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1、Q345 钢管两个焊接工艺设计说明书 摘要：本文通过分析 Q345钢的化学成份和及其相关性能，对所给材料的焊接性能进行了重点分析。两个Q345钢管对接采用的接头形式为环焊缝对接接头，所选用的焊接方法为CO2气体保护焊。根据有关的数据依据,制定了合理的焊接工艺，并分析工艺的合理性，同时还阐述了焊接前的准备工作、焊接中的注意事项以及焊后的检验处理工作以保证获得质量好的焊缝。关键字：Q345钢；焊接性能；焊接工艺；焊后检验；焊后热处理。引言：随着改革开放的突飞猛进和社会主义现代化建设的日新月异，我们对焊接技术提出了更高的要求。在上世纪最后十年间，焊接技术在我国国民经济建设各个领域的应用在广度和深度方
2、面均产生了质的飞跃，呈现出新的群雄并存，共同繁荣的新格局；焊接机械化自动化水品也不断提高，具有高参数，高寿命，大型化，超微细等特征的焊接制品不断出现，焊接结构设计革新程度迅速提升。Q345钢的主要组成元素比例与16Mn钢基本相同，区别是增加了V、Ti、Nb微量合金元素。少量的V、Ti、Nb合金元素能细化晶粒，提高钢的韧性，钢的综合机械性能得到较大提高。也正因为如此，钢板的厚度才可以做得更大一些。因此，Q345钢的综合机械性能应当优于16Mn钢，特别是它的低温性能更是16Mn钢所不具备的。Q345钢的许用应力略高于16Mn钢。Q345钢是一种优质的低合金高强钢（C0.2%），广泛应用于桥梁、车辆
3、、船舶、压力容器等。1.母材成分分析待焊母材为Q345钢管两个，规格：公称外径57mm，壁厚8mm，长度600mm，环焊缝。1.1基本化学成分钢种化学成分CMnSiPSVQ3450.200.170.550.0450.0450.020.15Q345钢的化学成分Q345钢的力学性能牌号等级拉力强度MPa屈服点MPa伸长率（%）Q345A47063034522BCDE1.2 母材焊接性能分析1.2.1碳当量(Ceq)的计算 Ceq=C+Mn/6+(Cr+Mo+V)/5+(Ni+Cu)/15 （1-1）按以上公式计算出材料的碳当量为0.49。由计算结果可知,试验用钢的淬硬倾向不大，焊接性不大好。2.焊
4、接方法的选择对焊接方法没有什么特殊要求，一般的焊条电弧焊，TIG焊，MIG焊，埋弧焊，电渣焊，压焊等方法均可采用此处选用CO2气体保护焊。管子内充CO2气体保护，防止氧化，有利于单面焊双面成型和根部焊透，保证焊缝质量。3工艺参数、焊接材料、设备选择3.1 CO2气体保护焊工艺主要焊接工艺参数焊条直径焊接电流焊接电压焊接速度焊丝伸出长度电流极性气体流量焊接位置2.480100A10-14V3545mm/min1015mm直流反接法1525L/min平焊3.2焊接速度的选择1焊接速度过高，会破坏气体保护效果，焊缝成形不良，焊缝冷却过快，导致降低焊缝塑性，韧性。焊接速度过低易使焊缝烧穿，形成粗大焊缝
5、组织。2半自动焊接时，焊接速度一般不超过30米/时。3.3焊丝伸出长度的选择1焊丝伸出长度与焊丝直径，焊接电流及焊接电压有关。2焊丝伸出长度增加，将降低焊接电流，减少熔深，增加焊缝宽度。3焊丝伸出长度过长时，容易形成未焊透，未熔合，增加飞溅，削弱保护，形成气孔；焊丝伸出长度过短时，会妨碍对熔池的观察，喷嘴易被飞溅堵塞，影响保护形成气孔。 4一般认为焊丝伸出长度为焊丝的1015倍。细丝时（焊丝直径 1.2mm），焊丝伸出长度以815mm为宜，粗丝时，在1525mm之间。为减少飞溅，尽量使焊丝伸出长度少些。3.4 电流极性的选择CO2气体保护焊主要采用直流反接法。不同极性接法的应用范围及特点电流极
