高级焊工技术师论文CO气保焊在液压支架焊接中的应用及工艺设计

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1、甘肃省技师高级技术师综合评审论文论文题目：CO2气保焊在液压支架焊接中的应用及工艺设计姓 名：身份证号: 准考证号: 考评职业: 电焊工高级技师 报考级别：焊工高级技师 CO2气保焊在液压支架焊接中的应用及工艺设计摘要:近几年焊接技术不断发展，尤其是熔化极气体保护焊发展十分迅速，本文主要叙述了CO2气体保护焊的技术及应用。CO2气体保护焊俗称：二氧焊、二保焊、气保焊，是利用CO2气体作为电弧介质并保护焊接区电弧焊，属于熔化极气体保护焊，英文缩写（MAG或GMAW）1953年前苏联研发。因工作效率高，生产成本低本，熔透性好、焊接变形小等优点故被广泛应用于工业制造。第一章焊接发展史1.1焊接的发展

2、史焊接技术是随着金属的应用而出现的，古代的焊接方法主要是铸焊、钎焊和锻焊。中国商朝制造的铁刃铜钺，就是铁与铜的铸焊件，其表面铜与铁的熔合线婉蜒曲折，接合良好。春秋战国时期曾侯乙墓中的建鼓铜座上有许多盘龙，是分段钎焊连接而成的。经分析，所用的与现代软钎料成分相近。战国时期制造的刀剑，刀刃为钢，刀背为熟铁，一般是经过加热锻焊而成的。据明朝宋应星所著天工开物一书记载：中国古代将铜和铁一起入炉加热，经锻打制造刀、斧；用黄泥或筛细的陈久壁土撒在接口上，分段煅焊大型船锚。中世纪，在叙利亚大马士革也曾用锻焊制造兵器。古代焊接技术长期停留在铸焊、锻焊和钎焊的水平上，使用的热源都是炉火，温度低、能量不集中，无法

3、用于大截面、长焊缝工件的焊接，只能用以制作装饰品、简单的工具和武器。 19世纪初，英国的戴维斯发现电弧和氧乙炔焰两种能局部熔化金属的高温热源；18851887年,俄国的别纳尔多斯发明碳极电弧焊钳；1900年又出现了铝热焊。20世纪初，碳极电弧焊和气焊得到应用，同时还出现了薄药皮焊条电弧焊，电弧比较稳定，焊接熔池受到熔渣保护，焊接质量得到提高，使手工电弧焊进入实用阶段，电弧焊从20年代起成为一种重要的焊接方法。在此期间，美国的诺布尔利用电弧电压控制焊条送给速度，制成自动电弧焊机，从而成为焊接机械化、自动化的开端。1930年美国的罗宾诺夫发明使用焊丝和焊剂的埋弧焊，焊接机械化得到进一步发展。40年

4、代，为适应铝、镁合金和合金钢焊接的需要，钨极和熔化极惰性气体保护焊相继问世。1951年苏联的巴顿电焊研究所创造电渣焊，成为大厚度工件的高效焊接法。1953年，苏联的柳巴夫斯基等人发明二氧化碳气体保护焊，促进了气体保护电弧焊的应用和发展，如出现了混合气体保护焊、药芯焊丝气渣联合保护焊和自保护电弧焊等。1957年美国的盖奇发明等离子弧焊；40年代德国和法国发明的电子束焊，也在50年代得到实用和进一步发展；60年代又出现激光焊等离子、电子束和激光焊接方法的出现，标志着高能量密度熔焊的新发展，大大改善了材料的焊接性，使许多难以用其他方法焊接的材料和结构得以焊接。其他的焊接技术还有1887年，美国的汤普

5、森发明电阻焊，并用于薄板的点焊和缝焊；缝焊是压焊中最早的半机械化焊接方法，随着缝焊过程的进行，工件被两滚轮推送前进；二十世纪20年代开始使用闪光对焊方法焊接棒材和链条。至此电阻焊进入实用阶段。1956年，美国的琼斯发明超声波焊；苏联的丘季科夫发明摩擦焊；1959年，美国斯坦福研究所研究成功爆炸焊；50年代末苏联又制成真空扩散焊设备。1.2焊接前景据有关资料介绍，全世界钢铁产量中约有50%左右是通过焊接加工由原材料变成成品的。目前，很多焊接作业已采用机械化、自动化、数控、人工智能等很多高新技术。据有关资料不完全统计，在一些工业发达国家焊接机械化的平均水平已达70%80%，而我国只有20%30%，

