Q235钢CO2气体保护焊接工艺123.docx
《Q235钢CO2气体保护焊接工艺123.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《Q235钢CO2气体保护焊接工艺123.docx（32页珍藏版）》请在冰点文库上搜索。
Q235钢CO2气体保护焊接工艺123
兰州工业学院
毕业设计（论文）
Q235钢CO2气体保护焊
焊接工艺
系别材料工程学院
学生姓名王超超
学号**********27
专业名称焊接技术及自动化
指导教师何林发
2016年1月16日
摘要
Q235低碳钢在现代工业上应用十分广泛！
本文主要针对Q235低碳钢板材的焊接本文以Q235钢的CO2气体保护焊的工艺为例对其进行了分析与研究Q235为普通碳素结构钢含碳适中，综合性能较好，强度、塑性和焊接等性能得到较好配合，用途最广泛。
常轧制成盘条或圆钢、方钢、工字钢、窗框刚等型钢，中厚钢板。
大量应用于建筑及工程结构。
用以制作钢筋或建造厂房房架、桥梁、车辆、容器、船舶等，也大量用作对性能要求不太高的机械零件。
二氧化碳气体保护焊目前已发展成为一种重要的熔焊方法，具有成本低、效率高、操作灵活等特点。
广泛应用于汽车、工程机械、造船业、机车、电梯、锅炉压力容器等制造业，以及各种金属结构和金属加工机械的生产。
工艺进行设计?
通过经济和操作性两个方面的考虑?
选用co2焊进行焊接?
焊接后变形小?
缺陷少?
焊接质量良好?
当然最重要的是焊接工艺参数设计正确
关键词：
Q235钢CO2气体保护焊工艺焊接缺陷
Q235carbonsteeliswidelyusedinthemodern!
thepaperbasedQ235steelQ235carbonsteelplateweldingCO2gasshieldedarcweldingprocess,forexampleontheanalysisandresearchofQ235carbonstructuralsteelscontainingmediumcarbon,agoodcomprehensiveperformance,strength,ductilityandweldingperformancebettertie,themostwidelyused.Oftenrolledintowireorroundbars,squaresteel,beams,windowframesandothersteel,mediumandthicksteelplate.Widelyusedinbuildingsandengineeringstructures.Fortheproductionofsteelorbuiltfactoriesfangjia,bridges,vehicles,vessels,ships,andsoon,isalsousedasamachinepartsonperformancerequirementsarenottoohigh.Carbondioxidegas-shieldedweldinghasbecomeanimportantmethodforwelding,ithastheadvantagesoflowcost,highefficiency,flexibleoperation.Widelyusedinautomobiles,engineeringmachinery,shipbuilding,locomotives,elevators,boilerandpressurevesselmanufacturing,aswellasvariousmetalstructuresandmetal-workingmachineryproduction.Processdesign?
throughtheeconomicandoperationalconsiderationsfortwo?
CO2weldingwelding?
distortionafterwelding?
flaws?
weldingqualitygood?
ofcourse,themostimportantweldingprocessparameterdesignofthecorrectkeywords:
Q235steelCO2gasshieldedweldingofweldingdefect
摘要-------------------------------------------------------------2
Pickto----------------------------------------------------------3
绪论-------------------------------------------------------------4
第一章Q235钢及CO2气体保护焊简介----------------------6
第一节Q235钢----------------------------------------------7
第二节Q235钢的等级及化学成分-------------------------11
第三节Q235钢的机械性能---------------------------------13
第四节Q235钢的焊接性------------------------------------14
