅可以大大提高焊接生產(chǎn)率，更重要的可以確保焊接質(zhì)量，減少人為因素的影響，改善操作環(huán)境及對人的傷害。自動化焊接專機、機器人工作、生產(chǎn)線盒柔性制造系統(tǒng)在工程中的應用已成為一種不可阻擋的趨勢。據(jù)此，國內(nèi)外發(fā)展有如下概況：（1） 高精度、高速度、高質(zhì)量、高可靠性。由于焊接加工越來越向著“精細化”加工方向發(fā)展，因此，焊接自動化系統(tǒng)也向著高精度、高速度、高質(zhì)量、高可靠性方向發(fā)展。這要求系統(tǒng)的控制器及軟件系統(tǒng)有很高的信息處理速度，電氣機械裝置有很好的控制精度。如，機器人和焊接操作機行走機構的定位精度可達0.1mm，移位速度的控制精度可達0.1%。（2）

6、60;集成化。焊接自動化系統(tǒng)的集成化技術包括硬件系統(tǒng)的結(jié)構集成、功能集成和控制技術集成?，F(xiàn)代焊接自動化系統(tǒng)的結(jié)構都采用模塊化的設計，根據(jù)不同用戶對系統(tǒng)功能的要求，進行模塊的組合。而且其控制功能也采用模塊化設計，根據(jù)用戶需要，可以提供不同的控制軟件模塊，提供不同的控制功能。（3） 智能化。將現(xiàn)今的傳感技術、計算機技術和智能控制技術應用于焊接自動化系統(tǒng)中，使其能夠在各種復雜環(huán)境、變化的焊接工況下實現(xiàn)高質(zhì)量、高效率的自動焊接。智能化的焊接自動化系統(tǒng)，不僅可以根據(jù)指令完成自動焊接過程，而且可以根據(jù)連續(xù)實測焊接工件坡口寬度，確定每層焊縫的焊道數(shù)及相關參數(shù)、覆蓋層位置等，而且從坡口底部到蓋面層的

7、所有焊道均由焊機自動提升、變道、完成焊接。（4） 柔性化。大型自動化焊接裝備或生產(chǎn)線的一次投資相對較高，在設計這種焊接裝備時必須考慮柔性化，形成柔性制造系統(tǒng)，以充分發(fā)揮裝備的效能，滿足同類產(chǎn)品不同規(guī)格工件的生產(chǎn)需要。（5） 網(wǎng)絡化。由于現(xiàn)代網(wǎng)絡技術的發(fā)展，也促進那里焊接自動化系統(tǒng)管控一體化技術的發(fā)展。通過網(wǎng)絡，利用計算機技術、遠程通信技術等，將生產(chǎn)管理和焊接過程自動控制一體化，實現(xiàn)脫機編程，遠程監(jiān)控、診斷和檢修。（6） 標準化、通用化。系統(tǒng)結(jié)構、硬件電路芯片、接口的標準化、通用化不僅有利于系統(tǒng)的擴展、外設的兼容，而且有利于系統(tǒng)的維修。在自動化方面，各種焊接專機的應

8、用也具有重要意義。焊接專機說在世界焊接工程結(jié)構中，大多數(shù)焊縫具有一定規(guī)則的角焊縫和對接焊縫，其中直線焊縫占70%，圓環(huán)形焊縫占17.5%，復雜的空間去西安焊縫相對較少，因此可以采用價格較低、結(jié)構不太復雜而又有一定控制水平的機械裝備實現(xiàn)焊接的機械化和自動化。當下，焊接專機以低成本自動化技術與設備更適合發(fā)展中國家使用1。2.2 TIG焊發(fā)展及特點 鎢極氬弧焊，簡稱TIG焊，是一種現(xiàn)代的焊接方法。由于它具有電弧穩(wěn)定、無飛濺、焊接質(zhì)量好（焊縫純凈、成形美觀、熱影響區(qū)?。?、可以焊接如鎳合金、鋁合金、鈦合金等幾乎所有合金或金屬等諸多優(yōu)點，自20世紀以來，該技術已被廣泛的應用于工業(yè)的各個領域。但TIG焊也有