6、性应用范围特点 直流反接短路过渡及颗粒过渡的普通焊接，一般材料的焊接飞溅小，电弧稳定，焊缝成形好，熔深大，焊缝金属含氢量低直流正接高速焊接、堆焊、铸铁补焊焊丝熔化速率高，熔深浅，熔宽及余高较大。电流极性的应用范围及特点3.5 气体流量的选择1气体流量直接影响气体保护效果。气体流量过小时，焊缝易产生气孔等缺陷 气体流量过大时，不仅浪费气体，而且焊缝由于氧化性增强而形成氧化皮，降低焊缝质量。2气体流量应根据焊接电流，焊接速度，焊丝伸出长度，喷嘴直径，焊接位置等因素考虑。当焊接电流越大，焊接速度越快，焊丝伸出长度较长，喷嘴直径增大，室外焊接及仰焊位置时，应采用较大的气体流量。3当焊丝直径小于或等于1
7、.2mm时，气体流量一般为615升/分；焊丝直径大于1.2mm时，气体流量应取1525升/分。3.6焊材的选择1.选择焊接材料时考虑到1不能又裂纹等焊接缺陷，2.满足使用性能的要求，从焊接接头力学性能“等强匹配”的角度选用焊缝强度与母材等强度或稍低于母材，焊缝中碳的质量分数不应超过0.14%，焊缝中其他合金元素也要求低于母材的含量，以防止裂纹及焊缝强度过高 2.同时考虑融和比和冷却速度的影响 焊缝的化学成分和性能与母材的溶入量（融合比）有很大的关系，而母材溶入焊缝组织的过饱和度和冷却速度有很大的关系。为保证焊接过程的低氢条件和根据多方面考虑 选用型号为H08Mn2SiA.它有较好的工艺性能、力
8、学性能及抗热裂纹能力，适用于低碳钢和低碳合金钢焊接。 H08Mn2SiA化学成分表焊丝牌号化学成分cSiMnCrNiPSH08Mn2SiA0.110.650.951.802.100.200.300.030.033.7 CO2气体保护焊焊接设备的选择焊接设备选用NBC7-250(IGBT)型逆变式CO2焊机。NBC7-250(IGBT)型焊机的逆变电源输出平特性，其主电路采用半桥逆变式结构，额定输出电流为250A，额定负载持续率60%，电弧电压调节范围1436V，电流调节范围40250A。输送CO2的管线应选用质地柔软、耐磨和无裂痕的胶管且无漏气现象。CO2气体保护焊导电线应采用柔软多股铜线其与
9、夹具应接触良好。 4 焊接实施方法及步骤4.1焊前准备(1)由于现场施工环境比较恶劣,而且焊接位置难度也较大,因此在开始焊接施工前,必须要做好防风、防雨的准备工作。因为焊接质量受施工环境的影响很大,我们要尽可能地为焊工提供一个良好的施工环境。(2)彻底清理坡口及其附近油、锈,对焊接时防止气孔、裂纹是十分重要的。在焊前必 须清理油、锈等污物,将坡口面及其周围10mm内修磨出金属光泽。(3)检查气、电路是否畅通，焊机设备及附件应状态良好。(4)氩弧焊枪使用前，应将气阀打开，将焊枪皮管内积气排尽。(5)为保证焊接质量,焊丝去除表面的油垢及锈等污物，露出金属光泽4.2坡口形式坡口形式: V形坡口,角度
10、为 60,钝边厚2mm,装配间隙 13mm。Q345钢的坡口 加工应采用机械方法，并应保证坡口的钝边厚度小于 2mm（小径管不宜超过 1mm），以防 铁水流动性差而造成根部未熔合；坡口及其内外两侧 15-20mm范围内打磨至露出金属光泽。4.2.1定位焊缝焊接的主要变形有挠曲（正弯）、侧弯、角变形及扭曲变形等。对于此矩形管而言，主要的变形是横向收缩，使矩形断面尺寸受到影响，每边需缩进预留间隙90%左右；焊缝横向收缩后，竖板两端向内弯曲，使构件形成腰鼓状；由于焊缝断面大，输入热量多，必然引起较大的纵向收缩，使构件在长度方向形成挠曲变形；对因不合理焊接造成的扭曲变形，矫正十分困难，有时不得不割开重
