1、 毕 业 论 文 铸铁件焊缝设计 系（部）： 专 业： 目录 毕业论文开题报告 .2 毕业论文任务书 .3 摘要 .4 引言 .5 第一章焊接的发展史 .6 1.1 焊接的发展史 .6 1.2 焊接 的发展前景 .7 1.2.1 国内外概况 .7 1.2.2 产品情况 .8 第二章灰口铸铁的焊缝设计 .9 2.1 铸 铁 焊 接 存 在 的 问题 .9 2.1.1 焊后产生白口组织 .9 2.1.2 焊接接头出现裂纹 .9 2.2 灰口铸铁的化学成分及力学性能 .10 2.2.1 灰口铸铁的化学成分 .10 2.2.2 灰口铸铁的力学性能 .10 2.3 常用铸铁件的焊接方法 .10 2.3.
2、1 热焊法 .11 2.3.2 冷焊法 .11 2.3.3 加热减应焊法 .12 2.4 接头形式的选择及坡口的选择 .13 2.4.1 焊缝的布置工艺设计原则 .13 2.4.2 接头形式的选择 .15 2.4.3 坡口的选择 .16 第三章焊后检验 .18 3.1 焊缝外观及尺寸的检验 .18 3.2 致密性检验 .18 3.3 无损探伤 .18 3.3.1 磁粉探伤的基本原理 .18 3.3.2 漏磁场的强度主要取决磁化场的强度和缺陷对于磁化场垂直截面的影响程度 .19 3.3.3 磁粉探伤的一般程序 .19 3.3.4 磁愤探伤的验收标准 .20 结论 .21 致谢 .22 参考文献
3、.23 毕业论文开题报告 学生姓名 专业班级 指导老师 论文题目 灰口铸铁 的焊缝设计 研 究 的 目 标 、 内 容 及 方 法 研究目标： 1、 掌握灰口铸铁组织成分及力学性 2、 掌握灰口铸铁焊件焊接工艺参数的选择 3、 了解焊件焊后质量检验 内 容： 1、 焊接工艺发展的前景及历史 2、 灰口铸铁焊件的焊缝设计 3、 焊后焊接质量的检测 方 法：利用所学的知识及实践经验设计有关铸铁焊件的焊缝设计。 分 阶 段 完 成 的 工 作 1、 xxx 年 x 月 xx 日 xxx 年 x 月 xx 日确定毕业论文的选题，收集资料，完成论文的任务书和开题报告； 2、 xxx 年 x 月 xx 日
4、 xxx 年 x 月 xx 日撰 写论文，完成第一稿，并交指导老师； 3、 xxx 年 x 月 xx 日 xxx 年 x 月 xx 日指导教师阅改论文； 4、 xxx 年 x 月 xx 日 xxx 年 x 月 xx 日修改论文，完成第二稿，并交指导教师； 5、 xxx 年 x 月 xx 日 xxx 年 x 月 xx 日指导教师阅改论文； 6、 xxx 年 x 月 xx 日 xxx 年 x 月 xx 日修改论文，完成第三稿，并交指导教师； 7、 xxx 年 x 月 xx 日 xxx 年 x 月 xx 日指导教师阅改论文，确定是否可以参加论文答辩； 8、 xxx 年 x 月 xx 日 xxx 年
5、x 月 xx 日毕业论文答辩，评定论文成绩，评出优秀论文。 指 导 教 师 意 见 系（部） 主 任意见 毕业论文任务书 学生姓名 指导教师 职称 系别 专业 班级 任务与要求 一、任务 铸铁件焊缝设计 二、论文要求 1 选题要在灰口铸铁的焊缝设计范围内； 2 主题要鲜明，观点要正确，文句要通顺； 3 论文贵在创新，要尽可能写出特色； 4 论文规格按学院论文指导的要求执行，论文字数一般不少于 5000； 5 在指导教师指导下于 xxx 年 x 月 x 日之前完稿； 6 要遵守科研道德规范，不得抄袭； 三、论文写作要求： 1 在初步选题时，就要完成基 本资料的收集、整理工作，为形成明确合适 的选
