焊接工藝參數(shù)對(duì)CO2焊接Q235鋼成型工藝影響的研究3

1、畢業(yè)論文題目審定表指導(dǎo)教師姓名許建平職稱講師從事專業(yè)材料科學(xué)是否外聘是否題目名稱焊接工藝參數(shù)對(duì)CO2焊接Q235鋼成型工藝影響的研究課題適用專業(yè)材料科學(xué)與工程課題類型CO2焊接具有生產(chǎn)效率高、焊接質(zhì)量優(yōu)良等特點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于國民經(jīng)濟(jì)的各個(gè)部門。CO2焊接的熔滴過渡形式對(duì)于材料的焊接性能有重要的影響。本文以Q235鋼為母材，考察在不同工藝參數(shù)（氣體流量、電流、干身長度等）外加磁場對(duì)Q235鋼焊接性能的影響規(guī)律，研究熔滴過渡形式對(duì)于焊接成型性、焊縫金屬熔化深度及性能的變化規(guī)律。針對(duì)CO2氣體保護(hù)焊飛濺大、成形差的特點(diǎn), 利用外加縱向磁場控制CO2焊短路過渡。通過試驗(yàn)得出: 在外加縱向磁場作用下,熔深

2、減小, 熔寬增加, 焊縫堆高略有增加, 焊縫大致成“寬而淺”的形狀, 明顯改變了CO2焊短路過渡的焊縫成形。一、課題研究目的和意義比較CO2氣體保護(hù)焊相對(duì)于其他焊接方法的優(yōu)點(diǎn)，闡述CO2氣體保護(hù)焊自身的特點(diǎn)及相關(guān)的工藝參數(shù)，并根據(jù)各種相關(guān)的工藝參數(shù)對(duì)CO2 氣體保護(hù)焊的影響，來正確的選擇焊接參數(shù)及所要注意的問題。雖然CO2氣體保護(hù)焊具有許多優(yōu)點(diǎn)，但是它也有某些缺點(diǎn)，如金屬飛濺損失量約占焊接絲熔化量的10左右，嚴(yán)重時(shí)可達(dá)3040。金屬飛濺不僅會(huì)降低焊絲的熔敷系數(shù)，增加焊接成本，而且會(huì)使飛濺金屬粘著導(dǎo)電嘴端面和噴嘴內(nèi)壁，引起送絲不暢，使電弧燃燒不穩(wěn)定，降低氣體保護(hù)作用，并使勞動(dòng)條件惡化，必要時(shí)需停

3、止焊接進(jìn)行噴嘴清理工作。根據(jù)飛濺形成機(jī)理及人們的實(shí)際經(jīng)驗(yàn)考慮，減少飛濺是C02氣體保護(hù)焊推廣應(yīng)用的關(guān)鍵。 利用外加縱向磁場控制CO2焊， 比較在外加縱向磁場與無磁場作用下,焊接工藝參數(shù)對(duì)焊接成型工藝的影響。二、文獻(xiàn)綜述 1.課題的選題背景針對(duì)CO2氣體保護(hù)焊飛濺大、成形差的特點(diǎn),利用外加縱向磁場控制CO2焊短路過渡。通過試驗(yàn)得出:在外加縱向磁場作用下,熔深減小, 熔寬增加, 焊縫堆高略有增加,焊縫大致成“寬而淺”的形狀, 明顯改變了CO2焊短路過渡的焊縫成形。 2. 技術(shù)發(fā)展的歷史及現(xiàn)狀CO2氣體保護(hù)焊技術(shù), 是一種節(jié)能、高效、優(yōu)質(zhì)的焊接工藝, 自50 年代初問世以來, 受到世界各國的普遍重視

