碳素钢厚板真空电子束焊接工艺研究 毕业论文

毕业设计（论文）(2012届)题 目： 碳素钢厚板真空电子束焊接工艺研究 所 属 系： 机械工程技术系 班 级： 焊接0913班 学 生 姓 名： 学 号： 2009553106 同 组 成 员： 指 导 教 师： 摘要：真空电子束焊接碳素钢时，具有焊缝化学成分纯净，穿透能力强，焊接接头强度高、质量好；所需线能量小，而焊接速度高，因此焊接的热影响区小、焊接变形小；可防止熔化金属受氧化等优点。 本次研究针对碳素钢厚板真空电子束的焊接工艺进行探讨和研究，针对碳素钢的应用情况，分析碳素钢的焊接性，通过对焊接接头的质量分析，正确编制真空电子束焊接工艺，能够正确操作真空电子束焊接设备进行焊接，通过分析焊接接头质量得出相关的数据，通过焊接试验不断修正焊接工艺参数，从而提高改善焊接接头的质量，得出碳素钢厚板最佳的焊接工艺参数，整理有关数据给出结论，这样对于提高碳素钢厚板真空电子束焊接质量具有重要的意义。关键词：真空电子束焊接 碳素钢 焊接工艺Abstract：The vacuum electron beam welding of carbon steel, has a chemical composition of weld pure, strong penetrating ability, the strength of welded joint of high, good quality; required line energy is small, and high welding speed, so the welding heat affected zone of small, small welding deformation; can prevent the molten metal from oxidation etc.The study on carbon steel plate of vacuum electron beam welding process carries on the discussion and the research, the application of carbon steel, carbon steel welding, the welding quality analysis, correct preparation of vacuum electron beam welding, can correct operation of vacuum electron beam welding equipment for welding, through the analysis of the quality of welding joint obtains the related data, the welding test and constantly revised welding parameters, thus improve the quality of welding joint, the carbon steel plate the optimal welding parameters, collation of relevant data the conclusions are given, so that to improve the vacuum electron beam welding of carbon steel plate quality has important significance.Key words: Vacuum electron beam welding of carbon Steel welding Welding process目 