9、自身的缺點，如焊接速度慢，焊接熔深淺，熔敷效率低等，導致TIG焊只適用于薄壁制件，影響了生產(chǎn)效率，故應用收到了限制。因此，在保留它原有優(yōu)點的基礎上，提高其焊接效率成為亟待解決的問題。目前，如何提高TIG焊電弧能量，增大熔深，提高焊接效率已成為全世界范圍內(nèi)許多焊接學者致力于研究的一項課題。近年來，一些新型TIG焊接技術逐步誕生，彌補了TIG焊電弧能量分散、焊接熔深淺等缺點，在焊接領域引起了高度重視，具有良好的應用前景2。 TIG打底焊的主要目的是保證能焊透而又不至于燒穿，其作用與焊接襯墊基本相同。通常是在難以接近、接頭熔透或裝配不良、焊件翻轉(zhuǎn)困難而又不便使用其他襯墊方法時使用，使用的填充焊絲必須

10、使其焊縫金屬具有相似于TIG焊焊縫金屬的化學成分和性能。所以使用TIG焊打底，更有利于接頭使用和工藝性能的安全可靠，焊完打底焊道之后，須打磨或刨削接頭根部，以保證在無缺陷的清潔金屬上熔敷第一道正面SAW焊焊縫3。TIG焊優(yōu)點：焊接品質(zhì)高，保護可靠，排除氧、氮、氫等氣體對焊接金屬的侵害；電弧穩(wěn)定，焊縫美觀、平滑；電壓低（8-15V），電流（熱輸入）調(diào)節(jié)范圍大，適用于薄板焊接、空間焊接、精密焊接；適用母材范圍廣，適焊位置靈活。TIG焊缺點：焊接效率低（鎢電極承流能力有限，電弧功率受到限制，熔深淺，速度低）；使用惰性氣體，成本略高；對焊接工人有技術要求，特別是手工焊。2.3 SAW焊發(fā)展及特點SAW

11、焊作為最早獲得應用的機械化焊接方法，是焊接生產(chǎn)中應用最廣泛的工藝方法之一。由于焊接熔深大、生產(chǎn)效率高、機械化程度高，因而特別適用于中厚板長焊縫的焊接。在造船、鍋爐與壓力容器、化工、橋梁、起重機械、工程機械、冶金機械以及海洋結(jié)構、核電設備等制造業(yè)中都是主要焊接生產(chǎn)手段4。埋弧焊原理及特點：（1）埋弧焊是利用電弧作為熱源的焊接方法。埋弧焊時電弧是在一層顆粒狀的可熔化焊劑覆蓋下燃燒，電弧光不外露，埋弧焊由此得名。所用的金屬電極是不間斷送進的裸焊絲。（2）埋弧焊的適用范圍 由于埋弧焊熔深大、生產(chǎn)率高、機械操作的程度高，因而適于焊接中厚板結(jié)構的長焊縫。在造船、鍋爐與壓力容器、橋梁、超重機械、核電站結(jié)構、

12、海洋結(jié)構、武器等制造部門有著廣泛的應用，是當今焊接生產(chǎn)中最普遍使用的焊接方法之一。埋弧焊除了用于金屬結(jié)構中構件的連接外，還可在基體金屬表面堆焊耐磨或耐腐蝕的合金層。隨著焊接冶金技術與焊接材料生產(chǎn)技術的發(fā)展，埋弧焊能焊的材料已從碳素結(jié)構鋼發(fā)展到低合金結(jié)構鋼、不銹鋼、耐熱鋼等以及某些有色金屬，如鎳基合金、鈦合金、銅合金等5。SAW焊優(yōu)點：（1）生產(chǎn)效率高。這是因為，一方面焊絲導電長度縮短，電流和電流密度提高，因此電弧的熔深和焊絲熔敷效率都大大提高。（一般不開坡口單面一次熔深可達20mm）另一方面由于焊劑和熔渣的隔熱作用，電弧上基本沒有熱的輻射散失,飛濺 也少，雖然用于熔化焊劑的熱量損耗有所增大，但

