8mm厚度WELDOX700E高强钢板T型初稿Word格式文档下载.docx
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48mm厚度WELDOX700E高强度钢T型接头MAG焊焊接工艺设计7
4.1焊接工艺路线7
4.2焊前准备7
4.3WELDOX700E焊接工艺方法7
4.48mm厚度WELDOX700E高强度钢T型接头坡口分析7
4.5MAG焊的工艺参数确定8
4.6焊接操作技术8
4.7焊后处理10
4.8安全技术与防护10
4.9工艺卡11
5焊接质量检验13
5.1WELDOX700E高强钢MAG焊的常见焊接缺陷及解决措施13
5.2检测方法分析14
5.3检测方案15
6设计小结16
参考文献17
摘要
WELDOX700E作为新一代低合金高强钢,因其晶粒细、洁净度高、均匀性好、强度高、韧性好及良好的焊接性等优点，广泛应用于工程机械、桥梁、舰船、车辆及其他钢结构制造中。
根据WELDOX700E高强钢板的焊接性，合理的选用焊接方法，并分析MAG焊原理、特点及应用等。
详细制定了工艺路线、焊接工艺参数、焊接操作技术、焊接工艺卡等，并叙述了焊后超声波检测等无损检测方法，以及WELDOX700E高强钢板在MAG中常见的焊接缺陷。
关键词：
WELDOX700E；
高强度钢；
焊接性；
MAG焊；
超声波检测
1引言
随着机械工业生产迅猛发展，在焊接结构日益大型化、轻量化的现代工程机械及冶金矿山机械生产中，为提高机械设备的使用性能，以最大限度地满足各种工程建设的需要，钢材不仅要有良好的综合力学性能，而且要有良好的加工工艺性能（比如焊接性），对于特殊条件下使用的钢种，更要求其具有相应的特殊性能，比如耐高温，耐腐蚀，耐冲击等。
因此原来的碳素钢已经不能满足需要，必将有大量的低合金高强度钢被投入使用。
WELDOX700E高强钢，主要特点是含碳量低，合金元素含量低，强度高。
钢板经过调质处理后组织为低碳回火马氏体，晶粒细小，平均晶粒尺寸为5μm，综合性能优异，在高强度的焊接结构中如车辆、铁路、桥梁、起重装置和伐木工具等领域中得到广泛应用。
2WELDOX700E高强钢的材料分析
2.1WELDOX700E的化学分析
WELDOX700E是瑞典SSAB公司生产的Oxelosund牌低合金高强钢，与传统的合金结构钢相比，WELDOX700E高强钢碳含量低，合金元素含量低，因此焊接时液化裂纹和结晶裂纹倾向很小。
低夹杂，均匀是钢材良好成型的先决条件，其化学成分见表2-1。
表2-1材料的化学成分（%）
牌号
C
Si
Mn
P
S
Cr
Ni
Mo
Cu
Ti
N
WELDOX700E
0.17
0.21
1.39
0.009
0.001
0.23
0.05
0.496
0.01
0.04
0.0
2.2WELDOX700E高强钢的力学性能分析
WELDOX700E高强钢通过冶金技术最大限度地控制钢中S、P、O、N、H等杂质元素的含量和钢中夹杂物的数量、成分、尺寸、形态及分布，因此具有良好的综合机械性能。
WELDOX700E高强钢的机械性能见表2-2。
表2-2WELDOX700E高强钢的力学性能
厚度（mm）
屈服强度（MPa）
抗拉强度（MPa）
8
700
780～930
2.3WELDOX700E高强钢的焊接性分析
WELDOX700E高强钢钢种，采用Ar和CO2混合气体保护气体焊接方法。