录1前言42真空电子束焊接技术52.1真空电子束焊接技术的工作原理52.2真空电子束焊接技术的特点62.3真空电子束焊接工艺62.3.1真空电子束焊接工艺简介62.3.2影响焊缝成形的因素62.3.3常见的焊接缺陷产生的原因及其防止措施92.3.4真空电子束焊接工艺参数的选择102.4真空电子束焊接技术的应用前景103碳素钢材料介绍113.1碳素钢的焊接性113.2碳素钢的分类及其焊接113.2.1低碳钢的焊接113.2.2中碳钢的焊接123.2.3高碳钢的焊接134碳素钢厚板真空电子束焊接144.1编制碳素钢厚板真空电子束焊接工艺144.2进行碳钢厚板真空电子束焊接操作164.3碳素钢厚板真空电子束焊接接头质量的研究164.3.1低碳钢厚板真空电子束焊接接头的质量研究164.3.2中、高碳素钢厚板真空电子束焊接接头的质量研究164.4分析影响焊接接头产生质量缺陷的原因并采取减少焊接接头质量缺陷的措施175结论176参考文献187致谢181前言 碳素钢的焊接性与碳当量有关，碳当量越大则焊接性越差。低碳钢厚板焊接时，它的含量及其它合金元素较少，所以焊接性能良好，焊接时一般不需要采取特殊的工艺措施，只要正确的选择焊接工艺，就能获得良好的焊接接头。但是在低温情况下焊接时，由于焊件冷却时间较快，焊接时会产生冷裂纹等缺陷。中、高碳钢厚板焊接时，由于它的含碳量较高，焊缝则容易产生气孔和热裂纹；近缝区淬火倾向大，易形成冷裂纹。还有就是厚板焊接时极易产生内应力等缺陷。本文的研究对象是碳素钢厚板真空电子束焊接。真空电子束焊接是利用定向高速运动的电子束流撞击工件是动能转化为热能而使工件真空电子束焊接已广泛用于汽车、航空、航天、核工业等行业，现已发展到石油、化工、机械仪表仪器、精密加工等行业。碳素钢是近代工业中使用最早、用量最大的基本材料。目前碳素钢的产量在各国钢的总产量的比重约为80%，它不仅广泛应用于建筑、桥梁、铁道车辆船舶等各种机械制造，而且在近代的石油化学工业、海洋开发等方面，也得到大量使用。2真空电子束焊接技术2.1真空电子束焊接技术的工作原理真空电子束焊是利用空间定向高速运动的电子束撞击工件表面后，将部分动能转化成热能，使被焊金属熔化、冷凝、结晶而形成焊缝，作为组成物质的基本粒子，电子是一个传导能量的极好的介质。当电子受到阻挡减速后，电子以热能的方式精确的在作用点释放能量。而周围的材料依然保持原来的冷状态。由于具有深度熔化的效应，所以能够加工出非常窄非常深的焊缝。电子束可以很容易的进行偏转，因此能够对其进行精确的控制。其原理示意见图1如下：图1 电子束焊接原理示意图。2.2真空电子束焊接技术的特点（1）在真空中进行焊接，金属不会氧化氮化。且无金属电极沾污，所以能保证焊缝金属的高纯度。表面平滑洁净，没有弧坑或其他表面缺陷。焊缝内部融合的好，无气孔夹渣。（2）热源。2.3.1真空电子束焊接工艺简介焊接工艺是指焊接过程中的一整套工艺程序及其技术规定。其中包括焊接方法、焊前准备加工、装配、焊接材料、焊接设备、焊接顺序焊接工艺参数以及焊后热处理等一系列技术规定。（1）真空电子束厚板的焊接8C型电子束焊机，推荐最大熔深为20mm，焊缝的深度比可以达到10:1。电子束的焦点位置对熔深影响很大，在给定的电子束功率下，将电子束焦点调节在工件表面以下、熔深的.2.3.2影响焊缝成形的因素.2.3.4真空电子束焊接工艺参数的选择电子束焊接过程中选择焊接参数是一个相当重要的问题。工艺参数的选择直接关系到焊接质量的好坏。电子束焊接工艺参数主要有电子束电流、加速电压、焊接速度、聚焦电流和工作距离。电子束焊接时线能量的计算公式为：J=60UbIb/v式中：J-线能量（J/cm）；Ub-加速电压(V)；Ib-电子束电流（A）；v-焊接速度（cm/min）。利用此关系，对被焊的材料和厚度初步选定焊接工艺参数，经实验修正后方可作为实际使用的焊接工艺参数。2.4真空电子束焊接技术的应用前景（1）在大批生产中将有较大的发展。例如：在汽车工业中，采用电子束焊接技术焊接汽车的齿轮和后桥，可以提高功效、降低成本、减轻零件的质量。.3碳素钢材料介绍3.1碳素钢的焊接性碳素钢的焊接性随含碳量增加而恶化，因而含碳量较高的钢从焊接温度快速冷却下容易被淬硬。被淬硬的焊缝和热影响区因其塑性下降，在焊接应力容易产生裂纹。碳素钢被淬硬主要是在马氏体组织形成而引起，马氏体的数量受冷却速度影响，非常快的冷却速度可以产生100%的马氏体，从而可达到最高硬度。因此，焊接含碳较高的碳素钢时，就应该注意减缓冷却速度，使马氏体的数量减至最少。如高碳钢，除了防止因这些因为应力所引起的裂纹外，还要特别注意防止因淬硬引起的裂纹。