4、, 很多國家的焊接工作者都致力于CO2氣體保護(hù)焊技術(shù)的研究工作, 并且隨著相關(guān)科學(xué)技術(shù)的發(fā)展及研究手段的提高, 進(jìn)一步推動(dòng)了CO2 氣體保護(hù)焊技術(shù)的應(yīng)用與發(fā)展。研究初期, 世界各國學(xué)者都認(rèn)為: CO2氣體保護(hù)焊中金屬的氧化、焊縫氣孔及飛濺等問題是阻礙CO2氣體保護(hù)焊技術(shù)應(yīng)用的關(guān)鍵問題。為此,重點(diǎn)進(jìn)行了CO2氣體保護(hù)焊冶金學(xué)的研究。6070 年代, CO2焊接技術(shù)基礎(chǔ)理論研究取得了突破性進(jìn)展, 提出了CO2 氣體保護(hù)焊熔滴過渡模型, 研制成功晶閘管焊機(jī), 實(shí)現(xiàn)了規(guī)范參數(shù)一元化調(diào)節(jié)。80年代以后, CO2焊接技術(shù)無論在焊接電弧理論還是焊接冶金學(xué)方面都日趨成熟。90年代至今, 焊接電源已從簡單的抽頭

5、式變壓器向高性能的電力電子化方向發(fā)展；出現(xiàn)了一些新工藝, 如高速焊等；應(yīng)用領(lǐng)域進(jìn)一步擴(kuò)大, CO2焊接技術(shù)在機(jī)車車輛、汽車制造、石油化工及海洋船舶等眾多領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。隨著工業(yè)的發(fā)展, 我國焊接行業(yè)也得到了蓬勃發(fā)展, 而CO2 氣體保護(hù)焊因其具有高效節(jié)能、成本低、對(duì)油銹敏感性較低、便于實(shí)現(xiàn)半自動(dòng)和自動(dòng)化焊接等優(yōu)點(diǎn), 發(fā)展十分迅速。然而CO2 焊短路過程中飛濺大、焊縫成形差的問題一直沒能根本解決, 阻礙了它的進(jìn)一步發(fā)展。 3. 課題的應(yīng)用前景電磁作用焊接技術(shù)是近年來完善起來的一種新的焊接技術(shù), 應(yīng)用也日趨廣泛。外加磁場一般采用與電弧軸向平行的縱向磁場。縱向磁場促使電弧旋轉(zhuǎn), 改變弧柱等離子流

6、和電流密度的徑向分布, 影響母材的加熱熔化和焊縫成形。實(shí)踐表明,利用外加磁場對(duì)焊接中熔滴的過渡、熔池金屬的流動(dòng)、熔池的結(jié)晶形核及結(jié)晶生長等過程進(jìn)行有效地干預(yù), 使焊縫金屬的一次結(jié)晶組織細(xì)化, 減小化學(xué)不均勻性, 提高焊縫金屬的塑性和韌性, 降低結(jié)晶裂紋和氣孔的敏感性, 從而提高焊縫金屬的性能, 全面改善焊接接頭的質(zhì)量。在航空、航天、冶金、機(jī)械等部門具有廣泛的應(yīng)用前景和巨大的實(shí)用價(jià)值 4. 工作機(jī)理CO2 焊短路過渡過程中，當(dāng)熔滴與熔池接觸時(shí)，形成短路液柱，短路液柱截面上的電流可看做是由許多平行的電流線組成的，這些電流線可以分解成軸向分量Iz和徑向分量Ir。在外加磁場作用下，單位長度液柱上的安培

7、力為：Fw=Iz×Br F'w=Ir×Bz安培力作用在短路液柱的切向方向上， 促使熔滴旋轉(zhuǎn)。隨著短路電流的逐漸增大，由于電磁收縮效應(yīng)，熔滴形成縮頸，縮頸處截面最小，在切向安培力的作用下，加速了縮頸的斷開，加快了熔滴過渡，降低了短路末期的能量積累，減少了電爆炸飛濺。短路液柱電流的軸向分量Iz 占主要部分，徑向分量Ir較小， 這就要求外加磁場存在一定的徑向分量Br，才能對(duì)縮頸產(chǎn)生較大的切向安培力。 5.性能和主要應(yīng)用有關(guān)資料表明, 在電磁作用焊接時(shí),如果使用橫向磁場, 在外磁場與等離子體和電弧自身磁場作用下, 弧柱會(huì)產(chǎn)生偏移,工件上的活性斑點(diǎn)也會(huì)產(chǎn)生移動(dòng)；當(dāng)給電弧施加縱