11、焊或整件报废。从焊接变形理论可知，影响焊接变形大小的主要因素是：焊缝尺寸越大，熔敷金属越多，变形越大；焊缝尺寸相等时，焊缝热输入越大，造成的变形也越大；焊接大长焊缝时，分段比直通焊变形要小；焊缝布置不对称或虽布置对称但不对称焊接，焊缝部位偏离越严重，变形越大；构件刚性越小，变形越大。4.3施焊过程应注意（1）在定位好焊接位置后，先接通好送气装置，并保持通气一段时间后引弧，焊接，在施焊过程中要注意焊接速度，以及走弧方式、保持电弧的一定高度(2)填丝过程切勿扰乱氩气气流,停弧时要注意让氩气保护熔池,防止焊缝氧化。焊后半圈时,电弧熔化前半圈仰焊部位,待出现熔孔时给送焊丝,前两滴可以多给点焊丝,避免接
12、头 内凹,过后按正常焊接。(3)焊接时钨极端部离焊件距离2mm左右,焊丝要顺着坡口向管子内壁送到熔池的高温处,将焊丝熔化。电弧稳定后,在坡口一端预热,待金属熔化后立即送第一滴焊丝熔化金属, 然后电弧摆到坡口另一端,给送第二滴焊丝熔化金属,使第二滴熔化金属连接形成焊缝的根 基,然后电弧作横向摆动,两边稍作停留,焊丝均匀地、断续地送进熔池向前施焊。(4)注意焊到后半圈剩一小半时应减小内部保护气体流量,以防止气压过大而使焊缝内凹。5.焊接中易出现的问题：裂纹、气孔、飞溅。5.1焊接裂纹焊接缺陷是焊接件中最常见的一种严重缺陷。金属的焊接性中包括了两大类的问题：一类是焊接引起的材料性能变坏，使焊件失掉了
13、材料原来特有的性能，如不锈钢焊后失掉其耐蚀性等；另一类是在焊接接头或其附近的母材内产生裂纹和气孔等缺陷。裂纹影响焊接件的安全使用，是一种非常危险的工艺缺陷。焊接裂纹不仅发生于焊接过程中，有的还有一定潜伏期，有的则产生于焊后的再次加热过程中。焊接裂纹根据其部位、尺寸、形成原因和机理的不同，可以有不同的分类方法。按裂纹形成的条件，可分为热裂纹、冷裂纹、再热裂纹和层状撕裂等四类。Q345钢的焊接裂纹主要是冷裂纹。5.1.1冷裂纹1.Q345钢的焊接裂纹主要是冷裂纹。根据引起的主要原因可分为淬火裂纹、氢致延迟裂纹和变形裂纹。最主要、最常见的冷裂纹为延迟裂纹（即在焊后延迟一段时间才发生的裂纹-因为氢是最
14、活跃的诱发因素，而氢在金属中扩散、聚集和诱发裂纹需要一定的时间）。2产生原因 （1） 焊接接头存在淬硬组织，性能脆化。 （2） 扩散氢含量较高，使接头性能脆化，并聚集在焊接缺陷处形成大量氢分子，造成非常大的局部压力。（氢是诱发延迟裂纹的最活跃因素，故有人将延迟裂纹又称氢致裂纹）。 （3）存在较大的焊接拉应力。3预防措施（1）选用碱性焊条，减少焊缝金属中氢含量、提高焊缝金属塑性。 （2）减少氢来源枣焊材要烘干，接头要清洁（无油、无锈、无水）。 （3）避免产生淬硬组织枣焊前预热、焊后缓冷（可以降低焊后冷却速度）。 （4）降低焊接应力枣采用合理的工艺规范，焊后热处理等。 （5）焊后立即进行消氢处理（
15、即加热到250，保温26h左右，使焊缝金属中的扩散氢逸出金属表面）。5.1.2 其它裂纹1.热裂纹 2再热裂纹 3层状撕裂5.2 焊接飞溅5.2.1 飞溅产生原因1由冶金反应引起的飞溅。这种飞溅主要是CO气体造成的，由于CO2气体具有强烈的氧化性,焊接时熔滴和熔池中的碳元素被氧化生成CO气体，在电弧高温作用下，其体积急剧膨胀，逐渐增大的CO气体压力最终突破液态熔滴和熔池表面的约束，形成爆破，从而产生大量的细颗粒飞溅。2极点压力引起的飞溅。这种飞溅主要取决于电弧的极性，采用正接焊接时，正离子飞向焊丝末端，机械冲击力大，造成大颗粒飞溅。3熔滴短路时引起的飞溅。发生短路时，焊丝与熔池间形成液体小桥，由于短路电流的强烈加热及电磁收缩力作用，使小桥爆断而产生
