SPCD钢CO2焊的焊接工艺制定

SPCD钢CO2焊的焊接工艺制定及焊接接头性能研究摘要针对SPCD钢，主要从焊接材料选择、接头形式、焊接顺序安排和焊接工艺要点等方面进行了阐述。在进行SPCD钢板焊接时，必须严格控制焊接工艺，以获得优质的焊接质量，焊接完成后通过金相观察、显微硬度测试、和拉伸实验并对焊接接头进行性能分析，确认是否达到焊接要求。关键字SPCD；焊接工艺；接头性能Abstract：AimingatSPCDstainlesssteelsheet，thechoiceofweldingmaterials，Weldingprocessandweldingsequencearrangementswerediscussed．Togethighqualityofweldedjoinsofstainlesssteelsheet，theweldingprocessmustbestrictlycontrolled，1.选题背景1.1选题的目的及意义1.2实验材料SPCD简介实验材料来源于福建福享汽车配件有限公司的的SPCD钢板，厚度为3mm。SPCD是日本钢材（JIS标准系列）的一种钢材牌号，表示冲压用冷轧碳素钢薄板及钢带，相当于中国08AL(13237)优质碳素结构钢。其化学成分和机械性能如下。表1：牌号化学成分%CMnPSAltaSPCD≤0.10≤0.45≤0.03≤0.025≥0.020表2：牌号屈服强度Mpa不大于抗拉强度Mpa不小于断后伸长率(L0=50mm,b=25mm)%不小于公称厚度mm＜0.600.60~1.01.0~1.6≥1.6SPCD——27036383940SPCD生产过程中由于不进行加热，所以不存在热轧常出现的麻点和氧化铁皮等缺陷，表面质量好、光洁度高。而且冷轧产品的尺寸精度高，产品的性能和组织能满足一些特殊的使用要求，如电磁性能、深冲性能等。冲压级SPCD广泛运用于汽车零件（OilPan等）、家电(取暖设备、音响设备）及建筑等领域。SPCD的焊接性分析钢材的可焊性钢材的焊接性是指金属材料（同种或异种）在一定焊接工艺条件下，能够焊成满足结构和使用要求的焊件的能力。它代表金属材料焊接加工的适应性和获得优质焊接接头的难易程度。通常，各种钢材焊接性能用可焊性来表示。钢材的可焊性是指在适当的设计和工作条件下，材料易于焊接和满足结构性能的程度。一般可焊性具体表现在下述几个方面：1）焊接作业要容易；2）焊接时不发生裂纹和其他有害缺陷；3）母材和焊接接头的机械、化学和物理性能好；4）母材的缺口韧性优良；5）焊接接头有足够的塑性和韧性。钢材的可焊性主要受钢的化学成分、轧制方法和板厚等因素的影响。为了评价化学成分对可焊性的影响，一般用碳当量(Ceq)表示。Ceq是化学成分对焊接热影响区最高硬度的影响，国际焊接学会推荐碳当量的公式为：CE(IIW)=C+Mn/6+(Cr+Mo+V)/5+(Ni+Cu)/15根据经验：Ceq0.4％时，钢材的淬硬倾向很小，可焊性好，焊接前一般不需要预热。Ceq＝0.4％~0.6％时，钢材的淬硬倾向逐渐增大。焊接前，需要适当预热，并采用低氢型焊接材料进行焊接。Ceq0.6％时，淬硬倾向大，较难焊接，焊接前需慎重地预热，并采取严格控制焊接工艺等措施。经计算SPCD碳当量CE=0.10+0.08+0+0=0.18焊接方法概述CO2气体保护焊发展史CO2气体保护焊是利用CO2作为保护气体的一种熔化极气体保护电弧焊方法，简称CO2焊。CO2=CO﹢1／2O2放热反应（1-2）上式反应有利于对熔池的冷却作用。焊接技术发展与金属结构制造状况密不可分。50年代初期，CO2气保焊技术一经开发，就应用于金属结构制造，并伴随着焊接结构设计、制造技术水平的不断提高，逐渐成为金属结构焊接的主要方法。其高效、优质、自动化的技术特点，具有良好应用条件，并且极大地推动了金属结构焊接技术和相关产业的发展，在焊接技术发展史上书写了辉煌的一页。