CO2气体保护焊在大型钢构件的应用研究.doc

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1、洛阳理工学院毕业设计（论文）CO2气体保护焊在大型钢构件的应用研究摘 要CO2 气体保护焊的出现和发展对于传统的手工焊条电弧焊就是一次技术性的革命，以其速度快、操作方便、焊接质量高、适用范围广和低成本等诸多优势，二氧化碳气体保护焊目前已发展成为一种重要的熔焊方法，在工程结构中尤其是钢结构中的应用范围也日益扩大。我国钢结构行业已经有了一定的规模，在工程机械、建筑、电力设备、石油化工以及轻工业机械等结构件的制造中有，大量采用了钢结构，而焊接则是钢结构制作生产过程的重要加工手段，因此，焊接技术作为钢结构制作的关键环节，在工程中的作用也是十分重要的。本文首先介绍了CO2气体保护焊及其工艺，其次对焊接结

2、构的特点进行了分析，并对CO2气体保护焊在钢结构中的应用进行了研究。关键词：CO2气体保护焊，工艺，焊接结构，钢结构，应用THE APPLICATION AND RESEARCH OF CO2 GAS SHIELDED ARC WELDING IN LARGE STEEL COMPONENTSABSTRACTThe emergence and development of CO2 gas shielded welding for traditional manual arc welding is a technical revolution. With its fast, easy opera

3、tion, high quality, wide application and low cost, and many other advantages, carbon dioxide gas-shielded arc welding has developed into an important method of fusion welding, especially in engineering structures ,such as steel structures, which have an growing range of applications.Chinas steel ind

4、ustry has had a large scale, the engineering machinery, construction, electrical equipment, petrochemical and light industry in the manufacture of machinery and other structures, have largely adopted the steel structure. And welding is an important process in the production of steel structures, ther

5、efore, welding technology as the key to steel structure production, it is also plays a very important role in engineering.This article introduces the CO2 gas shielded arc welding and its craft, followed by the characteristics of welded structures are analyzed, and the application of CO2 gas shielded

6、 arc welding in steel structures is also studied.KEY WORDS: CO2 Welding, Craft, Welded Structures, Steel Structures, Application2目录前言1第1章 CO2气体保护焊简介31.1 CO2电弧焊原理及特点31.1.1 CO2电弧焊原理31.1.2 CO2电弧焊特点41.1.3 CO2焊的熔滴过渡51.2 CO2气体保焊时常见缺陷51.2.1 气孔51.2.2焊接飞溅6第2章 CO2气体保护焊工艺82.1 CO2气体保护焊工艺参数82.1.1 焊丝直径82.1.2 焊接电流

7、92.1.3 电弧电压92.1.4 焊接速度102.1.5 焊丝伸出长度102.1.6 CO2气体流量112.1.7 电源极性112.1.8 回路电感112.2 CO2气体保护焊操作技术122.2.1 坡口设计122.2.2 焊前清理与装配定位132.2.3引弧与熄弧132.2.4左焊法和右焊法14第3章 钢结构焊接变形及控制153.1 焊接变形的种类153.1.1 收缩变形153.1.2 弯曲变形153.1.2 扭曲变形153.2 焊接变形产生的原因163.3 焊接变形的控制方法163.3.1 工艺参数法173.3.2 工装模具法173.3.3 反变形法18第4章 钢结构焊接施工工艺194.

8、1高强钢焊接施工工艺194.1.1 焊材选配原则194.1.2 高强钢焊接性评价方法204.1.3 最低预热温度确定方法204.1.4 焊接质量控制204.2低温焊接施工工艺214.2.1 焊材的选择214.2.2 焊前防护214.2.3 焊接质量控制214.3 厚钢板焊接技术224.3.1 厚板焊接224.3.2 焊缝清理及处理22第5章 CO2气体保护焊在大型钢构件中的应用235.1 起重机结构件的CO2气体保护焊235.1.1 箱型梁的焊接235.1.2 卷筒的焊接245.1.3 工字型吊车梁的焊接25结论27谢 辞28参考文献29外文资料翻译30前言CO2气体保护焊技术, 是一种节能、

9、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

10、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。CO2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。目前在美国、日本、欧洲等发达国家及地区采

11、用焊接金属结构件比例日趋增大，其中CO2气保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%75%。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的丰硕成果。

