低碳钢超硬耐磨堆焊层硬度与焊接工艺关系开题报告.docx

毕业设计(论文)开题报告

题 目：低碳钢超硬耐磨堆焊层硬度与焊接工艺关系

开题报告填写要求

1．开题报告（含“文献综述”）作为毕业设计（论文）答辩委员会对学生答辩资格审查的依据材料之一。此报告应在指导教师指导下，由学生在毕业设计（论文）工作前期内完成，经指导教师签署意见及所在专业审查后生效。
2．开题报告内容必须用黑墨水笔工整书写或按此电子文档标准格式（可从教务处网页上下载）打印，禁止打印在其它纸上后剪贴，完成后应及时交给指导教师签署意见。
3．“文献综述”应按论文的格式成文，并直接书写（或打印）在本开题报告第一栏目内，学生写文献综述的参考文献应不少于10篇（不包括辞典、手册），其中至少应包括1篇外文资料；对于重要的参考文献应附原件复印件，作为附件装订在开题报告的最后。
4．统一用A4纸，并装订单独成册，随《毕业设计（论文）说明书》等资料装入文件袋中。

毕 业 设 计（论 文）开 题 报 告
1．文献综述：结合毕业设计（论文）课题情况，根据所查阅的文献资料，每人撰写2500字以上的文献综述，文后应列出所查阅的文献资料。
文 献 综 述
0引言
随着科学技术的日益进步，焊接技术在国民经济与建设中的应用都十分广泛，如交通运输工具中的飞机、船舶、火车、汽车等壳体的焊接；建筑工程中桥梁、房屋钢筋的焊接；航空、航天的各种飞机、火箭、卫星的部件焊接；军事上运用的导弹和炮弹的焊接等等。且焊接以及逐渐脱离了单纯工艺和技术的层面而走向科学的范畴，并且在与其他科学知识的不断碰撞和交融中，展现出来旺盛的生命力。新材料的不断产生、新能源的不断开发和新结构的不断涌现，对焊接技术提出了新的挑战！统计数据表明，在钢材、有色金属、水泥、陶瓷、木材和聚丙烯这几种结构材料中，就性能价格比而言，除了水泥与木材，钢材是最便宜的。钢铁材料是一种在若干年内还难以被取代的工程结构材料，何况钢材本身还在不断的发展与改进。对于各种产品构件的焊接质量与性能要求，将因产品的使用条件不同而不同。而我们也知道，近十余年来，我国耐磨件的生产和研究十分活跃，取得的进展是有目共睹的。我国每年生产和消费的耐磨件数量巨大。如果能使这些耐磨件基本上达到物尽其用的话，其效益将是十分显著的。那么，我们这样才能制造出供不应求的耐磨件呢？既然我们已经了解到焊接技术的不断进步，是否可以用焊接方面的技术来解决这一难题呢？答案是肯定的。其实耐磨件的制造不仅可通过铸造工艺来制造，也可以通过堆焊工艺来制造，而对磨损过的耐磨件采用堆焊工艺来再制造，可获得比原铸件更耐磨的性能，同时通过废旧利用，可实现循环经济［9］。
1堆焊
堆焊是焊接的一个分支 ，是金属晶内结合的一种融化焊接方法［1］。但它与一般的焊接不同，不是为了连接零件，而是用焊接的方法在零件的表面堆焊一层或数层具有一定性能材料的工艺过程。其目的在于修复零件或增加零件表面耐磨、耐蚀、耐热等方面的性能。堆焊具有一般焊接方法的特点，但又有其特殊性。由于堆焊是熔焊，因此凡是属于熔焊的方法都可用于堆焊。堆焊方法的发展也随着生产发展的需要和科技进步而发展，目前已有很多种堆焊方法。按实现堆焊的条件，常用的有手工电弧焊、氧乙炔焰堆焊、埋伏自动堆焊、气体保护堆焊、等离子弧堆焊、电渣堆焊、其他堆焊方法［13］。而氧乙炔火焰堆焊火焰温度低，堆焊后可保持复合材料中硬质合金的原有性能，是目前耐磨场合机械零件堆焊常用的工艺方法［7］。
堆焊不仅可以修复旧的金属零件，而且可以在金属工件表面形成复合层，使其具有特殊的性能，从而达到延长工件使用寿命，降低成本和改进工件设计的效果。据统计，用于修复旧零件的堆焊合金占总量的72.2%［11］。例如：堆焊旧轧辊的费用仅是新轧辊的30%左右，而使用寿命却比新轧辊高。因此，广泛采用堆焊工艺修复旧零件，对节约材料、节省资金、弥补配件短缺、缩短制造周期等具有重要的意义。另外，随着计算机技术的不断发展，为了提高及稳定堆焊质量，国外已建立堆焊专家系统，如德国建立的堆焊专家系统，可根据零件磨损程度和磨损形式及母材是否适宜堆焊，是否需要过度层，并能够选择堆焊材料和确定堆焊工艺［14］。
