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1、哈尔滨理工大学专科生毕业论文哈尔滨理工大学荣成学院专科生毕业设计题 目：ZG270-500焊接性及裂纹修补 专业年级： 08级焊接技术及自动化 学生姓名： 巩超 学 号： 0801090211 指导教师： 杨丽丽 哈尔滨理工大学荣成学院完成时间： 2011年 5月 25日哈尔滨理工大学荣成学院专科生毕业设计（论文）评语学生姓名：巩超 学号：0801090211学 院：荣成学院 专业：焊接技术及自动化任务起止时间：2011年5月13日至2011年6月15日毕业设计（论文）题目：ZG270-500的焊接性及焊缝裂纹修补指导教师对毕业设计（论文）的评语：指导教师签名： 指导教师职称： 评阅教师对毕业
2、设计（论文）的评语：评阅教师签名： 评阅教师职称： 答辩委员会对毕业设计的评语：答辩委员会评定，该生毕业设计（论文）成绩为： 答辩委员会主席签名： 职称： 年 月 日哈尔滨理工大学荣成学院专科生毕业设计（论文）任务书学生姓名：巩超 学号：0801090211学 院：荣成学院 专业：焊接技术及自动化任务起止时间：2011年5月13日至2011年6月15日毕业设计（论文）题目：ZG270-500焊接性及焊缝裂纹修补毕业设计工作内容：铸钢是生产中常用的材料,但是由于其成分中含有杂质较多,铸造过程中冷却缓慢,使其组织粗大偏析比较严重给焊接带来困难.本文通过对ZG270-500及其焊接接头的常见缺陷进行
3、分析，选用适当的焊接工艺参数进行焊接，并对焊后裂纹进行探伤及修补。1、了解毕业设计的内容，查阅资料（5月13日5月17日）2、对铸钢的焊接性及焊接工艺进行分析，总结ZG270-500的焊接工艺及修补措施.撰写题纲（5月17日-5月19日）3、撰写论文（5月20日-5月21日）资料：1、吕烨，许德株 .机械工程材料.第三版.北京：高等教育出版社，2008.62、刘会杰 .焊接冶金与焊接性.北京：机械工业出版社，2007.33、钟廷志，曹占伦，刘东明 .新编常用金属材料手册.北京：人民邮电出版社，2008.5指导教师意见： 签名：年 月 日系主任意见：签名：年 月 日ZG270-500的焊接性及焊
4、缝裂纹修补摘要ZG270-500的碳当量约为0.45%，从碳当量上看焊接性尚可。但由于其制作是通过铸造而来，其显微组织和性能有别于普通的碳素结构钢，铸锭的组织中存在裂纹、偏析等缺陷，使焊接过程比普通碳钢复杂一些，尤其是焊接裂纹和偏析在焊缝及热影响区中极易出现。本文针对ZG270-500焊接时长出现的缺陷，从其成分和显微组织进行分析，最后总结出一套完整 的焊接参数和焊接工艺。另外真对已出现的裂纹根据前面焊接性的分析，整理出一套裂纹的修补工艺提。关键词ZG270-500；焊接性；裂纹补焊不要删除行尾的分节符，此行不会被打印目录摘要I第1章 绪论11.1 课题背景1第2章 ZG270-500的焊接性
5、分析22.1 ZG270-500成分与焊接性22.1.1 ZG270-500和ZG275-485H的成分22.1.2 ZG270-500、ZG275-485H及Q345的力学性能22.1.3 ZG270-500焊接性分析22.2 ZG270-500的组织与焊接性32.2.1 铸锭的组织32.2.2 ZG270-500的焊接性分析4第3章 ZG270-500焊接接头的组成及缺陷53.1 焊接接头的组成53.2 ZG270-500的熔合区53.3 ZG270-500的热影响区53.4 焊接接头的常见裂纹63.4.1 焊接热裂纹63.4.2 焊接冷裂纹6第4章 ZG270-500的焊接工艺74.1
6、焊接方法的选择74.2 焊接材料的选择及保存74.3 焊接参数的选择74.4 坡口清理84.5 焊前预热84.6 层间温度84.7 焊接操作注意事项94.8 焊后热处理9第5章 ZG270-500焊接接头裂纹的修补105.1 裂纹的确认105.2 裂纹的清除105.3 坡口的清理105.4 焊接方法及焊接材料的选择105.5 焊接操作115.6 焊后热处理115.7 对补焊的焊缝进行超声波检测12结论14参考文献15附录16千万不要删除行尾的分节符，此行不会被打印。在目录上点右键“更新域”，然后“更新整个目录”。打印前，不要忘记把上面“Abstract”这一行后加一空行- VII -第1章 绪
7、论1.1 课题背景在生产中，铸钢是重要的金属结构材料，具有良好的综合机械性能和化学物理性能。与铸铁相比，铸钢具有较高的强度、韧性、塑性和良好的焊接性。与普通的碳钢相比，铸件是通过铸造工艺制作，可以制作外形比较复杂的工件，且制造的工艺比较简单，成本较低，在性能上没有锻件的各向异性。另外，在铸钢中加入某些合金元素，还可以获得特殊性能。因此在工业生产中应用十分的广泛。尤其是碳素铸钢，有良好的综合机械性能和铸造性能，且对原料的要求不高，合金元素消耗少，成本低，熔炼和铸造工艺容易掌握，在各部门应用很广。在铸钢的铸造过程中，为保证其有足够的强度、塑性和韧性，含碳量在0.15%0.60%间。由于铸钢的浇铸温
8、度比钢锭的浇铸温度高，铸件的形状也比较复杂，其凝固条件的控制比钢锭困难的多，而且之后不经过锻压加工，一般情况下，铸钢件的结晶比较粗大，热节处和枝晶间的疏松难以避免，因此，铸钢的性能往往比成分相近的钢要差，在焊接性能上也是。焊接时极易出现裂纹和偏析等缺陷。华东重工有限公司是专门生产大型数控机床的公司，机床的导轨要求较高的强度和冲击韧性，对于结构简单的工件可以使用16Mn制作，但是对于结构复杂的导轨，使用铸铁无法满足其性能的要求，因此选用铸钢件，但是由于车间正处于起步阶段，对铸钢的焊接没有一套完整的焊接工艺指导焊接生产，致使焊件出现严重的缺陷，尤其以裂纹最常出现。如图1-1，图1-2所示。图1-1
9、工件端部裂纹 图1-2 渗透探伤检测裂纹第2章 ZG270-500的焊接性分析由于铸钢需要较高的强度和韧性,同时又要具备较好流动性,所以其在制作的过程中,加入很多的合金元素,使其成分与性能相近的碳钢的成分相差很多,首先从其成分上分析其焊接性,并与ZG275-485H和Q345进行比较。之后通过显微组织对其焊接性进行分析。2.1 ZG270-500成分与焊接性2.1.1 ZG270-500和ZG275-485H的成分ZG270-500、ZG275-485H及Q345的成分如表2-1所示3表2-1牌号元素的最高含量/%(质量分数)CSiMnSPZG270-5000.400.500.900.040.