12、随着科学技术的飞速发展，焊接设备也在不断的更新换代。CO2 气体保护焊的出现和发展对于传统的手工焊条电弧焊就是一次技术性的革命。以其速度快、操作方便、焊接质量高、适用范围广和低成本等诸多优势，二氧化碳气体保护焊目前已发展成为一种重要的熔焊方法，具有成本低、效率高、操作灵活等特点。在工程机械、车辆、锅炉压力容器、船舶、建筑、电力设备、石油化工以及轻工业机械等焊接结构件的制造中有着广泛的应用。并且随着焊接技术的不断进步、设备的更新以及焊接材料的开发应用、气体保护焊在工程结构中尤其是钢结构中的应用范围也日益扩大。我国钢结构行业已经有了一定的规模，近年，我国工业、民用建筑等大型工程中，大量采用了钢结构

13、，而焊接则是钢结构制作生产过程的主要加工手段，因此，焊接技术作为钢结构制作的关键环节，在工程中的作用也是十分重要的。 第1章 CO2气体保护焊简介1.1 CO2电弧焊原理及特点1.1.1 CO2电弧焊原理CO2气体保护电弧焊是利用CO2作为保护气体的熔化极电弧焊方法。这种方法以CO2气体作为保护介质，使电弧及熔池与周围空气隔离，防止空气中氧、氮、氢对熔滴和熔池金属的有害作用，从而获得优良的机械保护性能。生产中一般是利用专用的焊枪，形成足够的CO2气体保护层，依靠焊丝与焊件之间的电弧热，进行自动或自半动熔化极气体保护焊接。“二氧化碳气体保护焊”简称“CO2焊”。 图1-1 CO2焊的原理示意图1

14、.焊丝盘 2.送丝滚轮 3.焊丝 4.导电嘴 5.保护气体喷嘴6.保护气体 7.熔池 8.焊缝金属 9.母材 10.电弧1.1.2 CO2电弧焊特点与其它焊接方法相比，CO2焊有以下特点：（1）生产效率高 CO2气体保护焊使用较大的电流密度（200A/mm2左右），比手工电弧焊（1020A/mm2左右）高得多，因此熔深比手弧焊高2.23.8倍，对10mm以下的钢板可以不开坡口，对于厚板可以减少坡口加大钝边进行焊接，同时具有焊丝熔化快，不用清理熔渣等特点，效率可比手弧焊提高2.54倍。（2）焊接成本低 CO2气体是酿造厂和化工厂的副产品，来源广，价格低，其综合成本大概是手工电弧焊的1/2。（3）

15、焊接能耗低 与焊条电弧焊和钨极氩弧焊相比，对同等厚度、相等长度的焊缝进行焊接，CO2焊对焊丝和母材的熔化效率更高，有更大的焊接速度，消耗的电能得以降低，是一种较好的节能焊接方法。（4）焊后变形小 CO2气体保护焊的电弧热量集中，加热面积小，CO2气流有冷却作用，因此焊件焊后变形小，特别是薄板的焊接更为突出。（5）抗锈能力强 CO2气体保护和埋弧焊相比，具有较高的抗锈能力，所以焊前对焊件表面的清洁工作要求不高，可以节省生产中大量的时间。（6）适用范围广 CO2焊可以采用自动焊或半自动焊的方法，对任何位置、任何角度、任何长度及复杂的曲面焊缝都可以进行焊接。薄板可焊到1mm左右，厚板可以采取多层多道

16、焊，不受结构条件的制约。CO2气体在电弧高温下分解出氧，形成强的氧化性气氛，使该方法表现出如下特点：（1）CO2气体保护焊不能用于非铁金属的焊接，只能用于低碳钢和低合金钢等黑色金属的焊接。对于不锈钢的焊接，焊缝金属，有增碳现象，影响抗晶间腐蚀性能，因此也只能用于对焊缝性能要求不高的部件。（2）CO2焊熔滴过渡不如MIG焊稳定，飞溅量较大。（3）CO2焊产生很大的烟尘，操作环境不好。1.1.3 CO2焊的熔滴过渡熔滴过渡是指电弧焊时焊丝端头形成的熔滴通过电弧空间向熔池转移的过程。其过渡形式可分为短路过渡、大滴状过渡、排斥过渡、颗粒过渡、潜弧喷射过渡等。1.2 CO2气体保焊时常见缺陷1.2.1