我们知道焊接性是指材料是否好焊，焊后质量能否保证，材料焊接性越好，就越容易保证质量。不同类别的钢铁材料焊接性能有很大的不同；同一种材料焊接，工艺措施不同，焊接性也不同［12］。焊接性差的材料，其焊接质量是很难保证的。评价钢材焊接性的方法很多，其中最方便的是碳当量法［16］。在各种元素中，碳对焊接性的影响最大。碳当量法是把各合金元素含量对焊接性的影响折合成碳的相当含量，来预测钢材的焊接性，以便确定是否采取预热和其他工艺措施。例如有关试验已经证明堆焊层硬度随碳含量的变化关系：碳含量从0.5%增加到1.0%时，硬度上升；从1.0%增加到2.0%时，硬度下降；这是由于当含碳量较低时，碳化物析出很少，堆焊层硬度主要取决于马氏体基体的硬度，而马氏体的硬度主要取决于含碳量，马氏体的硬度随含碳量的增加而增加，当含碳量小于0.5%时，马氏体的硬度随含碳量的增加而急剧增高［15］。又由于低碳钢是所有钢材中焊接性最好的，故几乎可采用所有的焊接方法来进行焊接，并都能保证焊接接头的质量良好。用得最多的焊接方法是手工电弧堆焊、埋伏自动堆焊和二氧化碳气体保护堆焊等。其中二氧化碳气体保护堆焊综合成本最低，埋伏堆焊最高，手工电弧堆焊次之［17］。那么到底选择什么焊接工艺来保证低碳钢超硬耐磨堆焊层的硬度呢？可以从一下几个方面综合考虑得出结果。
（1）堆焊方法对硬度的影响
在同一条件下，相同的厚度上，采用不同的堆焊方法获得的硬度不一定相同。研究已经得出用常用的工艺方法看，硬度(HRC）的一般顺序为氧乙炔气焊（OAW）≥手工钨极氩弧焊（GTAW）≥药皮焊条手工焊(SMAW) ≥等离子粉末堆焊(PTA) ≥等离子弧送丝堆焊(FAW)［6］。因为氧乙炔气焊用3 ：1的碳化焰堆焊，使堆焊金属的含碳量有所增加，而且母材的稀释率也比较小。所以，堆焊层的硬度较高。然而，电弧焊在高温下有烧损碳的现象，故有降碳的倾向。同时，焊接电弧对熔池的搅拌作用，加强了母材对堆焊层的稀释。所以，电弧焊堆焊层的硬度较低。故在生产条件允许的条件下，根据产品材质、形状和大小，尽可能地选用机械化程度比较高的PTA工艺。因为PTA工艺的稀释率较低、功效高、性能稳定。
（2）稀释率对硬度的影响
焊接接头与堆焊层之间的最大不同点为稀释率。它常常关系到堆焊层的性能。稀释率（以百分比计）等于熔化的母材量（A）除以添加的堆焊金属量和熔化的母材金属之和（A+B）再乘以100%。由于大多数的堆焊采用的是电弧焊的方法进行，所以，必须重视电弧焊的每个工艺参数对稀释率的影响［8］。影响堆焊稀释率的工艺参数有：①焊接电流；②极性；③焊丝（焊条）尺寸；④焊丝的伸出长度；⑤堆焊焊道的节距；⑥电极摆动；⑦焊接速度；⑧堆焊位置和工件的倾斜度；⑨附加填充金属［10］。
（3）堆焊层厚度对硬度的影响
随堆焊层厚度的增加，堆焊层的稀释率相对降低。所以，堆焊层的厚度与硬度有着密切的关系。已有实验证明：堆焊层越厚，堆焊层合金越纯，硬度层合金趋向符合标准值。所以，药皮焊条手工电弧焊堆焊的厚度大于钨极手工氩弧焊、粉末等离子氧乙炔堆焊的厚度［5］。
（4）母材材质对硬度的影响
母材中的C、Cr、Mo、Si、和Mn等元素含量都会影响堆焊层的硬度［3］。因为这些元素在堆焊过程中都会或多或少地稀释到堆焊层中。例如Mo和Cr都有二次硬化作用。Mo还有热硬性，Si和Mn均有硬化作用，可提高硬度。所以，母材的成分也是一个很大的因素。
(5)药皮组分对堆焊层硬度的影响
已有实验结果表明，随着药皮组分中钛铁、钒铁含量的增加，堆焊层硬度提高［4］。
（6）熔敷金属中Ti、C、V元素含量对堆焊层硬度的影响
实验表明堆焊层硬度随着熔敷金属中Ti、C、V元素含量的提高而增加［2］。
2结论
综上所述，我们可以更深一步地了解到低碳钢超硬耐磨堆焊层的硬度是手诸多因素影响的，它是一个变值。据了解，GB984—85中堆焊焊条熔敷金属的硬度偏差值有明确的规定，各测定的硬度值与平均值的偏差不应超出平均值的+15%及-15%。我们也可以知道，因为堆焊层的硬度手诸多因素的影响，在某一厚度一下，堆焊层是一种不定型的新型合金，其化学成分的含量和堆焊材料有着一定的差异，这种差异主要反映为硬度值的不同。另外，试验室的焊接规范控制比较严格，堆焊后硬度能比较接近堆焊材料的硬度。在实际生产中，受焊工技能、产品结构、形状和环境等因素的制约。那么本课题就是基于上述各方面因素的影响设计一套最佳的焊接工艺流程。同时也为其他相似的设计能提出一点借鉴。

