Q235与316L手工电弧焊焊接工艺研究.docx

本科毕业论文（设计）论文题目：Q235与3161.手工电弧焊焊接工艺研究郑重声明本人呈交的学位论文，是在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果，所有数据、图片资料真实可靠。尽我所知，除文中已经注明引用的内容外，本学位论文的研究成果不包含他人享有著作权的内容。对本论文所涉及的研究工作做出贡献的其他个人和集体，均已在文中以明确的方式标明。本学位论文的知识产权归属于培养单位。日期:本人签名:本课题对Q235钢和3161.钢的焊接工艺进行分析,首先通过碳当量估测法分析Q235钢的焊接性，得出Q235钢的冷裂敏感性低；其次根据舍夫勒组织图选择合适的焊接材料进行手工电弧焊焊接试验，并采用光学显微镜和洛氏硬度计观察及测量焊接接头的组织性能。结果表明：选择合理的焊接工艺参数并控制母材的熔合比，得到的焊缝宏观形貌美观，无咬边、裂纹等缺陷；焊缝组织为奥氏体组织和少量的铁素体组织，熔合区碳扩散现象不明显；焊缝处的硬度高于两侧母材的硬度，满足焊材等强匹配原则。关键词：Q235；3161.；异种钢焊接；舍夫勒组织图；冷裂敏感性论文类型：理论研究AbstractThispaperanalyzestheweldingprocessofQ235steeland3161.steel,firstlyanalyzestheweldabilityofQ235steelbycarbonequivalentestimationmethod,andobtainsthecoldcracksensitivityofQ235steelislow;thenselecttheappropriateweldingmaterialaccordingtothemanualarcweldingtest,anduseopticalmicroscopeandRockellhardnessmetertoobserveandmeasurethetissueperformanceofweldedjoints.Theresultsshowthat:selectingreasonableweldingprocessparametersandcontrollingthefusionrat100fthebasematerial,theweldisbeautiful,nobiteedge,crackandotherdefects;theweldtissueisausteniticandasmallamountofferritetissue,thecarbondiffusioninthefusionareaisnotobvious;thehardnessoftheweldishigherthanthehardnessofthebasematerialonbothsides,meetingthestrongmatchingprincipleofweldingmaterial.Keywords:Q235;3161.;heterologoussteelwelding;Schevlerorganizationdiagram;coldcracksensitivity摘要IAbstractII目录III1绪论11.1 Q235钢的基本概况11 .1.1碳素结构钢的种类及性能12 .1.2Q235钢的性能及应用21.2 3161.不锈钢的基本概况21.2.1 不锈钢的种类及性能21.2.2 3161.不锈钢的性能及应用41.3 异种钢的焊接41.3.1 1异种钢的焊接性41.3.2 异种钢的焊接工艺41.3.3 异种钢焊接存在的问题51.3.4 我国异种钢焊接的研究现状61.4 本课题研究内容71.5 本课题研究的目的和意义82Q235与3161.异种钢焊接试验92.1 焊接试验材料92.2 2Q235与3161.焊接性分析92.3 焊接工艺设计102.3.1焊接方法的选择102.3.2焊接材料的选择102.3.3焊接工艺参数的选择132.3.4焊接过程133试验结果及分析153.1Q235与3161.焊接接头组织分析153.2焊接接头硬度测试及分析16结论17参考文献18致谢201绪论1.1 Q235钢的基本概况1.1.1 碳素结构钢的种类及性能碳素结构钢以Fe为基本成分，是含碳量在0.06%0.38%之间的铁碳合金，含有少量合金元素，其中Si、Mn等元素为有益元素，但像P、S这样的杂质元素，对钢的性能有一定的影响，要加以控制此类杂质元素的含量，以保证钢的良好性能。碳素结构钢易于冶炼，价格低廉，一般以热轧空冷状态供应，其塑性比较高、焊接性好，使用状态下的组织为铁素体加珠光体，此类钢材一般不经热处理直接使用，适于焊接、栓接等。碳素结构可根据以下几种方式分类：（1）按含碳量分为：低碳钢、中碳钢、高碳钢；（2）按品质分为：普通碳素结构钢、优质碳素结构钢；（3）按脱氧程度分为：沸腾钢、镇静钢、半镇静钢。表1.1含碳对碳素结构钢焊接性的影响称c(%)牌号硬度焊接性用途低10,15,Q195,钢板、钢碳<0.256090HRB良好管等Q255钢中碳中等（一般建议进行焊前预热或焊后机械零件0.25-0.6030,35,40,4525HRC热处理、焊接材料选用氢型金属材料）和工具钢高模具、弹碳0.16->1.0060,65,8040HRC差（严格采取工艺措施）簧等钢在Q195钢中，C、Mn元素的含量低，其强度不高，塑韧性较好，因此具有良好的工艺性能和焊接性，广泛用于机械、轻工、建筑、运输车辆等一般结构件和结构零件；Q215钢含C、Mn较低，但强度要比Q195稍高，同时也具有较好的塑韧性、焊接性及良好的工艺性能，一般用于厂房、桥梁等大型结构件；与Q195和Q215钢相比，Q275钢中，C、Si、Mn的含量相对高一些，强度高且塑性好，具有较高的硬度和耐磨性及一定的焊接性，一般用于制造心轴、机架、齿轮、垫圈等重要零件。