10、04ZG275-485H0.250.501.20.040.04Q3450.200.551.00-1.600.040.042.1.2 ZG270-500、ZG275-485H及Q345的力学性能ZG270-500、ZG275-485H及Q345的力学性能如表2-2所示表2-2牌号元素的最高含量/%(质量分数)sbAkZG270-500270500182520ZG275-485H275485203522Q345345/2.1.3 ZG270-500焊接性分析使用国际焊接学会（IIW）推荐的碳当量计算公式：ZG270-500的碳当量约为0.45%，ZG275-500的碳当量约为0.46%。一般情况下
11、，当碳当量的值大于0.4%时，材料的冷裂敏感性增大，其焊接时主要问题是焊接热影响区易产生低塑性的淬硬组织，这种淬硬组织随着钢含碳量的增加而增大。另外，铸钢铸锭的冷却速度缓慢，结构复杂，成分不均匀，完成后又不经过压力加工过程，所以组织较粗大，存在严重的偏析和夹杂，使其塑性和韧性降低，焊接性比普通的碳素钢差。当焊接材料选择不当、焊接规范不合适时容易产生裂纹。因此在焊接时需要预热和层间保温，以降低热影响区的冷却速度，以防止产生马氏体，减少裂纹的产生。另外多层焊的第一层焊缝由于和母材接触，母材融合到焊缝中的比例较高，使焊缝的含碳量及硫和磷杂质的含量增加，也产生热裂纹。因此对焊材的选用和焊缝坡口的制备也
12、提出了要求，考虑用低氢的焊接方法。同时还要进行焊后热处理，最好是焊后立即进行消除应力退火。通过以上对ZG270-500和ZG275-485H成分及焊接性的分析，从碳当量分析，其焊接性相似，但是其成分存在很多的差异，ZG275-485H减少了碳的含量增加了锰的含量，从组织和合金元素上说其焊接性优于ZG270-500。另外，ZG275-485H是在1000-1100范围内加热得到单一的奥氏体组织，具有良好的韧性，在受到高的冲击载荷和高压的情况下，表面迅速产生加工硬化，从而产生耐磨的表面层，而内部保持良好的冲击性，适合制作受冲击载荷的导轨，所以在设计机床导轨是可考虑用ZG275-485H代替ZG27
13、0-500。但ZG275-485H的成本要远远高于ZG270-500，且ZG270-500的性能又能满足设备要求，所以很多工厂处于成本考虑还是选用ZG270-500制作机床导轨设备。2.2 ZG270-500的组织与焊接性2.2.1 铸锭的组织ZG270-500的含碳量为0.4%，属于亚共析钢，其在室温的组织为铁素体和珠光体，与成分相似的锻压成形的碳钢的组织是相同的，不同点就是晶粒的形态，在此主要是从晶粒的形态和组织的偏析来分析ZG270-500的焊接性。 铸钢是通过铸造的工艺制作得到，由于铸锭的冷却过程缓慢，工件较大，因此了解铸锭各部分的组织和性能有助于焊接过程的进行，提高焊接质量1。铸锭组
14、织如图3-1所示（1）、表层细晶粒区 （2）、中心粗大晶粒区 图3-1铸锭组织（3）、中心粗大等轴晶粒区2.2.2 ZG270-500的焊接性分析 铸锭表层细晶粒区的组织致密，力学性能好，但该区很薄，故对铸锭性能影响不大。柱状晶粒区的组织比中心等轴晶粒区致密，但晶粒间常存在非金属夹杂物和低熔点杂质而形成脆弱面，在焊接时极易引起裂纹。中心粗大等轴晶粒无脆弱面，但组织疏松，杂质较多，力学性能较低，焊接时应尽量避开此区域4。在铸锭中，除组织不均匀外，还存在成分偏析、气孔、缩松、夹杂、裂纹等缺陷，给焊接过程带来困难。第3章 ZG270-500焊接接头的组成及缺陷3.1 焊接接头的组成焊接接头是连接母材的部分，接头质量的好坏直接影响焊件的使用性能，只有充分的了解了焊接接头的组成及各
