焊接工艺参数对CO2焊接Q235钢成型工艺影响的研究3

毕业论文题目审定表指导教师姓名许建平职称讲师从事专业材料科学是否外聘□是□否题目名称焊接工艺参数对CO2焊接Q235钢成型工艺影响的研究课题适用专业材料科学与工程课题类型CO2焊接具有生产效率高、焊接质量优良等特点，广泛应用于国民经济的各个部门。CO2焊接的熔滴过渡形式对于材料的焊接性能有重要的影响。本文以Q235钢为母材，考察在不同工艺参数（气体流量、电流、干身长度等）外加磁场对Q235钢焊接性能的影响规律，研究熔滴过渡形式对于焊接成型性、焊缝金属熔化深度及性能的变化规律。针对CO2气体保护焊飞溅大、成形差的特点,利用外加纵向磁场控制CO2焊短路过渡。通过试验得出:在外加纵向磁场作用下,熔深减小,熔宽增加,焊缝堆高略有增加,焊缝大致成“宽而浅”的形状,明显改变了CO2焊短路过渡的焊缝成形。一、课题研究目的和意义比较CO2气体保护焊相对于其他焊接方法的优点，阐述CO2气体保护焊自身的特点及相关的工艺参数，并根据各种相关的工艺参数对CO2气体保护焊的影响，来正确的选择焊接参数及所要注意的问题。虽然CO2气体保护焊具有许多优点，但是它也有某些缺点，如金属飞溅损失量约占焊接丝熔化量的10％左右，严重时可达30％～40％。金属飞溅不仅会降低焊丝的熔敷系数，增加焊接成本，而且会使飞溅金属粘着导电嘴端面和喷嘴内壁，引起送丝不畅，使电弧燃烧不稳定，降低气体保护作用，并使劳动条件恶化，必要时需停止焊接进行喷嘴清理工作。根据飞溅形成机理及人们的实际经验考虑，减少飞溅是C02气体保护焊推广应用的关键。利用外加纵向磁场控制CO2焊，比较在外加纵向磁场与无磁场作用下,焊接工艺参数对焊接成型工艺的影响。二、文献综述1.课题的选题背景针对CO2气体保护焊飞溅大、成形差的特点,利用外加纵向磁场控制CO2焊短路过渡。通过试验得出:在外加纵向磁场作用下,熔深减小,熔宽增加,焊缝堆高略有增加,焊缝大致成“宽而浅”的形状,明显改变了CO2焊短路过渡的焊缝成形。2.技术发展的历史及现状CO2气体保护焊技术,是一种节能、高效、优质的焊接工艺,自50年代初问世以来,受到世界各国的普遍重视,很多国家的焊接工作者都致力于CO2气体保护焊技术的研究工作,并且随着相关科学技术的发展及研究手段的提高,进一步推动了CO2气体保护焊技术的应用与发展。研究初期,世界各国学者都认为:CO2气体保护焊中金属的氧化、焊缝气孔及飞溅等问题是阻碍CO2气体保护焊技术应用的关键问题。为此,重点进行了CO2气体保护焊冶金学的研究。60～70年代,CO2焊接技术基础理论研究取得了突破性进展,提出了CO2气体保护焊熔滴过渡模型,研制成功晶闸管焊机,实现了规范参数一元化调节。80年代以后,CO2焊接技术无论在焊接电弧理论还是焊接冶金学方面都日趋成熟。90年代至今,焊接电源已从简单的抽头式变压器向高性能的电力电子化方向发展；出现了一些新工艺,如高速焊等；应用领域进一步扩大,CO2焊接技术在机车车辆、汽车制造、石油化工及海洋船舶等众多领域得到了广泛应用。随着工业的发展,我国焊接行业也得到了蓬勃发展,而CO2气体保护焊因其具有高效节能、成本低、对油锈敏感性较低、便于实现半自动和自动化焊接等优点,发展十分迅速。然而CO2焊短路过程中飞溅大、焊缝成形差的问题一直没能根本解决,阻碍了它的进一步发展。3.课题的应用前景电磁作用焊接技术是近年来完善起来的一种新的焊接技术,应用也日趋广泛。外加磁场一般采用与电弧轴向平行的纵向磁场。纵向磁场促使电弧旋转,改变弧柱等离子流和电流密度的径向分布,影响母材的加热熔化和焊缝成形。实践表明,利用外加磁场对焊接中熔滴的过渡、熔池金属的流动、熔池的结晶形核及结晶生长等过程进行有效地干预,使焊缝金属的一次结晶组织细化,减小化学不均匀性,提高焊缝金属的塑性和韧性,降低结晶裂纹和气孔的敏感性,从而提高焊缝金属的性能,全面改善焊接接头的质量。在航空、航天、冶金、机械等部门具有广泛的应用前景和巨大的实用价值4.工作机理CO2焊短路过渡过程中，当熔滴与熔池接触时，形成短路液柱，短路液柱截面上的电流可看做是由许多平行的电流线组成的，这些电流线可以分解成轴向分量Iz和径向分量Ir。