異種鋼焊接課程設(shè)計

目錄1.異種鋼的焊接-----------------------------------------------------------------------------------21.1異種鋼焊接接頭的焊接性--------------------------------------------------------------22焊接工藝的確定---------------------------------------------------------------------------------52.1焊接材料的選擇------------------------------------------------------------------------------52.2焊接方法的選擇------------------------------------------------------------------------------62.3焊接方法介紹--------------------------------------------------------------------------------------63材料焊接性分析------------------------------------------------------------------------------------104焊接工及參數(shù)選擇------------------------------------------------------------------------------114.1手工電弧焊-------------------------------------------------------------------------------114.2埋弧焊----------------------------------------------------------------------------------------125焊接工藝流程-----------------------------------------------------------------------------------135.1鋼材的矯正-----------------------------------------------135.2放樣，劃線與號料-------------------------------------------135.3下料--------------------------------------------------------135.4裝配焊接-----------------------------------------------146焊接質(zhì)量檢驗----------------------------------------------------------------------------------167本課題研究的意義及目的----------------------------------------------20參考文獻--------------------------------------------------------------------------------------------211.異種鋼焊接1.1異種鋼焊接接頭的焊接性1.主要物理性能由于兩種材料的熔點﹑密度﹑導熱性都不同，線膨脹系數(shù)﹑晶格參數(shù)也有所差異，因此在焊接這兩種金屬時對選擇可行的焊接方法，合理的焊接工藝有較大的影響。異種材料電磁性相差較大時，則使焊接電弧不穩(wěn)定，焊縫成形不好甚至形成不了焊縫。2.異種鋼的焊接性焊接異種鋼通常要比焊接同種鋼困難。因為，除了金屬本身的物理化學性能對焊接性的影響之外，兩種鋼的差異會在更大程度上影響它們的焊接性。(1)物理性能的差異：兩種材料物理性能的差異主要是指熔化溫度、線膨脹系數(shù)、熱導率和比電阻等的差異，將影響焊接的熱循環(huán)過程、結(jié)晶條件，降低焊接接頭的質(zhì)量。當異種材料熱物理性能的較大差異會使熔化情況不一致時，就會給焊接造成一定的困難；線膨脹系數(shù)相差較大時，會造成接頭較大的焊接殘余應力和變形，易使焊縫和熱影響區(qū)產(chǎn)生裂紋。異種材料電磁性相差較大時，則使焊接電弧不穩(wěn)定，焊縫成形不好甚至形成不了焊縫。