一般情况下，仅对焊接性理论分析并不能对材料的焊接性十分准确可靠的评价，但是可以作为很好的补充辅助材料，有助于在短期内迅速把握复杂的冶金因素和焊接因素在焊接中所起的作用，从而可以降低试验成本。
WELDOX700E高强钢属于热处理强化钢，调质处理后组织为细小的低碳马氏体，具有高强度和良好的塑韧性，可以直接在调质状态下进行焊接，焊后不需要热处理。
由于焊接热循环的作用，在热影响区存在着由于峰值温度超过原回火温度而引起强度和硬度下降的“软化区”，所以该钢种在一定程度上存在过热区脆化及软化区强度下降的问题。
2.3.1碳当量法
碳当量法是把钢中包括碳在内的合金元素对淬硬、冷裂和脆化的影响折合成碳的相当含量，用以进行焊接性分析的间接试验方法。
碳当量越高，则材料的冷裂敏感性越大，焊接性越差。
根据WELDOX700E高强钢的化学成分分别对其碳当量Ce和冷裂敏感指数Pcm进行计算，结果如下：
Ce=C+
=0.55（2-1）
＝0.36（2-2）
由上式计算结果可知，WELDOX700E高强钢碳当量Ce=0.55，冷裂敏感指数Pcm=0.36，在适当的预热温度下冷裂倾向小，冷裂敏感性低，几乎不会产生热裂纹。
WELDOX700E高强钢合金含量低，碳当量低，具有高韧性，高强度和良好的焊接性。
问题是容易产生冷裂纹，所以只要采用含氢量低的焊接方法及焊前预热可以保证焊接质量。
采用传统电弧焊焊接。
如：
CO2气体保护焊，焊条电弧焊，埋弧焊，MAG焊等。
2.3.2预热
预热是焊前对试件的全部或局部进行加热的工艺措施，主要作用是降低接头热影响区的温度梯度，使其在比较宽的范围内获得相对均匀的分布，从而减少温度应力的峰值；
同时通过预热能够控制焊接接头的冷却速度，延长奥氏体冷却转变温度范围内的冷却时间t8/5，避免或减少产生淬硬组织的倾向，还有利于加速焊缝中氢的扩散逸出，防止冷裂纹的产生。
Tp并非越高越好，选择过高时，一方面恶化了工作条件，另一方面在局部预热的情况下会产生附加应力，反而加大冷裂纹倾向。
因此预热温度应根据钢材和和焊接材料的成分、焊件厚度、结构刚度、焊接方法和环境温度等通过焊接性试验来确定。
根据EN1011-2推荐公式：
（2-5）
式中CET为焊接线能量，t为板厚，Q为热输入，HD为焊缝扩散氢含量。
考虑到WELDOX700E钢材本身的特性，SSABOXELOSUND在式（2-5）的的基础上进行修正，提出修正因子f（Ox），即
（2-6）
根据公式2-6，计算出板厚为8mm的WELDOX700E高强钢焊前最低预热温度为50～75℃。
3焊接方法与设备分析
3.1焊接方法设备选择
查阅资料适合8mm厚度WELDOX700E高强钢T型接头焊接方法有CO2气体保护焊、焊条电弧焊、MAG焊等。
以下对CO2气体保护焊、焊条电弧焊和MAG焊进行比较。
3.1.1CO2气体保护焊原理
CO2气体保护焊是利用CO2气体使焊接区域周围空气隔绝，防止空气中的氧、氮、对焊接区的有害作用，从而获得优良的机械保护性能。
3.1.2CO2气体保护焊的特点
优点：
（1）CO2气体来源广，价格便宜，而且电能消耗少，焊接成本低。
（2）可实现全位置焊接，并对于薄板、中厚板甚至厚板都能焊接。
（3）CO2的穿透能力强。
（4）对铁锈敏感小，焊缝含氢量少，抗裂性能好。
缺点：
（1）飞溅较大，并且焊缝便面成型差。
（2）电弧气氛有很强的氧化性，不能焊接易氧化的金属材料。
（3）抗侧向风能力较弱，室外作业须有防风措施。
