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1、目 录 1 结构与母材性能分析 1 1.1 工字形柱结构分析 1 1.1.1 结构特点及应用 1 1.1.2 受力情况 1 1.2 母材性能分析 1 1.2.1 Q235-C钢简介 1 1.2.2 化学成分及其影响 1 1.2.3 Q235-C钢的力学性能 1 1.2.4 Q235-C钢的焊接性分析 1 2 生产工艺流程图 1 3 装配焊接工艺流程 1 3.1 下 料 1 3.2 装配与焊接 1 3.2.1 翼板与腹板的装配焊接 1 3.2.2 肋板焊缝的焊接工艺 1 3.2.3 肋板纵向角焊缝的焊接工艺 1 4 焊接变形
2、1 4.1 焊接变形的种类 1 4.2 焊接变形的防治措施 1 5 埋弧自动焊 1 5.1 埋弧自动焊的原理 1 5.2 埋弧自动焊的特点及应用 1 5.2.1 埋弧自动焊的特点 1 5.2.2 埋弧自动焊的应用 1 5.3 埋弧自动焊的焊接工艺 1 5.3.1 埋弧焊的焊接材料及选用 1 5.3.2 埋弧焊的冶金过程的特点 1 5.3.3 埋弧焊焊接工艺 1 5.3.4 埋弧焊的常见缺陷及防止方法 1 6 参考文献 1 1 结构与母材性能分析 1.1 工字形柱结构分析 1.1.1 结构特点及应用 工字形柱是指工字形断面的轧
3、制铁柱、钢柱或铸钢柱；尤其是用于钢铁结构(如钢架建筑物)中的柱。使用工字形结构不仅可节省材料，还能保证强度和刚性，即利于用最少的材料，承受更大的力。其结构科学合理，塑性和柔韧性好，结构稳定性高，适用于承受振动和冲击载荷大的建筑结构，抗自然灾害能力强，特别适用于一些多地震发生带的建筑结构。广泛用于各种建筑结构、桥梁、车辆、支架、机械等。 1.1.2 受力情况 工字形柱具有较好的承载能力，由于强轴方向的承载力较大，而工字形柱具有强弱明显的强弱轴关系和非常薄弱的抗扭性能，如果设计不当，很容易出现变形或者失稳的问题。在柱两端受力较复杂，受风载荷、地震载荷、水平以及其他动载荷作用下，两端会产生较大
4、的剪切应力，弯矩大的在柱子中间同时受较大的压力。 1.2 母材性能分析 1.2.1 Q235-C钢简介 Q235-C钢是一种普通碳素结构钢，这种钢容易冶炼，工艺性好，价格低廉。而且在力学性能上也能满足一般工程结构及普通机器零件的要求应用十分广泛。Q235-C表示这种钢的屈服强度为235MPa，质量等级为C级，Q235-C钢含碳量约为0.2%属于低碳钢，S、P和非金属夹杂物较多在相同含碳量及热处理条件下，其塑性、韧性较低，加工成形后一般不进行热处理，大都在热轧状态下直接使用，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。通常轧制成盘条或圆钢、方钢、扁钢、角钢、工字钢、槽
5、钢、窗框钢等型钢，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、高压输电铁塔、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（如铆钉、螺钉、螺母、轴套、及某些农机零件等）。C级钢还可作某些专业用钢使用。 1.2.2 化学成分及其影响 Q235-C钢的化学成分如表1-1所示。 表1-1 Q235-C的化学成分 化学元素 碳（C） 硅（Si） 锰（Mn） 磷（P） 硫（S） 质量分数/% ≤0.17 ≤0.35 ≤1.4 ≤0.040 ≤0.040 化学元素对Q235-C钢性能的主要影响如表1-2所示。 表1-2