(2)結(jié)晶化學性能的差異：結(jié)晶化學性能的差異主要是指晶格的類型、晶格參數(shù)、原子半徑原子的最外層電子結(jié)構(gòu)等的差異，也就是通常所說的“冶金學上的不相容性”兩種被焊金屬在冶金學上是否相容，取決于他們在液態(tài)和固態(tài)時的互溶性以及這兩種材料在焊接過程中是否產(chǎn)生金屬間化合物（脆性相）。研究表明能夠形成連續(xù)固溶體的一種材料具有良好的焊接性，有限的溶解度有時會形成金屬間化合物或使飽和固溶體的剩余成分析出，從而降低接頭的性能。這時因為焊接互溶性有限的兩種金屬或合金時，能否防止裂紋的產(chǎn)生主要取決于結(jié)晶條件材料的相變性質(zhì)以及狀態(tài)。(3)材料的表面狀態(tài)：材料的表面狀態(tài)是很復雜的，表面氧化層（氧化膜）、結(jié)晶表面層情況、吸附的氧離子和空氣分子、水、油污、雜質(zhì)等的狀態(tài)，都直接影響到異種材料的焊接性。此外，焊接一種材料時，必定會產(chǎn)生一層成分、組織及性能與母材不同的過渡層，過渡層的性能會給焊接接頭的整體性能帶來重大的影響；過大的融合比，會增加焊縫的稀釋率，使過渡層更加明顯；焊縫金屬與母材的化學成分相差越大，熔池內(nèi)金屬越不容易充分混合，過渡層越明顯，熔池內(nèi)金屬液態(tài)存在的時間越長，越容易混合均勻。焊接異種材料時需要采取相應的焊接工藝措施來控制過渡層，來保證接頭的性能[4]。3.異種金屬焊接接頭特點異種金屬材料焊接接頭和同種金屬焊接接頭的本質(zhì)差異和特點，在于熔敷金屬兩側(cè)焊接熱影響區(qū)和母材有如下諸方面的不均勻性。(1)化學成分的不均勻性：由于焊縫兩側(cè)的金屬和焊縫的合金成分有明顯的差別。隨著焊縫形狀、母材厚度、焊條藥皮或焊劑、保護氣體種類的不同，焊接熔池的行為也不一樣。因而。母材的融化量也隨之而不同。熔敷金屬與母材融化區(qū)得化學成分由于相互稀釋也將發(fā)生變化。由此可見，異種金屬焊接接頭各區(qū)域化學成分的不均勻程度，不僅取決于母材和填充金屬材料各自的原始成分，同時也隨焊接工藝而變化。例如異種金屬施焊是所用的焊接電流要盡量小，熔深要淺則受稀釋的影響就小。(2)組織的不均勻性：由于焊接熱循環(huán)的作用，焊接接頭各區(qū)域的組織也不同，而且，往往在局部的地方相當復雜的組織結(jié)構(gòu)。金屬焊接接頭中焊縫區(qū)的組織結(jié)構(gòu)，組織的不均勻性，決定于母材填充材料的化學成分，同時也與焊接方法、焊道層次、焊接工藝以及焊后熱處理過程有關(guān)。(3)性能的不均勻性：焊接接頭各區(qū)域化學成分和組織的差異，帶來了焊接接頭力學性能的不同，焊接接頭各區(qū)域的強度、硬度、塑形、韌性都有很大的差別，有時在3~5各晶粒的范圍內(nèi)，顯微鏡硬度出現(xiàn)成倍的變化。在焊縫兩側(cè)的熱影響區(qū)，其沖擊值甚至有幾倍只差。高溫下的蠕變極限和持久強度也會因成分和組織的不同，相差極為懸殊。物理性能對焊接接頭影響最大的因素有熱膨脹系數(shù)和熱導率，它們的差異決定著焊接接頭在高溫下的使用性能。(4)應力場分布的不均勻性：這是因為接頭各區(qū)域具有不同的塑形決定的；另外，材料導熱性的差異，將引起焊接熱循環(huán)溫度場的變化，也是殘余應力分布不均勻的因素之一。由于異種金屬焊接接頭各區(qū)域熱膨脹系數(shù)不同，接頭在正常使用條件下，因溫度循環(huán)而出現(xiàn)在界面上的附加熱應力，其分布也不均勻，甚至還會出現(xiàn)應力高峰，從而成為焊接接頭斷裂的重要原因?？傊?，對于異種金屬焊接接頭來說，成分、組織、性能和應力場得不均勻性，是其表現(xiàn)的主要特征[5]。4.異種金屬焊接接頭金相組織特點：焊接過程中，焊接接頭各部分經(jīng)過了不同的熱循環(huán)，因而所得組織各異。組織的不同，導致機械性能的變化。對焊接接頭進行金相組織分析，是對接頭機械性能鑒定的不可缺少的環(huán)節(jié)。焊接接頭的金相分析包括宏觀和顯微分析兩個方面。宏觀分析的內(nèi)容為：觀察與分析焊縫成形，焊縫金屬結(jié)晶方向和宏觀缺陷等。顯微分析是借助于放大100被以上的光學金相顯微鏡或電子顯微鏡進行觀察，分析焊縫的結(jié)晶形態(tài)，焊接熱影響區(qū)金屬的組織變化，焊接接頭的微觀缺陷等。焊接接頭由焊縫金屬、熔合區(qū)、焊接熱影響區(qū)組成。