毕业论文《手工电弧焊及CO2气体保护焊焊缝成形特征及研究》 .doc

新乡职业技术学院 毕业设计（论文） 题 目 手工电弧焊及 CO2 气体保护焊焊缝成形特征及研究 系 别 机械制造系 学生姓名 学 号 0902065 专业名称 焊接技术及其自动化 指导教师 2012 年 5 月 1 日精品 手工电弧焊与 CO2 气体保护焊焊缝成形特征研究 焊接自动化 摘要：采用手工电弧焊与 气体保护焊对 钢板进行表面堆焊，研究了两种焊接方法焊缝成形特征。结果表明，虽然手工电弧焊是气渣联合保护，有利于焊缝成形，但手工操作使得焊接速度难以保证匀速，导致焊缝表面粗糙，焊缝弯曲不平直；并且由于药皮焊条直径粗，导致手工电弧焊热影响区宽。而细丝 气保焊由于形成稳定的熔滴过渡，使得焊缝表面波纹细致、美观，焊缝平直，热影响区窄。 气保焊能精确控制焊接规范，可通过调节焊接规范来获得良好的焊缝成形，手工电弧焊不能精确控制焊接规范，不利于得到成形良好的焊缝。 关键词：手工电弧焊 气体保护焊焊缝成形 目 录绪论 . 1一、手工电弧焊 . 2 一 简介 . 2 二 手工电弧焊基本知识 . 2 三 电弧焊的特点 . 3二、CO 2 气体保护焊 . 3 （一） 、简介 . 4 （二） 、二氧化碳气体保护焊的分类 . 4 1 按机械化程度 . 4 2 按焊丝直径 . 5 3 按焊丝分类 . 5 （三） 、二氧化碳气体保护焊的各种参数 . 5 （四） 、二氧化碳气体保护焊的优点 . 6三、焊缝成形对比 . 7 （一）、试验材料及方法 . 7 （二）、手工电弧焊焊缝成形外观 . 8 （三）、CO2 气保焊焊缝成形： . 9 （四）、焊缝成形特征分析 . 10结语 . 13参考文献 . 14致谢 . 15精品 绪论 从20世纪未国家逐渐在各个行业推广自动焊的基础焊接方式气体保护焊，来取代传统的手工电弧焊，可以预计在未来的10年，国内自动化焊接技术将以前所未有的速度发展。高效、节能并能够自动调节焊接参数的智能型逆变焊机将逐取代手弧焊和普通晶闸管焊机，而且焊机的操作趋向于简单化、智能化，以符合当今淡化操作技能的趋势。推进焊接自动化进程，学习、吸收、借鉴、提高是十分重要的环节，应加强现有世艺的学习和提高。由于现有工艺多为手工操作，有其局限性，但如果在学习的基础上利用现代自动化技术进行嫁接改造，往往就可以实现一定的突破。 我国生产的焊机以手工电焊条弧焊机为主，占 80 左右，它反映我国焊接生产中采用的焊接方法仍以手工电弧焊为主，远远低于国外焊接生产的机械化、自动化水平。CO2 气体保护焊简称 CO2 气保焊是一种先进的焊接方法它具有焊接质量好?矢摺杀镜停子谑迪肿远扔诺悖昀丛诠谕夂附恿煊蛑蟹购芸欤谏械挠萌涨鞴惴骸：阜斐尚蔚幕凳呛饬亢附又柿康闹饕副曛唬员妊芯渴止缁负?CO2 气保焊的焊缝成形特征，分析焊缝成形的影响因素，以期为提高我国焊接生产自动化水平提供一定的试验依据和理论基础。精品 一、手工电弧焊 一 简介 手工电弧焊的焊接技术使用不同的方法保护焊接熔池，防止和大气接触。热能也是由电弧提供。和 MIG 焊一样，电极为自耗电极。金属电极外由矿物质熔剂包覆，熔剂熔化时形成焊渣（如图一 手工电弧焊（图一）盖住焊接熔池。此外，包覆的熔剂还释放出气体保护焊接熔池，而且，还含有合金元素用来补偿合金熔池的合金损失。在有些情况下，包覆的熔剂内含有所有合金元素，中部的焊条仅是碳钢。然而，在采用这些类型的焊条时，需要特别小心，因为所有飞溅都具有软钢性质，在使用过程中焊缝会锈蚀。 如果使用直流电弧，焊条连接到正极，但如果使用钛型焊条，也可以使用交流电弧。电压一般为 2030 伏，电流取决于焊接材料的厚度、焊条规格、焊接结构，范围在 15400 安。 二 手工电弧焊基本知识 1888 年，俄罗斯发明了手工电弧焊接技术，使用无药皮的裸露金属棒来产生保护气体。直到 20 世纪初，在瑞典发明卡尔伯格过程（Kjellberg process）和 Quasi-arc 方法传入英国后，药皮焊条才开始发展起来。值得注意的是，由于成本较高，刚开始人们不怎么使用药皮焊条。