第五节CO2气体保护焊的发展史--------------------------15
第六节CO2气体保护焊的特点-----------------------------17
第七节CO2气体保护焊的原理-----------------------------17
第八节CO2气体保护焊的冶金原理------------------------18
第二章CO2气体保护焊的工艺--------------------------------24
第一节焊前准备----------------------------------------------24
第二节焊接参数的选择--------------------------------------25
第三章Q235钢在CO2气保焊常见的缺陷与对策-------------26
第一节焊接裂纹----------------------------------------------27
第二节气孔---------------------------------------------------27
第三节焊接飞溅----------------------------------------------28
结论--------------------------------------------------------------29
致谢信-----------------------------------------------------------30
参考文献---------------------------------------------------------31
绪论
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；焊接新工艺，新方法投入生产实际，应用周期大为缩短；高效优质焊接材料，焊接设备系列化和国产化均盘上新台阶。
Q235普通碳素结构钢－普板是一种钢材的材质Q代表的是这种材质的屈服度，后面的235，就是指这种材质的屈服值，在235MPa左右。
并会随着材质的厚度的增加而使其屈服值减小。
由于含碳适中，综合性能较好，强度、塑性和焊接等性能得到较好配合，用途最广泛。
常轧制成盘条或圆钢、方钢、扁钢、角钢、工字钢、槽钢、窗框刚等型钢，中厚钢板。
大量应用于建筑及工程结构。
用以制作钢筋或建造厂房房架、高价输电塔、桥梁、车辆、锅炉、容器、船舶等，也大量用作对性能要求不太高的机械零件。
二氧化碳气体保护焊是以二氧化碳气为保护气体，进行焊接的方法。
在应用方面操作简单，适合自动焊和全方位焊接。
在焊接时不能有风，适合室内作业。
由于它成本低，二氧化碳气体易生产，广泛应用于各大小企业。
二氧化碳气体保护电弧焊（简称CO2焊）的保护气体是二氧化碳（有时采用CO2＋Ar的混合气体）。
由于二氧化碳气体的热物理性能的特殊影响，使用常规焊接电源时，焊丝端头熔化金属不可能形成平衡的轴向自由过渡，通常需要采用短路和熔滴缩颈爆断。
因此，与MIG焊自由过渡相比，飞溅较多。
但如采用优质焊机，参数选择合适，可以得到很稳定的焊接过程，使飞溅降低到最小的程度。
由于所用保护气体价格低廉，采用短路过渡时焊缝成形良好，加上使用含脱氧剂的焊丝即可获得无内部缺陷的高质量焊接接头。
因此这种焊接方法目前已成为黑色金属材料最重要焊接方法之一。
Q235钢的广泛应用，以及其较好的焊接性。
而CO2气体保护电弧焊可以焊接可焊接碳钢、低合金钢、不锈钢、铝及铝合金、铜及铜合金。
也可以用于钛及铁合金的焊接。
但在焊接钛及钛合金时，需对焊缝正面及反面进行良好的气体保护。
但不宜焊接的金属低熔点金属如：
铝、锡、锌等不能使用CO2气体保护焊。
包括被以上低熔金属涂覆过的钢结构焊件。
以及CO2气体保护焊成本低，效率高，操作灵活的优点。
所以，Q235钢的CO2气体保护焊的焊接工艺也显得尤为重要。
第一章Q235钢及CO2气体保护焊简介
一Q235钢简介
（一）Q235钢
Q235是碳素结构钢，与旧标准GB700-79牌号中的A3、C3钢相当，是沿用俄罗斯TOCT的牌号。
其钢号中的Q代表屈服强度。
通常情况下，该钢不经过热处理直接进行使用。
中文名Q235钢淬火温度为950℃用途可用于各种磨具把手钢种含Si量0.3%
1基本特性编辑
GB700-88标准中碳素结构钢Q235按冶金质量分为A、B、C、D四个等级，各等级的钢种含Si量均为0.3%，区别在于含碳量和硫、磷含量的不同。
AB级含碳量为0.14%~0.22%和0.12%~0.20%，CD级含碳量为≦0.18%、≦0.17%，A级的含Mn量最小，D级SP含量最小。
国内有不少应用低碳马氏体刚强烈淬火工艺制造冷作模具的实例。
利用双层辉光离子渗金属技术，在该钢表面进行Mo-Cr共渗，随后进行超饱和渗碳、淬火及回火复合处理，Mo-Cr躬身层厚度在100微米以上，表面Mo含量可达20%，Cr含量达到10%，超饱和渗碳表面含碳量超过2.0%，表面成分接近钼系高速钢，淬火及回火后表面硬度高达1300HV，超过一般冶金高速钢。
磨损试验表明，摩擦系数随着接触应力的增加而增大，平均相对耐磨性是GCr15渗碳淬火钢的2.2倍。
2规范编辑
Q235模具钢淬火规范
淬火温度为950℃，盐浴炉加热，10%NaCl盐水冷却淬火。
3用途编辑
1、可用于各种磨具把手以及其他不重要的磨具零件.