6、题打好基础； 2 在做开题报告前，就应明确主题，有个大纲，必备的文献资料要准备好； 3 要利用在校实训的良好时机，积累第一手资料，进行必要提炼，并充实 到论文中去。 四、论文进度安排： xxx-xxx；确定题目，收集资料。完成任务书和开题报告。 xxx-xxx；撰写论文，完成第一稿，并交指导老师。 xxx-xxx；指导老师阅改论文。 xxx-xxx；修改论文完成第二稿并交指导老师。 xxx-xxx；指导老师阅改论文。 xxx-xxx；修改论文完成第三稿并交指导老 师。 xxx-xxx；指导老师阅改论文，确定是否可参加答辩。 xxx-xxx；毕业论文答辩评定。 日期 xxx 年 x 月 xx 日
7、 【摘要】 :灰口铸铁是第一阶段石墨化过程充分进行而得到的铸铁，全部或大部分碳以片状石墨形态存在，断口呈灰暗色，因此得名，它包括一般灰口铸铁 (简称灰铸铁 )、孕育铸铁、稀土 灰口铸铁 等。 灰铸铁有一定的强度，但塑性和韧性很低，这种性能特点与石墨本身的性能及其在铸铁组织中的存在形态有关。在焊接过程中，由于焊件厚度，结构形状以及对质量要求的不同，其接头型式，焊接检验方法也不同。接头形 式应根据结构形状，强度要求，工件厚度，焊后变形大小，焊条消耗量，坡口加工难易程度，焊接方法等因素综合考虑决定。 【关键词】 : 灰口铸铁 焊缝设计 焊接检验 引言 近年来，随着国民经济的飞速发展，我国重型机械金属
8、结构制造业取得了令人瞩目的成就。我国不仅是世界钢材消耗大国，也是世界机械制造业大国。据国际钢铁协会（ IISI）统计， 2004 年世界钢产量首次达到 10.3 亿 t，用钢量为 9.35亿 t。我国 2015 年钢产量为 2.72 亿 t，约占全球钢产量的 26%，全年用钢量为3.12 亿 t，占全球钢产量的 33%，其 中 1.6 亿 t 应用于焊接结构，约占用钢量的51%左右。 根据有关调查，在 1.6 亿 t 焊接结构用钢中，机械制造业金属结构用钢量约占用钢量的 45%，钢铁工业的快速发展，给我国焊接行业，尤其是重型机械金属结构行业焊接技术的可持续发展创造了很大的发展空间。进入 21
9、世纪，我国重型机械行业面临新的挑战和机遇，应彻底改善耗能大、耗材高、效率低、工作环境差和自动化程度低的传统焊接产业，促进焊接技术与产业向着优质、高效、节能、低成本、环境友好方面和自动化方向发展，努力将相对人力资源优势转化为科技竞争优势，促进企业进步和产业升级。 第一章 焊接的发展史 1.1 焊接的发展史 焊接技术是随着金属的应用而出现的，古代的焊接方法主要是铸焊、钎焊和锻焊。中国商朝制造的铁刃铜钺，就是铁与铜的铸焊件，其表面铜与铁的熔合线婉蜒曲折，接合良好。春秋战国时期曾侯乙墓中的建鼓铜座上有许多盘龙，是分段钎焊连接而成的。 经分析，所用的与现代软钎料成分相近 . 战国时期制造的刀剑，刀刃为钢
