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1、1 绪论1 .1 Q235 的成分及焊接性分析Q235钢是一种普通碳素结构钢，具有冶炼容易，工艺性好，价格价廉的 优点，而且在力学性能上也能满足一般工程结构及普通机器零件的要求，在 世界各国得到广泛应用。碳素结构钢的牌号体现其机械性能，符号用 Q+数字 表示，其中“ Q”为屈服点“屈”的汉语拼音，表示屈服强度的数值。 Q235 表示这种钢的屈服强度为 235MP，Q235钢含碳量约为 0.2%属于低碳钢。 Q235 成分:C含量0.12%-0.22%、Mn含量0.30%-0.65%、Si含量不大于 0.30%、S含量 不大于 0.050%、P含量不大于 0.045%。S、P和非金属夹杂物较多在
2、相同含碳 量及热处理条件下，低碳钢焊接材料焊后的接头塑性和冲击韧度良好，焊接 时，一般不需预热、 控制层间温度和后热， 焊后也不必采用热处理改善组织， 整个焊接过程不必采取特殊的工艺措施，焊接性优良。Q235含有少量的合金元素，碳含量比较低，一般情况下（除环境温度 很低或钢板厚度很大时）冷裂倾向不大。工件预热有防止裂纹、降低焊缝和 热影响区冷却速度、减小内应力等重要作用。但是预热使劳动条件恶化，并 使工艺复杂。低合金结构施焊前是否需要预热，一般应根据生产实践和焊接 性试验来确定。 当母材的碳当量 Ceq 0.35时应考虑预热。 低合金钢淬硬倾向1 主要取决于钢的化学成分，根据碳当量公式可知 Q
3、235的碳当量小于 0.4%， 在焊接过程中基本无淬硬倾向，焊前不需预热。且这类刚含碳量较低，具有 较的抗热裂性能， 焊接过程中热裂纹倾向较小， 正常情况下不会出现热裂纹。从厚度考虑，当板厚超过 25mm时应考虑 100以上的焊前预热，试验中所用 钢板的厚度为 12mm，不需预热。焊接热处理的目的是为了消除焊接内应力、提高构件尺寸的稳定性、增 强抗应力腐蚀性能、提高结构长期使用的质量稳定性和工件安全性等。低合 金钢焊接结构在大多数请况下不进行焊后热处理，只有在特殊要求的情况下 才进行焊后热处理。此试验并无特殊要求，因此并未进行焊后热处理。1.2 焊条1.2.1对焊条的基本要求（1）焊条的熔敷金
4、属应具有良好的力学性能（2）焊条的熔敷金属应具有规定的化学成分，以保证其使用性能的要求（3）焊条应具有良好的工艺性能（4）要求焊条具有良好的抗气孔、抗裂纹能力（5）焊条应具有良好的外观（表皮）质量1.2.2焊条的组成焊条由焊芯和药皮两部分组成。 焊条中被药皮包覆的金属芯是焊芯， 其 主要作用是导电，在焊条端部形成电弧，同时焊芯靠电弧热熔化后，冷却形 成具有一 定成分的熔敷金属。 焊条中涂在焊芯表面上的涂料称为药皮。 其主 要作用是机械保护作用、冶金处理作用和改善焊接工艺性能。焊条按熔渣酸碱度可分为酸性焊条和碱性焊条。 酸性焊条的工艺性能好， 焊缝外表成形美观、 波纹细密。 碱性焊条的焊缝具有较
5、高的塑性和冲击韧度， 一般承受动载的焊件或刚性较大的重要结构采用碱性碱性焊条。本实验为一 般结构，采用酸性焊条 E4303(J422).1.3 焊接操作注意事项及安全要求焊条电弧焊操作时， 必须注意安全与防护， 安全与防护技术主要有防止 触电、弧光辐射、火灾、爆炸和有毒气体与烟尘中毒等。1.3.1 防止触电焊条电弧焊时，电网电压和焊机输出电压以及手提照明灯的电压等都会 有触电危险。因此，要采取防止触电措施。或接零。焊接电缆和焊钳绝缘要 良好，如有损坏，要及时修理。焊条电弧焊时，要穿绝缘鞋，戴电焊手套。 在锅炉、压力容器、管道、狭小潮湿的地沟内焊接时，要有绝缘垫，并有人 在外监护。使用手提照明灯