17、气孔CO2气体保护焊时，在焊缝中形成气孔的主要原因，一般认为是在焊接熔池中存在着被溶解的N2、CO和H2，在焊缝金属结晶的瞬间，由于溶解度突然减小，这些气体将析出，但当这些气体来不及从熔池逸出时，就会在焊缝中形成气孔。因此，气孔分为氮气孔、氢气孔和一氧化碳气孔。1. N2气孔氮气孔经常出现在焊缝表面，呈蜂窝状，或者以弥散形式的微气孔分布于焊缝金属中，这些气孔往往在抛光后检验或试水压试验时才能被发现。氮气来源：一是由于保护效果不良，空气侵入焊接区；二是CO2气体不纯。实践表明，要避免产生氮气孔，最主要的是应增强气体的保护效果。另外，选用含有固氮元素（如Ti和Al）的焊丝，也有助于防止产生氮气孔。

18、2. H2气孔焊接熔池中氢的含量正比于电弧空间中氢气的含量。电弧区的H2主要是来自焊丝，焊件表面的油污及铁锈，以及CO2气体中的水分。例如，随着CO2气体中水分的增加，会提高在焊接区域内氢的分压，同时也提高H2在焊缝金属中的含量（见表3-1）。当CO2气体中的水分为1.92gcm和100g焊缝金属中的氢含量为4.7mL时，开始出现单个气孔，如果进一步增加CO2气体中的水分，则焊缝中的气孔说量也将增加。多数国家规定，焊接用CO2气体纯度不应低于99.5%。表3-1 CO2气体中水分与焊缝金属含氢量的关系CO2气体中水分（gcm）焊缝金属中的含氢量（mL100g）0.852.91.354.51.9

19、24.7155.5 3. CO气孔在金属结晶的过程中，由于激烈地析出CO而产生沸腾现象，而CO气体不易逸出，因此在焊缝中形成气孔。如果在焊缝金属中Si的含量不少于0.2%时，就可以防止由于产生CO气体而引起的气孔，这是因为Si在金属凝固温度时能强烈脱氧所致。在大多数情况下，CO气孔产生在焊缝内部，并沿结晶方向分布，呈条虫状，表面光滑。如果焊丝的脱氧能力很低时，CO气孔还可能成为表面气孔。1.2.2焊接飞溅一部分焊丝熔化金属飞向熔池之外，飞到熔池之外的金属称为飞溅。特别是粗焊丝CO2气体保护焊大参数焊接时，飞溅更为严重，飞溅率可达20以上，这时就不可能进行正常焊接工作了。飞溅是有害的，它不但降低

20、焊接生产率，影响焊接质量，而且使劳动条件变差。由于焊接参数的不同，CO2焊具有不同的熔滴过渡形式，从而导致不同性质的飞溅，大致可分为熔滴自由过渡时的飞溅和短路过渡时的飞溅。（1）熔滴自由过渡时的飞溅熔滴自由过渡时，在CO2焊中。大部分焊丝熔化金属可过渡到熔池，在CO2气氛下，熔滴在斑点压力的作用下上挠，易形成大滴状飞溅。这种情况经常发生在较大电流焊接时，如用直径1.6mm焊丝、电流为300350A，当电弧电压较高时就会产生。如果再增加电流，将产生细颗粒过渡，这时飞溅减小主要产生在熔滴与焊丝之间的缩颈处，该处的电流密度较大使金属过热而爆断。形成颗粒细小的飞溅。在细颗粒过渡焊接过程中，可能由熔滴或

21、熔池内抛出的小滴飞溅。这是由于焊丝或工件清理不当或焊丝含碳量较高，在熔化金属内部大量生成CO等气体，这些气体聚积到一定体积，压力增加而从液体金属中析出，造成小滴飞溅。大滴过渡时，如果熔滴在焊丝端头停留时间较长，加热温度很高，熔滴内部发生强烈的冶金反应或蒸发，同时猛烈地析出气体，使熔滴爆炸而生成飞溅。（2）熔滴短路过渡时的飞溅飞溅总是发生在短路小桥破断的瞬时。飞溅的大小决定于焊接条件，它常常在很大范围内改变。产生飞溅的原因目前认为是当熔滴与熔池接触时，熔滴成为焊丝与熔池的连接桥梁，所以称为液体小桥，并通过该小桥使电路短路。短路之后电流逐渐增加，小桥处的液体金属在电磁收缩力的作用下急剧收缩，形成很