10、，刀背为熟铁，一般是经过加热锻焊而成的。据明朝宋应星所著天工开物一书记载：中国古代将铜和铁一起入炉加热，经锻打制造刀、斧；用黄泥或筛细的陈久壁土撒在接口上 ，分段煅焊大型船锚。中世纪，在叙利亚大马士革也曾用锻焊制造兵器。 古代焊接技术长期停留在铸焊、锻焊和钎焊的水平上，使用的热源都是炉火，温度低、能量不集中，无法用于大截面、长焊缝工件的焊接，只能用以制作装饰品、简单的工具和武器。 19 世纪初，英国的戴维斯发现电弧和氧乙炔焰两种能局部熔化金属的高温热源； 1885 1887 年 ,俄国的别纳尔多斯发明碳极电弧焊钳； 1900 年又出现了铝热焊。 20 世纪初，碳极电弧焊和气焊得到应用，同时还出
11、现了薄药皮焊条电弧焊，电弧比较稳定，焊接熔池受到熔渣保护，焊接质量得到提高， 使手工电弧焊进入实用阶段，电弧焊从 20 年代起成为一种重要的焊接方法。 在此期间，美国的诺布尔利用电弧电压控制焊条送给速度，制成自动电弧焊机，从而成为焊接机械化、自动化的开端。 1930 年美国的罗宾诺夫发明使用焊丝和焊剂的埋弧焊，焊接机械化得到进一步发展。 40 年代，为适应铝、镁合金和合金钢焊接的需要，钨极和熔化极惰性气体保护焊相继问世。 1951 年苏联的巴顿电焊研究所创造电渣焊，成为大厚度工件的高效焊接法。1953 年，苏联的柳巴夫斯基等人发明二氧化碳气体保护焊，促进了气体保护电弧焊的应用和发展，如出现了混
12、合气体 保护焊、药芯焊丝气渣联合保护焊和自保护电弧焊等。 1957 年美国的盖奇发明等离子弧焊； 40 年代德国和法国发明的电子束焊，也在 50 年代得到实用和进一步发展； 60 年代又出现激光焊等离子、电子束和激光焊接方法的出现，标志着高能量密度熔焊的新发展，大大改善了材料的焊接性，使许多难以用其他方法焊接的材料和结构得以焊接。 其他的焊接技术还有 1887 年，美国的汤普森发明电阻焊，并用于薄板的点焊和缝焊；缝焊是压焊中最早的半机械化焊接方法，随着缝焊过程的进行，工件被两滚轮推送前进；二十世纪世纪 20 年代开始使用闪光对焊方法焊接 棒材和链条。至此电阻焊进入实用阶段。 1956 年，美国
13、的琼斯发明超声波焊；苏联的丘季科夫发明摩擦焊； 1959 年，美国斯坦福研究所研究成功爆炸焊； 50 年代末苏联又制成真空扩散焊设备。 (来源 :中国金属加工在线 ) 1.2 焊接前景 据有关资料介绍，全世界钢铁产量中约有 50%左右是通过焊接加工由原材料变成成品的。目前，很多焊接作业已采用机械化、自动化、数控、人工智能等很多高新技术。据有关资料不完全统计，在一些工业发达国家焊接机械化的平均水平已达 70% 80%，而我国只有 20% 30%，绝大部分焊接作业离不开人工操作 。 随着生产的发展和科学技术的进步，焊接已成为 门独立的学科，并广泛应用于宇航、航空、核工业、造船、建筑及机械制造等工业
14、部门，在我国的国民经济发展中，尤其是制造业发展中，焊接技术是一种不可缺少的加工手段。以西气东输工程项目为例，全长约 4300 公里的输气管道，焊接接头的数量竟达 35 万个以上，整个管道上焊缝的长度至少 1 万 5 千公里。国家大剧院一共用了 6700 吨钢材，焊缝长达 100 公里，如果不算已经焊好的预制件，就现场焊缝加起来也有35 公里长，需要 100 多名优秀的焊工，耗用 87 吨焊条。北京奥运会鸟巢用的钢材 11 万吨，焊缝长达 320 公里，所用的焊条 20100 吨，可以足足绕地球赤道三圈。离开焊接，简直无法想象如何完成这样的工程。 1.2.1 国内外焊接技术的发展趋势 随着世界制
