焊接工藝課程設(shè)計題目焊接工藝與控制課程設(shè)計指導(dǎo)教師姓名學(xué)號專業(yè)班級完畢日期 年 6月23日三峽大學(xué)課程設(shè)計任務(wù)書（春季學(xué)期）課題名稱焊接工藝與控制課程設(shè)計學(xué)生姓名班級指導(dǎo)教師課題概述：根據(jù)提供的原始資料，進(jìn)行平板對接焊或環(huán)焊縫焊接工藝設(shè)計。設(shè)計人員制訂焊接辦法和焊接工藝，規(guī)定同一課題的學(xué)生使用不同的焊接辦法進(jìn)行設(shè)計，焊接工藝可靠、合理。⒈制訂焊接工藝卡。⒉課程設(shè)計闡明書涉及：摘要；被焊接材料的基本數(shù)據(jù)與焊接性分析；焊接辦法的選擇；焊接工藝的制訂和論證（具體項目可參考焊接工藝卡）、焊后檢查、參考文獻(xiàn)等原始資料及重要參數(shù)：組號：19組材料：30CrMoVA鋼板兩塊，規(guī)格：—1.5×100×300，平板對接焊接工藝卡焊接零部件名稱鋼板焊接辦法鎢極惰性氣體保護(hù)焊母材規(guī)格牌號30CrMoVA板厚1.5mm接頭形式焊接次序?qū)咏宇^，無需坡口從左到右焊前準(zhǔn)備焊件清理對焊件進(jìn)行裝配焊接材料保護(hù)氣體氬氣流量6L/min預(yù)熱預(yù)熱溫度無需預(yù)熱焊后熱解決焊后立刻將工件放在爐中加熱至150oC—300oC，保溫一段時間，然后隨爐冷卻焊接工藝參數(shù)1．電源類型、極性MOSFET逆變型直流電源，電流大小5~160A選150A，電壓70V2．焊接速度30cm/min，3．其它事項：對接接頭單面焊，電弧長度3mm。焊接設(shè)備型號WS????160直流氬弧焊機(jī)焊接工裝號操作技術(shù)1．焊接位置：平焊2．焊道層數(shù)：單層單道3．焊接次序：從左到右4．運條方式：直線型5．清根辦法：手工打磨焊后檢查使用磁粉探傷表面，當(dāng)磁粉探傷不滿足規(guī)定時使用超聲波探傷編制校對審核同意目錄TOC\o"1-2"\h\z\u1.30CrMoVA鋼的性能分析 61.1材料： 61.2化學(xué)成分及力學(xué)性能： 62.1530CrMoVA鋼的焊接性能 72.1碳當(dāng)量分析 72.230CrMoVA的焊接性的重要體現(xiàn) 73焊接辦法的選擇和分析 83.1焊接辦法選擇時應(yīng)考慮的因素 83.2焊接辦法的選擇 83.3焊接辦法重要特點分析 84焊接設(shè)備的選擇 94.1焊接電源的選擇 94.2焊絲及焊劑的選擇 ...94.3、焊槍及噴嘴的選擇94.4、鎢極的選擇105焊接工藝參數(shù)的選擇 105.1焊接電流與電壓的選擇105.2焊接速度的選擇