需要注意的是，碳素结构钢的含碳量决定其焊接性，随着含碳量的改变，其焊接性也在不断地发生着变化，含碳量对焊接性的影响如表1.1所示1.1.2 Q235钢的性能及应用Q235钢为普通碳素结构钢，也是珠光体钢。其中Q代表的是这种材质的屈服极限，235则指的是这种材质的屈服值一般在235MPa左右。由于含碳较低，综合性能较好，强度、塑性和焊接性等性能良好，此钢用途较为广泛。需要注意是，在必要时钢号后面可标出表示质量等级和脱氧方法的符号，质量等级符号分别为A、B、C、D；脱氧方法符号：F表示沸腾钢、b表示半镇静钢、Z表示镇静钢、TZ表示特殊镇静钢。Q235钢的化学成分(表1.2)表1.2Q235钢的化学成分牌号等级脱氧方法化学成分(质量分数，%)<CSiMnPSAFsZ0.220.0450.050Q235BF、Z0.200.350.440.045CZ0.180.0400.040DT、Z0.180.0350.035注：质量等级分A、B、C、D,依次以A级质量较差，D级质量最高。Q235钢的性能：上屈服强度：d<16mm,屈服强度为235MPa；16mm<d40mm,屈服强度为225MPa；40mm<d<60mm,屈服强度为215MPa;60mm<d<1OOmm,屈服强度为205MPa；100mm<d<150mm,屈服强度为195MPa；150mm<d<200mm,屈服强度为185MPa(此处d指的是材料的板厚或直径)。抗拉强度：370-500(MPa)o断后伸长率()：226(a<40mm)；>25(a>4060mm)；>24(a>601OOmrn)；>22(a>l00-150mm)；>31(d>150mm)(此处d指的是材料的厚度或直径)。弹性模量(E/Gpa)：200-210；泊松比(v)：0.25-0.33O大量用于钢板、型钢、钢筋的制造，用以建造厂房房架、高压输电铁塔等；Q235的C、D级钢P、S元素的含量低，相当于优质碳素结构钢，适用于制造对焊接性及韧性要求高的工程结构、大型机械的零部件；可用于制造各种模具把手以及其他不重要的模具零件；采用Q235钢做冲头材料，为了解决冲头在使用中碎裂的现象，可经淬火后不回火直接使用，此时硬度为3640HRC°1.2 3161.不锈钢的基本概况1.2.1 不锈钢的种类及性能不锈钢是在普通碳钢的基础上，加入一组格的质量分数大于12%合金元素的钢材,其在空气作用下能保持金属光泽，即具有不生锈的特性。此类钢具有这种特性是由于受到铭合金元素的影响，一定量的倍合金元素能使钢材表面形成一层不溶解于某些介质的氧化薄膜（钝化膜），使金属表面与外界介质隔离而不发生化学作用。按照主要化学组成可分为铭不锈钢、铭银不锈钢和铭镒氮不锈钢等；按照性能特点可分为耐酸不锈钢和耐热不锈钢等；按照金相组织进行分类可分为铁素体（F）型不锈钢、马氏体（M）型不锈钢、奥氏体型不锈钢，奥氏体-铁素体型双相不锈钢和沉淀硬化（PH）型不锈钢。铁素体不锈钢的成分特点是含Cr量高（Cr的质量分数大于15%）,含碳量低（碳的质量分数小于等于0.15%）。在加热和冷却的过程中冷却的过程中没有或者很少发生铁素体二奥氏体转变，属于铁素体钢，一般在退火状态使用。随着Cr含量的增多，钢的耐蚀性会逐渐提高。铁素体型不锈钢在氧化性酸中，具有良好的耐蚀性和较高的抗氧化性，广泛用于硝酸、氮肥、磷酸等工业，也可作为高温下的抗氧化材料。马氏体型不锈钢的显微组织是马氏体（M）,这类钢中Cr的质量分数为11.5%-18.0%,但C的质量分数最高可达0.6%。随着碳含量的增大，钢的强度和硬度逐渐提高。在这类钢中加入少量的Ni,不仅可以促使马氏体的生成，而且能提高钢的耐蚀性。马氏体型不锈钢具有一定的耐蚀性和较好的热稳定性以及热强性。因此，可以作为温度7（XrC以下长期工作的耐热钢使用。马氏体不锈钢广泛用来制造对韧性和冲击韧度要求较高的零件，如内燃机的排气阀、汽轮机的叶片及医疗器械等。奥氏体型不锈钢的显微组织是奥氏体（八）,它是在高铭不锈钢中添加适当的Ni（Ni的质量分数为8%25%）而形成的。一般来讲，具有奥氏体组织的不锈钢以Crl8Ni9铁基合金为基础，在此基础上，随着不同的用途，发展成相应的铭银奥氏体不锈钢系列。奥氏体不锈钢是工业上应用最广泛的不锈钢。最常见的是Cr的质量分数为18%、Ni的质量分数为9%的18-8型不锈钢。奥氏体不锈钢不仅具有很好的耐蚀性，而且还具有优良的抗氧化性和力学性能。氧化性、中性及弱氧化性介质中的耐蚀性要比铭不锈钢好，室温及低温韧性、塑性及焊接性也远好于是铁素体不锈钢。本次课题中的3161.不锈钢属于奥氏体型不锈钢。奥氏体-铁素体型不锈钢显微组织是奥氏体（八）+铁素体（F）。一般来讲，铁素体的体积分数小于10%的不锈钢是在奥氏体不锈钢基础上发展的钢种。A÷F型不锈钢与相同碳量的奥氏体不锈钢相比，具有小的晶间腐蚀倾向和较高的力学性能，且韧性比铁素体型不锈钢好。与此同时，少量F的存在，还有利于防止奥氏体不锈钢在施焊过程中，焊缝热裂纹的出现。而通常这种钢被纳入奥氏体不锈钢的范畴中。当F的体积分数在30%60%的范围内时？该类钢具有的性能有特殊抗点蚀、抗