6、绝大部分焊接作业离不开人工操作。随着生产的发展和科学技术的进步，焊接已成为门独立的学科，并广泛应用于宇航、航空、核工业、造船、建筑及机械制造等工业部门，在我国的国民经济发展中，尤其是制造业发展中，焊接技术是一种不可缺少的加工手段。以西气东输工程项目为例，全长约4300公里的输气管道，焊接接头的数量竟达35万个以上，整个管道上焊缝的长度至少1万5千公里。国家大剧院一共用了6700吨钢材，焊缝长达100公里，如果不算已经焊好的预制件，就现场焊缝加起来也有35公里长，需要100多名优秀的焊工，耗用87吨焊条。北京奥运会鸟巢用的钢材11万吨，焊缝长达320公里，所用的焊条20100吨，可以足足绕地球赤

7、道三圈。离开焊接，简直无法想象如何完成这样的工程。1.2.1国内外焊接技术的发展趋势随着世界制造业的快速发展，焊接技术应用越来越广泛，焊接技术水平也越来越高。新的焊接工艺方法不断涌现，专业焊接设备日新月异。与此同时，国内外焊接设备生产企业也纷纷通过各种方式展示自身的实力，特别是借以展会展出品种繁多的产品和先进的技术。纵观2009年的三大焊接展，即2009年6月在上海举办的第14届北京埃森焊接与切割展览会、2009年9月在德国埃森举办的第17届德国埃森焊接与切割展览、2009年10月在天津举办的第23届中国焊接博览会，我们对国内外焊接技术的发展趋势以及焊接生产发展的新需求和新动向印象较深的是：核

8、心技术的作用得以显现，数控和电源方面有发展，激光焊接技术成为一大亮点，机器人应用普及化。可以认为，世界焊接技术又跨上了一个新台阶，在高效、自动化、环境友好方面有了新的进步;焊接材料的种类更加丰富，焊接自动化、高效化、清洁化更加突出;焊接技术的综合成本更低，焊接对工业的服务更加广泛。同时，焊接中存在的手工、粗糙、脏乱已基本消除，取而代之的是自动、精密、清洁、高效。第二章CO2气体保护焊原理及技术2.1 CO2气体保护焊工作原理CO2气体保护焊工作原理如下图所示，焊接时在焊丝与焊件之间产生电弧；焊丝自动送进，被电弧溶化形成焊滴产进入溶池；CO2气体经喷嘴喷出，包围电弧和溶池，起着隔离空气和保护金属

9、的作用，同时，CO2气还参与冶金反映，在高温下的氧化性有助于减少焊缝中的氧。2.2CO2气体保护焊特点2.2.1 优点：生产效率高和节省能量。焊接成本低。焊接变形小。对油、锈的敏感度较低。焊缝中含氢量少，提高了低合金高强度钢抗冷裂纹的能力。电弧可见性好，短路过渡可用于全位置焊接。2.2.2 缺点：设备复杂，易出现故障。抗风能力差及弧光较强。2.3 CO2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+CO2FeO+CO（进入大气中）Fe+O FeO (进入熔渣中)C+O CO

10、 （进入大气中）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+Si2Fe+SiO2 （进入渣中）FeO+Mn Fe+MnO （进入渣中）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

11、产生CO气孔，所以应降低焊丝中的含C量，通常不超过0.1。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。2.4 CO2焊的熔滴过渡形式1、短路过渡：细丝（焊丝直径小于1.2），以小电流、低电弧电压进行焊接。2、射滴过渡：中丝（焊丝直径1.62.4）,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2.45）以大电流、低电弧电压进行焊接。2.5 焊接材料1、焊丝：H08Mn2SiA，1.01.2.2、CO2保护气体：无色、无味、无毒，纯度大于99.5气瓶涂银白色，写有“CO2”标记

12、。不纯的CO2气体可采取如下措施（倒置放水和正置放气）： 气瓶倒立静置12小时，然后打开阀门，放水23次，（间隔30分钟）。 水处理后，将气瓶正置两小时，打开阀门，放掉气瓶上部的气体。2.6 焊接设备1、焊机型号：N B C* * * CO2气体保护半自动焊熔化极气体保护焊机2、送丝机构3、送丝软管和焊枪4、供气装置：气瓶、预热气、干燥器、流量计。2.7 焊接工艺参数1、电流：电流决定熔化速度，电流越大，熔化速度越快。2、电弧电压：U=14+I200.51.5(V)。电压适当时，为均匀密集的短路声。电压较小时，飞溅增加，焊道变窄，易出现顶丝。电压过大时，弧长变长，飞溅颗粒度变大，易产生气孔，焊

