手工焊指导书

第二部分：手工电弧焊

一

Q235A板焊接分析报告

一、 焊接任务

用手工电弧焊焊接厚度为5mm的Q235A板材的对接焊缝，焊缝长度不小于100mm。

二、 Q235A的可焊性

评价一种钢材的可焊性，并非仅仅由含碳量决定，而是由碳当量Cequ决定。《建筑钢结构焊接规程》(JGJ81—91)给出的表达式为：Cequ=C+ Mn／6+ (Cr+ Mo+ V)／5+ (Ni+Cu)／15(1)，式中，C、Mn、Cr、Mo、v、Ni、Cu分别为碳、锰、铬、钼、钒、铜的含量． 。当碳当量Cequ<0．4％时。焊接性优良；当碳当量Cequ=0．4 ～ 0。6 时，焊接时要采取一些工艺措施，如预热，缓冷等；当碳当量Cequ>0．6 时，要采取更高的预热温度和严格的工艺措施。《建筑钢结构焊接规程》(JGJ81—91)则规定碳当量Cequ应不大于0．45 。目前我国生产的符合标准的Q235-A，其碳当量不会超过0．45 ，其可焊性是有保证的，是可以用于焊接结构的。Q235A的化学成分如下表: 牌号 C Mn Si S P Q235A 0.14-0.22 0.30~0.65 ≤0.30 ≤0.05 ≤0.05 三、 焊接工艺 1. 焊条选择

根据焊接的材料为Q235A，为了满足其强度与焊接的要求，选择的焊条型号为E4313。E4313焊条是一种高钛钾型焊条，适宜各种位置的焊接，焊接电流可采用交流或者直流正反接。根据实验室的设备情况，可以采用交流弧焊机BX1-300和可控硅整流弧焊机ZX5-400，直流焊接时应采用直流反接的接法，因为直流反接可以增加母材的熔化量，提高电弧的稳定性，减少焊缝中的含氢量，得到的焊缝质量更好。

2. 焊条直径的选择

焊条直径选择主要考虑工件厚度、接头形式、施焊方法等。本焊接工艺采用对接接头平焊的焊接方法，工件的厚度为5mm，根据相关资料可查出焊条的直径为3.2mm。

3. 焊接电流强度的选择

焊接电流大，生产率高，在允许的情况下尽量选用大电流，但过高的电流强度会造成工件烧穿、焊条发热发红、药皮脱落、焊缝成形变坏、咬边和焊接区晶粒长大等缺陷。焊接电流过小会产生未焊透、夹渣等缺陷。根据焊接位置、施焊方法和焊条直径等要素，查表可选电流范围为100～130A。

4. 焊条电压的选择

焊条型号选定后对于固定的焊件，电弧电压高低取决于焊接电弧长度，所以电弧电压的选择，就是指弧长的控制。弧长大于焊条直径的称长弧焊，弧长小于焊条直径的称短弧焊。电弧电压增大，焊缝宽度增加，熔深减小，电弧稳定性变差，飞溅增大，所以在一般情况下，尽量采用短弧焊。常用的电弧电压在18～26V之间。

5. 焊接速度的选择

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焊接速度是指焊条在焊缝轴线方向的移动速度，它影响焊缝成形、焊缝区的金属组织和生产率。焊速的大小应根据焊缝所需的线能量E(J/cm)、焊接电流I（A）和焊接电压U(V)综合考虑确定。焊接速度V(cm/min)与E、I、U的关系为错误！未找到引用源。(cm/min)。对于5mm厚的钢板平对焊，选用直径3.2mm、焊接电流100～130A，焊接电压18～26V，根据板厚及工件结构形式，线能量取13714～15300J/cm时焊接速度应为8～15 cm/min.焊接速度与电弧电压一般不做具体硬性数值规定，焊工可以根据焊缝成形等因素较灵活的掌握。

焊接工艺参数如下表：

焊缝焊缝断面形焊条直焊条型焊接电流 焊接电焊接速度 空间 式 径 号 （A） 压 （cm/min） 位置 （mm） （V） 平对 焊3.2 E4313 100～130 18～26 8～15 缝 四、 工艺要求 1. 备料工艺

在给定的钢板上划线以确定要切割的轮廓，采用高速旋转的砂轮以锯切的方式切割下料。如果切得的坯料出现不平整变形的情况，由于板厚不大，可采用锤子进行人工校正。由于焊接的焊材厚度只有5mm，可以不加工坡口，采用I型坡口，两板之间的距离根据板厚可查表取0～3.5mm。坯料在焊接前还要进行表面清理，这里采用机械清理法进行清理，可用钢丝刷或者砂纸对焊缝周围进行清理，以清除金属表面的污、锈和氧化物。由于E4313是酸性焊条，在一般情况下可以不烘干，但焊接重要结构时应经150～200℃烘干，保温1～2h。根据具体实验条件与目的，这里焊条可不烘干。