15、造业的快速发展，焊接技术应用越来越广泛，焊接技术水平也越来越高。新的焊接工艺方法不断涌现，专业焊接设备日新月异。与此同时，国内外焊接设备生产企业也纷纷通过各种方式展示自身的实力，特别是借以展会展出品种繁多的产品和先进的技术。 纵观 2009 年的三大焊接展，即 2009 年 6 月在上海举办的第 14 届北京埃森焊接与切割展览会、 2009 年 9 月在德国埃 森举办的第 17 届德国埃森焊接与切割展览、 2009 年 10 月在天津举办的第 23 届中国焊接博览会，我们对国内外焊接技术的发展趋势以及焊接生产发展的新需求和新动向印象较深的是：核心技术的作用得以显现，数控和电源方面有发展，激光焊
16、接技术成为一大亮点，机器人应用普及化。可以认为，世界焊接技术又跨上了一个新台阶，在高效、自动化、环境友好方面有了新的进步 ;焊接材料的种类更加丰富，焊接自动化、高效化、清洁化更加突出 ;焊接技术的综合成本更低，焊接对工业的服务更加广泛。同时，焊接中存在的手工、粗糙、脏乱、低速已基本消除，取而代之 的是自动、精密、清洁、高效。 1.2.2 产品情况 重型机械金属结构行业主要为国家大型骨干企业和国家重点工程项目提供重型机械装备。行业制造骨干企业如第一重型机械集团有限公司、第二重型机械集团有限公司、太原重型机械集团有限公司、大连重工起重机集团有限公司、中信重型机械有限公司、郑州煤机厂、北京煤机厂、上
17、海振华港口机械公司、齐齐哈尔第二机床厂等，主要制造大型桥式和门式起重机、 435m3 机械式挖掘机、16m3 液压挖掘机、大型加压气化炉、加氢反应器、大型舞台设备、航天发射塔架、焦炉机械设备、螺旋焊管设备以及大型 减速机、提升机、堆取料机、轧钢锻压设备、氧气瓶压机、水泥设备、粉磨、破碎机械、水利、工程机械、液压支柱、港口机械及环保设备等大型设备。 第二章 灰口铸铁焊缝设计 2.1 铸铁焊件存在的问题 2.1.1 焊后产生白口组织 在焊接 灰口铸铁 时，经常会在熔合区生成一层白口组织。产生白口组织的原因是：由于母材近缝区在焊接时受到高温加热，当受热温度 860以上时，原来灰口铸铁 中得游离状态的
18、石墨开始部分也熔于铁中，温度越高，熔于铁中的石墨也越多。当冷却时，一般认为在 30100 /s 的急速冷却条件下，熔于铁中的碳来不 及以石墨形式析出，而呈渗碳体出现，即所谓白口。另外。在焊接熔池中的石墨化元素碳，硅等不足也是产生白口的主要原因。一般在窄小的高温度熔合区内，焊后很容易产生白口组织。白口组织硬而脆，使得焊缝在焊后难 以机械加工，甚至会导致开裂。防止白口产生主要措施是适当调整填充金属的化学成分和冷却速度。改善焊缝技术的化学成分，增加石墨化元素的含量，可以在一定条件下防止焊缝金属产生白口。例如气焊用铸铁焊丝的碳，硅含量要比母材高（ C3.0 3.8， Si3.6%4.8%）特别是冷焊
19、灰口铸铁 时，焊丝中的含硅量可高达 4.5焊后 缓冷和延长熔合区处于红热状态的时间，使石墨充分析出，这是避免熔合区产生白口的主要工艺途径。采取的具体措施是焊前预热和焊后保温。由于气焊时冷却速度较慢。因此。对于防止白口极为有力 2.1.2 焊接接头出现裂纹 裂纹是焊接 灰口铸铁 的要问题， 灰口铸铁 焊接接头上的裂纹可能出现在焊缝金属中，也可能在基本金属即母材上。母材的裂纹一般出现近缝区，可能是纵向，横向或斜向的。由于 灰口铸铁 塑性极差，几乎不能发生任何塑性变形，而且强度又低，所以在焊接应力及铸件本身应力（组织应力）的共同作用下，当局部应力大于强度极限时，就产生裂 纹。严重时，会使焊缝金属和母
