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《焊接技术及自动化毕业设计说明书》

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一.前言

weldox系列钢板是瑞典ssab钢铁公司开发生产的超高强度钢,集高强度与可焊性、长寿命于一身,在国内得到了较快的发展应用. 主要应用范围:压力钢管、采矿设备、矿用自卸车体和汽车起重机、帆船龙骨、大的拱梁、斗铲的顶边的框架和主要的高韧性部件等领域。产品改造后工作出色,重量的减轻减少了产品的总重量,从而减少了设备的维修费用和维修的时间,因此提高了生产率。焊接是影响低合金调质高强钢应用至关重要的因素,本课题就是针对于高强钢weldox900钢进行焊接工艺设计。

二.weldox900钢的性能及应用概述

1.weldox900钢的化学成分(见表1)

表1 材料的化学成分(质量分数)(%)

化学成分 c si mn p s cr0 ni mo cu ti n

质量分数 0.17 0.21 1.39 0.009 0.001 0.23 0.05 0.496 0.01 0.04 0.003

由于其合金元素总含量低于5%,weldox为低合金高强钢。

2.weldox900钢的力学性能

weldox900钢的抗拉强度≥1015mpa,屈服强度≥940mpa,断后伸长率≥13%。

3.weldox900钢的焊接性能

weldox900钢的合金含量低,碳当量低,从而可用任何普通的电弧焊方法,就可将其焊在普通结构钢板上。在焊接时,我们所要求的目标是在焊接接头处获得较好的强度和良好的韧性。根据国际焊接学会推荐的碳当量公式 ce(iiw)=c+mn/6+(cu+ni)/15+(cr+mo+v)/5(质量分数)(%),我们可以知道,随着碳当量的增加,钢材的焊接性回变差,当ce值大于0.4%~0.6%时,冷裂纹的敏感性将增大,焊接时需采取预热施焊后保温缓冷,并进行消除应力热处理。考虑到产品的结构特点和生产实际情况,我们采用焊条电弧焊打底,药芯焊丝 co2焊盖面。与焊条电弧焊相比,药芯焊丝 co2焊具有电弧的热输入集中、焊接电 流密度大、焊接热变形小、生产效率高及焊缝成形好等明显优势。

4. weldox900钢的用途

weldox900钢产品改造后工作出色,重量的减轻减少了产品的总重量,从而减少了设备的维修费用和维修的时间。主要应用于矿山机械、桥梁、铁路、汽车起重机等重载领域,如压力钢管、采矿设备、矿用自卸车体和汽车起重机、帆船龙骨、大的拱梁、斗铲的顶边的框架和主要的高韧性部件等领域。

三.weldox900钢焊接试验及试验方法

1.碳当量法

根据国际焊学会(iiw)推荐的碳当量公式:

ce(iiw)=c+mn/6+(cu+ni)/15+(cr+mo+v)/5(质量分数)(%)

我们可以了解到weldox900的ce=0.554%,当碳当量大于0.45%时,则热影响区热影响区粹硬倾向性大,焊接时易产生冷裂纹。因此在焊接之前应采取预热措施,焊后保温缓冷,并进行消除应力热处理。

2.t形接头抗裂性试验

(1)试件及试验参数

参照gb/t4675,1-1984《斜y坡口焊接裂纹试验方法》自行设计了t形接头试件进行裂纹敏感性试验。15mm厚weldox900钢板抗冷裂试验件组合形状及尺寸,腹板两侧各75mm长,加工成k形60°破口,中间100mm长加工60°斜y形坡口。翼板与腹板间隙为2mm,用方形拘束快固定,焊接方法为mag焊,焊接工艺见表2,保护气体为80%ar+20co2,试验环境温度25℃,相对湿度为65%。

表2焊缝焊接工艺参数

焊接电流

i/a 电弧电压

u/v 焊丝伸出长度

l/mm 焊接速度

v/(mm•s)

260 28 20 5

(2)试验结果

试件经过48小时后进行裂纹的检验和解剖,采用着色探伤法进行表面裂纹检查。试验焊缝横面经研磨、化学试剂侵蚀、冲洗干燥后置于体式金相显微镜下放大10倍进行金相价差,在室温25℃裂纹率为10%及13%,在余下三种试验温度下,试件的表面裂纹率均为0,金相检查结果表明,室温条件下试验焊缝底部有疑似裂纹存在,未见进步一扩展倾向,预热50℃、75℃及100℃,试件没有冷裂纹产生。

四.weldox900钢焊接工艺

在产品的实际焊接过程中,由于产品的结构复杂,焊接方法多种多样。焊接接头存在较大的拘束度,局部应力集中,因此在焊接操作时必须制定严格的工艺规程。以焊接板厚5-7mm,不开坡口的weldox900钢,其工艺如下。