105.3鎢極直徑與保護(hù)氣體流量 106焊前預(yù)熱、焊接過程及焊后解決 116.1焊前預(yù)熱 116.2焊接過程與焊后解決 117焊后檢查 127.1外觀檢查 128總結(jié) 13參考文獻(xiàn) 14摘要：30CrMoVA屬于Cr-Mo系統(tǒng)，是在Cr鋼基礎(chǔ)上發(fā)展起來的中碳調(diào)質(zhì)鋼。加入少量Mo(0.15%~0.25%)能夠消除Cr鋼的回火脆性，提高淬透性并使鋼含有較好的強(qiáng)度和韌性匹配，同時Mo還能夠提高鋼的高溫強(qiáng)度。V能夠細(xì)化晶粒，提高強(qiáng)度，韌性和塑性。增加高溫回火穩(wěn)定性。這類鋼普通用于制造動力設(shè)備中某些承受較高負(fù)荷，截面較大的重要零件，如汽車機(jī)葉輪，主軸和發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子等。這類鋼的含碳量較高，淬透性較大，因此焊接性較差，普通規(guī)定焊前預(yù)熱，焊后熱解決等。下面分析了30CrMoVA鋼的焊接性，并在此基礎(chǔ)上運用所學(xué)的知識制訂了30CrMoVA鋼的平板對接工藝，涉及材料焊接性能分析，電流選擇，焊接速度的制訂焊接檢查等。本設(shè)計所選用焊接辦法為埋弧焊。1.30CrMoVA鋼的性能分析1.1材料：30CrMoVA鋼兩塊，規(guī)格：－1.5×100×300，平板對接；1.2化學(xué)成分及力學(xué)性能：30CrMoVA鋼中溫強(qiáng)度較高含有一定的抗氫能力，工藝性能良好，蠕變極限：持久強(qiáng)度Mo能夠明顯提高鋼的再結(jié)晶溫度，并能夠強(qiáng)化鐵素體，但是會增進(jìn)石化，所普通在Mo鋼中加入0.5%～1.5%的Cr，能有效地克制石墨化過程的進(jìn)行，還加入W、V等強(qiáng)碳化物元素則效果更加好。其化學(xué)成分見表1，力學(xué)性能見表2。表130CrMoVA化學(xué)成分[10][8]牌號化學(xué)成分（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）%CMnSiCrMoNiSP30CrMoVA0.25-0.350.40-0.700.2-0.41.0-1.30.2-0.3-≤0.030≤0.035表230CrMoVA鋼力學(xué)性能牌號屈服極限σs/MPa抗拉強(qiáng)度σb/MPa伸長率δ5（%）30CrMoVA≥686≥814≥1330CrMoVA鋼根據(jù)化學(xué)成分屬于中碳調(diào)質(zhì)鋼。中碳調(diào)質(zhì)鋼由于含碳量高，合金元素多，鋼的淬硬傾向大，Ms點又低，因而在淬火區(qū)產(chǎn)生淬硬的馬氏體，造成嚴(yán)重脆化。焊接焊前為調(diào)質(zhì)狀態(tài)的鋼材時，熱影響區(qū)被加熱到超出調(diào)質(zhì)解決的回火溫度區(qū)域，將出現(xiàn)強(qiáng)度，硬度低于母材的軟化區(qū)。如果焊后不在進(jìn)行調(diào)質(zhì)解決，該軟化區(qū)可能成為減少接頭強(qiáng)度的單薄區(qū)。2.1530CrMoVA鋼的焊接性能2.1碳當(dāng)量分析按照國際焊接學(xué)會推薦的碳當(dāng)量公式算得30CrMoVA的碳當(dāng)量Ceq=C+Mn/6+(Cr+Mo+V)/5+(Ni+Cu)/15=0.30+0.55/6+(0.9+0.5+0)/5+(0.3+0)/15≈0.45由此可見，30CrMoVA的Ceq值不不大于0.4%～0.6%，合金元素較多，冷裂紋的敏感性較大，加熱后在空氣中冷卻時淬硬傾向較大，焊接時易在焊縫和熱影響區(qū)形成對裂紋敏感的淬硬馬氏體組織，焊接時需要采用預(yù)熱、后熱等一系列工藝方法。2.230CrMoVA的焊接性的重要體現(xiàn)30CrMoVA屬于中碳調(diào)質(zhì)鋼，以加入Cr、Mo、V合金元素為主，合金元素Cr能形成致密的氧化膜，提高鋼的抗氧化性能，也能有效組織石墨化過程。Mo是耐熱鋼中的強(qiáng)碳化物元素，形成碳化物能力比Cr弱，Mo優(yōu)先溶于固溶體，起到固溶強(qiáng)化的作用。Mo也能有效組織石墨化，Mo的熔點高達(dá)2625℃，固溶后可提高鋼的再結(jié)晶的溫度，有效提高鋼的高溫強(qiáng)度和抗蠕變能力。