13、總的熱效率仍然大大增加。（2）焊縫質(zhì)量高，勞動條件好。SAW焊應用范圍：目前主要用于焊接各種鋼板結(jié)構?？珊附拥匿摲N包括碳素結(jié)構鋼，不銹鋼，耐熱鋼及其復合鋼材等。埋弧焊在造船，鍋爐，化工容器，橋梁，起重機械，冶金機械制造業(yè)，海洋結(jié)構，核電設備中應用最為廣泛。此外，用埋弧焊堆焊耐磨耐蝕合金或用于焊接鎳基合金，銅合金也是較理想的6。2.4 氣體保護焊實心焊絲的應用氣體保護焊實心焊絲伴隨著國內(nèi)金屬結(jié)構行業(yè)焊接技術的發(fā)展而壯大。2 0世紀80 年代初至80年代中期, 中國針對當時Q2 35、16 M n 等主要結(jié)構鋼生產(chǎn)的4 9 0 M P a 級仿前蘇聯(lián)的H0 8M n ZS IA氣體保護焊實心焊絲,

14、 在引進技術和設備及軟件的基礎上, 已實現(xiàn)部分自給, 但焊絲質(zhì)量不穩(wěn)定, 處于供不應求的局面。在20世紀8 0年代后期, 國內(nèi)對大型金屬結(jié)構企業(yè)進行技術改造, 引進國外先進焊接技術和設備, 積極推廣氣體保護焊, 但大部分氣體保護焊焊絲主要依靠從美國( E R7 OS 一6 等)、日本( K C SO、M G 一50等)、德國( K一5 2等)、荷蘭等發(fā)達國家進口。如今, 國內(nèi)氣體保護焊實心焊絲已形成一定的生產(chǎn)規(guī)模, 產(chǎn)量和質(zhì)量也有了很大的提高7。目前行業(yè)氣體保護焊實心焊絲用量占焊接材料總量的50 %一75 % , 如第二重型機械集團有限公司氣體保護焊實心焊絲年用量達900 t , 中信重型機械

15、公司年用量為4 0 0 t 以上, 大連重工·起重集團有限公司氣體保護焊實心焊絲占焊接材料用量的60 % , 太原重型機械集團公司占8 0% 左右, 焊絲年用量達5 0 0 t 左右, 鄭州煤機廠用量為1000 t以上。氣體保護焊實心焊絲的普及應用, 顯著提高了行業(yè)的焊接工藝水平, 有效降低了制造成本, 極大地推動了中國焊接技術的發(fā)展8。2.5 TIG打底焊實驗結(jié)果分析（1）在預留間隙的情況下，厚板TIG電弧打底焊完全可以實現(xiàn)單面焊雙面成形。對于厚板焊接來說TIG電弧電壓比較低，熔深比較淺，為了保證根部熔透，工件裝配時坡口預留間隙很重要。有了間隙根部兩側(cè)易熔化，形成連續(xù)的熔池，可避免

16、根部未熔合缺陷的發(fā)生。（2）脈沖TIG 焊是厚板打底焊縫的優(yōu)選焊接方法。脈沖電流峰值期間，熔化能力強，電弧熱源覆蓋整個根部，坡口兩側(cè)邊緣熔化，同時焊絲熔化，形成一個完整的熔池; 基值電流期間圖像表明，坡口兩側(cè)邊緣熔化良好。基值期間熔池易保持，并迅速凝固，有效防止液態(tài)熔池下淌。（3）背面熔池邊緣圓滑，成形良好，根部完全熔化，不需要反面清根工序9。3本課題有待解決的主要關鍵技術問題充分利用學?，F(xiàn)有的焊接儀器設備和材料，通過用TIG打底焊和SAW焊兩種焊接工藝研究對中厚板的對接和堆接焊接接頭組織和使用性能的影響，以供工廠參考使用。本課題主要需解決的關鍵技術問題有：（1）TIG打底焊焊縫表面與SAW蓋

17、面焊縫的緊密融合問題；（2）焊接接頭的未焊透與夾渣控制問題；（3）焊接工藝參數(shù)的細化與選取問題；（4）試驗方案設計優(yōu)化問題。4課題研究的內(nèi)容和實施方案（主要包括研究內(nèi)容、擬采用的研究方法、技術路線、預期成果、所采取方案的可行性分析等）研究內(nèi)容：（1）焊接接頭與木材16Mn的抗拉強度比較；（2）焊接工藝參數(shù)對堆焊焊道熔寬、熔深及熔高的影響；（3）SAW焊焊接工藝參數(shù)對實心焊絲熔敷金屬及接頭組織和性能的影響；（4）TIG打底焊焊接工藝參數(shù)對實心焊絲熔敷金屬及接頭組織和性能的影響。本課題采用化學成分分析、金相試驗和力學性能試驗方法，對焊接接頭進行組織與性能試驗研究，分析其組織和性能變化。技術路線如下