3.2碳素钢的分类及其焊接碳素钢可分为低碳钢、中碳钢、高碳钢三类。3.2.1低碳钢的焊接低碳钢又称软钢, 含碳量从0.10%至0.30%低碳钢易于接受各种加工如锻造, 焊接和切削, 常用於制造链条, 铆钉, 螺栓, 轴等。（1）低碳钢的焊接性1）可装配成各种接头形式，适应各种不同位置的焊接，且焊接工艺和技术较简单，容易掌握。2）塑性好，焊接接头产生裂纹的倾向小，适合制造各种大型结构和受压容器。3）不需要使用特殊的和复杂的工艺设备，对焊接电源和焊接材料没有特殊要求，交直流焊机、酸碱性焊条和焊剂都可以使用。（2）低碳钢的焊接工艺要点为确保低碳钢的焊接质量，在焊接工艺方面须注意：1）焊前清除焊件表面铁锈、油污、水分等杂志，焊接材料焊前烘干。2）角焊缝、对接多层焊的第一层焊缝以及单道焊缝避免采用窄而深的破口形式，以防止出现裂纹、未焊透或夹渣等焊接缺陷。3）焊接钢性大的构件时，为了防止产生裂纹，宜采用焊前预热和焊后消除应力的措施。4）在环境温度低于-10以下时焊接低碳钢结构时接头冷却快，为了防止产生裂纹，应采取以下的减缓冷却措施：焊前预热，焊时保持层间温度；采用低氢型或超低氢型焊接材料；点固焊时须加大焊接电流，适当加大点固焊的焊缝截面和长度，必要时焊前也必须预热；整条焊缝。4碳素钢厚板真空电子束焊接4.1编制碳素钢厚板真空电子束焊接工艺编制碳素钢厚板300*100*30mm试板的真空电子束焊接工艺主要包括了：选用的焊接设备、焊前准备、接头设计、焊接工艺参数、获得深熔深的工艺方法、电子束焊接头组织。（1）焊前准备。（2）接头设计电子束焊接的接头形式有对接、角接、搭接和卷边焊。本次采用的接头形式是对接接头。对接接头的准备最简单，适于部分或全熔透焊，只需装配加紧即可。（3）编制焊接工艺参数。4.2进行碳钢厚板真空电子束焊接操作（1）启动在真空室内的工件安装就绪后，关闭真空室门，然后接通冷却水，闭合总电源开关。按真空系统的操作程序启动机械泵和扩散泵，待真空室内的真空度达到预定值时，便可进。4.3.1低碳钢厚板真空电子束焊接接头的质量研究低碳钢采用电子束焊接是毫无困难的，而且输入的线能量较小，加热和冷却速度极快，所以焊缝和热影响区的晶粒比采用电弧焊等其他焊接方法要小得多。电子束焊接沸腾钢时会产生较多的气体，可以调整焊接规范使焊缝窄一些，减少焊缝的生成，还可以尽可能降低焊接速度，一边有较长的时间，让气体融化了焊缝金属中溢出来。半沸腾钢比沸腾钢可焊性好些，但也会有一些气体保留在下来而形成气孔。全镇静钢是最好焊接的。低碳。5结论本文就是以碳素钢厚板真空电子束焊接工艺作为研究对象，根据焊接工艺来进行试板焊接实验，实验结果是：低碳钢厚板焊接的时侯，由于它的含量及其它合金元素较少，所以焊接性能良好，焊接时不需要采取特殊的工艺措施，只要正确的选择焊接工艺，就获得了良好的焊接接头。中、高碳钢厚板焊接的时侯，可能是它的含碳量较高，焊缝则产生气孔和热裂纹；近缝区淬火倾向较大，则形成了冷裂纹，还有就是厚板焊接时产生内应力等缺陷。 由此可见，在真空电子束焊接碳素钢厚板时，碳素钢。 6参考文献1 李亚江. 特种焊接技术及应用M.北京： 化学工业出版社,2004. 2 张连生. 金属材料焊接M.北京：机械工业出版社，2004. 3 李荣雪. 金属材料焊接工艺M.北京：机械工业出版社，2008.4 王洪光. 特种焊接技术M.北京：化学工业出版社，2009.5 姜泽东. 先进焊接方法技术M. 常州工程职业技术学院，2009.6 陈芙蓉，霍立兴，张玉凤. 电子束焊接技术在工业中的应用与发展J.天津2002第2期.7 史维琴. 标准与综合化实训.常州工程职业技术学院，2006.8 英若采. 熔焊原理及金属材料焊接.第2版M .北京：机械工业出版社，2000.9 雷世明. 焊接方法与设备M.北京：机械工业出版社，1998.10 焊接手册（第2卷）材料的焊接.中国机械工程学会焊接学会编. 北京：机械工业出版社，2004. 7致谢在老师的精心指导下完成了本次毕业设计，他丰富的专业知识、博爱的胸怀、谦逊的品质和严谨细致、一丝不苟的作风是我工作、学习中的榜样；他循循善诱的教导和不拘一格的思路给予我无尽的启迪。通过这短短一个。9- -