13、道变宽，熔深和余高变小，有较强的爆破声。 3、气体流量：一般与喷嘴大小一致，约为1015Lmin4、焊接速度：速度过慢时，焊缝变宽。而焊速过快时，易出现凸形焊道。通常焊接速度为3060/min。5、电流极性：采用直流反极性，这时电弧稳定，焊接过程平稳，飞溅小。若采用直流正极性，则熔深较浅，余高较大和飞溅很大。而在堆焊、铸铁补焊时均采用直流正极性接法。6、焊丝干伸长：L=10d（），d为焊丝直径。LI当焊丝干伸长增加时，焊丝熔化速度增加，这时电流减小，将使熔滴与熔池温度降低，造成热量不足，而引起未焊透；另外，电弧不稳，难以操作，飞溅大，成形差，易产生气孔；当焊丝干伸长变短时，电流增大，弧长变短，

14、熔深变大，飞溅易粘附到喷嘴内壁，不易观察熔池，甚至烧坏导电嘴。焊丝干伸长弧长第三章 CO2气体保护焊常用焊接方法3.1平角焊3.1.1焊前准备焊件：Q235钢板 300*6*60一对；定位焊：对称焊二点，长度5 mm；当焊件较长时，每隔200mm焊一点，长度2030mm。3.1.2 焊接规范及工艺参数焊丝牌号规格焊接电流（A）电弧电压（V）H08Mn2SiA（ER506）1.2 mm16018022243.1.3 操作要领焊脚尺寸决定焊接层次与焊道数,一般焊脚尺寸在1012mm以下时采用单层焊。超过12mm以上采用多层多道焊。3.1.3.1 单层焊：焊脚尺寸10mm 、焊枪角度：如图所示、运丝

15、方法：斜锯齿形，左焊法斜锯齿形运条时，跨距要宽，并在上边稍作停留，防止咬边及焊脚尺寸下垂。3.1.3.2 多层多道焊:焊第一道与单层焊相同；焊第二道时，焊枪与水平方向的夹角应大些，使水平位置的焊件很好的熔合，多为4555之间，对第一道焊缝应覆盖2/3以上，焊枪与水平方向的夹角仍为6080，运条方法采用斜锯齿形；焊第三道时，焊枪与水平方向的夹角应小些，约为4045，其它的不变，不至于咬边及下垂现象，运条方法采用斜锯齿形，均匀，对第二道焊缝的覆盖应为1/3。3.2立角焊3.2.1焊前准备同平角焊相同3.2.2焊接工艺参数焊丝牌号规格焊接电流（A）电弧电压（V）气体流量（L/min）H08Mn2Si

16、A（ER506）1.2 mm1201301920153.2.3 操作要领3.2.3.1 单层焊：焊脚尺寸1416mm焊丝角度和摆动方法如图所示，焊接前首先站好位置，使焊枪能充分摆动不受影响，焊丝摆动采用三角形或反月牙形，摆动间距要稍宽，约为4 mm左右。三角形摆动时三个顶点要稍作停顿，并且顶点的停留时间要略长于其它两点，下边过渡要快，但要熔合良好，防止电弧不稳产生跳弧现象。3.2.3.2 双层焊当焊件较厚，焊脚尺寸较大时需要采用双层焊，其焊丝角度和焊接方法与单层焊相同。3.3开坡口平对接板焊接3.3.1焊前准备焊件:Q235钢板 300*150*8一对坡口角度为60，钝边0.51，间隙1.52

17、3.3.2 焊接工艺参数焊丝牌号规格mm焊接电流（A）电弧电压（V）气体流量（L/min）H08Mn2SiA（ER506）1.2打底层：90100181915盖面层：12013019203.3.2 操作要领焊接时，采用左焊法，焊丝中心线前倾角为1015。打底层焊丝要伸到坡口根部，采用月牙形的小幅度摆动焊丝，焊枪摆动时在焊缝的中心移动稍快，摆动到焊缝两侧要稍作停顿0.51秒。若坡口间隙较大，应在横向摆动的同时作适当的前后移动的倒退式月牙形摆动，这种摆动可避免电弧直接对准间隙，以防烧穿。盖面层采用锯齿形或月牙形摆动焊丝，并在坡口两侧稍作停顿，防止咬边。第四章 CO2气体保护焊焊接液压支架工艺设计4