焊縫金屬的結(jié)晶形態(tài)與焊接熱影響區(qū)得組織變化，不僅與焊接熱循環(huán)有關(guān)，也和所用的焊接材料和被焊接材料偶密切關(guān)系[5]。(1)焊縫金屬由熔池冷卻凝固后形成組織和性能，熔池凝胡為鑄態(tài)組織，在冷卻過程中，液態(tài)金屬自熔合區(qū)向焊縫的中心方向結(jié)晶，形成柱狀晶組織。焊縫金屬的性能一般不低于母材的性能，但易產(chǎn)生裂紋。當結(jié)晶速度及溫度梯度不變時，隨著金屬溶質(zhì)濃度的提高濃度過冷增加，從而使金屬的結(jié)晶形態(tài)由平面晶變?yōu)榘麪罹О麪顦渲?，樹枝狀晶及等軸晶。當合金成分一定時，結(jié)晶速度越快，濃度過冷越大，結(jié)晶形態(tài)由平面晶發(fā)展到胞狀晶、樹枝狀晶、最后為等軸晶。焊縫的結(jié)晶形態(tài)除了受被焊金屬成分的影響外，還與焊接速度、焊接電流、板厚和接頭形式等工藝因素有關(guān)。(2)熔合區(qū)緊鄰焊縫的母材與焊縫交界處的金屬稱為熔合區(qū)或半熔化區(qū)。焊接時，該區(qū)金屬處于局部熔化狀態(tài)，加熱溫度在固液相溫度區(qū)間。在一般熔化焊的情況下，此區(qū)僅有2~3個晶粒的寬度甚至在顯微鏡下也難以辨認。但是，它對焊接接頭的強度、塑性都有很大影響。熔合區(qū)組織由（未熔化但因過熱而長大的）粗晶組織和（部分新結(jié)晶的）鑄態(tài)組織。該區(qū)很窄，組織并不均勻，強度下降，塑性很差，是產(chǎn)生裂紋及局部脆斷的發(fā)源地。(3)焊接熱影響區(qū)由于焊接熱影響區(qū)受熱的瞬時性，即升溫速度快、高溫停留時間短及冷卻速度快，使得與擴散有關(guān)的過程都難于進行，從而影響到組織轉(zhuǎn)變的過程及進行的程度，由此出現(xiàn)了等溫過程和熱處理過程的組織轉(zhuǎn)變明顯不同的特點。焊接加熱組織轉(zhuǎn)變向高溫推移，它是由奧氏體化過程的性質(zhì)決定的，當鋼中含有碳化物形成元素時，由于它們的擴散速度慢，而且本身還阻止碳的擴散因而明顯減慢了奧氏化得進程，促使轉(zhuǎn)變溫度升得更高。奧氏體均質(zhì)化程度降低、部分晶粒嚴重長大。焊接冷卻過程組織轉(zhuǎn)變向低溫推移、可形成非平衡組織，這也是因為奧氏體向鐵素體和珠光體轉(zhuǎn)變是由擴散過程控制的結(jié)果。馬氏體轉(zhuǎn)變臨界冷速發(fā)生變化。焊接熱影響區(qū)的各部分組織與性能決定于母材的成分、狀態(tài)以及該處所受的焊接熱循環(huán)、應力、應變。材料有沒有重結(jié)晶對還接熱循環(huán)反應不同。因此，形成焊接熱影響區(qū)也不同[6]。5.影響異種鋼焊接的主要因素：(1)異種金屬的熔點相差越大，越難進行焊接;(2)異種金屬的線膨脹率越大，越難進行焊接；(3)異種金屬的熱導率和比熱相差越大，越難進行焊接；(4)異種金屬的電磁性相差越大，越難進行焊接；(5)異種金屬的氧化性越強，越難進行焊接；(6)異種金屬之間形成金屬間化合物越多，越難進行焊接；(7)異種金屬焊接時焊縫和母材不易達到等強[7]。綜上所訴，焊接異種金屬及其合金時，只有合理選用焊接方法和填充材料，并合理的制定焊接工藝和采取特殊的措施，才能獲得優(yōu)質(zhì)的焊接接頭。2焊接工藝的確定2.1.焊接材料的選擇選擇焊接材料的一般原則(1)保證焊接接頭的使用性能，即保證焊縫金屬與基本金屬具有良好的機械性能和綜合性能。(2)保證焊縫金屬具有一定的致密性（沒有氣孔、夾雜或有單個小氣孔與夾雜，但數(shù)量在單位長度內(nèi)不超過額定值）。(3)焊接接頭應該具有良好的工藝性能，即在接頭區(qū)內(nèi)不出現(xiàn)熱裂紋和冷裂紋。(4)保證焊縫金屬具有所要求的綜合性能（熱強性、耐熱性、耐腐蝕性、耐磨性等）。(5)保證焊條有良好的工藝性，即焊條能夠適應各種空間位置的焊接，且能夠適應交直流焊接電源，具有一定的生產(chǎn)效率、熔敷系數(shù)和熔合比等[7]。2.2焊接方法的選擇大部分的焊接方法都可以用于異種鋼的焊接，只是在焊接參數(shù)及措施方面需適當考慮異種鋼的特點。在選擇焊接方法時，既要保證滿足異種鋼焊接的要求，又要盡可能考慮效率和經(jīng)濟。在一般生產(chǎn)條件下使用焊條電弧焊最為方便，因為焊條的種類很多，便于選擇，適應性強，可以根據(jù)不同的異種鋼組合確定適用的焊條，而且焊條電弧焊熔合比小。堆焊可以降低熔合比，埋弧焊則生產(chǎn)效率高。焊接金相組織不同的鋼，如珠光體和奧氏體鋼焊接時，應考慮盡量使金屬熔化量降到最小限度，即盡可能降低熔合比，以防止過渡區(qū)出現(xiàn)脆性的脆硬組織和裂紋等缺陷。