2. 装配工艺

由于要求的焊接较简单，装配主要是保证两块坯料之间的距离满足要求，通常是使用通用工夹具使焊件定位，以保证得到平整的焊缝。为了使装配更加精确，在焊前可采用定位焊，定位焊使用的焊条与正是焊接相同，按正式焊缝的工艺条件施焊。对于100mm的焊缝，可在焊缝的两端分别焊一条长约10mm的定位焊缝。装配后的位置偏差(两块坯料同一侧平面的垂直距离)应不超过1mm。

3. 焊前预热与焊后热处理

由于所要焊接的钢板的材料可焊性好、焊接结构的刚性小、焊接的板厚小且焊件不是处在低温条件下，则不需要焊前预热与焊后热处理。

（4）焊接工艺卡如下

表3 焊接工艺卡片

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4.焊前预热和焊后热处理

由于所要焊接的钢板的材料可焊性好、焊接结构的刚性小、焊接的板厚小且焊件不是处在低温条件下，则不需要焊前预热与焊后热处理。 三、焊接过程和结果分析

1. 实验仪器及药品：可控硅整流弧焊机ZX5-400砂轮机，手工锯，锉刀，砂纸（粒度02,03,05,07,14），，金相显微镜，酒精，腐蚀液，点吹干机 2.实验步骤 1）取样：

2）清理：先用钳子夹着试样将其切口的毛刺去掉，再用锉刀把焊缝处两侧锈蚀磨去，防止焊接时形成焊缝夹杂，影响焊缝质量。

3)焊接：将两块试样平放到平台上，用两个重铁块将其压住。上下对齐，装配间隙为2mm。 先在焊缝的两端点进行点固焊，再进行满焊。并使其熔深达到板厚的2/3，焊缝宽度5～8mm， 余高小于1.5mm。稍作冷却，将试样反转180°，再进行反面满焊接。焊接时所运用的运条方法为直线形。在正面焊接焊缝时，运条速度慢些，以获得较大的熔深和宽度；焊反面封底 焊缝时，则运条速度要稍快些，以获得较小的焊缝宽度。焊后试样如下图。

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图1 焊后试样形状

4）制作试样：完成焊接后，待其冷却到室温，对焊缝表面的焊渣除进行打磨清理，最后使焊缝平整美观，用砂轮机将试样锯成两半，再将小块的试样用夹具加持住，用手工据将小块试样的边余部分切除掉以便于磨金相。其中一个试样的尺寸为30mm×15mm×5mm。磨完试样后，用不同粒度的砂纸，先大粒度再小粒度打磨，最后用抛光机

抛光，直至焊缝截面无划痕，光亮，整洁如镜面，然后先用酒精擦洗，吹干后用腐蚀液腐蚀，然后用酒精擦拭，吹干，制样完毕。试样形状如下图。

图2 用于金相的试样

上图中ａ部分为焊缝熔合区，ｂ部分为焊接热影响区，ｃ部分为母材区。

5）金相观察

将制备好的试样放在金相显微镜下观察焊缝即热影响区组织，并拍照记录。

(a) （b）

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(a)

(b)

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（c） （d）

图4 焊缝金相图

上图是试样经服饰后再金相显微镜下放大100倍后不同区域的组织。Q235属于低碳钢，淬火倾向很小，属于不易淬火钢。 图（a）的组织属于过热区。组合特征是晶粒粗大

图（b）的组织属于相变重结晶区。组织特征是晶粒很细。 图（c）的组织属于不完全重结晶区。

四．结 论

1）Q235A作为低碳钢，其焊接性还是很好的。焊前无需预热，焊后无后热处理。 2）热影响区对焊缝质量影响很大，热影响区中的相变重结晶区晶粒较细，综合性能较好，过热区和不完全不重结晶区晶粒粗大，韧性差，是焊接接头的薄弱地带。

3）手工电弧焊焊缝的表面外观受焊工技术影响大。

五、参考文献

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[2]赵异萍，戴柏林，孙明山，Q235钢CO2气体保护焊与手工电弧焊的工艺对比，太原重型机械学院学报，1997.6

[3]王红，钢轨与Q235A钢的焊接工艺，应用广角Welding Applications, 2010.7 [4]江开平，ZG34CrMo与Q235A的焊接工艺研究，金属加工，2009.1 [5]邹增大，焊接材料、工艺及设备手册，化学工业出版社，2001.3 [6]王国卫，钢结构焊接制造，化学工业出版社，2004.1 [7]李静，碳钢与无磁钢焊接工艺设计，变压器，2002.1

[8]宁欣、聂福全，大型板类结构件组焊工艺性分析探讨，金属加工，2009.6

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