18、.1焊接措施4.1.1焊前准备（1）焊前检验工件是否有上道工序的检验标示，没有检验标示的不能施焊。（2）母材的清理焊接前焊道两侧20mm范围内若发现油、油漆、水份、锈等污物，采用钢丝刷、砂轮机、火烧加热等方法清理干净，经检验人员检验合格后方可施焊。4.1.2 保护气体：保护气体选用按工艺要求执行，一经确定不得随意变动，保护气体必须检测合格。本批次焊件全部用CO2气保焊焊接。4.1.3 焊接材料：焊接材料的选用H08MniSiA,用60Kg级焊丝，4.1.4 CO2气保焊焊接规范：规格1.2mm焊丝焊接电流 I=260300A 电弧电压 U=2731V 气体流量 20升/分 焊接速度 25035

19、0mm/min 规格1.6mm焊丝焊接电流 I=330350A 电弧电压 U=2831V 气体流量 2025升/分 焊接速度 300350mm/min 4.1.6预热：预热可采用焊缝两侧100mm范围内预热，预热温度为100150，应使用石棉毯保温，要求连续施焊，以保证层间温度不底于80。达不到层间温度，重新预热。本批次施焊件采用氧气+乙炔喷焰预热。4.1.7焊接操作：A.引弧、收弧时易产生焊接缺陷。引弧时焊丝伸出长度为10mm,防止过长引起爆断，必须在定位焊缝上引弧。必须采用间断来弧法或回焊法收弧，填满弧坑。焊接时根据焊接位置、装配间隙和熔合情况即时调整焊枪倾角及摆动幅度，避免焊接过程中发生

20、液态金属超前流动的假焊现象。焊丝端部始终在熔池前半部燃烧，焊丝不能脱离熔池。控制焊接速度，严禁风扇直吹焊接工作区，以免空气侵入电弧和熔池，防止产生夹渣、咬边等焊接缺陷。 B. 焊接应采用多层（窄焊道）技术，即时多层多道焊。焊接时不允许摆动。横摆焊接很容易产生难控制的大的焊接区，诸如：熔化不充分、夹渣和气孔等缺陷，在个别横摆焊接不能避免的垂直焊接时，允许轻微摆动。长焊道焊缝的起弧收弧之间不少于800mm。 C.焊接顺序：为了保证焊件底应力和低变形，焊前均要进行打底焊。选择合理的焊接顺序，从焊道中部或工件中部开始向外施焊。在全封闭（如环缝时）打底焊和第一道填充焊道不能焊成全圆以避免高的收缩应力导致

21、开列，应至少分成两半焊接，且方向相反。所有焊缝必须首尾相接形成闭环。主筋板与盖板之间的焊缝必须压过盖板坡口斜边和主筋的垂直边。最后一层焊缝应先焊一层与母材相接的焊道，而后焊中间焊道。（1）加固焊：施焊前先将工件放置成水平位置，将各件与底板焊接溜缝加固，然后将工件靠在焊接架上放置成垂直位置，将各件立缝对称加固（见附图焊缝1、2），再将工件翻180，加固焊缝高度不小于6mm，定位焊缝有裂纹必须除去原野有焊缝后，再重新打磨焊接。（2）焊接：加固焊后施焊焊缝3、4，然后将工件翻转施焊焊缝1、2，立缝焊完后进行横向焊缝和纵向焊缝的焊接。焊缝的起焊和终焊都不准在两条或两条以上的焊缝的交接处息弧，至少要离开

22、25mm.焊缝隙的引弧应于起焊前515mm处引燃，再回拉至起焊点起焊；焊缝的收尾应在息弧前改变焊接方向回一小段后息弧，即回焊收尾弧坑要填平。为保证焊接质量每道焊接接头应尽量错开。（3）第次焊接方向均采用分中退焊法，即起焊位置均选在结构的中间位置，分别向两端退焊。（4）第、次焊接时均先加固后施焊。盖板焊接应先焊横焊缝，再焊纵缝，从中间向两边施焊。D、塞焊缝的焊接，焊枪必须对着盖板与隔板交接缝处沿周边焊成环缝，并形成角焊缝后，再填平整个焊缝。对于盖板塞焊孔与隔板间隙过大时必须在隔板旁贴一衬板以保证塞焊缝质量。4.2焊接变形预防及应力消除4.2.1 定义1、焊接应力：是焊接结构由焊接产生的内应力。焊