不同的珠光體鋼焊接以及珠光體鋼與搞鉻馬氏體鋼焊接，采用二氧化碳氣體保護焊，具有廣泛實用性。高合金異種鋼焊接一般采用惰性氣體保護焊，一般薄件采用鎢極氬弧焊厚件采用熔化極惰性氣體保護焊。電子束焊可以用于制造異種鋼真空設(shè)備薄壁構(gòu)件。小直徑的異種鋼管可用閃光對焊。形狀簡單的異種材料可用摩擦焊、擴散焊、爆炸焊和釬焊焊接。如采用熔焊時，應盡量采用小電流快速焊以降低母材金屬的熔化量，保證較小的熔合比、選用適合的焊接材料或有關(guān)措施，可以調(diào)整焊縫成分和性能，防止產(chǎn)生裂紋，提高焊接接頭的性能，用各種電阻焊焊接異種鋼時，要特別控制母材的熔化量[8]。3.焊接方法介紹(1)手工電弧焊電弧焊是利用兩極之間的氣體介質(zhì)中產(chǎn)生持久而強烈的放電現(xiàn)象，產(chǎn)生高溫是焊件熔接在一起。其主要特點是，電弧是融化金屬的熱源，而電弧的能量來自電源。手工電弧焊是以焊條和焊件作為兩個電極，被焊金屬稱為焊件或母材。焊接時因電弧的高溫和吹力作用使焊件局部熔化。在被焊金屬上形成一個橢圓形充滿液體金屬的凹坑，這個凹坑稱為熔池。隨著焊條的移動熔池冷卻凝固后形成焊縫。焊縫表面覆蓋的一層渣殼稱為熔渣。焊條熔化末端到熔池表面的距離稱為電弧長度。從焊件表面至熔池底部距離稱為熔透深度。手工電弧焊的特點：焊條電弧焊是用手操控焊條進行焊接的電弧焊方法。適用于板厚在2—50mm的對接接頭、T字接頭、十字接頭、搭接接頭和堆焊等。手工電弧焊的優(yōu)點：①使用設(shè)備比較簡單，價格相對便宜并且輕便。焊條電弧焊使用的交流和支流焊機都比較簡單，焊接操作是不需要復雜的輔助設(shè)備，只需配備簡單的輔助工具。因此，購置設(shè)備的投資少，而且維護方便，這是它廣泛應用的原因之一。②不需要輔助氣體保護。焊條不但能提供金屬而且在焊接過程中能夠產(chǎn)生保護熔池和焊接處避免氧化的保護氣體，并且具有較強的抗風能力。③操作靈活，適應性強。焊條電弧焊適用于焊接單件過小批量的產(chǎn)品，短的和不規(guī)則的、空間任意位置的以及其他不易實現(xiàn)機械化焊接的焊縫。凡焊條能夠達到的地方都能進行焊接。④應用范圍廣，適用于大多數(shù)工業(yè)用的金屬和合金的焊接。焊條電弧焊選用合適的焊條不僅可以焊接碳素鋼、低合金鋼、而且還可以焊接高合金鋼及有色金屬，不僅可以焊接同種金屬，還可以焊接異種金屬。但焊條電弧焊還有以下缺點：①對焊工操作技術(shù)要求高，焊工培訓費大。焊條電弧焊的焊接質(zhì)量，除靠選用合適的焊條、焊接工藝參數(shù)和焊接設(shè)備外，主要靠焊工的操作技術(shù)和經(jīng)驗保證，即焊條電弧焊的焊接質(zhì)量在一定程度上決定于焊工操作技術(shù)。因此必須經(jīng)常進行焊工培訓，所需要的培訓費用很大。②勞動條件差。焊條電弧焊主要靠焊工的手工操作和眼睛觀察完成全過程，焊工的勞動強度大，并且始終處于高溫烘烤和有毒的煙塵環(huán)境中，勞動條件比較差，因此要加強勞動保護。③生產(chǎn)效率低。焊條電弧焊主要靠焊工的手工操作，并且焊接工藝參數(shù)選擇范圍較小，另外，焊接時要經(jīng)常進行焊道熔渣的清理，與自動焊相比，焊接生產(chǎn)率低。④不適于特殊金屬以及薄板的焊接。因為焊條的保護作用不足以防止這些金屬氧化，保護效果不夠好，焊接質(zhì)量達不到要求，所以不能采用焊條電弧焊[8]。(2)手工電弧焊焊條的選擇考慮因素為焊件物理、化學性能和化學成分時：根據(jù)等強觀點，竄則滿足母材力學性能的焊條，或結(jié)合母材力學性能的哈鳥，或結(jié)合母材的可焊性，改用非強度而焊接性好的焊條，但考慮寒風結(jié)構(gòu)形式，以滿足等強度等剛度要求。使其合金成分符合或接近母材。母材含碳、硫、磷等有害雜質(zhì)較高是，應選擇抗裂性和抗氣孔性能較好的焊條?？紤]因素為焊件的工作條件和使用性能時：在承受動載荷和沖擊載荷的情況下，除保證強度外，對沖擊韌性、延伸率均有較高的要求，應依次選用低氫型、鈦鈣型和氧化鐵型焊條。接觸腐蝕介質(zhì)種類、濃度、工作溫度以及區(qū)分是一般腐蝕還是晶間腐蝕等選用不銹鋼焊條。在磨損條件下工作時，應區(qū)分是一般還是受沖擊磨損，是常溫還是高溫下磨損。非常溫條件下工作時，應選擇相應的保證低溫或高溫力學性能的焊條?？紤]因素為焊件幾何開頭的復雜程度、剛度大小、焊接坡口的制備情況和焊接位置時：形狀復雜或大厚度的焊件，焊縫金屬在冷卻時收縮應力大，容易產(chǎn)生裂縫，必須選用抗裂性強的焊條，如低氫型焊條、高韌性焊條或氧化鐵型焊條。