（4）焊接弧光较强，特别是大电流焊接时，要注意对操作人员防弧光措施。
3.1.3焊条电弧焊原理
焊条末端和工件之间燃烧的电弧所产生的高温使焊条药皮与药芯及工件熔化，熔化的焊芯端部迅速形成细小的金属溶滴，通过弧柱过渡到局部熔化的工件表面，熔合在一起共同形成熔池。
3.1.4焊条电弧焊的特点
优点：
（1）可焊金属材料广。
（2）待焊接头装配要求低。
（3）设备简单。
（4）操作灵活。
缺点：
（1）生产效率低、劳动强力大。
（2）劳动条件差。
（3）对焊工技术要求高。
3.1.5熔化极活性混合气体保护焊（MAG焊）原理
MAG焊（metalactive-gaswelding）是熔化极活性气体保护焊的简称，MAG焊是利用活性气体（如CO2；
Ar+CO2；
Ar+CO2+O2等作为保护气体的金属极气体保护电弧焊方法，称为活性熔化极气体护电弧焊法，简称MAG焊。
即所用保护气体为惰性气体少量氧化性气体（O2、CO2或其混合气体）混合而成。
在惰性气体中混合少量氧化性气体的目的（一般为：
O22%～5%；
CO2：
5%～20%）是在基本不改变惰性气体电弧基本特性的条件下，以进一步提高电弧稳定性，改善焊缝成形，降低电弧辐射强度。
3.1.6MAG焊的特点
（1）稳点阴斑极点，提高电弧燃烧的稳定性。
（2）提高溶滴过渡的稳定性。
（3）降低焊接成本。
（4）控制焊缝冶金的质量，减少焊缝缺陷。
（5）改善焊缝熔深形状及外观成型。
（6）增大电弧的热功率。
（7）焊接飞溅少，甚至无飞溅。
（8）弧长短，电弧指向性好，适于全位置焊接。
MAG焊可采用喷射过渡、脉冲喷射过渡、短路过渡进行焊接，能获得稳定的焊接工艺和良好的焊接接头，可用于各种全位置的焊接，尤其适用于碳钢、合金钢和不锈钢等黑色金属材料的焊接。
根据以上几种焊接方法的对比，确定选用MAG焊作为本毕业设计的焊接方法。
3.2MAG焊焊接设备
MAG焊焊接设备的基本组成大致相同。
主要包括焊接电源、送丝机构、焊枪和气路系统、水路系统。
根据焊枪移动的方式可分为手工操作和机械操作，前者为半自动焊机，后者为自动焊机。
本毕业设计将采用半自动焊机，如图3-1。
半自动焊机的电源为直流电源（可以是硅整流电源，晶闸管整流电源及逆变式电源），大多为平特性或缓降（斜率<
4V/I00A）特性，以保护弧长的自身调节作用。
送丝机构的作用是以一定速度将焊丝送出导电嘴，并有一定的稳速作用，所以大多数采用单丝单主动送丝方式和双丝双主动送丝方式，本毕业设计采用的是单丝单主动送丝方式。
图3-1MAG半自动焊机
3.3MAG焊的焊接材料
本毕业设计针对8mm厚度WELDOX700E高强钢板T型接头的焊接，焊接材料选用瑞典OERLIKON公司生产的直接未1.2mm的ER120S-G焊丝，该焊丝的化学成分如表3-1所示。
表3-1ER120S-G焊丝化学成分
ER120S-G焊丝的力学性能中，其屈服强度为900MPa，其抗拉强度未1050MPa，断后伸长率为16%，冲击吸收能量为75A/J,72A/J,77A/J，其力学性能与母材的力学性能相比，要高于WELDOX700E高强钢板的力学性能。
保护气体从技术角度分析，仅通过改变保护气体成分，就能对焊接过程产生重要影响：
首先可以提高焊丝熔敷率，与传统纯二氧化碳相比，富氩混和气通常带来更高的生产效率。
氩气含量应该超过85%以实现射流过渡。
当然，提高焊丝熔敷率要求选择合适的焊接参数，焊接效果通常是多参数共同作用的结果，不合适的焊接参数选择通常会降低焊接效率，增加焊后清渣工作。