22、细的缩颈。随着电流的增加和缩颈的减小，小桥处的电流密度很快增加，对小桥急剧加热，造成过剩能量的积聚，最后导致小桥发生气化爆炸，同时引起金属飞溅。（3）根据不同熔滴过渡形式下飞溅的不同成因，应采用不同的降低飞溅的不同成因，应采用不同的降低飞溅的方法：在熔滴自由过渡时，应选择合理的焊接电流与焊接电压参数，避免使用大滴排斥过渡形式。同时，应选用优质焊接材料，如选用含C量低、具有脱氧元素Mn和Si的焊丝H08Mn2SiA等，避免由于焊接材料的冶金反应导致气体析出或膨胀引起的飞溅。在短路过渡时，可以采用（CO2+Ar）混合气体代替CO2以减少飞溅。如加入（Ar）=2030的Ar。这是由于随着含氢量的增加

23、，电弧形态和熔滴过渡特点发生了改变。燃弧时电弧的弧根扩展，熔滴的轴向性增强。这一方面使得熔滴容易与熔池会合，短路小桥出现在焊丝和熔池之间。另一方面熔滴在轴向力的作用下，得到较均匀的短路过渡过程，短路峰值电流也不太高，有利于减少飞溅率。第2章 CO2气体保护焊工艺2.1 CO2气体保护焊工艺参数焊接工艺参数就是焊接时为保证焊接质量而选定的各项参数的总称。为了保证CO2气体保护焊能获得优良的焊接质量，除了要有合适的焊接设备和焊接材料外，还应选择合理的焊接工艺参数，包括：焊丝直径、焊接电流、电弧电压、焊丝伸出长度、焊接速度、气体流量、电源极性及回路电感等。2.1.1 焊丝直径焊丝直径对焊接过程的电弧

24、稳定、金属飞溅以及熔滴过渡等方面有显著影响。随着焊丝直径的加粗(或减细)则熔滴下落速度相应减小(或增大)；随着焊丝直径的加粗(或减细)，则相应减慢(或加快)送丝速度，才能保证焊接过程的电弧稳。随着焊丝直径加粗，焊接电流、焊接电压、飞溅颗粒等都相应增大，焊接电弧越不稳定，焊缝成形也相对较差。焊丝直径根据焊件厚度、焊缝空间位置及生产率等条件来选择薄板或中板的立、横、仰焊时，多采用直径1.6mm以下的细焊丝。当平焊位置焊接中厚板时，可采用直径大于1.6mm的粗丝。表2-1不同直径焊丝的适用范围表丝径（mm）熔滴过渡形式施焊位置焊件厚度（mm）0.50.8短路过渡全位置1.02.5颗粒过渡平位2.54

25、.01.01.4短路过渡全位置2.08.0颗粒过渡平位2.012.01.6短路过渡全位置3.0121.6颗粒过渡平位62.1.2 焊接电流CO2保护焊时，焊接电流是最重要的参数。因为焊接电流的大小，决定了焊接过程的熔滴过渡形式，从而对飞溅程度、电弧稳定性有很大的影响，同时，焊接电流对于熔深及生产率，也有着决定性的影响。电流增大，熔深增加，熔宽略增加，焊丝熔化速度增加，生产率提高，但电流太大时，会使飞溅增加，并容易产生烧穿及气孔等缺陷。反之，若电流太小，电弧不稳定，而产生未焊透，焊缝成形差。表2-2不同丝径焊接电流选用范围表丝径（mm）焊 接 电 流 （A）颗 粒 过 渡（3045V）短 路 过

26、 渡（1622V）0.8150250501001.0150300701201.2160350901501.62005001402002.03506001602502.45007501802802.1.3 电弧电压电弧电压也是重要的焊接工艺参数，选择时必须与焊接电流配合恰当。电弧电压的大小对焊缝成形、熔深、飞溅、气孔以及焊接过程的稳定性等都有很大影响通常细丝焊接时电弧电压为1624V，粗丝（1.6以上）焊接时电弧电压为2536V。采取短路过渡形式时，其电弧电压与焊接电流的最佳配合范围见下表：表2-3 CO2短路过渡时电弧电压最佳范围焊接电流（A）电 弧 电 压（V）平 焊立焊和仰焊7512018