受條件限制不能翻轉(zhuǎn)的焊件，須選用能全位置焊接的焊條。焊接部位難以清理的焊件，選用氧化性強、對氧化皮和油垢不敏感的酸性焊條，以免產(chǎn)生氣孔等缺陷等[9]?？紤]因素為施焊工地設(shè)備時：在沒有直流焊機的地方，不宜選用先用直流電源的焊條，而應選用交流電源的焊條。某些鋼材（如珠光體耐熱剛）需焊后消除熱處理，但受設(shè)備條件限制（或本身結(jié)構(gòu)限制）不能進行熱處理時，應改用非母材體金屬材料焊條（如奧氏體不銹鋼焊條）可不必焊后熱處理。考慮因素為改善焊接工藝和保護工人身體健康時：在酸性焊條和堿性焊條都可以滿足要求的地方，就盡量采用酸性焊條?？紤]因素為勞動生產(chǎn)率和經(jīng)濟合理性是：在使用性能相同的情況下，應盡量選擇價格較低的酸性焊條，而不用堿性焊條，在酸性焊條中又以鈦型、鈦鈣型為貴，根據(jù)我國礦藏資源情況，應大力推廣[9]。埋弧焊（SubmergedArcWelding）是電弧在焊劑下燃燒以進行焊接的熔焊方法，在焊接過程中，焊劑熔化產(chǎn)生的液態(tài)熔渣覆蓋電弧和熔化金屬，起保護﹑凈化熔池﹑穩(wěn)定電弧和滲入合金元素的作用。埋弧焊分為自動埋弧焊和半自動埋弧焊兩種。前者應用較廣泛，焊接電流可達600A～2000A，焊接效率很高。埋弧焊是一種適于大量生產(chǎn)的焊接方法，廣泛用于焊接各種碳鋼﹑低合金鋼和合金鋼，也用于不銹鋼和鎳合金的焊接和表面堆焊。為了提高焊接效率和擴大使用范圍，埋弧焊的電極可采用雙絲﹑三絲﹑帶極(用于堆焊)﹐還可在焊劑中添加金屬粉等。焊劑層下的電弧與焊件接口的對正和調(diào)整，可用工業(yè)電視觀察或用激光跟蹤等方法探測。埋弧焊的焊接效率高，焊縫光潔，無飛濺，少煙塵，無電弧閃光，勞動衛(wèi)生條件好，設(shè)備成本較低。缺點是限于平焊和長焊縫。與氣體保護電弧焊相比，埋弧焊電弧不可見，接頭裝配要求較高，應用靈活性也較差。2.3..1埋弧焊的工作原理埋弧自動焊接時，引燃電弧、送絲、電弧沿焊接方向移動及焊接收尾等過程完全由機械來完成，焊劑由漏斗流出后，均勻地堆敷在裝配好的工件上，焊絲由送絲機構(gòu)經(jīng)送絲滾輪和導電嘴送入焊接電弧區(qū)。焊接電源的兩端分別接在導電嘴和工件上。送絲機構(gòu)、焊劑漏斗及控制盤通常都裝在一臺小車上以實現(xiàn)焊接電弧的移動。焊接過程是通過操作控制盤上的按鈕開關(guān)來實現(xiàn)自動控制的。焊接過程中，在工件被焊處覆蓋著一層30－50mm厚的粒狀焊劑，連續(xù)送進的焊絲在焊劑層下與焊件間產(chǎn)生電弧，電弧的熱量使焊絲、工件和焊劑溶化，形成金屬熔池，使它們與空氣隔絕。隨著焊機自動向前移動，電弧不斷熔化前方的焊件金屬、焊絲及焊劑，而熔池后方的邊緣開始冷卻凝固形成焊縫，液態(tài)熔渣隨后也冷凝形成堅硬的渣殼，未熔化的焊劑可回收使用。焊絲和焊劑在焊接時的作用與手工電弧焊的焊條芯、焊條藥皮一樣。焊接不同的材料應選擇不同成分的焊絲和焊劑。如焊接低碳鋼時常用H08A焊絲，配用高錳高硅型焊劑HJ431等。焊接電源通常采用容量較大的弧焊變壓器。2.3.2埋弧焊有以下優(yōu)點生產(chǎn)效率高埋弧焊所用的焊接電流可大到1000A以上，比焊條電弧焊高5~7倍，因而電弧的熔深能力和焊絲熔敷效率都比較大。這也使得焊接速度可以大大提高。以厚板為8~10mm的鋼板為例，焊條電弧焊的焊接速度一般不超過6~8m/h，而單絲埋弧焊的速度可達30~50m/h，如果采用雙絲或多絲埋弧焊，速度還可以提高一倍以上。焊接質(zhì)量好這一方面是由于埋弧焊的焊接參數(shù)可通過電弧自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)的調(diào)節(jié)能夠保持穩(wěn)定，對焊工操作技術(shù)要求不高，因而焊縫成形好，成分穩(wěn)定；另一方面也采用熔渣進行保護，隔離空氣的效果好有關(guān)。勞動條件好埋弧焊時沒有刺眼的弧光，也不需要焊工手工操作。這既能改善作業(yè)環(huán)境，也能減輕勞動強度。節(jié)約金屬及電能對于20~25mm厚以下的焊件可以不開坡口焊接，這既可以節(jié)省由于加工坡口而損失的金屬，也可以使焊縫中的焊絲填充量大大減少。2.3.3焊接適用的位置受到限制焊接厚度受到限制不適于焊接厚度小于1mm的薄板。