Mo還能夠減小鋼的熱脆傾向，同時提高鋼的抗銹蝕能力，V能夠細(xì)化晶粒，提高強(qiáng)度，韌性和塑性。增加高溫回火穩(wěn)定性。30CrMoVA鋼的焊接性與低合金構(gòu)造鋼相近。由于在鋼中加入Cr、Mo、V合金元素，使碳當(dāng)量增加，鋼的淬硬傾向增大，提高焊接熱影響區(qū)的硬度，容易產(chǎn)生焊接冷裂紋。由于母材與焊縫金屬中碳和合金元素含量的差別，當(dāng)滯后相變的母材熱影響發(fā)生奧氏體向馬氏體轉(zhuǎn)變時，氫一過飽和狀態(tài)殘存在馬氏體中，產(chǎn)生氫致裂紋。當(dāng)焊縫金屬的碳當(dāng)量和合金元素較高時，有可能使母材熱影響區(qū)先于焊縫發(fā)生相變，氫就會從熱影響區(qū)向焊縫擴(kuò)散，使焊縫中氫處在過飽和。當(dāng)焊縫冷卻后轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體組織時，會產(chǎn)生焊縫冷裂紋。因此，在焊接時應(yīng)進(jìn)行焊前預(yù)熱，焊后熱解決。具體說來30CrMoVA焊接時含有下列特點：(1)淬硬性鋼的淬硬性取決于它的碳當(dāng)量及合金成分含量。30CrMoVA鋼中的重要合金元素Cr、Mo都能增大明顯提高鋼的淬硬性。特別是Mo作用，比Cr約大50倍。這些合金元素推遲了鋼在冷卻過程中的轉(zhuǎn)變，提高了過冷奧氏體的穩(wěn)定性。(2)消除應(yīng)力解決裂紋傾向30CrMoVA鋼焊接接頭消除應(yīng)力裂紋傾向只要取決于鋼中碳化物形成元素的特性及含量，它經(jīng)常產(chǎn)生于焊接熱影響區(qū)的粗晶段。這種裂紋普通在500℃～700℃溫度范疇內(nèi)形成。采用焊前預(yù)熱和焊后合理的熱解決工藝，避免在敏感的溫度區(qū)停留時間過長能避免裂紋的產(chǎn)生。(3)回火脆性火脆性指鋼材及其焊接接頭在350～500℃溫度區(qū)域長久運行過程中發(fā)生激烈脆變的現(xiàn)象。3焊接辦法的選擇和分析3.1焊接辦法選擇時應(yīng)考慮的因素（1）多個焊接辦法的合用范疇；（2）待焊30CrMoVA耐熱鋼板的具體狀況：鋼板的構(gòu)造類型、厚度，接頭形式和焊接位置，母材的物理性能、力學(xué)性能、冶金性能；（3）對焊縫質(zhì)量的規(guī)定：如硬度、強(qiáng)度、塑性、外觀，與否變形等。3.2焊接辦法的選擇30CrMoVA鋼的焊接普通采用氣體保護(hù)焊、手工電弧焊，、埋弧自動焊和點焊等。采用熱量集中地脈沖氬弧焊，等離子弧焊及真空電子束焊等辦法，有助于縮小熱影響區(qū)寬度，獲得細(xì)晶組織，提高焊接接頭的力學(xué)性能。中碳調(diào)質(zhì)鋼宜用小線能量焊接，這樣能夠減少淬火區(qū)的脆化硬度，猶如時采用預(yù)熱后熱等方法，還能提高抗冷裂性能，改善淬火區(qū)的組織和性能，采用小線能量焊接尚有助于縮小軟化區(qū)，減少軟化程度。由于本材質(zhì)只有1.5mm的厚度，并且對接接頭。故采用對接接頭單面焊。3.3焊接辦法重要特點分析TIG焊含有下列優(yōu)點：能夠?qū)崿F(xiàn)高品質(zhì)焊接，得到優(yōu)良的焊縫。焊接過程中鎢電極是不熔化的，故易于保持恒定的電弧長度，不變的焊接電流，穩(wěn)定的焊接過程，使焊縫很美觀，平滑，均勻。焊接電流的使用范疇普通在5~500A。即使電流不大于10A，仍能正常焊接，因此特別適合薄板焊接。在薄板焊接時無需填充焊絲。鎢極氬弧焊時的電弧是是多個電弧焊辦法中穩(wěn)定性最佳的電弧之一。埋弧焊的局限性之處：（1）焊接效率低于其它辦法；（2）氬氣沒有脫氧或去氫作用，因此焊前對焊件的除油，去銹，去水等準(zhǔn)備工作規(guī)定嚴(yán)格，否則易產(chǎn)憤怒孔；（3）焊接時鎢極有少量的熔化蒸發(fā)，鎢微粒如果進(jìn)入熔池會造成夾鎢，影響焊縫質(zhì)量。（4）由于生產(chǎn)效率較低和惰性氣體的價格較高，生產(chǎn)成本比焊條電弧焊，埋弧焊，和CO2氣體保護(hù)焊都高。4焊接設(shè)備的選擇鎢極氬弧焊的焊接設(shè)備重要涉及焊接電源、控系統(tǒng)、引弧裝置、穩(wěn)弧裝置、焊槍、焊接、供氣系統(tǒng)和供水系統(tǒng)等。另外，尚有面罩，敲渣錘，鋼絲刷，和焊條保溫筒等，后者統(tǒng)稱輔助設(shè)備工具。4.1焊接電源的選擇在實際生產(chǎn)中，焊接耐熱鋼普通采用交流，國產(chǎn)的TIG焊機(jī)有WSJ—400型﹑WSJ—400—1