18、圖所示： 本課題所完成的預期成果有：（1）焊接工藝參數(shù)對堆焊焊道熔寬、熔深及熔高的影響；（2）打底焊對焊接接頭組織和性能的影響；（3）同種焊接方法不同焊接參數(shù)對接頭組織和性能的影響；（4）分析不同的試驗數(shù)據(jù)，總結(jié)出對焊接質(zhì)量及性能影響最佳的焊接工藝參數(shù)。所采取方案可行性分析：16Mn鋼板（又叫Q345B）是低合金結(jié)構鋼,它具有良好的綜合力學性能、焊接性能及低溫沖擊韌性，冷沖壓及可切削性均好，和A3號鋼相比，成分上僅多了一點錳，除具有同樣好的塑性和焊接性外，而屈服強度卻提高50%左右，耐大氣腐蝕約提高20-38%，低溫沖擊韌性也比A3鋼優(yōu)越，但其缺口敏感性較碳鋼大，在有缺口存在時，疲勞強度比A3

19、鋼低，且易產(chǎn)生裂紋，故在加工時應引起注意。這種鋼一般在熱軋或正火狀態(tài)下使用，正火后可改善鋼材的塑性、低溫沖擊韌性或冷壓成型等加工性能10。 SAW焊是當今生產(chǎn)效率較高的機械化焊接方法之一，它的全稱是埋弧自動焊,又稱焊劑層下自動電弧焊。優(yōu)點主要是生產(chǎn)效率高、焊縫質(zhì)量高、勞動條件好11。 TIG焊的優(yōu)點主要是操作簡單方便成本低、大幅度地提高焊接效率、TIG 焊可以提高焊接速度或者使用小規(guī)范焊接減小熱輸入及減小焊接變形、適用范圍廣泛12?；谝陨蟂AW焊、TIG焊的這些優(yōu)點，為該課題實驗樣品的制備提供了有利條件。學校實驗室的金相分析儀、硬度測試儀等實驗設備為該課題的接頭組織分析、力學性能測

20、試提供了準確可信的數(shù)據(jù)結(jié)果，這將是該課題研究的可行性保障。5完成本課題的工作計劃及進度安排(包括文獻查閱、外文翻譯、開題報告、方案設計與實現(xiàn)、計算與實驗、論文撰寫等)設計總共16周。具體安排如下：2015.03.102015.03.20：調(diào)研、收集資料（書籍和案例）、撰寫開題報告；2015.03.202015.03.30：外文翻譯；2015.04.012015.04.10：試驗方案設計及制定；2015.04.122015.04.28：依據(jù)試驗方案做實驗，制備樣品；2015.05.042015.06.01：實驗數(shù)據(jù)分析與處理，接頭性能測試；2015.06.022015.06.20：論文撰寫、裝訂

21、與提交，準備答辯。6參考文獻1 陳祝年.焊接工程師手冊（第二版）M.北京:機械工業(yè)出版社,2009.2 李亞江.焊接組織性能與質(zhì)量控制M.北京:化學工業(yè)出版社,2005.3 尹士科.焊接材料及接頭組織性能M.北京:化學工業(yè)出版社 ,2011.4 申艷麗.焊接工藝對2205雙相不銹鋼焊接接頭綜合性能的影響D.太原：太原理工大學，2007，5.5 李鶴岐，蔡秀鵬，唐雪鋒，等.國內(nèi)外埋弧焊的發(fā)展狀況J.電焊機,2006,36(4):2-4.6 劉瑞琦.研究焊接材料及焊接接頭的組織與性能在電廠金屬材料課程中的重要意義J.江西電力職工大學學報，1994,7(2)：2-3.7 Ghosh PK,Gupta PC.Use of pulse current MIG welding improves the weld characteristics of Al-Zn-Mg AlloyJ .IndianWeld,2010,15(3)2432.8 張維.國內(nèi)外焊接材料的現(xiàn)狀及發(fā)展前景J.焊接材料，2012，5(4)：4-8.9 劉順洪,權雯雯,