参 考 文 献

[1] 王娟编著. 表面堆焊与热喷涂技术［M］. 北京：化学工业出版社，2004
[2] 袁建国、周增文、周先平编著. 焊接工操作指南［M］. 湖南科学技术出版社，2003
[3] 李亚江编著. 焊接组织性能与质量控制［M］. 北京：化学工业出版社，2005
[4] 李亚江编著. 焊接冶金学—材料焊接性［M］. 北京： 机械工艺出版社，2007
[5] 张文 编著. 焊接冶金学—基本原理［M］. 北京： 机械工艺出版社，2002
[6] 徐初雄编著. 焊接技术问答［M］. 机械工艺出版社，2001
[7] 湘潭大学自然科学学报[J]. 1994，16(02)：61—65
[8] 金属处理学报[J]. 1998,19（03）：51—54
[9] 太原理工大学学报[J]. 2002，33（04）：388—392
[10] 耐管. 1996，19（04）：14—16
[11] 材料导报[J]. 2008，22：448—451
[12] 新世纪导报[J]. 2008，（05）
[13] 北京科技大学学报[J]. 2008，30（01）：16—20
[14] 王宝、杨林.药芯焊丝焊接工艺分析[J]. 中北大学焊接材料中心
[15] 李亚江、王娟、刘鹏编著. 低合金钢焊接及工程应用［M］. 北京：化学工业出版社，2003
[16] 李亚江编著. 焊接材料的选用［M］. 北京：化学工业出版社，2004
[17] 董祖钰、黄庆云、高峰. 国内外堆焊发展现状［M］. 见：中国机械工程学会焊接学会编. 北京：化学工业出版社，1997