型和WSJ—500型，現(xiàn)選用WSJ—500型焊機(jī)。額定焊接電流為500A，含有陡降外特性，其大電流空載電壓為60V，小電流檔為88V。該機(jī)匹配PQ1—150﹑PQ1—350和PQ1—500等型號焊槍。為了避免交流電弧中產(chǎn)生直流分量，需配備一臺BX—500—2型弧焊變壓器。4.2焊絲及焊劑的選擇薄板焊接無需焊絲焊劑4.3、焊槍及噴嘴的選擇

鎢極氬弧焊的焊槍的重要形式有氣冷（空冷）和水冷兩種。

氣冷式焊槍普通是重量輕的，體積小且堅實，且比水冷式焊槍較便宜，但是，普通受限使用于約125A下列的焊接電流，正常狀況下是使用于焊接薄板且使用率低之處，鎢電極棒的操作溫度比在水冷式焊槍中操作的較高，正由于如此，在使用純鎢電極棒時或在靠近額定電流容量下焊接時，會引發(fā)鎢粒子脫落掉入熔池中。

水冷式焊槍是被設(shè)計用于持續(xù)的高電流焊接，能以高至200A的焊接電流做持續(xù)的操作有些被設(shè)計可用于500A的最大焊接電流，比氣冷式焊槍較重且較貴。

由于PQ1—150

型水冷焊槍的額定焊接電流為150A，與鋁鎂合金手工鎢極氬弧焊參數(shù)相符故選用

PQ1—150型水冷焊槍。

噴嘴的形狀尺寸對氣流的保護(hù)性能影響很大。在噴嘴的下部為圓柱形通道，通道直徑越大，保護(hù)范疇越寬，但可達(dá)成性變差，且影響視線。綜合考慮，選用收斂形噴嘴。4.4、鎢極的選擇

在手工鎢極氬弧焊焊接工藝中，對鎢極的規(guī)定，普通要滿足引弧及穩(wěn)弧性能好，耐高溫、不易損耗，電流容量大等條件。慣用的鎢極有純鎢電極、釷鎢極、鈰鎢極等。綜合多個因素考慮選擇純鎢電極。5焊接工藝參數(shù)的選擇鎢極氬弧焊的焊接工藝參數(shù)重要有焊接電流種類和極性、電弧電壓、焊接速度、鎢極直徑、保護(hù)氣體流量等。5.1、焊接電流與電壓的選擇

焊接電流是決定焊縫熔深的最重要的參數(shù)，焊接電流電流過大容易產(chǎn)生燒穿或焊縫下陷、咬邊等缺點，還會引發(fā)鎢極燒損或產(chǎn)生夾鎢缺點；電流過小，電弧燃燒不穩(wěn)定甚至發(fā)生偏吹。要按照焊件材料、厚度、接頭形式、焊

接位置等因素來選定。普通先擬定電流類型和極性，然后擬定電流的大小。因此選用WS—160直流氬弧焊機(jī)MOSFET逆變型直流電源，電流大小5～160A選150A，電壓70V電弧電壓重要影響焊縫寬度，它由電弧長度決定。鎢極氬弧焊電弧長度根據(jù)電流值的大小普通在1.2～5mm