2、曾经选用GCr15、9SiCr、T8及45钢，由于工件有咬模、粘模现象发生，锻胚很难从模具中冲出来，致使冲头产生塑性变形、弯曲和断裂，寿命较短，每10件冲头约冲螺栓800~1200件；后采用Q235钢做冲头材料，经淬火后不回火直接使用，硬度为36~40HRC，每十件冲头能冲螺栓2000件以上，而且失效形式为塑性变形，解决了冲头在使用中碎裂的现象，保证了操作者的人身安全。
（二）Q235钢的等级及化学成分
Q235A，Q235B，Q235C，Q235D。
这是等级的区分，所代表的，主要是冲击的温度有所不同而已。
A指40度以上，B在20度以上，C0度以上，D-20度以上、E-40度以上，E所不同的，指的是它们性能中冲击温度的不同。
分别为：
Q235A级，是不做冲击；Q235B级，是20度常温冲击；Q235C级，是0度冲击；Q235D级，是-20度冲击；Q235E，是-40度冲击。
在不同的冲击温度，冲击的数值也有所不同。
元素含量：
A、B、C、D硫含量依次递减；A和B的磷含量相同，C的磷含量次之，D磷含量最少。
Q235各个级别的化学成份：
Q235级别
C的含量
Mn的含量
Si的含量
S的含量
P的含量
A
≤0.22%
≤1.4%
≤0.35%
≤0.050
≤0.045
B
≤0.20%
≤1.4%
≤0.35%
≤0.045
≤0.045
C
≤0.17%
≤1.4%
≤0.35%
≤0.040
≤0.040
D
≤0.17%
≤1.4%
≤0.35%
≤0.035
≤0.035
Q235的机械性能
Q235伸长率（δ5/%）
≧26
≧25
≧24
≧23
≧22
≧21
Q235直径或厚度（a）
a≦16
a>16-40
a>40-60
a>60-100
a>100-150
a>150
Q235抗拉强度σb/MPa）
375-500
执行标准：
外部标准为：
GB/T709-2006《热轧钢板和钢带的尺寸、外形、重量及允许偏差》，内部标准为：
GB/T3274-2007《碳素结构钢和低合金结构钢热轧厚钢板和钢带》
（三）牌号介绍编辑
表示方法
完整表示方法为：
Q235--质量等级符号·脱氧方法符号
质量等级分A、B、C、D、E，依次以A级质量较差，E级质量最高。
脱氧方法符号为F、b、Z和TZ，分别表示沸腾钢、半镇静钢、镇静钢和特殊镇静钢，但在牌号表示方法中，Z和TZ的符号可以省略。
Q235A，Q235B，Q235C，Q235D，Q235E不同等级所代表的，主要是冲击的温度有所不同而已。
A指不做冲击，B在20度以上，C在0度以上，D-20度以上、E-40度以上，A到E所不同的，指的是它们性能中冲击温度的不同。
分别为：
Q235A级，是不作冲击韧性试验要求；Q235B级，是作常温（20℃）冲击韧性试验；Q235C级，是作0℃冲击韧性试验；Q235D级，是作-20℃冲击韧性试验；Q235E，是作-40℃冲击韧性试验。
冲击韧性试验采用夏比V形缺口试件。
冲击韧性指标为Akv。
对上述B、C、D级钢在其各自不同温度要求下，都要求达到Akv≥27J。
在不同的冲击温度，冲击的数值也有所不同。
（四）Q235钢的焊接性
。
由于低碳钢含碳量低，锰、硅含量也少，所以，通常情况下不会因焊接而产生严重硬化组织或淬火组织。
低碳钢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。
但在少数情况下，焊接时也会出现困难：
1）采用旧冶炼方法生产的转炉钢含氮量高，杂质含量多，从而冷脆性大，时效敏感性增加，焊接接头质量降低，焊接性变差。
2）沸腾钢脱氧不完全，含氧量较高，P等杂质分布不均，局部地区含量会超标，时效敏感性及冷脆敏感性大，热裂纹倾向也增大。
3）采用质量不符合要求的焊条，使焊缝金属中的碳、硫含量过高，会导致产生裂纹。
如某厂采用酸性焊条焊接Q235-A钢时，因焊条药皮中锰铁的含碳量过高，会引起焊缝产生热裂纹。
4）某些焊接方法会降低低碳钢焊接接头的质量。