但是随着人们对好的焊缝质量需求的日益增长，手工电弧也开始使用药皮焊条。金属棒（焊条）和工件之间形成的电弧会熔化金属棒和工件的表面，形成焊接熔池。同时，金属棒上熔化的药皮会形成气体和熔渣，保护焊接熔池不受周围空气的影响。因为熔渣会冷却、凝固，所以一旦焊缝焊完（或在熔敷下个焊道前）就必须从焊道上清除熔渣。在焊钳更精品换新的焊条前，手工电弧焊过程只能完成短焊缝的焊接。焊缝熔深浅，熔敷质量取决于焊工的技能。 三 电弧焊的特点 手工电弧焊是利用手工操纵焊条进行焊接的电弧焊方法，简称手弧焊。其特点： 1、设备简单。 2、操作灵活方便。 3、能进行全位置焊接适合焊接多种材料。 4、 不足之处是生产效率低劳动强度大。 二、CO2 气体保护焊精品 （一）、简介 由于它成本低，二氧化碳气体易生产，广泛应用于各各企业二氧化碳气体保护电弧焊（简称 CO 2 焊）的保护气体是二氧化碳（有时采用 CO 2 Ar 的混合气体如图二）。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。 图 2 二氧化碳气体保护焊 二氧化碳气体保护焊是焊接方法中的一种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CO2O2 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，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，采用短路过渡焊接时，焊缝成形良好，加上使用含脱氧剂的焊丝，可以使得内部缺陷少、质量较好。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。 （二）、二氧化碳气体保护焊的分类 1按机械化程度精品 可分为自动化和半自动化 2按焊丝直径 可分为细丝 1.01.2 粗丝 1.41.6 3按焊丝分类 可分为药芯和实心焊丝两种 （三）、二氧化碳气体保护焊的各种参数 1焊丝直径 焊丝的直径通常是根据焊件的厚薄、施焊的位置和效率等要求选择。焊接薄板或中厚板的全位置焊缝时?嗖捎?1.6mm 以下的焊丝（称为细丝 CO 2 气保焊）。焊丝直径的选择参照下表 焊丝直径（mm） 熔滴过渡形式 可焊板厚（mm） 施焊位置 0.50.8 短路过渡 0.43 各种位置 细颗粒过渡 24 平焊、横角 1.01.2 短路过渡 28 各种位置 细颗粒过渡 212 平焊、横角 1.6 短路过渡 212 平焊、横角 细颗粒过渡 8 平焊、横角 2.02.5 细颗粒过渡 10 平焊、横角 2焊接电流焊接电流的大小主 要取决于送丝速度 。送丝的速度越快 ，则焊接的电流就越大。焊接电流对焊缝的熔深的影响最大。当焊接电流为 60250A，即以短路过渡形式焊接时，焊缝熔深一般为 1mm2mm；只有在 300A 以上时，精品熔深才明显的增大。 3电弧电压短路过渡时，则电弧电压可用下式计算： U0.04I16±2V 此时，焊接电流一般在 200A 以下，焊接电流和电弧电压的最佳配合值见表2。当电流在 200A 以上时，则电弧电压的计算公式如下。 U0.04I20±2V 4焊接速度 半自动焊接时，熟练的焊工的焊接速度为 18m/h36m/h；自动焊时，焊接速度可高达 150m/h。 5焊丝的伸出长度 一般的焊丝的伸出长度约为焊丝的直径的 10 倍左右，并随焊接电流的增加而增加。 6气 体 的 流 量 正 常 的 焊 接 时 ， 200A 已 下 薄 板 焊 接 ， CO 2 的 流 量 为10L/min25L/min.200A 以上厚板焊接， 2 的流量为 15L/min25L/min.粗丝大规 CO范自动焊为 25L/min50L/min。 （四）、二氧化碳气体保护焊的优点 1. 焊接成本低。其成本只有埋弧焊、焊条电弧焊的 4050。 2. 生产效率高。其生产率是焊条电弧焊的 14 倍。 3. 操作简便。明弧，对工件厚度不限，可进行全位置焊接而且可以向下焊 接。 4. 焊缝抗裂性能高。焊缝低氢且含氮量也较少。 5. 焊后变形较小。