6、时，电压不超过安全电压 36V ，高空作业时不超 过12V 。高空作业时，在接近高压线 5m 或离低压线 2.5m 以内作业，必须停 电，并在电闸上挂警告牌，设人监护。万一有人触电，要迅速切断电源，并 及时抢救。1.3.2 防止弧光辐射焊接电弧强烈的弧光和紫外线对眼睛和皮肤有损害。 焊条电弧焊时， 必 须使用带弧焊护目镜片的面罩， 并穿工作服， 戴电焊手套。 多人焊接操作时， 要注意避免相互影响，宜设置弧光防护屏或采取其他措施，避免弧光辐射的交叉影响。 6 级以上大风时，没有采取有效的安全措施不能进行露天焊接作 业和高空作业，焊接作业现场附近应有消防设施。电焊作业完毕应拉闸，并 及时清理现场，
7、彻底消除火种。1.3.3 防止火灾在焊接作业点火源 10米以内、高空作业下方和焊接火星所及范围内，应 彻底清除有机灰尘、木材、木屑、棉纱棉丝、草垫干草、石油、汽油、油漆 等易燃物品。如有不能撤离的易燃物品，诸如木材、未拆除的隔热保温的可 燃材料等，应采取可靠的安全措施，如用水喷湿，覆盖湿麻袋、石棉布等。1.3.4 防止爆炸在焊接作业点 10 米以内，不得有易爆物品，在油库、油品室、乙炔站、 喷漆室等有爆炸性混合气体的室内，严禁焊接作业。没有特殊措施时，不得 在内有压力的压力容器和管道上焊接。在进行装过易燃易爆物品的容器焊补 前，要将盛装的物品放尽，并用水、水蒸气或氮气置换，清洗干净：用测爆 仪
8、等仪器检验分析气体介质的浓度；焊接作业时，要打开盖口，操作人员要 躲离容器孔口。1.3.5 防止有毒气体和烟尘中毒焊条电弧焊时会产生可溶性氟、氟化氢、锰、氮氧化物等有毒气体和粉 尘，会导致氟中毒、锰中毒、电焊尘肺等，尤其是碱性焊条在容器、管道内 部焊接更甚。因此，要根据具体情况采取全面通风换气、局部通风、小型电 焊排烟机组等通风排烟尘措施。1.4 焊接工艺参数对 Q235 焊接性能的影响Q235属于对焊接方法的选择无特殊要求，焊条电弧焊、埋弧焊、气体 保护焊、电渣焊、氩焊等焊接方法均可采用。本实验采用的是最常用的焊条 电弧焊。焊接时，为保证焊接质量，必须选择合理的工艺参数，所选定的焊 接工艺参
9、数总称为焊接工艺规范。例如，手工电弧焊的焊接工艺规范包括： 焊接电流、焊条直径、焊接速度、电弧长度和多层焊焊接层数等，其中电弧 长度和焊接速度一般由操作者在操作中视实际情况自行掌握，其他参数均在 焊接前确定。1.4.1 焊条直径 焊条直径根据焊件的厚度和焊接位置来选择。一般，厚焊件用粗焊条， 薄焊件用细焊条。立焊、横焊和仰焊的焊条应比平焊细。焊条直径是根据焊 件厚度、焊接位置、接头形式、焊接层数等进行选择的。1）对根部要求均匀焊透的形坡口角接、 T 形接、搭接焊缝和背面根部 底焊的对接焊缝，焊条直径可根据焊件厚度进行选用。2）焊件厚度相同但所处焊接位置不同， 应选用不同直径的焊条。 如在横 焊
10、、立焊焊接时，很少使用直径 5.0mm 的焊条。3）不同的接头形式应选用不同直径的焊条。如 T 形接头、搭接接头， 由于散热条件比对接接头好，所以可选用较粗直径的焊条。4）开坡口的接头第一层打底焊时应选用直径较细的焊条， 如对接接头打 底焊时可选用直径 3.2mm的焊条，其余各层可选用直径 4.0mm 的焊条。5）平焊低碳钢时 , 焊条的直径与焊件的厚度有一个大体的对应关系。1.4.2 焊缝的空间位置 按焊缝在空间所处的位置，可分为平焊、仰焊、立焊和横焊四种。其中 平焊操作方便，易于保证焊接质量，生产率高，应尽可能地应用。其他位置 施焊，金属液因重力作用容易下流，施焊困难，应尽量避免。若确需采
11、用这 些位置时，应采取一定的焊接措施。因此在做此次实验时采用的是平焊。1.4.3 焊接电流和焊接速度 焊接电流是影响焊接接头质量和生产率的主要因素。 电流过大， 金属熔化 快，熔深大、金属飞溅大，同时易产生烧穿、咬边等缺陷；电流过小，易产 生未焊透、夹渣等缺陷，而且生产率低。确定焊接电流时，应考虑到焊条直 径、焊件厚度、接头型式、焊接位置等因素，其中主要的是焊条直径。可根 据生产经验选择焊接电流： 看飞溅，焊接电流大致使电弧力增大。 飞溅大； 焊 接电流小时电弧力小， 熔渣与铁水不易分清。 看焊缝成型：焊接电流大容 易咬边，余高小；焊接电流小，焊缝窄而高。看焊条熔化状况：焊接电流大， 焊条熔化
