焊接技术及自动化专业毕业设计
李家旭
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csimnpscr0nimocutin质量分数0.170.211.390.0090.0010.230.050.4960.010.040.003
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焊缝焊接工艺参数含
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)26028205（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）5-73打底焊110-16018-2420-3512-20盖面焊200-24022-2835-4515-25清根层200-24022-2835-4515-255.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：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） 1mag焊er120s-g（crabofil fk1000）φ1.2mm直流反极性110-16018-2420-35 2mag焊er120s-g（crabofil fk1000）φ1.2mm直流反极性200-24022-2835-45 3mag焊er120s-g（crabofil fk1000）φ1.2mm直流反极性200-24022-2835-45 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] 贺文雄，张洪涛，周利. 焊接工艺及应用. 国防工业出版社，.11 [2] 叶琦. 焊接技术. 北京：化学工业出版社. . 9[3] 陈云祥. 焊接工艺. 北京：机械工业出版社. [4] 王勇.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] 方乃文等.weldox900刚焊接工艺评定.焊接制造文摘-焊接分册，（6）:22-25