在外加磁场作用下，单位长度液柱上的安培力为：Fw=Iz×BrF'w=Ir×Bz安培力作用在短路液柱的切向方向上，促使熔滴旋转。随着短路电流的逐渐增大，由于电磁收缩效应，熔滴形成缩颈，缩颈处截面最小，在切向安培力的作用下，加速了缩颈的断开，加快了熔滴过渡，降低了短路末期的能量积累，减少了电爆炸飞溅。短路液柱电流的轴向分量Iz占主要部分，径向分量Ir较小，这就要求外加磁场存在一定的径向分量Br，才能对缩颈产生较大的切向安培力。5.性能和主要应用有关资料表明,在电磁作用焊接时,如果使用横向磁场,在外磁场与等离子体和电弧自身磁场作用下,弧柱会产生偏移,工件上的活性斑点也会产生移动；当给电弧施加纵向磁场时,电弧围绕自己的轴线发生旋转,加热斑点也发生旋转,外加磁场赋予电弧较大的挺度和稳定性,并由于磁压增高的结果,提高了弧柱中心温度,进而使得熔池的熔体被均匀搅拌,熔滴尺寸和它们在焊丝端部的存在时间平均减少了1/3～1/2,熔滴的过渡频率增加,提高了焊缝质量,所以在外加磁场作用焊接时多采用外加纵向磁场。5.1改善金属的结晶组织及提高熔敷金属的各项性能5.1.1控制结晶组织和裂纹前苏联专家对外加磁场作用于焊接方面所作的大量研究,由于外加磁场的作用,使合金元素及硅、硫、氢等元素沿树枝晶晶界的偏析都会减少,同时可使氧化物的数量和长度大大减小,这样就降低了焊缝金属的化学不均匀性,使结晶组织得到控制,减少裂纹出现的几率。5.1.2抑制焊接气孔研究表明,在合适的焊接参数下,电磁作用能有效地抑制焊缝中气孔的产生,减小气孔尺寸。5.1.3提高熔敷金属的机械性能、耐蚀性和低温韧性实验表明,加了外加纵向磁场后,焊缝成分的均匀程度得到改善,提高了焊缝的均匀耐腐蚀性。5.2在CO2激光焊接中的应用国内外对外加磁场的研究只局限于电弧焊,近年来,国外学者开展了外加磁场作用于CO2激光焊的研究。实验证明,在激光焊接中应用磁流体动力装置能改变熔池的流动条件,稳定焊接过程,提高焊接速度和焊接质量。发现在稳定的磁场中,磁流体动力对导电金属熔体有2个基本作用,即修正流体速度曲线和把紊流变成层流。三、基本内容、拟解决的主要问题1.基本内容1.1分别在有，无磁场作用下对Q235钢进行CO2焊接，研究不同工艺有，无磁场作用下焊接成型工艺。1.2分析磁场对CO2焊焊接成型工艺的影响1.3对比有磁场作用与无磁场做下的焊接成型工艺的优缺点。2.拟解决的主要问题2.1母材厚度的选择2.2焊接电流，电压电弧焊接速度，电场强度等的选择四、技术路线或研究方法采用型号为Q235的低碳钢板，尺寸为250mm×25mm×2mm的标准试件，在其上作平铺试验，焊接时，分别改变焊接电流和电弧电压,、励磁电流（即外加磁场磁感应强度B）大小，为尽量减小误差和其随机性,每一焊缝形状数据为3块试样测量值的平均值.采用收集法对焊接飞溅颗粒进行收集，得到有、无外加磁场条件下的焊接飞溅率、不同外加磁场强度下的焊接飞溅率。五、进度安排2013.02.27～2013.03.13（第1～3周）检索文献、撰写开题报告；2013.03.13～2013.03.18（第4周）确定实验（设计）方案；2013.03.19～2013.05.13（第5～11周）试验（计算，设计）；2013.05.14～2013.05.20（第12周）试验（设计）结果分析；2013.05.21～2013.06.03（第13～14周）撰写论文（设计说明书）；2013.06.04～2013.06.10（第15周）指导教师和评阅人评阅，论文（设计说明）修改；2013.06.11～2013.06.17（第16周）答辩。指导教师签字：年月日教研室意见1选题与专业培养目标的符合度□好□较好□一般□较差2对学生能力培养及全面训练的程度□好□较好□一般□较差3选题与生产、科研、实验室建设等实际的结合程度□好□较好□一般□较差4论文选题的理论意义或实际价值□好□较好□一般□较差5课题预计工作量□较大□适中□较小6课题预计难易程度□较难□一般□较易教研室主任签字：年月日系（部）教学指导委员会意见：负责人签字：年月日