27、21.5181913017019.523.01821180210202418.52222026021251923.5电弧电压是影响熔滴过渡、金属飞溅、电弧燃烧时间以及焊缝宽度的主要因素。在一般情况下，电弧电压越高，电弧笼罩也越大。于是熔宽增加，而熔深、余高却减小，焊接趾部易出现咬边；电弧电压过低，则电弧太短，焊丝容易伸入熔池，使电弧不稳定，焊缝易造成熔合不良（焊道易成为凸形）。2.1.4 焊接速度焊接速度会影响焊缝成形、气体保护效果、焊接质量及效率。在一定的焊丝直径、焊接电流和电弧电压的工艺条件下，速度增快，焊缝熔深及熔宽都有所减小。如果焊速太快，则可能产生咬边或未熔合缺陷，同时，气体保护效果

28、变坏，出现气孔。反之若焊速太慢，效率低，焊接变形大。通常，CO2半自动焊速在1530m/h范围内；自动焊时，速度稍快些，但一般不超过40m/h。2.1.5 焊丝伸出长度焊丝伸出长度是指焊接时导电嘴与焊件间的距离，焊丝伸出长度一般为焊丝直径的1020倍。焊丝伸出长度与电流有关，电流越大，伸出长度越长。焊丝伸出长度与焊接电流的关系，见表2-4。焊丝伸出长度太长时，焊丝的电阻热越大，焊丝熔化速度加快，易造成成段焊丝熔断，飞溅严重焊接过程不稳定；焊丝伸出长度太短时，容易使飞溅物堵住喷嘴，有时飞溅物熔化到熔池中，造成焊缝成形差。一般经验公式是：L= 10 d mm （d 为焊丝直径，L为焊丝直径），如果

29、焊接电流取上限值，则伸出长度也可稍大一些。表2-4 焊丝伸出长度与焊接电流的关系焊接电流/A焊丝伸出长度/mm2501525 2.1.6 CO2气体流量CO2气体保护焊利用CO2气体的屏蔽作用实现保护的，气体流量、焊丝伸出长度及风的大小都是影响保护的主要因素。气体流量的大小与电流有关，在大电流时气体的流量则要大，为20-25Lmin。在工作环境有风时，应适当增大喷嘴直径，以便在大流量时仍可获得稳定的电弧。CO2气体流量根据接头形式、焊接电流、焊接速度、喷嘴直径等参数，通常细丝（1.6）焊接时，流量为515L/min；粗丝（1.6）焊时，流量1525L/min。2.1.7 电源极性CO2气体保护

30、焊时，电源极性对焊缝熔深、电弧稳定都有重要影响。为保证电弧的稳定燃烧，主要采用直流反极性连接，这种焊接过程不仅电弧稳定，而且飞溅少、熔深大。而正极接时，因为焊丝为阴极，焊件为阳极，焊丝熔化速度快，而熔深较浅，余高增大，飞溅也较多，一般只用于阀门堆焊或铸钢件的补焊。2.1.8 回路电感焊接回路中串联的电感量应根据焊丝直径、焊接电流、和电弧电压来选择。合适的电感，可以调节短路电流的增长速度，使飞溅减少，还可以调节短路频率，调节燃弧时间，控制电弧热量；电感值太大时，短路过渡慢，短路次数少，引起大颗粒的金属飞溅或焊丝成段炸断，造成熄弧或引弧困难；电压值太小时，短路电流增长速度快，造成很细的颗粒飞溅，使

31、焊缝边缘不齐。表2-5焊接回路电感量的选择焊丝直径（mm）焊接电流（A）电弧电压（V）电感量（mH）0.8100180.010.081.2130190.010.161.6160200.30.72.2 CO2气体保护焊操作技术2.2.1 坡口设计CO2气体保护焊采用细颗粒过渡时，电弧穿透力较大，熔深较大，容易烧穿焊件，所以对装配质量要求较严格。坡口开得要小一些，钝边适当大些，对间隙不能超过2mm。如果用直径1.6mm的焊丝钝边可留46mm，坡口角度可减小到45左右。板厚在12mm以下开I形坡口；大于12mm的板材可以开较小的坡口。但是，坡口角度过小易形成“梨”形熔深，在焊缝中心可能产生裂纹。尤其