角变形为千分之五，不平度只有千分之三。 6. 焊接飞溅小。当采用超低碳合金焊丝或药芯焊丝，或在 CO 2 中加入 Ar， 都可以降低焊接飞溅。精品 三、 焊缝成形对比 我国生产的焊机以手工 电焊条 弧焊机为主，焊接生产中采用的焊接方法仍以手工电弧焊为主， 自动化水平。 2 气体保护焊 简 远远低于国外焊接生产的机械化、 CO称：二保焊是一种先进的焊接方法，它具有焊接质量高、效率高、成本低，焊接应力及变形小、易于实现自动化等优点 近年来在国内外焊接领域中发展很快在生产中的应用日趋广泛 对比 研究手工电弧焊和 CO2 气保焊的焊缝成形特征 分析焊缝成形的影响因素 以期为提高我国焊接生产自动化水平提供一定的试验依据和理论基础。 、试验材料及方法 （一） 手工电弧焊被焊母材选用板厚为 8 mm 的 Q235 钢板手工电弧焊机型号为 B X13007 型的交流电焊机焊条类型为 J 422 焊条直径为 2. 5 mm. CO2 气保焊被焊母材选用板厚为 4 mm 的 Q235 钢板所用焊机型号为 NBC-250A 型 CO2 气体保护焊机焊丝牌号为 H08Mn2Si 焊丝直径为 0. 8 mm 保护气体流量为 15 L / min.研究焊缝成形特征时，选用不同的焊接参数对被焊母材进行表面堆焊在焊缝的典型位置处取样并将其打磨、抛光和腐蚀，以便于观察和测量。手工电弧焊的焊接规范见表 1 ，CO2 气保焊的焊接规范见表 2。由表 1、2 可知由于手工电弧焊是人工操作，焊接电流可通过焊机控制，但焊接电压不能稳定、精确地控制，焊接电压的稳定性取决于操作者的水平和熟练程度以及操作时的主客观因素。并且手工电弧焊焊接速度是否稳定且匀速，也取决于操作者的技术水平和诸多主客观因素，只能通过焊缝长度除以焊接时间来计算平均焊接速度。相比之下，CO2 气保焊能实现自动化焊接，焊接电流、焊接电压、焊接速度等参数可稳定精确地控制。 表1 手工电弧焊的焊接规范 焊缝编号 焊接电流/A 焊接电压/V 焊缝长度 焊接速度 平均焊接速度 -1 /cm /s /cms 1 80 22. 430 13 45 0.289 2 100 22. 430 12 35 0.343精品 3 130 22. 430 11 29 0.379 4 160 22. 430 9 22 0.409 表 2：CO2 气体保护焊焊接规范 焊接编号 焊接电流 /A 焊接电压/V 焊接速度/cm s 1 105 16 1 2 150 19 1 3 185 22 1 4 230 26 1 、手工电弧焊焊缝成形外观 （二） 如图所示 1 号、2 号、3 号、4 号手工电弧焊焊缝取样如图AD） 所示分 别为 1 号、2 号、3 号、4 号试样的截取。 图 1：手工电弧焊焊缝外观 图 2：手工电弧焊试样截取 取样后对 4 块试样进行初磨、细磨、抛光、腐蚀后得到的焊缝横截面照片如图3 ad 所示精品 图3 手工电弧焊焊缝横截面 板厚 8mm 、CO2 气保焊焊缝成形： （三） CO2 气保焊焊缝外观如图 4 所示 对 4 条焊缝截取 4 块试样进行初磨、细磨、抛光、腐蚀后得到的焊缝横截面照片如图 5 所示。CO2 气保焊焊缝外观如图 4 所示 对4 条焊缝截取 4 块试样进行初磨、细磨、抛光、?春蟮玫降暮阜旌峤孛嬲掌缤?5所示。 图 4 CO2 气保焊焊缝外观精品 、焊缝成形特征分析 （四） 由图 1 和图 4 的手工电弧焊和 CO2 气保焊焊缝成形外观照片可看出 手工电弧焊焊缝表面粗糙 焊缝不平直热影响区宽. CO2 气保焊焊缝表面波纹细致、美观 焊缝平直 热影响区窄。 原因是手工电弧焊无法实现自动化焊接 各焊接参数无法精确稳定的地控制 导致焊缝表面外观不如 CO2 气保焊平直细致； 另外 CO2 气保焊焊丝直径比手工电弧焊焊条直径细 造成 CO2 气保焊焊接能量比手工电弧焊集中 且 CO2保护气对近焊缝处的母材有冷却作用 因此 CO2 气保焊对近焊缝处母材的热影响比手工电弧焊小。对手工电弧焊和 CO2 气保焊的焊缝横截面进行测量 得到焊缝成形各参数的数值 并计算其焊缝成形系数 得到如表 3、4 所示的数据。 