6、化学元素对Q235-C钢性能的主要影响 元素名称 对性能主要影响 碳（C） 钢中含碳量增加，屈服点和抗拉强度升高，但塑性和冲击性降低，此外，碳能增加钢的冷脆性和时效敏感性。 硅（Si） 常用的脱氧剂，有固熔强化作用，提高电阻率，降低磁滞损耗，改善磁导率，提高淬透性，抗回火性，对改善综合力学性能有利，提高弹性极限，增加自然条件下的耐蚀性。含量较高时，降低焊接性，且易导致冷脆。中碳钢和高碳钢易于在回火时产生石墨化。 锰（Mn） 降低钢的下临界点，增加奥氏体冷却时的过冷度，细化珠光体组织以改善其力学性能，为低合金钢的重要合金元素，能明显提高钢的淬透性，但有增加晶粒粗化和回火脆性的不利
7、倾向。 磷（P） 固溶强化及冷作硬化作用很好，与铜联合使用，提高低合金高强度钢的耐大气腐蚀性能，但降低其冷冲压性能，与硫、锰联合使用，改善切削性，增加回火脆性及冷脆敏感性。 硫（S） 改善切削性。产生热脆现象，恶化钢的质量，硫含量高，对焊接性产生不好影响。 1.2.3 Q235-C钢的力学性能 Q235-C钢的力学性能如表1-3所示。 表1-3 Q235-C钢的力学性能 牌 号 等 级 屈服强度ReH(N/mm2),不小于 抗拉 强度 Rm/(N/mm2) 断后伸长率A/%，不小于 冲击试验（V形缺口） 厚度（或直径）/mm 厚度（或直径）/mm
8、温度/℃ 冲击吸收功/J不低于 ≤16 >16~40 >40~60 >60~ 100 >100~ 150 >150~200 ≤40 >40~60 >60~ 100 >100~150 >150~200 Q235 C 235 225 215 215 195 185 370~500 26 25 24 22 21 0 27 1.2.4 Q235-C钢的焊接性分析 Q235-C钢的焊接性分析： 按碳当量计算公式计算焊接接头的碳当量 因为Q235-C钢的含碳量较低CE=0.4%，合金元素
9、锰和硅含量不高，所以Q235-C钢在焊接过程中基本无淬硬倾向，冷裂敏感性小，焊接性良好，不会因焊接热周期的快速冷却而引起淬硬而使组织脆化。因此，在板厚小于70mm的焊件焊接时，焊前不需预热，不必严格保持层间温度，除了锅炉、压力容器等重要焊接结构外，焊后不必做消除应力处理。焊接接头具有足够的力学性能和工艺性能。 2 生产工艺流程图 工字形柱的生产工艺流程图如图2-1所示。 翼板加工 腹板加工 肋板加工 钢板复检 钢板复检 预处理 钢板复检 预处理 拼接 下料 预处理 下料 拼接 下料 翼板与腹板装配
10、 纵缝焊接 矫正 无损探伤 肋板装配 油漆出厂 成品检验 总装配（附件等） 端部定尺加工 肋板焊接 焊 接 图2-1 工字形柱的生产工艺流程图 3 装配焊接工艺流程 3.1 下 料 根据国家标准，翼板选择规格为12000×1250×22（长×宽×板厚）和3200×1250×22（长×宽×板厚）以及腹板选择规格为12000×1250×14（长×宽×板厚）和3200×1250×14（长×宽×板厚）。考虑到钢板边缘30mm不能用于生产加工，腹板与翼板的预留加工余量（切割和边缘加工分别留3mm），长度方向上预留焊接收缩量以及肋板收缩量（22.5~90mm），所以第
11、一块翼板的规格为11900×1012×22，第二块翼板规格为3100×1012×22；第一块腹板规格为1190×1250×14，第二块腹板的规格为3100×1012×22。肋板选择规格为5000×1250×10（长×宽×板厚）的两块板，每块板使用氧可燃气体火焰切割出11块肋板，每块肋板规格为1157×443×10。为防止肋板焊缝与纵向角焊缝交叉，肋板的四个内角要切掉一部分，半径为20mm。 翼板及腹板对接采用开坡口双面埋弧焊，焊丝为H08A，焊剂为HJ431。焊接参数如表3-1所示。 表3-1 开坡口双面埋弧焊的焊接参数 钢板 厚度/mm 破口形式 焊丝直径/mm 焊接 顺