8、向磁場時(shí),電弧圍繞自己的軸線發(fā)生旋轉(zhuǎn),加熱斑點(diǎn)也發(fā)生旋轉(zhuǎn),外加磁場賦予電弧較大的挺度和穩(wěn)定性,并由于磁壓增高的結(jié)果, 提高了弧柱中心溫度,進(jìn)而使得熔池的熔體被均勻攪拌,熔滴尺寸和它們在焊絲端部的存在時(shí)間平均減少了1/ 31/ 2, 熔滴的過渡頻率增加,提高了焊縫質(zhì)量,所以在外加磁場作用焊接時(shí)多采用外加縱向磁場。5.1 改善金屬的結(jié)晶組織及提高熔敷金屬的各項(xiàng)性能5.1.1控制結(jié)晶組織和裂紋前蘇聯(lián)專家對(duì)外加磁場作用于焊接方面所作的大量研究,由于外加磁場的作用, 使合金元素及硅、硫、氫等元素沿樹枝晶晶界的偏析都會(huì)減少, 同時(shí)可使氧化物的數(shù)量和長度大大減小, 這樣就降低了焊縫金屬的化學(xué)不均勻性, 使結(jié)

9、晶組織得到控制, 減少裂紋出現(xiàn)的幾率。5.1.2抑制焊接氣孔研究表明, 在合適的焊接參數(shù)下, 電磁作用能有效地抑制焊縫中氣孔的產(chǎn)生, 減小氣孔尺寸。5.1.3提高熔敷金屬的機(jī)械性能、耐蝕性和低溫韌性實(shí)驗(yàn)表明, 加了外加縱向磁場后,焊縫成分的均勻程度得到改善, 提高了焊縫的均勻耐腐蝕性。5.2在CO2 激光焊接中的應(yīng)用國內(nèi)外對(duì)外加磁場的研究只局限于電弧焊,近年來,國外學(xué)者開展了外加磁場作用于CO2 激光焊的研究。實(shí)驗(yàn)證明, 在激光焊接中應(yīng)用磁流體動(dòng)力裝置能改變?nèi)鄢氐牧鲃?dòng)條件, 穩(wěn)定焊接過程,提高焊接速度和焊接質(zhì)量。發(fā)現(xiàn)在穩(wěn)定的磁場中,磁流體動(dòng)力對(duì)導(dǎo)電金屬熔體有2個(gè)基本作用, 即修正流體速度曲線和

10、把紊流變成層流。 三、基本內(nèi)容、擬解決的主要問題1.基本內(nèi)容1.1分別在有，無磁場作用下對(duì)Q235鋼進(jìn)行CO2焊接，研究不同工藝有，無磁場作用下焊接成型工藝。1.2分析磁場對(duì)CO2焊焊接成型工藝的影響1.3對(duì)比有磁場作用與無磁場做下的焊接成型工藝的優(yōu)缺點(diǎn)。2.擬解決的主要問題2.1母材厚度的選擇2.2焊接電流，電壓電弧焊接速度，電場強(qiáng)度等的選擇四、技術(shù)路線或研究方法采用型號(hào)為Q235的低碳鋼板，尺寸為250mm×25mm×2mm的標(biāo)準(zhǔn)試件，在其上作平鋪試驗(yàn)，焊接時(shí)，分別改變焊接電流和電弧電壓,、勵(lì)磁電流（ 即外加磁場磁感應(yīng)強(qiáng)度B）大小，為盡量減小誤差和其隨機(jī)性, 每一焊縫形

11、狀數(shù)據(jù)為3塊試樣測量值的平均值.采用收集法對(duì)焊接飛濺顆粒進(jìn)行收集，得到有、無外加磁場條件下的焊接飛濺率、不同外加磁場強(qiáng)度下的焊接飛濺率。五、進(jìn)度安排2013.02.272013.03.13 （第13周） 檢索文獻(xiàn)、撰寫開題報(bào)告；2013.03.132013.03.18 （第4周） 確定實(shí)驗(yàn)（設(shè)計(jì)）方案；2013.03.192013.05.13 （第511周） 試驗(yàn)（計(jì)算，設(shè)計(jì)）；2013.05.142013.05.20 （第12周） 試驗(yàn)（設(shè)計(jì)）結(jié)果分析；2013.05.212013.06.03 （第1314周）撰寫論文（設(shè)計(jì)說明書）；2013.06.042013.06.10 （第15周）指導(dǎo)教師和評(píng)閱人評(píng)閱，論文（設(shè)計(jì)說明）修改；2013.06.112013.06.17 （第16周）答辯。 指導(dǎo)教師簽字：