表 3 手工电弧焊焊缝成形系数 试样 熔深/ mm 余高/mm 熔宽/mm 焊缝成形系数 1 1.073 2.634 13.333 3.597 2 1.440 2.347 13.436 3.548 3 2.390 2.597 13.662 2.740 4 3.048 2.381 16.865 3.106 表 4 CO2 气体保护焊焊缝成形系数 试样 熔深/ mm 余高/mm 熔宽/mm 焊缝成形系数 1 1.289 1.760 4.178 1.370 2 1.674 1.842 5.116 1.455 3 1.839 1.931 5.425 1.439 4 2.146 1.610 6.845 1.822精品 由图 3、图 5 的照片以及表 3、表 4 的数据可知，手工电弧焊和 CO2 气保焊的焊缝成形差异较大， 且 由于手工电弧焊的焊条直径比 CO2 气保焊的焊丝直径粗， CO2 气保焊CO2 保护气对电弧有热压缩作用，导致手工电弧焊的电弧功率密度比 CO2 气保焊小，造成手工电弧焊的熔宽远大于 CO2 气保焊。 3、 4 中手工电弧焊的熔宽范围 13.333 表 表16.865mm 而 CO2 气保焊的熔宽范围是 4.1786.845mm 可看出手工电弧焊的熔宽远大于 CO2 气保焊的熔宽 这一焊缝成形特征是由这两种焊接方法本身决定的手工电弧焊的焊条直径较粗可选焊条直径一 2.0mm、2.5 mm、3.2 mm、4.0 mm、5.0 mm 等；CO2 气保焊的焊丝直径多为细丝，可选焊丝直径一般为 0.8 mm、1.0 mm、1.2 mm、1.6mm 等；粗的焊条在金属表面上进行堆焊比细焊丝所得到的熔宽大得多，这也是手工电弧焊焊缝成形特征中熔宽明显比 CO2 气保焊的熔宽大的原因。由表 3、表 4 可知，手工电弧焊的焊缝成形系数范围是 2.7343.597，CO2 气保焊的焊缝成形系数范围是1.2961.822。焊缝成形系数是表征焊缝成形特征的重要指标，焊缝成形系数的大小影响到熔池中气体逸出的难易、熔池的结晶方向、焊缝中心偏析的严重程度等，对于 4 常用的电弧焊方法，焊缝成形系数一般取 1.32 为合适 ，可见同为常用的电弧焊方法，CO2 气保焊的焊缝成形系数更接近于电弧焊合理的焊缝成形系数取值范围，更利于提高焊缝质量。但值得注意的是，CO2 气保焊若焊接参数匹配不当，严重的飞溅会影响到焊缝成形的质量，必须合理匹配焊接参数来得到稳定的熔滴过渡，以减小飞溅来获得良好的焊缝成形。由图 5 还可观察到试验所用实芯焊丝 CO2 保焊余高较大适用于无根部间隙的打底焊道、无间隙的一次熔透单道对接焊等场合。若要使 CO2 气保焊焊缝成形呈平缓的锅形，以减小余高降低焊接应力，可选用药芯焊丝代替实芯焊丝来进行 CO2 气保焊。2.4 焊接规范对焊缝成形的影响由表 4 可知，随着电流、电压的增加，CO2 气保焊熔深、熔宽呈增大趋势。CO2 气保焊焊接电流从 105A 增大到 230 A焊接电压从 16V 增大到 26 V，其熔深由 1.289 mm 增大到 2.146 mm，熔宽由 4.178 mm增大到 6.845mm。这是因为焊接电流和电压增大，工件上的电弧力和电弧对工件的热输入量增大焊缝熔深增大随着电流、电压的增大，尤其是随着焊接电压的增加弧长拉长弧柱直径增大焊缝熔宽随之增大。由表 3 可知手工电弧焊熔深和熔宽也随焊接电流、电压的增加呈增大趋势，一般来讲手工电弧焊焊接电流增大时，焊工会根据经验增加焊条与被焊母材间的距离即增加焊接电压，但由于其中人为因素和干扰因素较多，手工电弧焊不利于准确调节焊接电压的变化，因此不利于调节和控制焊缝成精品形。文献 5 指出其他条件不变时熔深随焊接电流增大最为明显，熔宽随焊接电压增大最为明显，因此焊缝成形系数可通过调节焊接电流、电压来进行控制。要得到良好的焊缝成形，就必须选择恰当的焊接规范，CO2 气保焊易于实现焊接规范的精确控制，因此在焊缝成形控制方面，CO2 气保焊比手工电弧焊具有无可比拟的优势。至于 CO2 气保焊飞溅会影响焊缝成形这一缺点，可通过合理控制焊.