其次，保护气体可以控制飞溅以及减少焊后清渣，氩气的低电离势使电弧稳定性提高，相应的减少了飞溅。
最近的焊接电源新技术对CO2焊接的飞溅进行了控制，而在同样条件下，如果使用混合气，能够进一步减少飞溅和扩大焊接参数窗口。
再次可以控制焊缝成形，减少过度焊接，氩混气易于控制焊缝成形，避免了焊丝浪费。
最后是提高焊接速度，通过使用富氩混合气，即使增加焊接电流，依然能够保持非常好地控制飞溅。
这样带来的优势是焊接速度的提高，尤其是对于自动焊接，极大地提高了生产效率。
综合上可以看到，通过选择合适的焊接保护气体，可以提高焊接质量，降低焊接总成本，提高焊接效率。
目前，在许多行业，已经普遍使用了氩气混合气，但由于从众原因，国内企业大多使用80%Ar+20%CO2。
在很多应用中，该保护气体发挥的效果是相对理想的，因此，本毕业设计选用的保护气体为80%Ar+20%CO2混合气体进行焊接。
3.4WELDOX700E材料的MAG焊的可行性分析
为了更好更全面的掌握WELDOX700E高强钢的MAG焊接方法可行性，我们主要从以下几个方面进行试验：
（1）冲击韧性测试
韧性是材料在塑性应变和断裂全过程中吸收能量的能力，它是强度和塑性的综合表现。
依照GB/T229—1994《金属夏比缺口冲击试验方法》，将冲击试样加工至最终尺寸10mm×
10mm×
55mm，采用JB—30B冲击试验机，进行常温下夏比V型缺口冲击试验。
要求对热影响区中的临界热影响区脆化、粗晶区脆化、过临界粗晶热影响区脆化、多层焊时临界热影响区脆化四区的冲击能量进行测试。
（2）试样的试焊试验
在正式焊接之前对WELDOX700E高强钢进行试焊试验，把焊接的试样做拉伸试验和抗剪实验。
在工业生产中，拉伸试验和抗剪实验是在工业生产中对焊接材料力学性能检测的常用方法。
拉伸试验是在标准光滑圆柱试样的两端缓慢地施加载荷，使试样的工作部分受轴向拉力的作用沿轴向拉长，使它不断产生变形，直至把试样拉断为止。
通过拉伸试验可以测定出材料的基本力学性能。
抗剪试验是指在试件轴向受到一定的压力下，再给一个侧向的剪切力（拉动或推动），剪切力一般只有轴向压力的百分几十，直至试样断裂为止。
通过这两个指标的试验，试验结果均能满足规范要求，因此WELDOX700E高强钢板T型接头MAG焊焊接方法是可行的。
48mm厚度WELDOX700E高强度钢T型接头MAG焊焊接工艺设计
4.1焊接工艺路线
分组查阅文献确定焊接参数焊接焊后处理检测
4.2焊前准备
（1）对WELDOX700E高强钢焊前进行严格的预热措施，利用SCD型绳状式加热器保证工件的预热温度。
（2）清除待焊区域及焊缝表面25mm范围内的水、氧化皮、锈、油污、油漆等，并将灰尘杂物清楚干净。
（3）焊丝表面确保无油污、无锈蚀、镀铜层完好无损、表面无毛剌，无明显打弯或扭曲，自由状态下松弛直径大于380mm，翘距小于25mm。
（4）调节气体流量计将保护气体流量控制在15L/min~25L/min。
（5）检查喷嘴处气体强弱程度，是否有明显堵漏气的现象，喷嘴和导管应该无油污、锈蚀、导电嘴无磨损并安装正确牢固。
（6）清楚送丝机运转部位的杂质并检查各连接件牢固和运转的稳定性，调节送丝机构送丝压力和送丝稳定性。
（7）焊前准备好毛刷钢丝刷、磨光机、剪丝钳、测温仪、焊接夹具、手锤、防护用具和手电筒等。
