摘 要

本课题主要研究工艺参数对二氧化碳单面焊成形的影响，经研究统计发现，可能对成形产生较大影响的工艺参数有:焊接电流、坡口间隙、电弧电压、焊接速度、坡口角度、钝边高度、陶质衬垫等,而本课题主要研究的是焊接电流、坡口间隙对二氧化碳单面焊焊缝成形的影响。

本课题通过实验发现在电弧电压U=24.3V，气体流量为15L/min，坡口角度为55°~60°，焊丝直径Φ=1.2mm，并在使用陶瓷衬垫的条件下,较合适的焊接电流为200~240A，较合适的坡口间隙为C=7mm。但如果考虑到工业上的生产效率问题，那么在保证良好焊接质量的条件下，焊接电流稍大一些，则生产效率更高，更符合实际生产要求。即在生产生活中，上述条件下，最合适的焊接电流范围为220~240A，最合适的坡口间隙为C=7mm。

关键词：单面焊；工艺参数；陶瓷衬垫，焊缝成形

Abstract

This subject mainly studies the process parameters influence on CO₂ one-sided welding forming, the statistical study found that may result is greatly affected by the process parameters are: welding current, arc voltage, welding speed, groove angle, groove gap, blunt edge height, ceramic backing, and the main content of this paper is to study the welding current, gap groove for CO₂ one side welding molding effect on forming.

Through experiments found that this topic when the arc voltage U=24.3V, gas flow 15L/min, groove angle for 55 to 60 degrees, wire diameter and under the conditions for use of ceramic backing, good welding current and groove gap 200~240A, C=7mm. But if considering the industrial production efficiency, when guarantee the good quality of welding conditions, welding current is larger, higher productivity, more in line with the actual. Namely in production and life, under the above conditions, the best welding current range for 220~240A. The best groove gap C=7mm.

Keywords: single side welding; process parameter; ceramic backing;weld formation

目 录

摘 要 I

Abstract II

第1章 绪 论 1

1.1研究背景 1

1.2低碳钢的焊接性 1

1.3 CO₂单面焊双面成形的特点 2

1.4 CO₂单面焊双面成形的影响因素 2

1.4.1焊接电流对CO₂单面焊双面成形的影响 2

1.4.2坡口间隙对CO₂单面焊双面成形的影响 2

1.4.3其它条件对CO₂单面焊双面成形的影响 2

1.5本课题研究的内容 3

第2章 实验材料与方法 4

2.1实验材料 4

2.1.1母材 4

2.1.2焊丝 4

2.2实验设备 4

2.2.1半自动CO₂焊机 4

2.2.2数控等离子切割机 4

2.2.3角向砂轮机 4

2.2.4焊接检验尺 4

2.3实验工艺 6

2.3.1实验目的 6

2.3.1实验方案 6

2.3.1实验过程 7

2.4焊缝测量观察 9

第3章 实验结果与分析 10

3.1 实验结果 10

3.2 对各焊接线能量的计算 13

3.3 焊接电流对焊缝成形的影响 14

3.4 坡口间隙对焊缝成形的影响 14

3.5 焊接线能量对焊缝成形的影响 15

第4章 结论与展望 16

4.1实验结论 16

4.2实验中存在的问题与展望 16

参考文献 18

致 谢 19

第1章 绪 论

1.1研究背景

CO₂气体保护电弧焊（简称CO₂焊）是一种先进的焊接方法，它还拥有一系列的优点：焊接质量良好、生产效率高、成本低、抗锈能力强、节约资源，并且容易实现过程自动化、适用范围广等。近年来，CO₂焊在国内外的焊接领域内发展较为快速，实际生产过程中的应用率日渐提高，已经成为了一种重要的弧焊方法^［1］。

但CO₂焊也存在着一些问题与缺点：与手弧焊和埋弧焊相比，焊接时飞溅较大，焊缝成形不够美观等。而与手弧焊相比，CO₂焊的焊接设备也更为复杂，需要工作人员拥有较高的设备维护能力；弧光较强，焊接时需要注意劳动保护；抗风能力差，给室外及其它有风条件下的作业带来困难。但上述缺点在日益发展的技术水平下得到很大的改进，但是其优点却是其它熔焊方法所不及的，所以二氧化碳焊接技术在当前被认为是一种低成本、高效率、节约能源的焊接方法。在部分发达国家中，二氧化碳焊接在整个焊接生产中占有60%以上的比例。

CO₂焊，目前已广泛应用于机车、汽车和车辆制造、石油化工机械、航空航天、造船、农机和动力机械等行业中。它可以焊接的工件厚度范围比较宽，从0.5mm到150mm不等^［2］。

而本课题主要研究的是工艺参数对CO₂单面焊的影响。经研究统计发现，可能对成形产生较大影响的工艺参数有:焊接电流、电弧电压、焊接速度、坡口角度、坡口间隙、钝边高度、气体流量、电源极性、焊接手法、焊丝直径、陶质衬垫等。而本课题主要研究的是：在电弧电压U=25V，气体流量为15L/min，坡口角度为55°~60°，焊丝直径为1.2mm并在使用陶瓷衬垫的条件下，焊接电流、坡口间隙对二氧化碳单面焊焊缝成形的影响 ^{［3］［4］}。

而经查阅^［5］，已经有相关研究工作者研发了CO₂单面焊陶制不锈钢焊接衬垫。采用该衬垫进行不锈钢结构单面焊有大量的优点：技术可靠、焊缝质量好、焊接效率高、经济效益好，并且这种焊接方式已经应用到实船制造中。也有研究工作者研究了细丝CO₂单面焊双面成形的相关工作^［6］，该课题主要研究了焊丝直径Φ=1.0mm和Φ=1.6mm时的CO₂单面焊双面成形。

1.2低碳钢的焊接性

Q235普通碳素结构钢又称为A3板。 由于低碳钢的含碳量较低，硅、锰成分的含量也比较少，所以在一般的情况下，不会因为焊接而产生严重的淬火组织或者硬化组织。低碳钢焊后的接头塑性和冲击韧度都比较好，焊接的时候，一般不需要进行预热、控制层间温度或后热等工艺，而且焊后也不需要采用热处理改善组织，在整个焊接过程中不需要采用特殊的工艺措施，并且焊接性能优良，也非常容易获得，价格便宜^［7］，所以在本实验中采用低碳钢做为实验材料。

1.3 CO₂单面焊双面成形的特点

单面焊双面成形是将传统的双面焊接工艺转变为只从单面焊接的工艺。它高效、节能，往往还可以有效地保证焊接质量，并且还能够降低生产成本，提高生产效率。为了保证焊缝背面成形，CO₂单面焊往往采用辅助工具来强制成形，比如说衬垫，而陶瓷衬垫是目前应用最为广泛的CO₂单面焊衬垫材料^{［8］［9］}。合理使用CO₂单面焊接工艺和优秀的焊接操作，往往会产生良好的背面焊缝成形，从而获得良好的焊接质量。

1.4 CO₂单面焊双面成形的影响因素

合理的选择焊接工艺参数是保证产品质量、提高生产效率的重要条件之一。而CO₂单面焊的工艺参数主要包括：焊丝直径、焊接电流、弧焊电压、坡口间隙、钝边高度、气体流量、电源极性、焊接手法、焊接速度、焊枪倾角等。而本课题主要研究的是坡口间隙和焊接电流这两种工艺参数对CO₂单面焊的影响。

1.4.1焊接电流对CO₂单面焊双面成形的影响

选择合适的焊接电流，主要依据焊丝直径，其次，应该根据工件厚度、坡口形式等条件来决定。