32、在焊接厚板时，由于拘束应力大，这种倾向更大，必须十分注意。表2-6 CO2焊推荐坡口形状坡口形状板厚/mm有无垫板坡口角度根部间隙钝边高度I形 12无-02-有-03-单边V形 60无45600205有25604703Y形 60无45600205有35600603K形 100无45600205X形 100无45600205CO2气体保护焊采用短路过渡时熔深浅，不能按细颗粒过渡方法设计坡口。通常允许较小的钝边，甚至可以不留钝边。又因为这时的熔池较小，熔化金属温度低、粘度大，搭桥性良好，所以间隙大些会烧穿。如果对接接头，允许间隙为3mm。要求较高时，装配间隙应小于3mm。采用细颗粒过渡焊接角焊缝时

33、，考虑到熔深大的特点，其焊角尺寸K可以比焊条电弧焊时减少10%20%，见表2-1。因此，可以进一步提高气体保护焊的效率，减少材料的消耗。表2-7 不同板厚的焊角尺寸板厚mm焊接方法焊角尺寸mm6CO2气体保护焊5焊条电弧焊69CO2气体保护焊6焊条电弧焊712CO2气体保护焊7.5焊条电弧焊8.516CO2气体保护焊10焊条电弧焊112.2.2 焊前清理与装配定位CO2半自动焊时，对焊件与焊丝表面的清洁度要比电弧焊时严格，焊前应对焊件、焊丝表面的油、锈、水及污物进行仔细清理。定位焊可使用优质焊条进行手工电弧焊或者直接采用CO2半自动焊进行，定位焊的长度和间距，要根据板厚和焊件结构形式而定。一般

34、定位焊缝长度约为30250mm，间距以100300mm为宜。2.2.3引弧与熄弧在CO2半自动焊中，常用直接短路接触法引弧，引弧和熄弧比较频繁，操作不当时易产生焊接缺陷。由于CO2焊机的空载电压较低，引弧比较困难，往往造成焊丝成段爆断，所以引弧时要把焊丝长度调整好，焊丝与焊件保持23mm的距离。如果焊丝端部有球状头，应当剪掉。因为球状头的存在，等于加粗了焊丝直径，并且球头表面有一层氧化膜，对引弧不利。为了消除未焊透、气孔等引弧的缺陷，对接焊缝应采用引弧板，或在距焊缝端部24mm处引弧，然后再缓慢将电弧引向焊缝起始端，待焊缝金属熔合后，再以正常焊接速度前进。焊缝结尾熄弧时应填满弧坑。采用细丝短路

35、过渡焊时，其电弧长度短，弧坑较小，不需作专门处理。若采用粗丝大电流并使用长弧时，由于电流大，电弧吹力也大，熄弧过快会产生弧坑。因此在熄弧时要在弧坑处停留片刻，然后缓慢抬起焊枪，在熔池凝固前仍要继续送气。2.2.4左焊法和右焊法CO2半自动焊根据焊丝的运动方向有左焊法和右焊法。左焊法电弧对焊件有预热作用，熔深大，焊缝成形较美观，能清楚的掌握焊道方向，不易焊偏，一般CO2气体焊都采用左焊法。采用右焊法时，气体对熔池的保护效果好，由于电弧的吹力作用，把熔池的熔化金属推向后方，使焊缝成形饱满。但焊道方向不易掌控。图2-1 左焊法和右焊法第3章 钢结构焊接变形及控制3.1 焊接变形的种类在实际生产过程中

36、结构件的焊接变形主要有收缩变形、弯曲变形和扭曲变形。具体焊接件会出现哪种变形，与焊接件的结构、焊缝布置、焊接工艺及应力分布等因素有关。为有效控制钢结构焊件的不均匀膨胀和收缩而造成的焊接变形,就焊接变形的主要影响因素进行分析,提出相应的控制及矫正措施。3.1.1 收缩变形收缩变形是焊接变形的基本单元焊缝的冷却过程是焊缝由液态转化为固态的过程转化的过程中将产生焊接应力和焊缝体积缩小的现象从而导致焊后焊接件外形尺寸减小。收缩变形主要发生在简单结构的焊接件焊接中。由于焊缝少、焊缝的方向基本一致，使得各条焊缝收缩的方向一致，焊后仅出现收缩变形，使得焊件外形尺寸减小。3.1.2 弯曲变形弯曲变形是由多条焊