（8）焊前检查坡口表面应无明显割痕（割痕深度不大于0.2mm），坡口表面不得有裂纹，夹层等缺陷，坡口表面应无氧化层，无明显凹凸不平，坡口边缘无挂渣，坡口角度均匀，钝边尺寸偏差和顶部棱边直线度波动应控制在正负0.5mm之内。
否则用磨光机进行修磨。
4.3WELDOX700E焊接工艺方法
WELDOX700E的熔化极气体保护焊工艺方法，是采用在惰性气体中加入一定量的活性气体，熔化极混合气体保护焊可采用短路过渡、喷射过渡和脉冲喷射过渡进行焊接，且能获得稳定的焊接工艺性能和良好的焊接接头，适用于平焊、立焊、横焊和仰焊以及全位置焊等，尤其适用于碳钢、合金钢和高强钢等金属材的焊接。
尤其结合脉冲电源后，焊接电源的输出电流以一定的频率和幅值变化来控制熔滴有节奏的过渡到熔池；
可在平均电流小于临界电流值的条件下获得射流（射滴）过渡，稳定地实现一个脉冲过渡一个熔滴的理想状态—熔滴过渡无飞溅。
并具有较宽的电流调节范围，适合板厚δ≥1.0mm工件的全位置焊接，尤其对那些热敏感性较强的材料，可有效地控制热输入量，改善接头性能。
由于脉冲电弧具有较强的熔池搅拌作用，可以改变熔池冶金性能，有利于消除气孔，未熔合等焊接缺陷。
4.48mm厚度WELDOX700E高强度钢T型接头坡口分析
坡口是焊接就是在材料上取出一定的余量,留待焊接填充，是为了保证焊接质量,在焊接前对工件需要焊接处进行的加工,可以气割,也可以切削而成,一般为斜面。
坡口的选择原则为了获得高质量的焊接接头，应选择适当的坡口形式。
坡口的选择，主要取决于母材的厚度，焊接方法和工艺要求。
选择时应该注意以下问题：
尽量减少金属填充量；
破口形状容易加工；
便于焊工操作和清渣；
焊后应力和变形尽可能小。
常见的坡口形式如图4-1所示
表4-1坡口形式的比较
坡口形式
加工条件
金属填充量
焊件翻转
焊后变形
V
方便
较多
不需要
较大
U
复杂
少
小
X
较少
需要
较小
通过以上比较，可知V型在本设计中，加工方便，金属填充量大，焊接不需翻转的特点，因此，8mm厚度WELDOX700E高强度钢T型接焊接，其开口形式采用v形坡口，坡口角度为60°
，如图4-1所示。
v形坡口是主要为了确保两块钢板的焊接质量，更有利于焊接接缝的饱满，减少气泡的产生以及防止裂缝的产生。
图4-1T型接头坡口
4.5MAG焊的工艺参数确定
MAG焊的焊接工艺参数主要有电源种类极性、焊丝的选择、焊接电流、电弧电压、焊接速度、焊丝伸出长度、气体流量等。
（1）焊接电源种类的确定MAG焊与CO2气体保护焊一样，为减少飞溅，一般均采用直流反极性焊接，即焊件接负极，焊枪接正极。
（2）焊丝的选择
熔化极活性气体保护焊时，在半自动焊焊接的情况下，一般使用直径为1.6mm之下的焊丝进行焊接。
当焊丝的直径大于2mm时，一般都采用自动焊。
本毕业设计中，8mm厚度的WELDOX700E高强钢的厚度选ER120S-G焊丝，直径1.2mm。
（3）焊接电流
焊接电流是MAG焊的重要参数，焊接电流的大小要根据焊件的厚度、坡口形状、所采用的焊丝直径以及所需要的熔滴过渡形式来选择。
根据8mm厚度的WELDOX700E高强钢的厚度选用直流反接焊接电流为160～260A。
（4）电弧电压
MAG焊中电弧电压也是焊接工艺关键参数之一。
电弧电压的高低就决定了电弧长短与熔滴的过渡形式。
只有当电弧电压与焊接电流有机匹配，才能获得稳定的焊接过程。
当电流与电弧电压匹配良好时，电弧就会稳定、飞溅减少、声音柔和，焊缝熔合情况良好。
在其他位置焊接时，其电弧电压和焊接电流的选择可以按照平焊位置进行适当衰减调整。