如电渣焊，由于线能量大，会使焊接热影响区的粗晶区晶粒长得十分粗大，引起冲击韧度的严重下降，焊后必需进行细化晶粒的正火处理，以提高冲击韧度。
总之，低碳钢是属于焊接性最好、最容易焊接的钢种，所有焊接方法都能适用于低碳钢的焊接低合金结构钢的焊接性分析16Mn和15MnV均属于低合金结构钢中的热轧钢，这类钢价格便宜，而且具有满意的综合力学性能和加工工艺性能，首先来分析一下这类钢的焊接性，焊接性通常变现为两方面的问题：
一是焊接引起的各种缺陷，对这类钢来说主要是各类裂纹问题；二是焊接时材料性能的变化，对这类钢来说主要是脆化问题。
1裂纹问题
（1）热裂纹：
热轧钢一般含碳量较低，而含锰量较高，因此它们Mn/S比较大，具有良好的抗热裂性能。
正常情况下焊缝中不会出现热裂纹，但当材料成分不合格或有严重偏析，使碳、硫含量偏高，Mn/S比偏低，易出现热裂纹。
锰在钢种可与硫形成硫化锰，减少了硫的有害影响，增强了钢的抗热裂性能。
（2）冷裂纹：
钢材冷裂纹主要取决于钢材的淬硬倾向，而刚才的淬硬倾向又主要取决于它的化学成分。
热轧钢由于含有少量合金元素，其碳当量比低碳钢碳当量略高些，所以这种钢淬硬倾向比低碳钢要大些，而且随钢材强度级别的提高，合金元素的增加，它的淬硬倾向逐渐增大，应根据接头形式和钢材厚度来调整线能量、预热和后热温度，以控制热影响区的冷却速度，同时降低焊缝金属的含氢量等措施，防止冷裂纹的产生。
（3）再热裂纹：
从钢材的化学成分考虑，由于热轧钢中不含强碳化物形成元素，因此对再热裂纹不敏感，而且还可以通过提高预热温度和焊后立即后热等措施来防止再热裂纹的产生。
2脆化问题
（1）过热区脆化：
热轧钢焊接时近缝区中被加热到100℃以上粗晶区，易产生晶粒长大现象，是焊接接头中塑性最差的部位，往往会承受不住应力的作用而破坏。
防止过热区脆化的措施是提高冷却速度，尤其是提高奥氏体最小稳定性范围内的冷却速度，缩短在这一温度区间停留时间，减少或防止奥氏体组织的出现，以提高钢的冲击韧度，而且为防止过热区粗晶脆化，也不宜采用过大线能量。
（2）热应变脆化：
热应变脆化是由于焊接过程中热应力产生塑性变形使位错增殖，同时诱发氮碳原子快速扩散聚集在位错区，出现热应变脆化。
16Mn和15MnV这两类钢具有一定得热应变脆化倾向，焊接时消除热应变脆化的有效措施是焊后退火处理。
低合金结构钢的焊接工艺1.焊前准备：
（1）焊接坡口形式的设计应避免采用焊不透或局部焊透的坡口，还要尽量减少焊缝的横截面积，以降低接头的残余应力，同时也可减少焊接材料的消耗量。
（2）坡口加工采用热切割时应注意防止母材边缘会形成一定深度的淬硬层，这种低塑性的淬硬层往往成为冷加工的开裂源。
（3）焊前必须消除焊接区钢板表面的水分，坡口表面的氧化皮、锈斑、油脂以及其他污物。
（4）焊接材料在使用前应按生产厂推荐的规范进行烘干。
（5）装配定位焊缝必须采用与正式焊缝同一类型的焊条。
2.焊接线能量的选择：
线能量的参数是指焊接电流、电弧电压和焊接速度。
低合金结构钢焊接时，线能量参数除要保证接头的熔透性和焊缝成型外，还要考虑其对接头性能的影响。
焊接含碳量低的热轧钢以及含碳量偏下限的16Mn钢时，对焊接线能量没有严格的限制，但从提高过热区塑性和韧性考虑还是采用偏小线能量更为有利；当焊接含碳量偏高的16Mn钢时，为降低淬硬倾向，防止冷裂纹产生，焊接时线能量应偏大些。
3.预热、后热及热处理
（1）预热：
焊接低合金结构钢时，焊前预热时防止接头冷裂，改善接头组织性能，减小焊接应力的重要工艺措施。
焊前预热的有利作用还在于：
①改变了焊接过程的热循环，降低焊接接头各区高温转变和低温转变温度区间的冷却速度，避免或减少了淬硬组织的形成；②减少焊接区的温度梯度，降低了焊接接头的内应力，并使之较均匀地分布；③扩大了焊接区的温度场，使焊接接头在较宽的区域内处于塑性状态，减弱了焊接应力的不利影响；④延长了焊接区在100℃以上温度的停留时间，有利于氢从焊缝金属中逸出。