经过多年努力，我国CO2气保焊技术在金属结构制造业中的推广应用，取得了长足进步，并可以总结为三个阶段：探索阶段、起步阶段、发展阶段。探索阶段是从60年代到80年代中期，国内高校、研究单位及一些厂矿企业对CO2焊接技术外于研究、开发、收集、整理国外焊接技术，在这一时期CO2气保焊技术没有形成大批量金属结构的生产能力及相关产品的生产规模。起步阶段是从80年代中期到90年代初的时间里，借助于我国在“六五”、“七五”重大技术装备，引进技术合作生产及大型基础设施工程建设的契机，引进国外先进焊接技术和装备，对大型骨干机械企业进行技术改造。可以说是在借助国外成熟技术和生产工艺，形成了我国大型金属结构企业的CO2气保焊技术的生产能力，从而大大改变了金属结构制造企业的装备水平、制造能力，提高了产品质量和生产效率，改变了传统的金属结构焊接工艺，引起了焊接技术的革命，推动了国内CO2气保焊设备、焊接材料、辅件等领域技术研究和推广应用工作的发展。发展阶段是从90年代初至今的近十年时间，自1992年中国焊接协会和中国机械工程学会焊接分会联合举办“全国CO2气保焊技术推广应用交流会”以来，CO2气保焊技术在金属结构行业中应用、推广工作蓬勃发展。。一批服务于CO2气保焊技术的企业，把握住了CO2气保焊技术推广的市场脉搏，迅速发展起来。如：焊接设备方面的时代集团公司、天津电焊机厂、唐山松下产业机器有限公司等；焊接材料方面的天津电焊条公司、江苏江南焊丝厂和嘉兴东方焊业有限公司等；焊接气体方面的普莱克斯气体有限公司、BOC气体公司等。展现了我国CO2气保焊技术推广应用取得丰硕成果。CO2气体保护焊是一种节能、高效、优质的焊接工艺，自20世纪50年代问世以来，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气体保护焊的研究和开发，随着相关科学技术的发展和提高，进一步推动了CO2气体保护焊的运用与发展。20世纪60~70年代，CO2气体保护焊的基础理论研究取得了突破性的进展，提出了CO2气体保护焊的熔滴过渡模型，成功研制出了晶闸管焊接设备，实现了工艺参数的一元化调节。80年代以后，CO2气体保护焊无论在焊接电弧理论还是冶金方面都日趋成熟。90年代至今，焊接电源从简单的抽头式变压器向高性能的逆变电源发展，出现了一些心设备，新工艺，如高速焊等；运用领域进一步扩大，并在机车车辆、汽车制造、石油化工、工程机械等众多领域得到了广泛运用CO2气体保护焊接技术发展与金属结构制造状况密不可分。20世纪50年代初期,CO2气体保护焊接技术一经开发,就应用于金属结构制造,并伴随着焊接结构设计、制造技术水平的不断提高,逐渐成为金属结构焊接的主要方法。其高效、优质、自动化的技术特点,具有良好应用条件,并且极大地推动了金属结构焊接技术和相关产业的发展。从20世纪80年代中期到90年代初形成了我国大型金属结构企业的CO2气体保护焊接技术的生产能力,从而大大改变了金属结构制造企业的装备水平、制造能力,提高了产品质量和生产效率。山西省电建四公司CO2气体保护焊接技术也在1989年太原第一热电厂五期扩建工程的水冷壁密封焊接中得到应用,并且在大唐阳城国际发电厂一期工程低压缸及凝汽器的组合焊接中再次成功应用。目前,美国、日本、欧洲等发达国家及地区采用焊接金属结构件比例日趋增大,其中CO2气体保护焊消耗的焊接金属材料重量约占全部焊接材料总重量的50%,而我国仅为20%。为了提高现场金属构件制作焊接效率及焊接质量,应积极推广CO2气体保护焊接技术在工程中应1.2.2CO2气体保护焊特点优点：1）焊接生产率高。由于焊接电流密度较大，电弧热量利用率较高，以及焊后不需清渣，因此提高了生产率。CO2焊的生产率比普通的焊条电弧焊高2~4倍。2）焊接成本低。CO2气体来源广，价格便宜，而且电能消耗少，故使焊接成本降低。通常CO2焊的成本只有埋弧焊或焊条电弧焊的40%~50%。3）焊接变形小。由于电弧加热集中，焊件受热面积小，同时CO2气流有较强的冷却作用，所以焊接变形小，特别适宜于薄板焊接。