之間，需要填加焊絲時，要選擇較長的電弧長度。5.2、焊接速度的選擇

當(dāng)焊接電流擬定后，焊接速度決定單位長度焊縫的熱輸入。高焊接速度，則減小熱輸入，溶深和溶寬均減?。环粗畡t增大。氬弧焊在5～50cm/min的焊接速度下能夠維持比

其它焊接辦法更為穩(wěn)定的電弧形態(tài)。根據(jù)這一特點，選用焊接速度為30cm/min5.3、鎢極直徑與保護(hù)氣體流量

焊接電流的大小是決定焊縫熔深的重要參數(shù)，它根據(jù)工件材質(zhì)、厚度、接頭形式、焊接位置等因素選擇，鎢極直徑則根據(jù)電流大小、電流種類選擇.一定條件下，氣體流量和噴嘴直徑有一種最佳范疇，此時，氣體保護(hù)效果最佳，有效保護(hù)區(qū)最大。如氣體流量過低，氣流挺度差，排除周邊空氣的能力弱，保護(hù)效果不佳：流量太大，容易變成紊流，使空氣卷入，也會減少保護(hù)效果。同樣，在流量子定時，噴嘴直徑過小，保護(hù)范疇小，且因氣流速度過高而形成紊流；噴嘴過大，不僅妨礙焊工觀察，并且氣流流速過低，挺度小，保護(hù)效果也不好。因此，氣體流量和噴嘴直徑要有一