對焊件坡口加工與裝配要求較嚴這是因為在埋弧焊時不能直接觀察觀察電弧與坡口的焊接位置，故必須保證坡口的加工和裝配精度，或者采用焊縫自動跟蹤裝置才能保證不焊偏。CO2氣體保護焊的焊接參數(shù)（1）采用明弧焊接，熔池可見度好，操作方便，適宜于全位置焊接。并且有利于焊接過程中的機械化和自動化，特別是空間位置的機械化焊接。（2）電弧在保護氣體的壓縮下熱量集中，焊接速度較快，熔池小，熱影響區(qū)窄，焊件焊后的變形小，抗裂性能好，尤其適合薄板焊接。（3）用氬、氦等惰性氣體焊接化學性質(zhì)較活潑的金屬和合金時，具有較好的焊接質(zhì)量。（4）在室外作業(yè)時，必須設(shè)擋風裝置才能施焊，電弧的光輻射較強，焊接設(shè)備比較復雜。3材料焊接性分析：Q235的碳含量較低，合金元素錳和硅的含量也不高?？偟膩碚f，其焊接性良好，不會因為焊接熱周期的快速冷卻，引起翠硬而使組織催化。因此，在焊接板厚小于70mm的焊件時，焊前不需預熱，不必嚴格保持層間溫度。除了鍋爐，壓力容器等重要焊接結(jié)構(gòu)外，焊后不必做消除應力處理。采用各種焊接工藝方法焊接的接頭，具有足夠高的力學性能。當采用熱輸入焊接法焊接低碳鋼時，也會出現(xiàn)各種問題。30CrMnSi低合金調(diào)質(zhì)高強度鋼統(tǒng)一數(shù)字代號牌號CSiMnCrA2430230CrMnSi0.27—0.340．90—1.200.80—1.100.80—1.10低合金結(jié)構(gòu)鋼由于含有一定量的合金元素，具有較高的淬硬傾向，其焊接性與碳鋼相比有明顯的差別，這主要表現(xiàn)在焊接熱影響區(qū)的組織變化。淬硬組織的組分增加，對冷裂紋的敏感性提高，接頭的韌性降低。某些含碳化合物元素的低合金鋼還具有再熱烈紋的傾向。4焊接工藝參數(shù)的選擇不同的焊接方法有不同的焊接工藝。焊接工藝主要根據(jù)被焊工件的材質(zhì)、牌號、化學成分，焊件結(jié)構(gòu)類型，焊接性能要求來確定。首先要確定焊接方法，如手弧焊、埋弧焊、鎢極氬弧焊、熔化極氣體保護焊等等，焊接方法的種類非常多，只能根據(jù)具體情況選擇。確定焊接方法后，再制定焊接工藝參數(shù)，焊接工藝參數(shù)的種類各不相同，如手弧焊主要包括：焊條型號（或牌號）、直徑、電流、電壓、焊接電源種類、極性接法、焊接層數(shù)、道數(shù)、檢驗方法等等。從防止冷裂紋出發(fā)，要求冷卻速度慢為佳，但是對于防止脆化來說，卻要求冷卻速度較快為好，因此應該確定兼顧兩者的速度范圍。這個速度范圍的上限是不產(chǎn)生冷裂紋，下陷主要取決于熱影響區(qū)不出現(xiàn)脆化的混合組織。1電弧焊的焊接參數(shù)主要有焊條直徑、焊接電流、電弧電壓、焊接層數(shù)、電源種類及極性等。①焊條直徑的選擇。焊條直徑的選擇主要取決于焊件厚度、接頭型式、焊縫位置及焊接層次等因素。在不影響焊接質(zhì)量的前提下，為了提高勞動生產(chǎn)率，一般傾向于選擇大直徑的焊條，Q235焊接性較好，因為這類鋼材的抗拉強度平局值為417.5MPa，而E4303焊條熔敷金屬抗拉強度不小于420MPa，正好與之配合。所以采用E4303焊條。②焊接電流的選擇。焊接電流的大小，對焊接質(zhì)量及生產(chǎn)率有較大影響。主要根據(jù)焊條類型、焊條直徑、焊件厚度、接頭型式、焊縫空間位置及焊接層次等因素來決定，其中，最主要的因素是焊條直徑和焊縫空間位置。另外，焊縫的空間位置不同，焊接電流的大小也不同。含合金元素較多的合金鋼焊條，一般電阻較大，熱膨脹系數(shù)大，焊接過程中電流大，焊條易發(fā)紅，造成藥皮過早脫落，影響焊接質(zhì)量，而且合金元素燒損多，因此焊接電流相應減小。選擇電流在200A左右。③電弧電壓的選擇。電弧電壓是由電弧長來決定。電弧長，則電弧電壓高；電弧短，則電弧電壓低。在焊接過程中，電弧過長，會使電弧燃燒不穩(wěn)定，飛濺增加，熔深減小，而且外部空氣易侵入，造成氣孔等缺陷。因此，要求電弧長度小于或等于焊條直徑，即短弧焊。在使用酸性焊條焊接時，為了預熱待焊部位或降低熔池溫度，有時將電弧稍微拉長進行焊接，即所謂的長弧焊。所以選擇電弧電壓為20V。④焊接層數(shù)的選擇。在中、厚板焊條電弧焊時，往往采用多層焊。層數(shù)多些，對提高焊縫的塑性、韌性有利。但要防止接頭過熱和擴大熱影響區(qū)的有害影響。另外，層數(shù)增加，往往使焊件變形增加。因此，要綜合考慮加以確定。⑤電源種類和極性的選擇。直流電源，電弧穩(wěn)定，飛濺小，焊接質(zhì)量好，一般用在重要的焊接結(jié)構(gòu)或厚板大剛度結(jié)構(gòu)的焊接上。其它情況下，應首先考慮用交流焊機，因為交流焊機構(gòu)造簡單，造價低，使用維護也較直流焊機方便。極性的選擇，則是根據(jù)焊條的性質(zhì)和焊接特點的不同，利用電弧中陽極溫度比陰極溫度高的特點，選用不同的極性來焊接各種不同的焊件。一般情況下，使用堿性焊條或薄板的焊接，采用直流反接；而酸性焊條，通常選用正接。