毕 业 设 计（论 文）开 题 报 告

一、课题的目的和意义
最近几十年来，我国耐磨件的生产和研究十分活跃，取得的进展是不可否定的。然而我国每年生产和消费的耐磨件数量也是个巨大的数字，如果能是这些耐磨件物尽其用，以及能够延长它们的使用寿命的话，其效益将是十分显著的。那么就对焊接技术提出了更高的要求来实现这一需要。而我们又知道，硬度是金属材料耐磨性的重要表征参数。在堆焊任何材质，形状的金属材料时，都会想尽一切办法尽可能精确的预测和控制堆焊层的硬度，从而来提高金属材料的使用寿命。而影响堆焊层硬度的因素是多种多样的，这就要求我们能够设计一种更为准确和更具有通用性的焊接工艺流程。
本课题是要求设计能够保证低碳钢超硬耐磨堆焊层硬度的焊接工艺，要求保证质量。防止堆焊层的裂纹及剥离；防止堆焊层的硬度不符合要求，防止堆焊零件变形。
低碳钢超硬耐磨堆焊层的硬度与焊接工艺关系不仅是要求对低碳钢焊接性的分析及对焊接技术的掌握，更主要的是要将两者结合起来分析，来达到我们所需要的堆焊层硬度指标，这更是对综合知识的融会贯通。
二、 课题的发展现状和前景展望
20世纪90年代以来，中国、日本和韩国都先后展开了“低碳耐磨超级钢”的研究，旨在节约资源和保护环境的条件下提高钢铁材料的耐磨性及其力学性能。而且已取得了一些成果，例如：K360超级耐磨钢是一种低碳低合金钢，基体组织为马氏体，含碳量较低，含锰量较高，S、P等杂质控制严格，具有优良的力学性能和耐磨性，被广泛应用于制作煤机行业中刮板输送机的中部槽中板。由于中板与圆环链间在长期重载的工作情况下，局部磨损非常严重。目前一些学者对磨损严重的中板多采用堆焊的方法进行修复，并取得了一些成果。再者，耐磨堆焊技术在对提高矿山、冶金、石油开采、机械等各部门设备磨损件以及各种工、模具表面的工作性能和使用寿命具有很重要的意义，可节约大量贵重合金材料，具有很高的经济效益。已经知道采用电焊条进行手工电弧堆焊，尤其具有成本低廉，操作方便等优点，已得到了非常广泛的应用，相关部门已经采用正回归设计、最优化方法进行了焊条的配方设计和试验，建立堆焊层硬度和磨损失重对药皮成分的回归方程，探讨其影想规律，研制出综合性能优良的高耐磨堆焊条—“堆51”。很多研究已表明堆焊层硬度与堆焊方法，稀释率、堆焊层厚度、母材材质等因素的影响。又如：时效硬化工具合金是一种含碳量极低且具有大量时效强化的合金元素的新型的工具材料。该合金在时效处理过程中通过析出大量金属间化合物作为强化相，从而获得高硬度和高红硬性的工具钢特性。时效硬化工具合金TIG金属药芯焊丝是利用时效硬化合金的优异性能和金属粉芯焊丝的制造简单、成分调整容易的特点，并结合焊接工艺要求研制的一种新型的焊接材料。发现在研制焊丝采用的合金系中，Co是一种主加元素，实验研究发现，时效处理、先固溶后再时效处理、焊态和固溶处理四种状态的堆焊层表面硬度都随熔敷金属中Co含量的提高而增加。以上研究成果都值得我们去学习，并加以应用。同时，有关人士已提出发展低碳耐磨材料的一些设想。
（1）除消化和仿制国外优质耐磨材料外，要鼓励根据不同工况，结合国内具体情况不断研制各种新型低碳耐磨材料。
（2）低碳耐磨材料的工艺性能应该得到重视。
（3）低碳耐磨材料成分设计时应考虑国内富产的元素，但不应局限于此。
（4）筹建大规模机械化工厂、稳定的生产高质量的低碳耐磨件。
（5）考虑各个方面对低碳钢超硬耐磨堆焊层硬度的影响设计合理的焊接工艺。

1.课题的主要内容
（1）低碳钢焊接工艺的研究
（2）堆焊技术的研究
（3）需获得超硬耐磨堆焊层的研究
（4）不同热处理后的焊接工艺方法的选择
（5）焊后的组织、化学成分的研究
2.课题的主要要求
本课题是根据低碳钢的焊接性结合堆焊技术的特点来设计超硬耐磨堆焊层，分析堆焊层硬度与焊接工艺的关系，从而去分析低碳钢超硬耐磨层的化学成分及组织结构；选择堆焊用的堆焊条及准备低碳钢试板；设计焊接工艺参数；根据设计的工艺进行堆焊试验；对堆焊层取样进行化学成分分析、组织观察及力学性能试验；总结归纳不同堆焊工艺对超硬耐磨堆焊层硬度的影响。
四、研究方法、步骤和措施
1.研究方法
本课题的研究主要采用资料研究、实验研究、综合分析研究等方法。对于一些技术性的环节采取查阅前人总结的资料采用资料研究的方法。对于个别带有创新性的，能提出重要见解的研究，则通过建立科学的假设，采用实验研究的方法。对结果的评价分析则结合前面的研究结果采用综合分析的方法。
2.研究的步骤如下：
（1）查阅资料
查找与本课题有关的资料，包括中文资料、外文资料、国内外研究论文等
（2）熟悉设计所需内容
本设计涉及的内容包括以前学过的专业知识以及与此课题相关的其他方面的知识
（3）选定方案
选择现实、可靠、高效可执行的方案
（4）具体设计步骤
①选择焊接方法
②焊前准备
③焊条的选用
④电源种类和极性
⑤焊条直径及焊接电流
⑥堆焊层数
3.分析试验结果

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指导教师意见：
1．对“文献综述”的评语：

2．对本课题的深度、广度及工作量的意见和对设计（论文）结果的预测：

指导教师：
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所在专业审查意见：

负责人：
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