定配合。普通手工鎢極氬弧焊噴嘴孔徑為5～20mm，對應(yīng)保護(hù)氣體流量為6～10L/min。焊接電流增大，所對應(yīng)的噴嘴孔徑和氣體流量取值也隨之增大。6焊前預(yù)熱、焊接過程及焊后解決為了確保母材及焊縫的性能除了在焊接工藝上控制外，對母材焊后的制訂合理的熱解決方案是十分核心。焊前預(yù)熱是避免在焊接時產(chǎn)生冷裂紋和消除應(yīng)力裂紋的有效方法之一。6.1焊前預(yù)熱對耐熱鋼進(jìn)行焊前預(yù)熱，焊前將工件預(yù)熱到150～300℃，保溫15分鐘再焊接?？墒褂醚?乙炔焰、電爐或噴燈等加熱。預(yù)熱能夠使焊件減小變形、氣孔等缺點。對于30CrMoVA鋼板預(yù)熱的溫度選擇300℃，并控制焊接的層間溫度在預(yù)熱溫度以上。預(yù)熱溫度過高，在最后熱解決中已形成馬氏體組織；在焊接時如果含氫量過高，就易形成焊接接頭裂紋。為了避免裂紋的產(chǎn)生普通在焊后進(jìn)行熱解決。6.2焊接過程與焊后解決采用單面單層單道焊(這是由產(chǎn)品構(gòu)造所擬定)，焊縫厚度控制在1.4mm以上。（1）起?。浩胀ㄊ褂谩捌鸹　钡霓k法是引發(fā)電子發(fā)射和氣體離子化開始的方式；可經(jīng)由能化的電極棒接觸工作物且快速抽回到其所需的電弧長度，或使用導(dǎo)弧，或使用在電極棒和工作物之間產(chǎn)生高頻火花的輔助裝置引弧，而得到此放射和離子的能量；電極棒從工作物上做機(jī)械式的抽回方式只能用于直流電焊機(jī)的機(jī)械化的焊接，然而，導(dǎo)弧起動方式，可用于手操作和機(jī)械化焊接，但是也只限于直流電焊機(jī)，高頻火花起弧方式可應(yīng)用于交流或直流電焊機(jī)的手操作焊接，許多電焊機(jī)都有產(chǎn)生高頻火花的裝置作起弧和穩(wěn)定電弧。（2）電極棒和熔填金屬位置：開始焊接時，電弧普通以打圓圈的方式移動直到足夠的母材金屬熔化以生產(chǎn)適宜大小的熔池。當(dāng)達(dá)成適宜的熔合時，將焊槍沿著焊接物接頭的相鄰邊沿逐步的移動。如此漸漸的熔接工作物，當(dāng)熔填金屬是以手操作添加時經(jīng)常是保持在距工作物表面約15o的角度。且緩慢的進(jìn)入熔池中，必須小心的送入熔填金屬以避免擾亂氣體保護(hù)或接觸電極棒，且因熔填條端部氧化或電極棒的污染。熔填金屬條可持續(xù)的加入或重復(fù)的“侵入”與“抽出”。熔填金屬能以保持熔填條與焊道成線狀排列的方式持續(xù)加入（時常使用以V形接頭的多焊道接中）或者以熔填條和焊槍左右擺動的方式將熔填條送入熔池（時常使用以表面加層的一種方式）停止焊接時，將熔。填金屬從熔池中抽回，但臨時的保持在氣體保護(hù)下。以避免熔填金屬氧化，然后在熄弧之前移動焊槍至熔池的前方邊沿，將焊槍提高到剛好足以熄弧但又局限性以引發(fā)熔坑和電極棒污染的高度而斷弧，最佳的操作是以腳踏控制方式逐步的減少電流而不需提高焊槍。焊后解決：為了避免接頭裂紋的產(chǎn)生普通采用在焊后立刻進(jìn)行低溫后熱解決，可基本消除焊縫中的擴(kuò)散氫，確保接頭的質(zhì)量。這種熱解決也稱為消氫解決。消氫解決溫度普通在300℃～350℃。焊接熱解決不僅能消除焊接過程中產(chǎn)生的焊接殘存應(yīng)力。并且更重要的是能改善母材的組織，提高接頭的綜合力學(xué)性能。同時也是提高焊接接頭的高溫蠕變強(qiáng)度和組織穩(wěn)定性，減少焊縫及熱影響區(qū)的印硬度。焊后熱解決也分整體熱解決和局部熱解決。在平板對接中焊后普通采用局部熱解決。焊后在草木灰中緩冷再及時進(jìn)行即采用加熱帶纏繞焊縫，外纏保溫層進(jìn)行保溫的熱解決辦法。就能獲得與母材。預(yù)熱熱解決工藝曲線見圖2.消氫熱解決工藝曲線見圖3.最后焊后消除應(yīng)力熱解決曲線見圖4。消氫解決要在焊后立刻進(jìn)行。7焊后檢查可能存在的焊接缺點：焊后產(chǎn)生白口組織；焊接接頭出現(xiàn)裂紋；冷熱裂紋；夾渣。檢查目的：確保焊縫質(zhì)量，達(dá)成規(guī)定，及時解決不合格焊縫。7.1外觀檢查外觀檢查重要涉及焊縫的平直度偏差、厚度及余高的檢查；表面裂紋檢查；咬邊、焊肉局限性檢查；焊接件或產(chǎn)品的幾何尺寸檢查，涉及形狀及變形量與否超出技術(shù)規(guī)程的規(guī)定等。過程以目視檢查實現(xiàn).目視檢查用于檢查焊縫外觀和尺寸，該如用低倍放大鏡，尺寸計量工具等。普通要檢查的是焊后的焊縫表面質(zhì)量（熔渣清理，飛濺清理），表面成型質(zhì)量（表面尺寸，凸凹，余高，焊縫寬度，焊角尺寸，焊透程度等），表面有無各類焊接缺點。其最基本的焊縫外形尺寸要均勻，焊道與焊道，焊道與基體金屬之間應(yīng)平滑過渡。屬于初步檢查。00無損檢測的目的是檢查焊縫的表面與內(nèi)部裂紋，夾雜、氣孔、未熔合和未焊透等工藝性缺點。無損檢測普通都安排在焊縫外觀檢測之后進(jìn)行，本工藝采用X射線無損檢測辦法。由于本焊接工藝易于出現(xiàn)裂紋,因此能夠用超聲波探傷和磁粉探傷。（1）超聲波探傷 超聲波探傷是運用頻率超出20kHz的彈性波在試件中和試件內(nèi)部缺點中傳輸?shù)牟煌晫W(xué)特性，來判斷與否存在缺點與缺點位置尺寸的一種無損檢測手段。當(dāng)聲波通過材料時，能量會受到衰減，當(dāng)碰到界面時就會發(fā)生反射。通過探測和分析在探傷儀屏