12、序 坡口尺寸 焊接电流/A 电弧电压/V 焊接速度/m·h-1 α/（°） b/mm P/mm 翼板 22 6 5 正 反 70 3 3 1050~1150 600~620 38~40 36~38 18 45 腹板 14 5 正 反 70 3 3 830~850 600~620 36~38 36~38 25 45 3.2 装配与焊接 3.2.1 翼板与腹板的装配焊接 一、装配 对称的工字断面的柱结构制造的程序应是先装配后焊接，即先装配成工字形状并定位焊后再进行焊接。不应边装配边焊接，即不能先焊成T形断面再装
13、另一翼板，最后焊成完整的工字形，这样做变形大、工序多、生产周期长。 装配时先在翼板上划出腹板的位置线，如图3-1a所示。并焊上定位角铁2。为便于吊装在腹板背上角铁，如图3-1b所示。用90°角尺检查腹板与翼板的垂直度，如图3-1c所示。 图3-1 工字形结构的装配 a)划线与安装定位角铁 b)装配T形梁 c)装配工字梁 1、3－翼板 2－定位角铁 4－腹板 5－吊具 6－直角尺 二、定位焊 此次装配选择二氧化碳气体保护焊进行定位焊。定位焊是为了装配和固定焊件上的接缝位置而进行的焊接。定位焊缝本身易产生气孔和夹渣，也是导致随后二氧化碳气体保护焊时产生气孔和
14、夹渣的主要原因，所以必须认真地焊接定位焊缝。定位焊缝间距为100~150mm，为增加定位焊缝的强度，应适当增大定位焊缝长度，一般为15~50mm长。焊丝为H08Mn2SiA，具体焊接工艺参数如表3-2所示。 表3-2 定位焊焊接参数 焊脚尺寸/mm 焊丝直径/mm 焊接电流/A 焊接电压/V 焊接速度/m·h-1 焊丝伸出长度/mm 气体流量/L·min-1 6 1.6 260~280 27~29 20~26 18~20 16~18 三、焊接工艺 为保证四条纵向角焊缝的焊接质量，生产中常采用“船形”位置施焊，其倾角为45°。图3-2即为倾斜焊件的简易装置。
15、 图3-2 倾斜焊件的简易装置 工字形柱四条纵向角焊缝采用埋弧自动焊进行焊接，需安装引弧板和熄弧板，焊前要认真清理焊接区。焊丝为H08A，焊剂为HJ431。具体焊接工艺参数如表3-3所示。 表3-3 翼板与腹板的焊接参数 焊脚尺寸/mm 焊丝直径/mm 焊接电流/A 电弧电压/V 焊接速度/m·h-1 6 2 450~475 34~36 40 焊接顺序如图3-3所示。 图3-3 工字形结构的焊接顺序 焊后采用气体火焰加热对焊接变形进行矫正，至此工字形结构制造完成。 3.2.2 肋板焊缝的焊接工艺 先在腹板上划肋板装配线，使用合适的夹紧器
16、如永磁式夹紧器）予以定位夹紧。肋板的焊接选用二氧化碳气体保护焊。为减少焊接变形，采用图3-4所示的肋板焊接顺序。 图3-5 肋板 图3-4 肋板焊接顺序 肋板如图3-5所示。 焊丝选用H08Mn2SiA，具体焊接工艺参数如表3-4所示。 表3-4 肋板焊缝的焊接参数 焊脚尺寸/mm 焊丝直径/mm 焊接电流/A 焊接电压/V 焊接速度/m·h-1 焊丝伸出长度/mm 气体流量/L·min-1 6 1.6 260~280 27~29 20~26 18~20 16~18