2埋弧焊的焊接參數(shù)主要有：焊接電流、電弧電壓、焊接速度、焊絲直徑和伸出長度等。①焊接電流。

一般焊接條件下，焊縫熔深與焊接電流成正比，隨著焊接電流的增加，熔深和焊縫余高都有顯著增加，而焊縫的寬度變化不大。同時，焊絲的熔化量也相應增加，這就使焊縫的余高增加。隨著焊接電流的減小，熔深和余高都減小。②電弧電壓。電弧電壓的增加，焊接寬度明顯增加，而熔深和焊縫余高則有所下降。但是電弧電壓太大時，不僅使熔深變小，產(chǎn)生未焊透，而且會導致焊縫成形差、脫渣困難，甚至產(chǎn)生咬邊等缺陷。所以在增加電弧電壓的同時，還應適當增加焊接電流。③焊接速度。當其他焊接參數(shù)不變而焊接速度增加時，焊接熱輸入量相應減小，從而使焊縫的熔深也減小。焊接速度太大會造成未焊透等缺陷。為保證焊接質(zhì)量必須保證一定的焊接熱輸入量，即為了提高生產(chǎn)率而提高焊接速度的同時，應相應提高焊接電流和電弧電壓。④焊絲直徑與伸出長度。當其他焊接參數(shù)不變而焊絲直徑增加時，弧柱直徑隨之增加，即電流密度減小，會造成焊縫寬度增加，熔深減小。反之，則熔深增加及焊縫寬度減小。

當其他焊接參數(shù)不變而焊絲長度增加時，電阻也隨之增大，伸出部分焊絲所受到的預熱作用增加，焊絲熔化速度加快，結(jié)果使熔深變淺，焊縫余高增加，因此須控制焊絲伸出長度，不宜過長。⑤焊絲傾角。焊絲的傾斜方向分為前傾和后傾。傾角的方向和大小不同，電弧對熔池的力和熱作用也不同，從而影響焊縫成形。當焊絲后傾一定角度時，由于電弧指向焊接方向，使熔池前面的焊件受到了預熱作用，電弧對熔池的液態(tài)金屬排出作用減弱，而導致焊縫寬而熔深變淺。反之，焊縫寬度較小而熔深較大，但易使焊縫邊緣產(chǎn)生未熔合和咬邊，并且使焊縫成形變差。⑥其他。a.坡口形狀

b.根部間隙

c.焊件厚度和焊件散熱條件3．CO2焊接參數(shù)選擇焊件厚度/mm焊腳尺寸/mm焊絲直徑mm焊接電流mm焊接電壓mm焊接速度/焊絲伸出長度mm氣體流量/焊接位置≥5mm13—162.0300—35030—3225—2820—2418—20平焊27—202.0300—35030—3224—2620—2418—205焊接工藝流程5.1鋼材的矯正鋼材表面清理。鋼材表面處理有化學處理和物理處理兩種，其中前者以酸洗為主，通過在鋼材表面發(fā)生化學反應進行腐蝕處理后，再利用304#不銹鋼絲（耐酸堿溶液）制成的鋼絲刷輥清掃干凈便可達到效果；物理處理以機械加工處理的方式，如拋丸、噴砂、高壓水等方式，完成處理達到效果。本課題研究的是星輪滾筒，表面清理目的是使鋼材有更好的機械性能，提高工件的抗疲勞性。將采用噴砂進行表面處理。鋼材的矯正。將采用火焰矯正，火焰矯正可以使板材矯正，還可以制取上拱。5.2放樣，劃線與號料放樣是在制造金屬結(jié)構(gòu)之前，按照設(shè)計圖樣，在放樣平臺上用1：1的比例尺寸，劃出結(jié)構(gòu)或者零件的圖形和平面展開尺寸。劃線是根據(jù)圖樣或技術(shù)條件要求，在毛坯或半成品上用劃線工具畫出加工界線，或作為找正檢查依據(jù)的輔助線。號料是指把已經(jīng)展開的零件的真實形狀及尺寸，通過樣板、樣箱、樣條或草圖劃在鋼板或型材上的工藝過程。號料之后就是鋼板或型材的切割加工了。5.3下料5.3.1用鋼盤尺測幅板長、寬及對角尺寸，對接焊縫按Ⅰ類縫要求進行焊接和超聲波探傷。由于幅板高度為615mm下料時不能一張整板上切割成型（若切成整板浪費太大），因此將其進行拼焊而成，該幅板拼裝質(zhì)量難以檢測，在生產(chǎn)過程中采用放地樣的方式進行組拼、焊接、檢驗，對接焊縫按Ⅰ類縫要求進行焊接。5.3.肋板的寬度尺寸只能小不能大(1mm左右)。長度尺寸可允許有一定的誤差(±2mm以內(nèi))。肋板的4個角應為90。，尤其是肋板與軸聯(lián)接處的2個角更應嚴格保持直角。5.3.切割機類型采用等離子切割機，相比火焰切割和激光切割，有如下優(yōu)點：切割面光潔、熱變形小、幾乎沒有熱影響區(qū)，而且成本較低。