预热温度的确定，随钢材碳当量、板厚、结构的拘束度的增加而增加，环境温度的升高而降低。
（2）后热及热处理：
后热是指焊接结束后将焊件或整条焊缝立即加热到150~250℃温度范围内，并保持一段时间，这种工艺简称后热。
其作用在于首先是降低了接头低温转变区的冷却速度，其效果比预热更显著，其次是延长了接头在100℃以上温度区间的停留时间，使焊缝金属中的氢有充分时间向外扩散。
在寒风金属氢扩散阶段，从根本上消除了导致冷裂纹形成的力学因素。
后热的温度和时间，取决于被焊钢的冷裂敏感性，焊接材料的含氢量和接头的拘束度。
后热温度愈高，保温时间愈长，去氢效果愈明显。
去氢处理是将焊件在焊后立即加热到300~400℃温度并保温一段时间，可加速焊接接头氢的扩散逸出。
氢的排除程度取决于加热温度和时间，温度高保温时间可短一些，温度低去氢时间就要加长。
生产中消氢处理的温度为300~400℃，消氢时间为1~2小时。
消除应力处理是将焊件均匀地以一定的速度加热到AC1点以下足够高的温度，保温一段时间后随炉均匀地冷却到300~400℃，最后将工件移到炉外空冷。
低合金结构钢焊后消除应力处理的目的有以下几点：
①消除焊缝金属中的氢，提高焊接接头的抗裂性和韧性；②降低焊接接头中的参与应力；③改善焊缝及热影响区组织，使淬硬组织经受回火处理而提高接头各区的韧性；④稳定了低合金耐热钢焊缝及热影响区的碳化物，提高了接头的高温持久强度；⑤降低了焊缝及热影响区的硬度，易于切削加工。
二CO2气体保护焊简介
（一）CO2气体保护焊发展史
二氧化碳气体保护电弧焊（简称CO2焊）是以二氧化碳气为保护气体进行焊接的方法。
（有时采用CO2+Ar的混合气体）。
在应用方面操作简单，适合自动焊和全方位焊接。
焊接时抗风能力差，适合室内作业。
由于它成本低，二氧化碳气体易生产，广泛应用于各大小企业。
由于二氧化碳气体的0热物理性能的特殊影响，使用常规焊接电源时，焊丝端头熔化金属不可能形成平衡的轴向自由过渡，通常需要采用短路和熔滴缩颈爆断、因此，与MIG焊自由过渡相比，飞溅较多。
但如采用优质焊机，参数选择合适，可以得到很稳定的焊接过程，使飞溅降低到最小的程度。
由于所用保护气体价格低廉，采用短路过渡时焊缝成形良好，加上使用含脱氧剂的焊丝即可获得无内部缺陷的高质量焊接接头。
因此这种焊接方法目前已成为黑色金属材料最重要焊接方法之一。
焊接技术发展与金属结构制造状况密不可分。
50年代初期，CO2气保焊技术一经开发，就应用于金属结构制造，并伴随着焊接结构设计、制造技术水平的不断提高，逐渐成为金属结构焊接的主要方法。
其高效、优质、自动化的技术特点，具有良好应用条件，并且极大地推动了金属结构焊接技术和相关产业的发展，在焊接技术发展史上书写了辉煌的一页。
经过多年努力，我国CO2气保焊技术在金属结构制造业中的推广应用，取得了长足进步，并可以总结为三个阶段：
探索阶段、起步阶段、发展阶段。
探索阶段是从60年代到80年代中期，国内高校、研究单位及一些厂矿企业对CO2焊接技术外于研究、开发、收集、整理国外焊接技术，在这一时期CO2气保焊技术没有形成大批量金属结构的生产能力及相关产品的生产规模。
起步阶段是从80年代中期到90年代初的时间里，借助于我国在“六五”、“七五”重大技术装备，引进技术合作生产及大型基础设施工程建设的契机，引进国外先进焊接技术和装备，对大型骨干机械企业进行技术改造。
可以说是在借助国外成熟技术和生产工艺，形成了我国大型金属结构企业的CO2气保焊技术的生产能力，从而大大改变了金属结构制造企业的装备水平、制造能力，提高了产品质量和生产效率，改变了传统的金属结构焊接工艺，引起了焊接技术的革命，推动了国内CO2气保焊设备、焊接材料、辅件等领域技术研究和推广应用工作的发展。
发展阶段是从90年代初至今的近十年时间，自1992年中国焊接协会和中国机械工程学会焊接分会联合举办“全国CO2气保焊技术推广应用交流会”以来，CO2气保焊技术在金属结构行业中应用、推广工作蓬勃发展。
一批服
升级会员 