37、缝的内应力和收缩变形结合的最终结果。多发生在焊接件外形细长且横截面的上下尺寸相差较大或焊缝分布不对称，以及焊接次序不合理的焊接件的生产中。如工程机械的履带架、挖掘机斗杆的焊接，主要出现的是弯曲变形。3.1.2 扭曲变形扭曲变形是大型结构件焊接中最突出的焊接变形，由于大型结构件多数是框架式结构，焊缝布置不对称、板件尺寸不均匀、焊缝布置无规律。致使焊缝内应力的方向不一致、大小不均匀，焊件变形的位置与方向难以预测，最终呈现扭曲变形。如挖掘机的铲斗、摊铺机的熨平板，其焊后主要产生的是扭曲变形。3.2 焊接变形产生的原因焊接变形不仅影响产品的外观和使用。过大的变形量还会导致焊件的报废，而造成直接的经济损

38、失。这种现象在大型结构件的焊接中更为突出。要想有效地控制焊接变形前提是必须要找到焊接变形的原因所在，然后才能采取相应的控制方法。焊接变形的原因比较复杂，主要的有焊接应力影响、结构设计不合理、工艺制定不合理等因素。(1) 焊接应力：焊接应力是焊接变形的根源。每条焊缝都会产生一定大小和方向的焊接应力。焊缝结构越复杂，结构件焊接时产生的焊接应力大小、方向就越难以预测，焊接时易出现不均匀膨胀，焊缝冷却时呈现不均匀收缩从而产生复杂的焊接应力和焊接变形。(2) 结构设计不合理：结构件的设计不合理是焊接件焊接变形的一个主要原因。结构设计中焊缝数量多、焊缝截面大、焊缝位置不对称都会使焊接变形加大。(3) 工艺

39、制定不合理：焊接工艺的制定是焊接件特别是大型结构件生产的重点和难点。它不仅影响着产品的生产效率。更重要的是直接影响着产品的质量。焊接工艺中的很多环节都对焊接变形有着至关重要的影响。如焊接设备的选择、焊接参数的选定、焊接顺序的制定、工装夹具的选用等，在制定焊接工艺时都需要认真、仔细考虑，所以说制定一个好的焊接工艺不仅需要丰富的理论知识。还需要丰富的焊接生产经验。3.3 焊接变形的控制方法在实际生产中。大型结构件特别是工程机械中的大型结构件的结构和焊缝布置要比教科书和一些相关技术资料上所叙述的复杂得多。不同的焊接件由于外形、焊缝数量、布置及尺寸不一样，焊接变形的变形方式和变形量也不一样，采取的焊接

40、变形控制措施也各不相同。但是总的来说，对于大型结构件的焊接变形控制方法来说，除了在结构设计上要遵循焊缝数量尽量少、焊缝截面尽量小、焊缝位置要对称的三原则外，大多采用工艺参数法、工装模具法、反变形法或者三种方法综合运用来有效地控制大型结构件的焊接变形。3.3.1 工艺参数法焊接工艺参数法是减少焊接应力和控制焊接变形的常用方法，对控制焊接变形起着重要的作用。大型结构件焊接中注重工艺的布置和焊接参数的选用。具体包括以下几个方面：(1) 尽量采用较小热输入的焊接方法，如多层焊和CO2气体保护焊，焊接时可采用跳焊和分段焊法。(2) 选择合理的焊接顺序，尽量采用先内后外、从中间到两端、先短后长的对称焊接方

41、法，使工件受热均匀。(3) 不同的材质之间焊接时，可以采用焊前预热、焊后回火的方法消除焊接应力。(4) 根据不同的材质、板厚和焊接位置与焊缝类型，合理选用焊接工艺参数，尽可能将焊接电流控制在下限值，以减小热输入。3.3.2 工装模具法工装模具是大型结构件焊接中不可缺少的设备，它不仅能够提高生产效率、减轻工人的劳动强度，重要的是可以有效地控制焊接变形。在实际生产中，工装模具主要有以下3种：（1） 搭焊平台：大型结构件的焊接工艺，一般分为搭焊和焊接两步，搭焊是为了在焊接前固定各零件在工件中的位置采用片件间点焊的方式使工件形成一个牢固的框架结构由于框架结构承受焊接变形的能力远远强于平面结构这样就大大