1.焊接方法

weldox900钢碳含量为0.17%,属于低碳调质钢,mag焊是最

合适的焊接方法,并且ar与co2的联合保护可防止合金元素烧损,有利于得到性能良好的焊接接头。

2.焊接材料

超高强度钢由于强度提高,钢材塑性、韧性相应下降。如果

仍采用等强原则,选用高组配的焊接接头,焊缝的韧性不容易保证,将可能导致由于焊缝金属韧性不足引起低应力脆性破坏。因此高强钢焊接应采用等韧性原则,选择焊缝韧性不低于基体金属的低组配焊接接头比较合理。采用低强的焊缝金属并不总是意味着焊接接头的强度一定低于母材。根据多年来的焊接接头力学性能试验经验,只要焊缝金属的强度不低于母材的87%,仍可保证接头与母材等强。

weldox900钢选用φ1.2mm的er120s-g焊丝进行焊接。

3.焊前准备

所有焊缝焊前必须保证焊道干燥、清洁,除掉其中表面的油、水、锈和防锈漆。坡口及坡口周围10~20mm范围内必须清理干净,不得有影响焊接质量的铁锈.油污.水和涂料等异物。对于重要焊缝,在焊缝两端应设置尺寸合适的引弧板和引出板。在不能使用引弧板和引出板时,应注意防止在引弧处和收弧处产生焊接缺陷;焊丝在使用前进行检查,其表面应无锈垢,油污,水分;保护气体应保持干燥。

4.焊接工艺参数

表三 焊接工艺参数

板厚(mm) 焊接层数 电流(a) 电压(u) 焊接速度(cm/min) 保护气流(l/min)

5-7 3 打底焊 110-160 18-24 20-35 12-20

盖面焊 200-240 22-28 35-45 15-25

清根层 200-240 22-28 35-45 15-25

5.焊前预热及焊后热处理

对于weldox900,但板厚小于20mm时,不要求预热,板厚在20-30mm时,预热温度为100℃-125℃板厚在30mm以上,预热温度为125-150℃.所以5-7mm板焊接不需预热。

进行焊后热处理是为了减少焊接残余应力,高强钢经常在焊态下使用,焊后一般不进行焊后热处理,热处理会使接头的某些力学性能下降,如:冲击韧度等。只有在设计规则有特殊说明时,方应进行焊后热处理。但应注意其焊后热处理温度不能超过其调质回火温度。

6.焊缝检验

如为关键焊缝,板厚小于6mm,宜用射线照相方法进行探伤,当被测焊件的板厚大于6mm,可用超声波探 伤方法检验,但对于在6-8mm之间的焊件,用由从业时间超过3年的检验人员完成检验。

7.焊接缺陷及控制措施

由于weldox900钢碳含量较低、mn含量较高,而且对s、p含量的控制也较严格,因此热裂纹倾向较小,焊后容易产生冷裂纹。

避免裂纹出现的办法有:焊前预热母体材料;确保焊接面的清洁与干燥;选择含氢小的焊料;通过良好的焊接顺序与工作的合理匹配减少收缩内应力。

8.焊接工艺

焊接工艺卡

单位:湖南机电职业技术学院 工程名称:

工艺卡编号:01

部位(件)名称:

i形坡口平焊接头 焊接设备型号:yg-400tx 执行标准:

焊接方法:mag 生产方式 单件生产

材料: weldox900钢

厚度级别: 5mm    

接头型式:平焊接头 接头型式简图:        平焊接头

焊接位置:  水平固定 

焊接顺序:1-2-3 

预热及中间热处理: 无 焊后热处理:  无

焊接材料及要求:          规格:

焊前准备:

所有焊缝焊前必须保证焊道干燥、清洁,除掉其中表面的油、水、锈和防锈漆。坡口及坡口周围10~20mm范围内必须清理干净,不得有影响焊接质量的铁锈.油污.水和涂料等异物。对于重要焊缝,在焊缝两端应设置尺寸合适的引弧板和引出板。在不能使用引弧板和引出板时,应注意防止在引弧处和收弧处产生焊接缺陷;焊丝在使用前进行检查,其表面应无锈垢,油污,水分;保护气体应保持干燥。

技术要求:

坡口采用机械加工,坡口保持平整不得有裂纹、分层、夹渣物等缺陷,坡口边缘20mm处应呈金属光泽,不得有油脂、油漆、涂层等污物; 

注意事项:

1、焊前清理是否符合要求;2、焊接电极选用是否取用正确,夹头是否过热;

焊接

层数 焊接方法 填 充 金 属 电       流 电 压(u) 焊接速度(cm/min)

型号 直径(mm) 极性 大小(a)  

1 mag焊 er120s-g(crabofil fk1000) φ1.2mm 直流反极性 110-160 18-24 20-35

2 mag焊 er120s-g(crabofil fk1000) φ1.2mm 直流反极性 200-240 22-28 35-45

3 mag焊 er120s-g(crabofil fk1000) φ1.2mm 直流反极性 200-240 22-28 35-45

焊缝检查:

焊后按规范对焊缝进行外观检查,不得有裂纹、咬边、气孔、未焊透等缺陷,对有缺陷的焊缝及时返修。

编  制  审批  日  期 -11-25

五.结语

(1)在weldox900的钢焊接过程中,要严格按焊接工艺要点和焊接工艺参数进行焊接,使产品焊接质量达到设计要求;

(2)超高强度钢结构件制作虽然存在一定的难度,但只要合理地选择焊接方法及工艺参数,加强焊接与制作过程质量的控制,完全能制造出高质量的超高强钢结构件。

六.参考文献

[1]  贺. 焊接工艺及应用. 国防工业出版社,.11

[2]  叶. 焊接技术. 北京:化学工业出版社.  . 9

[3]  陈. 焊接工艺. 北京:机械工业出版社. 

[4]  王.低合金调质高强钢焊接工艺研究进展.应用能源技术,(8):11-13

[5]  方等.weldox900刚焊接工艺评定.焊接制造文摘-焊接分册,(6):22-25