采用型號為LGK-60的等離子切割機LGK-60型等離子切割機各項參數(shù)：5.4裝配焊接5.4.1幅板、筋板，扇葉板的裝配注意事項(1)根據(jù)設(shè)計圖樣，編制星輪滾筒鋼結(jié)構(gòu)制造工的規(guī)定;(2)在幅板，筋板，扇形板下料時，要進行材料標記移植，標明材質(zhì)、產(chǎn)品編號、材檢號等(3)采用埋弧焊時，焊縫兩端應點固引弧板和收弧板，其厚度和材質(zhì)與板料相同;(4)為了避免焊縫集中，拼焊時要考慮筋板與扇形板板裝配后其拼焊接頭應相互錯開，距離不小于200mmm(5)各板對接焊縫的外表面必須磨平先把軸和幅板焊在一起，先采用焊條電弧焊固定，留有1mm的間隙，再采用埋弧焊進行焊接，再把筒體與幅板連接在一起，同樣使用埋弧焊。之后用筒體與扇形板和筋板相連接。5.4.(1)采用埋弧自動焊焊接，焊接材料選擇焊絲H08A,焊劑選擇HJ431，電源種類為交流。工件厚度/mm裝配間隙/mm焊絲直徑/mm焊接電流/mm電弧電壓/mm焊接速度/cm/min5010-1151200-130044-4817第一面在焊劑墊上焊。焊接第一面時采用預留間隙不開坡口的方面最為經(jīng)濟。第一面的焊接參數(shù)應該保證熔深超過工件厚度60%-70%。焊完第一面后翻轉(zhuǎn)工件，進行反面焊接，其參數(shù)可以與正面的相同以保證工件完全焊透，預留間隙雙面焊的焊接條料。第一面焊道焊后，是否需要情根，視第一道焊縫的質(zhì)量而定。5.4.為使焊縫的厚度達到圖樣規(guī)定的尺寸或獲得全焊透的焊接接頭，接縫的邊緣應按板厚和焊接工藝方法加工成各種形式的坡口。最常用的坡口形式為V形、雙V形、U形、及雙U形坡口。坡口加工可以采用機械加工或熱切法。V形坡口和雙V形坡口可以在機械氣割下料時，采用雙割炬或三割炬同時完成坡口加工。焊接接頭坡口形狀和幾何尺寸的設(shè)計，應遵循以下原則：（1）保證焊接質(zhì)量（2）坡口加工簡易（3）便于焊接加工（4）節(jié)省焊接材料在坡口制備上、下蓋板和腹板的對接處采用開V型坡口的形式坡口角度為45，選用坡口機的類型為電動內(nèi)漲式管子坡口機，各項參數(shù)如下表：型號名稱坡口范圍切削壁厚刀盤轉(zhuǎn)速主機重量QNZ-28型Ф16-28mm≤15mm58rpm4.5kg6焊接質(zhì)量檢驗焊接檢驗主要分為兩大類：一類是非破壞性檢驗，包括外觀檢驗、水壓試驗、致密性檢驗、無探傷檢驗等；另一類是破壞性試驗，如焊縫金屬及焊接接頭力學性能試驗、化學分析及腐蝕試驗、金相檢驗等[9]。1.非破壞性檢驗(1)外觀檢驗以目測觀察為主，并可以借助低倍放大鏡觀察。此法用于發(fā)現(xiàn)焊接接頭的外部缺陷。焊接接頭外部缺陷的存在，通常是產(chǎn)生內(nèi)部缺陷的標志。(2)水壓試驗用于評定鍋爐、壓力容器、管道等焊接構(gòu)件的整體強度性能、變形量大小以及有無滲漏現(xiàn)象。水壓試驗是將水、油、氣等充入容器內(nèi)徐徐加壓，以檢查其泄漏、耐壓、破壞等的試驗。(3)致密性檢驗①氣密性試驗檢驗小容積的壓力容器，容器至于水槽中充氣，焊縫金屬致密性不良時，水中呈現(xiàn)氣泡，檢驗大容積的壓力容器，容器充氣后，在焊縫處涂肥皂水檢驗滲漏。②氨氣試驗對檢驗的壓力容器充以氨氣，在焊縫上貼一條比焊縫略寬的浸過硝酸汞溶液的試紙，若焊縫區(qū)有泄漏，試紙的相應部件上將呈現(xiàn)黑色斑紋。③煤油試驗用于檢驗不承受壓力的焊縫。在焊縫及熱影響區(qū)涂刷石灰水溶液，在另一側(cè)涂刷煤油，如有穿透性缺陷時，則煤油會滲透過縫隙使涂有白色基底的粉面上呈現(xiàn)黑色斑痕。(4)無損探傷：包括著色滲透探傷、磁粉探傷、超聲波探傷、射線探傷等[10]。2.破壞性試驗(1)力學性能試驗①拉伸試驗拉伸試驗用于評定焊縫或焊接接頭的強度和塑性性能?？估瓘姸群颓姸鹊牟钪的芏ㄐ哉f明焊縫或焊接接頭的塑性儲備量。伸長率和斷面收縮率的不均勻程度，能定性說明焊縫金屬的偏析與不均勻性，以及焊接接頭各區(qū)域的性能差別。②彎曲試驗彎曲試驗用于評定焊接接頭塑性并反映出焊接接頭各個區(qū)域的塑性差別，暴漏焊接缺陷，考核熔合區(qū)的結(jié)合質(zhì)量。彎曲試驗可分為橫彎、縱彎、正彎、前彎及側(cè)彎。③沖擊試驗沖擊試驗用于評定焊縫金屬和焊接接頭的韌性、坡口敏感性。④硬度試驗硬度試驗用于評定焊接接頭的硬化傾向，并可間接考核焊接接頭的脆化程度。⑤斷裂韌度COD試驗此試驗用于評定焊接接頭的COD斷裂韌度，通常將預制疲勞裂紋分別開在焊縫、熔合區(qū)和熱影響區(qū)評定各區(qū)的斷裂韌度。⑥疲勞試驗疲勞試驗用于評定焊縫金屬和焊接接頭的