42、提高了焊接件在焊接时抵抗变形的能力。为了有效确定搭焊时各个片件(零件)的位置，保证工件的主要尺寸精度和位置精度生产中多运用搭焊平台进行工件的整体搭焊。（2）焊接变位机：大型结构件的外形尺寸和其自身质量都比较大。在焊接时很难调整工件的位置。为了提高生产效率和焊缝质量，生产中常运用焊接变位机根据需要改变工件的空间位置。任意调整工件焊缝的位置。使焊缝处于最佳水平焊接状态，保证焊缝质量和焊接工艺性。（3）焊件夹具：大型结构件在搭焊和焊接时，工件和各片件(零件)在自身质量和焊接应力的作用下，很难保证位置固定不变，因此焊接件的各个片件(零件)除了用搭焊平台定位外。还需要有效地夹紧，以提高工件抵抗变形的能力

43、。因此大型结构件在生产中还需使用各种通用夹具(如C形夹)和专用夹具(如在焊接中保证铲斗斗底尺寸的专用撑杆)，保证焊接的精确性和可靠性。3.3.3 反变形法由于焊缝在冷却过程中的收缩，致使焊接后工件外形尺寸减小。为了弥补焊接中产生的收缩量，在大型结构件的生产中常采用反变形法。这种方法是在生产中预先制造一个变形，使得这个变形量与焊后发生的变形方向相反而变形量基本相等。焊接变形本身就是很复杂的课题。由于大型结构件的尺寸和自身质量大、焊缝分布复杂，控制大型结构件的焊接变形就更加困难，而且大型结构件的生产成本较高。只有降低产品的报废率，才能提高产品生产的经济性，因此控制大型结构件的焊接变形是十分重要的。

44、第4章 钢结构焊接施工工艺焊接是钢结构的主要连接方法，在建筑钢结构的建设中发挥了重要的作用。本章详细分析了高强钢焊接、低温焊接和厚钢板焊接的施工工艺。建筑钢结构具有自重轻、建设周期短、适应性强、外形丰富、维护方便等优点，其应用范围广泛。不同的焊接方法有不同的焊接工艺。焊接工艺主要根据被焊构件的材质、牌号、化学成分，焊件结构类型，焊接性能要求来确定。首先要确定焊接方法，如手弧焊、埋弧焊、熔化及气体保护焊等等，焊接方法的种类非常多，只能根据具体情况选择。确定焊接方法后，再制定焊接工艺参数，焊接工艺参数的种类各不相同，如手弧焊主要包括：焊条型号（或牌号）、直径、电流、电压、焊接电源种类、极性接法、焊

45、接层数、道数、检验方法等等。预热是防止低合金高强钢焊接氢致裂纹的有效措施，可以控制焊接冷却速度，减少或避免热影响产生，同时还可以降低焊接应力，并有助于氢的逸出。预热温度的确定与钢材材质、板厚、接头形式、环境温度、焊接材料的含氢量以及拘束度都有关系。根据母材性能结合以往一些工程的施工经验，对于Q345钢材，4060mm的板厚，预热温度80100左右；6080mm的板厚，预热温度为120。预热主要采用电加热和氧-乙炔火焰加热方法，预热范围为坡口及坡口两侧不小于板厚的1.5倍宽度，且不小于100mm。测温点应距焊接点各方向上不小于焊件的最大厚度值，但不得小于75mm处。4.1高强钢焊接施工工艺4.1.1 焊材选配原则(1) 强匹配。强节点弱杆件：焊接材料熔敷金属的强度、塑性、冲击韧性高于母材标准规定的最低值。焊接接头(焊缝及热影响区)各项性能全面要求达到母材标准规定的最低值。(2) 兼顾焊缝塑性。厚板焊接时按厚度效应后的强度选配焊材，节点拘束度大时可在1/4板厚以下配用低强焊材。(3) 满足冲击韧性要求。必须重点选择焊材的韧性，使焊缝及热影响区韧性达到钢材的标准要求。4.1.2 高强钢焊接性评价方法(1) 碳当量计算评定法。(2) 热影响区最高硬度试验评定法。(3) 插销试验临界断裂应力评定法。4.1.3 最低预热温度确定方法(