23、接应为按作用于时间分为焊接瞬时应力和焊接残余应力。焊接瞬时应力是焊接过程中某一瞬时的焊接应力，它随着时间而变化。焊接残余应力是焊后残后残余在焊件内的焊接应力。2、焊接变形是焊件由焊接产生的变形。焊后、焊件（或结构）残留的变形称为焊接残余变形，简称焊接变形。3、焊接变形和焊接应力都是由于焊接的局部不均匀加热引起的，焊件在焊后若焊接变形较大，焊接残余应力就较小，若焊后焊接变形较小，则焊接残余应力较大。4.2.2焊接变形1、焊接变形的种类：焊接变形主要有收缩变形，弯曲变形（也叫挠曲变形）角变形，波浪变形和扭曲变形等几种。2、焊接变形的危害焊接变形对焊接结构的制造和使用的主要影响有：(1）降低结构形状

24、尺寸精度和美观。(2）组件部件焊后产生的焊接变形，降低整体结构的组对装配质量，其至发生强力组装，从而影响焊接质量。(3）矫正变形要降低生产率，增加制造成本，并降低接头性能。(4）降低结构的承载能力。3、焊接变形的影响因素和控制措施(1）影响焊接变形大小因素有：焊缝在结构中的位置，焊缝的长度和坡口形式，焊接结构和钢性，焊性结构的装配焊接顺序，焊接工艺参数，焊接操作方法，结构材料的膨胀系数。(2）控制焊接变形的措施（1）设计措施选择合理的焊缝尺寸和形状，尽可能减少焊缝数量，合理地安排焊缝位置。（2）工艺措施反变形法，刚性固定法，选择合理的装焊顺序，选择合理的焊接方法和焊接参数。4.2.3 焊接残余

25、应力4.2.3.1焊接残余应力的分类(1）按产生的原因，主要分为热应力和相变应力。另外还有拘束应力和氢集中应力。(2）按应力在空间的方向分为单向应，双向应力和三向应，其中三向应力在结构中的危害最大。4.2.3.2焊接应力对结构的影响。(1）焊接应力会引起热裂纹和冷裂纹。(2）焊接残余应力促使接触腐蚀介质的结构在使用时发生应力腐蚀，产生应力腐蚀裂纹，也会引起应力腐蚀低应力脆断。(3）焊接残余应力降低结构的承载能力。(4）较大的焊接残余应力影响构件的机械加工精度和尺寸稳定。(5）在结构的应力集中部位，结构刚性拘束大的部位。焊接缺陷多的部位，存在焊接残余应力，会降低结构使用寿命，并易导致低应力脆断事

26、故发生。因此对于液压支架用Q460等结构钢,通常均应采取消除焊接残余应力措施，以提高支架的使用寿命，并防止低应力脆性破坏事故发生。4.2.3.3减小焊接残余应力的措施。在结构设计和焊接方法确定的情况下，通常采用工艺措施来减少焊接残余应力。采用合理的焊接顺序和方向。(1）应尽量使焊颖的纵向收缩和横向收缩比较自由，不受到较大的拘束。(2）先焊结构中收缩量大的焊缝。(3）焊接平面上的交叉焊缝时，应采用保证交叉点不易产生缺陷，刚性拘束较小的焊接顺序。(4）先焊工作时受力较大的焊缝，使焊接应力分布合理。4.2.4消除焊接残余应力的方法液压支架结构件焊后应力消除采用热处理法，先将工件装入热处理时炉内，以1

27、20/h速度加热到300，然后保温30min后，再加热到350，然后随炉冷却至100以下时，出炉。第四章 结论近几年二氧化碳气体保护焊由单一的CO2气体实芯焊丝，发展到混合气体药芯丝。特别是在煤矿综采设备结构件焊接中已普遍采用，它焊接变形少，效率高已被广泛应用于航天、航空、造船、机械制造等行业，。总之，每一道完美的焊缝，与焊接电流、电弧电压、焊接结构母材、焊接手法等都有着至关重要的关系。注释:刘家发、焊工手册、机械工业出版社、2004年、第3版、152页。吴金杰、焊接工程师专业技能入门与精通、机械工业出版社、2009年、第1版、319页。参考文献：刘云龙、焊工技师手册、机械工业出版社、2005年、第1版、159页。陈裕川、焊接工艺手册、机械工业出版社、2006年、第3版、264页。斯重遥、焊接手册 第2卷 材料的焊接、机械工业出版社、2008年、第3版、527页。