17、 3.2.3 肋板纵向角焊缝的焊接工艺 由于肋板与腹板的焊接已完成，经焊接变形矫正后即可对其进行肋板纵向角焊缝（肋板与翼板之间的焊缝）的焊接。选用二氧化碳气体保护焊进行焊接，焊丝选用H08Mn2SiA，具体焊接参数如表3-5所示。 表3-5 肋板纵向角焊缝的焊接参数 焊脚尺寸/mm 焊丝直径/mm 焊接电流/A 电弧电压/V 焊接速度/m·h-1 气体流量/L·min-1 5.0 1.2 280 28 30 20~25 肋板焊接完成后，如果没有变形，在长度方向上测量一定尺寸切割后进行端面铣平或磨平；如果存在变形，则焊后对其进行矫正后再进行定尺加工。 以上所
18、有工序完成之后，使用超声波对工字形柱整体进行探伤，检验合格后方可出厂。 4 焊接变形 4.1 焊接变形的种类 焊接过程中焊件产生的变形称为焊接变形。焊后，焊件残留的变形称为焊接残余变形。焊接残余变形有纵向收缩变形、横向收缩变形、挠曲变形、角变形、错边变形、扭曲变形和波浪变形等共七种，其中焊缝的纵向收缩变形和横向收缩变形是基本的变形形式，在不同的焊件上，由于焊缝的数量和位置分布不同，这两种变形又可表现为其它几种不同形式的变形。 变形种类有翼板角变形、整体挠曲、弯曲（旁弯）、扭曲和腹板的波浪变形。 翼板上的角变形，根本原因是由于焊缝的横向收缩沿板厚分布不均匀所致的，焊缝接头形式不同，
19、其角变形的特点也是不同。但是焊接工字形柱的时候常是以Ｔ形接头的形式出现，Ｔ形接头角变形可以看成是由立板相对于水平板的回转与水平板本身的角变形两部分组成。在焊接翼板的时候一面温度较高，另一面较低，在焊接的那面受热膨胀较大，另一面较小，这样翼板冷却的时候厚度方向上的收缩不均匀，焊接收缩面较大，另一面较小，产生了角变形。 角变形的大小与焊接规范以及焊件的刚性有关，焊接规范中数值越大，它的输出能量就越大，造成厚度方面的收缩就不均匀，角变形也就会很大，焊件的刚性越小，焊后引起的变形就越大，所以在焊接工字形结构的时候就要合理加强板的刚性,但是在批量生产的时候，基本采用刚性固定的方法,以加强焊接板的刚度。
20、但是对于一些特殊要求的工字形柱焊接时，也采用反变形的方法。 工字钢焊后的弯曲变形表现在构件实际中心线偏离设计中心线，产生一定的挠度，弯曲变形分为两种：焊缝横向收缩引起的弯曲变形和焊缝纵向收缩引起的弯曲变形。如图4-1所示。腹板在焊接时，高温部分(焊缝)受热膨胀受阻，产生压缩塑性变形，腹板在膨胀力的作用下发生图4-1中b所示的变形：冷却时由于压缩塑性变形的存在，高温部分在冷却后受拉力作用，其反作用力使腹板发生图4-1中c所示的变形。在焊接图4-2中3，4角焊缝时，由于先焊的1，2角焊缝使腹板与翼板已构成一个T形梁，构件的刚性有所增大，焊后产生较小的弯曲变形，和前面产生的弯曲变形只能部分抵消。
21、 图4-1 工字形柱腹板焊接的弯曲变形 a）焊前 b）焊时变形 c）冷却时变形 图4-2 工字形柱安装和焊接顺序图 a）工字形结构 b）边装边焊顺序 c）整装顺序 d）整装焊接顺序 弯曲变形也与焊接规范和焊接构件的刚性有关，因此在焊接的时候尽量增加构件的刚度，同时运用较小的焊接规范进行焊接。但是合理的装配顺序也是很重要的，他能增加焊接时的刚性，同时能减少弯曲变形。如图4-2所示为两种装配顺序，若采用图4-2b所示边装边焊顺序，焊后会产生上拱的变形；若按图4-2c所示整体装配再焊的顺序，焊后弯曲变形较小。此外，工字梁上下角焊缝对称分布．在相同数值的焊接规范下
22、进行焊接，每道焊缝引起的变形量并非互相抵消，而且先焊的引起的变形最大，但最后焊接的焊缝变形一般总是和最先焊的焊缝引起的变形方向一致，所以在装配完毕以后，焊接顺序也是很重要的，正确的焊接顺序能减少变形，如果按照图4-2c所示的焊接顺序，会出现上拱现象。但是在根据图4-2d所示出现的弯曲变形会很小。 扭曲变形产生的根本原因主要是焊缝的角变形沿焊缝长度分布不均匀,在焊接工字形结构的时候焊接顺序和焊接方向选择不好，则会产生扭曲变形，这主要是角变形沿焊缝长度逐渐增大的结果。如果改变焊接顺序（如图4-2d所示）就会克服这种扭曲变形，这是因为两条相邻的焊缝同时同向同一个方向焊接，这样就会相互抵消各自的焊接