12、快而发红，焊接电流小容易粘弧。一般，细焊条选小电流，粗焊条选大电流。焊接低碳钢时，焊接电流和 焊条直径的关系可由下列经验公式确定：I=（3040）d式中：I 为焊接电流（ A），d 为焊条直径（ mm）。由于老师已指定焊条 直径为 3.2mm，且为平板堆焊， 合适电流应在 96A 128A 之间，为了比较不 同电流对焊缝的影响，我们组在实验中选用了四个焊接电流，分别是80A、100A、120A、140A.我在实验中用的焊接电流为 120A。焊接速度是指焊条沿焊缝长度方向单位时间移动的距离， 它对焊接质量 影响很大。焊速过快，易产生焊缝的熔深浅、熔宽小及未焊透等缺陷；焊速 过慢，焊缝熔深、熔宽增
13、加，特别是薄件易烧穿。确定焊接电流和焊接速度 的一般原则是：在保证焊接质量的前提下，尽量采用较大的焊接电流值，在 保证焊透且焊缝成形良好的前提下尽可能快速施焊，以提高生产率。1.4.4 焊件坡口根据设计或工艺需要，在焊件的待焊部位加工出一定几何形状的沟槽称 为坡口。手弧焊时，当被焊工件较薄（板厚 6mm）时，可采用 I 型坡口， 当焊件厚度大于 6mm 时，为了保证焊缝区焊透， 按板厚的不同， 需要在接头 处开出一定形状的坡口。本实验只是为观察不同焊接电流条件下的组织和力 学性性能，并且由于时间和技术有限，虽然板厚为 12mm，并未开破口。1.4.5焊接接头形式根据施焊金属件的空间位置，常见的
14、焊接接头型式有：对接接头、搭接 接头、角接接头和丁字接头等。其中对接接头受力均匀，是应用最多的接头 型式。搭接接头受力时将产生附加弯矩， 而且消耗金属量大， 但不需开坡口， 装配尺寸要求不高。1.4.6 焊接电压和电弧长度的选择焊条电弧焊中电弧电压不是焊接工艺的重要参数，一般不须确定。但电 弧电压是由电弧长度来决定的，电弧长则电弧电压高，反之则低电弧长度是 焊条芯的融化端到焊接熔池表面的距离。它的长短的控制主要取决于焊工的 知识、经验和技巧。在焊接过程中，电弧长短直接影响焊缝的质量和成形。 如果电弧长，电弧飘摆，燃烧不稳定，飞溅增加，熔深小，熔宽大，易形成 气孔缺陷。电弧短， 则经常出现短路。
15、 正常的电弧长度可用经验公式来确定， 即: L=（ 0.5 1） d（d 为焊条直径 ）。电弧长度往往是个抽象的概念，判断时可 根据具体的情况灵活掌握。实际操作中，电弧长，则电弧发出“呼呼”的响 声，且熔深浅，焊缝中出现水珠状的铁水；电弧短时，铁水和熔渣分辨不清， 有时会看到铁水淹没焊条末端，看不到熔池形状；电弧适中时，可看到熔池 与母材有两条清晰的界限，熔池形状呈桃状，铁水与熔渣有明显的层次感。2 实验过程分组查阅文献确定焊接电流得出结论 硬度测试数据分析图 21 实验流程图2.1试验原理图 2-2 焊缝金属的交互结晶示意图 9电弧焊作为一种熔化焊，是通 过加热使被焊金属的联接处达到熔 化状
16、态，焊缝金属凝固后实现金属的 焊接。焊接接头处 2 的焊缝金属和母材具有交互结晶的特征，图 2-2 为母材和焊缝金属交互结晶的示意图。由图可知，焊缝金属与联接处母材具有共晶现象，即熔池金属的结晶是从熔合区母材的半熔化晶粒上开始向焊缝中心成长的。这种结晶形式称为交互结晶或 联生结晶。当晶体最易长大方向与散热最快方向一致时，晶体便优先得到成 长，有的晶体由于取向不利于成长，晶粒的成长会被遏止。这就是所谓选择 长大，并形成焊缝中的柱状晶。图 2 3在图 2-2 中显示，随着晶粒的成长，熔池中晶粒界面前的浓度过冷和温 度梯度也随着发生变化。因而，熔池全部凝固以后，各处将会出现不同的结 晶形态。在焊接熔池的熔化边界上，温度梯度 G 较大，结晶速度 R 很小，