20、材分离，即焊缝从基本金属上脱离下来，即所谓剥离。如果焊缝强度较高而母材强度较低，或结合处产生白口时，由于白口铸铁收缩率（ 1.6 2.）比 灰口铸铁 收缩率（ 0.9 1.8）大，且塑性也差，故均产生剥离。焊缝金属内的裂纹，一般常见的是横向裂缝，有时也有纵向及斜向裂纹，在焊缝断口处没有高温氧化时常见的蓝颜色。裂纹生成时常发出清脆的金属开裂声。通常裂纹发生在热态焊缝金属的暗红色消失后，即 600 以下，直到焊缝与焊件整体温度均匀化之前。最容易发生裂纹的温度在400 以下，通常这种在热 应力和组织应力的共同作用下发生的裂纹称为热应力裂纹。 2.2 灰口铸铁的化学成分及力学性能 灰口铸铁（ HT）中
21、的碳全部或大部分以片状石墨形态存在，分布于不同的基础上，断口呈暗灰色。这类铸铁的生产工艺简单，价格低廉，具有优良耐磨性和切削加工性等，在工业上得到了广泛应用。由于基体中的石墨呈片状分布，与基体结合力弱。因此灰口铸铁的抗拉强度低、硬度低，塑性几乎为零。灰口铸铁的化学成分、性能特点见表 2-1、 2-2 2.2.1 灰口铸铁的化学成分 表 2-1 灰口铸铁的化学成分 2.2.2 灰口铸铁的力学性能 表 2-2 灰口铸铁的力学性能 牌号 金相组织 /Mpa 抗拉强度 /Mpa 弯曲强度 /MPa 硬度 /HBS HT100 铁素体 100 260 150 HT150 铁素体 +珠 光体 150 33
22、0 150200 HT200 珠光体 200 400 170220 HT250 珠光体 250 470 190240 HT300 孕育铸铁 300 540 210260 HT350 孕育铸铁 350 610 230280 HT400 孕育铸铁 400 680 207269 （ 字母“ HT” +数字（最小抗拉强度） ） 牌号 基体组织 化学成分 % C Si Mn p S HT1OO 珠光体 30%70%粗片状，铁素体 70%30%,二元磷共晶体少于 7% 3.43.9 2.12.6 0.50.6 0.3 0.15 HT150 珠光体 40%90%粗片状，铁素体 10%60%,二元磷共晶体少于
23、 7% 3.23.5 2.02.4 1.92.3 1.82.2 0.50.8 0.50.8 0.60.9 0.03 0.15 HT200 珠光体 90%中片状，铁素体少于 5%，二元磷共晶体少于 4% 3.23.5 3.13.4 3.03.3 1.62.0 1.51.8 1.41.6 0.70.9 0.70.9 0.81.0 0.3 0.12 HT250 珠光体 98%粗片状，二元磷共晶体少于 2% 3.03.3 2.93.2 2.83.1 1.51.8 1.41.7 1.31.6 0.81.0 0.91.1 1.01.2 0.2 0.12 HT300 珠光体多于 98%中细片状，二元磷共晶体少于 2% 3.03.3 2.93.2 2.83.1 1.51.8 1.41.7 1.21.5 0.80.9 0.91.1 1.01.2 0.15 0.12 HT350 珠光体 95%粗片状，二元磷共晶体少于 1% 2.83.1 2.83.1 2.83.0 1.31.6 1.21.5 1.11.4 1.01.3 1.01.3 1.11.4 0.15 0.10