23、变形；扭曲变形还由于构件本身的形状不规则、装配不当、搁置位置不正确等。 4.2 焊接变形的防治措施 扭曲和波浪变形矫正困难，要防止其产生；角变形可以通过预制反变形和焊后矫正（常用气体火焰矫正方法）来防治；扭曲和弯曲变形可通过焊接顺序来避免，也可用气体火焰来修整。 （1）组装和焊接顺序。钢结构的制作、组装应该在一个标准的水平面上进行。该平台应确保所受的自重压力的程度足够大，不会出现钢构件失稳和下沉的现象，以满足构件组装的基本要求。在焊接小型构件时可一次完成，即在焊接固定好位置后，用合适的焊接顺序组装完毕。而大型钢结构组装与焊接需要先将小件组焊接完毕，然后再进行最后的组装和焊接。在进行部件
24、组装时，为了防止组装过程中产生过度的应力和变形，应该使不同型号的零配件符合构件规定的规格、形状大小和样板的要求，并且组装时不能有较大外力强制拼装，以防止零部件过度焊接应力和较大约束力带来的变形。此外，组装与焊接过程中应使焊接接头热量均匀，消除应力并减少变形；焊缝应做到对接间隙、坡口角度、搭接长度和T形贴角的尺寸无误，且形式、大小应与构件的设计和焊接规范一致。 （2）反变形。由于在冷却过程焊缝会产生收缩反应，结果使得减少了工件焊接后的尺寸。针对这个问题，为了弥补热胀冷缩带来的变形，在大型构件焊接时常用反变形的方法。反变形方法是在进行焊接前使构件预先发生变形，使变形方向和焊接变形方向相反、变形量
25、大小基本相等。例如，为了防止工字钢梁柱上下盖板的焊接角变形，可以在焊前用油压机或折边机在相反方向预先压弯盖板。 （3）焊件夹具。大型结构件在焊接接头时各个工件和零件在自重和焊接应力的作用下，要想使其位置固定是比较困难的。所以，每件焊接工件和零件除了要用焊接平台固定位置外，还需要用到焊件夹具有效地夹紧，以便防止工件发生变形。 5 埋弧自动焊 5.1 埋弧自动焊的原理 埋弧焊的的工作原理如图5-1所示，焊接电源的两极分别接至导电嘴和焊件。焊接时，颗粒状焊剂由焊剂漏斗经软管均匀地堆敷到焊件的待焊处，焊丝由焊丝盘经送丝机构和导电嘴送入焊接区，电弧在焊剂下面的焊丝与母材之间燃烧。电弧热使焊丝
26、焊剂及母材局部熔化和部分蒸发。金属蒸气、焊剂蒸气和冶金过程中析出的气体在电弧的周围形成一个空腔，熔化的焊剂在空腔上部形成一层熔渣膜。这层熔渣膜如同一个屏障，使电弧、液体金属与空气隔离，而且能将弧光遮蔽在空腔中。在空腔的下部，母材局部熔化形成熔池；空腔的上部，焊丝熔化形成熔滴，并以渣壁过渡的形式向熔池中过渡，只有少数熔滴采取自由过渡。随着电弧的向前移动，电弧力将液态金属推向后方并逐渐冷却凝固成焊缝，熔渣则凝固成渣壳覆盖在焊缝表面。 在焊接的过程中，焊机不仅起着保护焊接金属的作用，而且起着冶金处理的作用，即通过冶金反应清除有害杂质和过渡有益的合金元素。 5.2 埋弧自动焊的特点及应用 5
27、2.1 埋弧自动焊的特点 埋弧自动焊的优点： （1）生产效率高 埋弧焊所用的焊接电流可大到1000A以上，比焊条电弧焊高5~7倍，因而电弧的熔深能力和焊丝熔敷效率都比较大。这也使得焊接速度可以大大提高。 （2）焊接质量好 这一方面是由于埋弧焊的焊接参数可通过电弧自动调节系统的调节能够保持稳定，对焊工操作技术要求不高，因而焊缝成形好，成分稳定；另一方面也与采用熔渣进行保护，隔离空气的效果好有关。 （3）劳动条件好 埋弧焊时，没有刺眼的弧光，也不需要焊工手工操作。这既能改善作业环境，也能减轻劳动强度。 （4）节约金属及电能 对于20~25mm厚一下的焊件可以不开破口焊接，这既