选用焊接电压20～28V之间。
（5）焊丝伸出长度
焊丝伸出长度与CO2气体保护焊基本相同，一般为焊丝直径的10倍左右。
所以焊丝伸出长度为12mm。
（6）气体流量
气体流量是焊接工艺的重要参数之一，流量太小，起不到保护作用；
流量太大，由于紊流的产生、保护效果亦不好。
本毕业设计中，对1.2mm的焊丝半自动焊时流量为20L/min左右。
（7）焊接速度
MAG焊半自动焊接速度还是要依靠焊接人员控制，焊速过快，会出现很多缺陷，如未焊透、熔合情况不佳、产生气孔等；
但焊速太慢也会造成焊缝过热、烧穿、成形不好等缺陷,一般焊接速度在15～28（cm/min）之间，并在实际操作过程中进行实时调整。
4.6焊接操作技术
焊接基本操作技术包括起弧、运丝、接头、收弧等四个环节，只有很好的把握了这四个环节，才有可能焊出合格焊缝。
针对本毕业设计，在实施焊接过程中要注意以下几点操作技术：
（1）将8mm厚的WELDOX700E高强钢工件固定在焊接台上，并进行检查T型接头的焊接位置是否合理、可行。
（2）按照已确定的工艺参数调整好好焊接电流、电弧电压以及保护气体流量等相关参数。
（3）在正式焊接之前，对待焊焊缝进行点焊固定，间距为10～20mm，不能错边。
（4）将焊丝端头水平移开至距夹角1～2mm处，进行焊接可得等脚焊缝，防止错边。
（5）引弧点在起头后10mm左右，拉长电弧对起头处预热，然后从起头正式焊接。
6）对工件进行焊接时径向角为40～45°
，前倾角不能太大，否则会使焊波成尖角，焊缝中间隆起，熔深变浅，成形不良，严重者可使焊缝两侧产生熔合不良。
7）清理焊缝及周围的焊渣及氧化膜等，对焊缝进行质量检测。
8）焊接时要佩戴好防护口罩、眼镜、手套等安全防护用品。
4.7焊后处理
8mm厚度WELDOX700E高强度钢T型接头焊接完成后，要将焊缝周围的多余焊剂、焊渣进行清理，否则在多余熔剂会对钢板产生腐蚀。
对焊接的焊缝进行敲击观察，若出现焊接不饱满或者有裂缝的情况，要进行补焊处理，或者按照不合格焊接接头处理。
4.8安全技术与防护
焊接过程中将产生大量对人体有毒或有害的光、热、气等物质。
作业人员必须使用相应的防护眼镜、面罩、口罩、手套，穿白色防护服、绝缘鞋，严禁能穿短袖衣或卷起袖子。
在各种焊接与切割中，一点要按规定佩戴防护用品，以防止有害气体、焊接烟弧光等对人体造成的危害。
防护用具种类如下：
焊接面罩，焊接防护镜片，防护眼镜，防尘口罩及防毒面具，噪声防护用具，防护服，焊工手套、工作鞋及护脚。
焊后安全隐患要进行排除，对现场进行清理，消除焊接遗留下的安全隐患。
第一，断开焊接电源或关闭气阀，以免人离开后发生各种意外事端；
第二，清理焊接是留下的飞溅物，保证当地的环境卫生，避免高温飞溅物与可燃物体接触发生火灾；
第三，在比较多人的场合要等待焊件冷却要一定程度后才可离开，避免发生不知情人员烫伤，也可以防止引发火灾等事故。
4.9工艺卡
表4-28mm厚度WELDOX700E高强钢MAG焊焊接工艺卡
焊接方法
MAG焊
母材
预热
焊接材料
焊接电流
电弧电压（V）
直径（mm）
极性
电流（A）
焊接叁数
ER120S-G
1.2
直流反接
160～260
20～28
气体流量（L/min）
焊接速度（mm∕s）
20
3.3～5
1.采用直流反接，采用左焊法。
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