4）焊接质量较高。对铁锈敏感性小，焊缝含氢量少，抗裂性能好。5）适用范围广。可实现全位置焊接，并且对于薄板、中厚板甚至厚板都能焊接。6）操作简便。焊后不需清渣，且是明弧，便于监控，有利于实现机械化和自动化焊接。缺点：1）飞溅率较大，并且焊缝表面成形较差。金属飞溅是CO2焊中较为突出的问题，这是主要缺点。2）很难用交流电源进行焊接，焊接设备比较复杂。3）抗风能力差，给室外作业带来一定困难。4)不能焊接容易氧化的有色金属。CO2焊的缺点可以通过提高技术水平和改进焊接材料、焊接设备加以解决，而其优点却是其他焊接方法所不能比的。因此，可以认为CO2焊是一种高效率、低成本的节能焊接方法。1.2.3CO2气体保护焊冶金原理在进行焊接时，电弧空间同时存在CO2、CO、O2和O原子等几种气体，其中CO不与液态金属发生任何反应，而CO2、O2、O原子却能与液态金属发生如下反应：Fe+CO2→FeO+CO（进入大气中）（1-3）Fe+O→FeO(进入熔渣中)（1-4）C+O→CO（进入大气中）（1-5）（1）CO气孔问题：由上述反应式可知，CO2和O2对Fe和C都具有氧化作用，生成的FeO一部分进入渣中，另一部分进入液态金属中，这时FeO能够被液态金属中的C所还原，反应式为：FeO+C→Fe+CO（1-6）这时所生成的CO一部分通过沸腾散发到大气中去，另一部分则来不及逸出，滞留在焊缝中形成气孔。针对上述冶金反应，为了解决CO气孔问题，需使用焊丝中加入含Si和Mn的低碳钢焊丝，这时熔池中的FeO将被Si、Mn还原：2FeO+Si→2Fe+SiO2（进入渣中）（1-7）FeO+Mn→Fe+MnO（进入渣中）（1-8）反应物SiO2、MnO它们将生成FeO和Mn的硅酸盐浮出熔渣表面，另一方面，液态金属含C量较高，易产生CO气孔，所以应降低焊丝中的含C量，通常不超过0.1％。（2）氢气孔问题：焊接时，工件表面及焊丝含有油及铁锈，或CO气体中含有较多的水分，但是在CO2保护焊时，由于CO2具有较强的氧化性，在焊缝中不易产生氢气孔。1.2.4CO2气体保护焊的熔滴过渡形式1．短路过渡：细丝（焊丝直径小于1.2mm），以小电流、低电弧电压进行焊接。2．射滴过渡：中丝（焊丝直径1.6~2.4mm），以大电流、高电弧电压进行焊接。3．射流过渡：粗丝（焊丝直径为2.4~5mm），以大电流、低电弧电压进行焊接。在常用的焊接工艺参数内，CO2气体保护焊的熔滴过渡形式有两种，即细颗粒过渡和短路过渡。细颗粒状过渡时，CO2气体保护焊在采用大规范（即大电流，高电压）进行焊接时，熔滴呈颗粒状过渡。当颗粒尺寸变大时，焊缝成型变差，飞溅加大，并使电弧不稳定。因此常用的是细颗粒状过渡，此时熔滴直径约比焊丝直径小2-3倍。特点，电流大、直流反接。短路过渡CO2气体保护焊采用小电流，低电压焊接时，熔滴呈短路过渡。短路过渡时，熔滴细小而过渡频率高（一般在250-300l/s）,此时焊缝成形美观，适宜于焊接薄件；短路过渡时CO2气体保护焊采用小电流，低电压焊接时，熔滴呈短路过渡。短路过渡时，熔滴细小而过渡频率高（一般在250-300l/s）,此时焊缝成形美观，适宜于焊接薄CO2气体保护焊的发展及运用CO2气体保护焊的工程应用2.1焊接工艺的制定接头形式根据材料在汽车配件中的受力等，采用搭接接头。焊丝的选择由于CO2在焊接时具有强氧化性，焊丝中必须含有足够量的脱氧合金元素，焊件材料为低碳刚，根据等强原则，焊丝化学成分要与母材成分（表一）接近，故选用H08Mn2SiA焊丝，其化学成分如下表：牌号主要成分wb/%CMnSiSPCuH08Mn2SiA≤0.111.80~2.100.65~0.95≤0.03≤0.03≤0.50焊接工艺参数的选择正确选择焊接工艺参数是获得高生产率和高质量焊缝的先决条件，各种工艺参数的选择是以生产率要求，被焊材料、焊缝位置和形状，以及设备情况为基础的。CO2气体保护焊通常采用短路过渡及细颗粒过渡工艺，工艺参数主要包括：焊丝直径、焊接电流、电弧电