28、可节省由于加工坡口而损失的金属，也可使焊缝中焊丝的填充大大减少。同时，由于焊剂的保护，金属的烧损和飞溅也大大减少。由于埋弧焊的电弧热量能得到充分的利用，单位长度焊缝上所消耗的电能也大大降低。 埋弧自动焊的缺点： （1）焊接适用的位置受到限制 由于采用颗粒状的焊剂进行焊接，因此一般只适用于平焊位置（俯位）的焊接，如平焊位置的对接接头、角接接头以及堆焊等。对于其他位置，则需要采用特殊的装置以保证焊剂对焊缝区的覆盖。 （2）焊接厚度受到限制 这主要是由于当焊接电流小于100A时电弧的稳定性通常变差，因此不适于焊接厚度小于1mm的薄板。 （3）对焊件坡口加工与装配要求较严 这是因为埋弧焊
29、时不能直接观察电弧与坡口的相对位置，必须保证坡口的加工和装配精度，或者采用焊缝自动跟踪装置才能保证不焊偏。 5.2.2 埋弧自动焊的应用 埋弧焊已有70多年历史，至今仍是现代焊接生产中生产效率高、应用广泛的熔焊方法之一。由于埋弧焊具有生产效率高、焊缝质量好、熔深大、机械化程度高等特点，其应用广泛，至今仍是锅炉、压力容器、船舶、桥梁、起重机械、工程机械、冶金机械以及海洋结构、核电设备等制造的主要焊接手段，特别是对于中厚板、长焊缝的焊接具有明显的优越性。 可焊接的钢种有：碳素结构钢、低合金结构钢、不锈钢、耐热钢以及复合钢等。此外，用埋弧焊堆焊耐热、耐蚀合金，或焊接镍基合金、同基合金等也能获
30、得很好的效果。 5.3 埋弧自动焊的焊接工艺 5.3.1 埋弧焊的焊接材料及选用 一、焊丝 焊丝在埋弧焊中是作为填充金属的，也是焊缝金属的组成部分，所以对焊缝质量有直接影响。根据焊丝的成分和用途可将其分为碳素结构钢焊丝、合金结构钢焊丝和不锈钢焊丝三大类。 在选择埋弧焊用焊丝时，最主要的是考虑焊丝中锰和硅的含量。无论是采用单道焊还是多道焊，应考虑焊丝向熔敷金属中过渡的Mn、Si 对熔敷金属力学性能的影响。 为适应焊接不同厚度材料的要求，同一牌号的焊丝可加工成不同的直径。 焊丝一般成卷供应，使用前要盘卷到焊丝盘上，在盘卷及清理过程中，要防止焊丝产生局部小弯曲或在焊丝盘中相互套迭。
31、否则，会影响焊接时正常送进焊丝，破坏焊接过程的稳定，严重时会迫使焊接过程中断。 二、焊剂 焊剂在埋弧焊中的主要作用是造渣，以隔绝空气对熔池金属的污染，控制焊缝金属的化学成分，保证焊缝金属的力学性能，防止气孔、裂纹和夹渣等缺陷的产生。同时，考虑实施焊接工艺的需要，还要求焊剂具有良好的稳弧性能，。 埋弧焊的焊剂可按制造方法、用途、化学成分、化学性质以及颗粒结构等分类。我国目前主要是按制造方法和化学成分分类。按制造方法可将焊剂分为熔炼焊剂、烧结焊剂和粘结焊剂三大类。 三、焊剂和焊丝的选用与配合 焊剂和焊丝的正确选用及二者之间的合理配合，是获得优质焊缝的关键，也是埋弧焊工艺过程的重要环节。所
32、以必须按焊件的成分、性能和要求，正确、合理地选配焊剂和焊丝。 在焊接低碳钢和强度等级较低的合金钢时，选配焊剂和焊丝通常以满足力学性能要求为主，使焊缝强度达到与母材等强度，同时要满足其它力学性能指针要求。在此前提下，即可选用下面两种配合方式中的任何一种：用高锰高硅焊剂配合低碳钢焊丝或含锰焊丝；用无锰高硅或低锰中硅焊剂配合高锰焊丝。 在进行埋弧焊焊剂与焊丝的选配时，还应考虑埋弧焊的工艺特点和冶金特性。 5.3.2 埋弧焊的冶金过程的特点 埋弧焊的冶金过程是指液态熔渣与液态金属以及电弧气氛之间的相互作用，其中主要包括氧化、还原反应，脱硫脱磷反应以及去除气体等过程。埋弧焊冶金过程具有下列特点
33、 1．空气不易侵入焊接区 2．冶金反应充分 3．焊缝金属的合金成分易于控制 4．焊缝金属纯度较高且成分均匀 各种常用钢材埋弧焊焊丝与焊剂组合如表5-1所示： 表5-1 各种常用钢材埋弧焊焊丝与焊剂组合 序号 使用钢种 推荐用焊丝/焊剂 焊丝牌号 焊剂牌号 1 Q215、Q235、10钢 H08A HJ431 SJ501 2 20钢、20g、20R H08MnA HJ431 SJ501 3 Q345、19Mn6、Q295 H10Mn2 HJ431、SJ501 H08MnMo HJ350、SJ101 4 Q390、Q420、Q3
34、45、25Mn、20MnMo H08Mn2Mo HJ350、SJ101 5 18MnMoNb、20MnMoNb、13MnNiMo H08Mn2Mo HJ250（或HJ350+HJ250）SJ101 6 14MnMoV、15MnMoVN、HQ70、12Ni3CrMoV、WCF60、14MnMoNbB、30CrMnSiA H08Mn2Mo H08Mn2NiMo HJ250 SJ101 7 12CrMo、A213-T2、A335-P2（ASTM） H10CrMo HJ350 SJ101 8 15CrMo、20CrMo、13CrMo44、A213-T12、A335
35、P11、A387-11（ASTM） H12CrMo HJ350 SJ101 9 12Cr1MoV、13CrMoV42 H08CrMoV HJ350 SJ101 10 2.25Cr1Mo、10CrMo910、A213-T22、A387-22、A335-P22（ASTM） H10Cr3MoMnA HJ350或HJ350 +HJ250 5.3.3 埋弧焊焊接工艺 一、焊前准备 埋弧焊的焊前准备包括焊件的坡口加工、焊件的清理与装配、焊丝表面清理及焊剂烘干、焊机检查与调整等工作。 1．坡口的选择与加工 由于埋弧焊可使用较大电流焊接，电弧具有较强穿透力，所以当焊件厚
36、度不太大时，一般不开坡口也能将焊件焊透。但随着焊件厚度的增加，不能无限地提高焊接电流，为了保证焊件焊透，并使焊缝有良好的成形，应在焊件上开坡口。坡口形式与焊条电弧焊时基本相同，其中尤以Y形、X形、U形坡口最为常用。当焊件厚度为10~24mm时，多为Y形坡口；厚度为24~60mm时，可开X形坡口；对一些要求高的厚大焊件的重要焊缝，如锅炉锅筒等压力容器，一般多开U形坡口。埋弧焊焊缝坡口的基本形式已经标准化，各种坡口适用的厚度、基本尺寸和标注方法见GB/T986-1988的规定。 2．焊件的清理与装配 焊件装配前，需将坡口及附近区域表面上的锈蚀、油污、氧化物、水分等清理干净。焊件装配时必须保证接
37、缝间隙均匀，高低平整不错边，特别是在单面焊双面成形的埋弧焊中更应严格控制。 3．焊丝表面清理与焊剂烘干 埋弧焊用的焊丝要严格清理，焊丝表面的油、锈及拔丝用的润滑剂都要清理干净，以免污染焊缝造成气孔。焊剂在运输及储存过程中容易吸潮，所以使用前应经烘干去除水分。 4．焊机的检查与调试 二、对接接头的埋弧焊工艺 1、对接接头单面焊：焊剂铜衬垫法、水冷滑块式铜衬垫法、热固化焊剂衬垫法。 2、对接接头双面焊：悬空双面焊法、焊剂垫双面焊法、临时工艺衬垫双面焊法、焊条电弧焊封底双面焊法、多层双面焊法。 5.3.4 埋弧焊的常见缺陷及防止方法 埋弧焊常见缺陷有焊缝成形不良、咬边、未焊透、气孔
38、裂纹、夹渣、焊穿等。现将它们产生的原因及防止的方法列于表5-2中。 表5-2 埋弧焊常见缺陷的产生原因及防止方法 缺陷名称 产生原因 防止方法 焊 缝 表 面 成 形 不 良 宽度不均匀 1、焊接速度不均匀 2、焊丝给送速度不均匀 3、焊丝导电不良 1、找出原因排除故障 2、找出原因排除故障 3、更换导电嘴衬套（导电块） 堆积高度过大 1、电流太大而电压过低 2、上坡焊时倾角过大 3、环缝焊接位置不当（相对于焊件的直径和焊接速度） 1、调节焊接参数 2、调整上坡焊倾角 3、相对于一定的焊件直径和焊接速度，确定适当的焊接位置 焊
39、缝 表 面 成 形 不 良 焊缝金属满溢 1、焊接速度过慢 2、电压过大 3、下坡焊时倾角过大 4、环缝焊接位置不当 5、焊接时前部焊剂过少 6、焊丝向前弯曲 1、调节焊速 2、调节电压 3、调整下坡焊倾角 4、相对一定的焊件直径和焊接速度，确定适当的焊接位置 5、调整焊剂覆盖状况 6、调节焊丝矫直部分 中间凸起而两边 凹 陷 焊剂圈过低并有粘渣，焊接时熔渣被粘渣托压 提高焊剂圈，使焊剂覆盖高度达30~40mm 气 孔 1、接头未清理干净 2、焊剂潮湿 3、焊剂中混有垃圾 4、焊剂覆盖层厚度不当或焊剂斗阻塞 5、焊丝表面清理不够 6、
40、电压过高 1、接头必须清理干净 2、焊剂按规定烘干 3、焊剂必须过筛、吹灰、烘干 4、调节焊剂覆盖层高度，疏通焊剂斗 5、焊丝必须清理，清理后应尽快使用 6、调整电压 裂 纹 1、焊件、焊丝、焊剂等材料配合不当 2、焊丝中含碳、硫量较高 3、焊接区冷却速度过快而致热影响区硬化 4、多层焊的第一道焊缝截面过小 5、焊缝成形系数太小 6、角焊缝熔深太大 7、焊接顺序不合理 8、焊件刚度大 1、合理选配焊接材料 2、选用合格焊丝 3、适当降低焊速、焊前预热和焊后缓冷 4、焊前适当预热或减小电流，降低焊速（双面焊适用） 5、调整焊接参数和改进坡口 6、调整焊
41、接参数和改变极性（直流） 7、合理安排焊接顺序 8、焊前预热及焊后缓冷 焊 穿 焊接参数及其它工艺因素配合不当 选择适当焊接参数 咬 边 1、焊丝位置或角度不正确 2、焊接参数不当 1、调整焊丝 2、调节焊接参数 未熔合 1、焊丝未对准 2、焊缝局部弯曲过甚 1、调整焊丝 2、精心操作 未焊透 1、焊接参数不当（如电流过小，电弧电压过高） 2、坡口不合适 3．焊丝未对准 1、调整焊接参数 2、修正坡口 3、调节焊丝 内部夹渣 1、多层焊时，层间清渣不干净 2、多层分道焊时，焊丝位置不当 1、层间清渣彻底 2、每层焊后发现咬边夹渣必须清除
42、修复 6 参考文献 [1] 曾正明.实用钢铁材料手册[M].北京：机械工业出版社，2007(3)：43-50. [2] 李亚江.焊接冶金学-材料焊接性[M].北京：机械工业出版社，2006(10)：48-67. [3] 方洪渊.焊接结构学[M].北京：机械工业出版社，2008（4）：79-99. [4] 王宗杰.熔焊方法及设备[M].北京：机械工业出版社，2006（12）：97-132. [5] 宗培言.焊接结构制造技术与装备[M].北京：机械工业出版社，2007（3）：256-265. [6] 田锡唐.焊接结构[M].北京：机械工业出版社，1981（8）：18-43. [7] 中国机械工程学会焊接学会.焊接手册（第3卷）：焊接结构[M].北京：机械工业出版社，2005. [8] 史耀武.焊接技术手册[M].福州：福建科学技术出版社，2005. [9] 王国凡.钢结构焊接制造[M].北京：化学工业出版社，2004. [10]陈祝年.焊接设计简明手册[M].北京：机械工业出版社，1996.
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