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1、河南机电高等专科学校毕业论文目录1 绪论12 16MMnR钢钢的组织织性能和和焊接性性22.1116MnnR钢的的简介222.2116MnnR钢的的组织性性能22.3116MnnR钢的的焊接性性32.4材材料介绍绍43 116MnnR钢焊焊接过程程中存在在的问题题及产生生的原因因73.1116MnnR钢的的焊接裂裂纹主要要是冷裂裂纹。773.2消消除应力力裂纹883.3结结晶裂纹纹83.4层层状撕裂裂93.5热热影响区区性能的的变化1103.6影影响低碳碳钢焊接接性的其其他因素素104 制定焊焊接工艺艺及填写写焊接工工艺卡片片124.1编编制焊接接工艺1124.1.1接头头与坡口口的设计计12
2、4.1.2坡口口制备1134.1.3焊接接方法的的选择1134.1.4焊材材的选用用134.1.4焊接接工艺参参数1444.1.5 焊焊接顺序序154.1.6 焊焊前预热热154.1.7 焊焊后热处处理1664.1.8 焊焊后检验验175 焊接性性试验1185.1 母材的的化学成成分分析析1852 焊缝成成分分析析1953 焊缝断断口分析析19531 宏观观分析220532 微观观分析220532结果分分析222533夹杂物物引起焊焊缝冲击击值偏低低的机理理分析222534 夹杂杂物的形形成机理理235.5总总结2336 焊接工工艺评定定25结论266致谢277参考文献献28371 绪 论论近
3、几年，许多工程和成套设备中，会遇到较多厚板焊接结构件的制作，例如钢厂台上设备中的回转台、轧制线上的大型梁、柱，锻压设备中横梁、滑块、工作台等，大量的板厚都在100300之间，材质为16MnR或Q235，这些厚板结构件现场使用环境恶劣，要承受很大的冲击载荷，有的工作环境温度较高，还要求承受一定的热疲劳。为了提高经济效益，加强生产进度以及降低成本，通过分析和研究焊接方法和工艺。厚板焊接接可以采采用的焊焊接方法法有很多多。CO2 气保保焊、电电渣焊、窄窄间隙焊焊，还有有埋弧自自动焊等等等。电渣焊虽虽然焊接接效率高高，但是其其焊缝金金属晶粒粒粗大，焊焊接接头头容易脆脆化，因因此在质质量上难难以满足足要
4、求。窄间隙焊焊使用设设备复杂杂，对装装配质量量要求高高，对焊工素素质、工工艺要求求严格，其其变形控控制量难难以掌握握。埋弧自动动焊在打打底层焊焊接上存存在清渣渣较难，焊焊前准备工工作时间间较长，焊焊接过程程中焊缝缝对中难难度大，,而且对平位置、长直焊缝才能体现它的高效率。对于形状复杂的焊缝，需要全位置焊接的焊缝，埋弧自动焊无法施焊。CO2焊焊由于熔熔池小、热影响响区窄，因因此焊后后工件变变形小，焊焊缝质量量好，并并且焊道道整齐，焊焊道接头头少。焊丝熔熔化速度度快，生生产效率率高(焊接速速度一般般大于30m/h),操作作简单，成成本较低低，并且且二氧化化碳气体体来源广广，价格格低。另外，因因其为
5、明明弧焊可可以看清清电弧和和熔池情情况，便便于掌握握和调整整，并且且抗氢气气孔能力力强，对对油锈敏敏感低，操操作性能能非常强强。16MnnR钢是是我国目目前制造造压力容容器中采采用最多多的钢号号。最常常用于制制造中低低压的压压力容器器中、型型的高压压容器，特特别是广广泛用于于制造液液化石油油气、天天然气、液液氨、氧氧气、氮氮气等球球形储罐罐。166MnRR具有良良好的机机械性能能、可焊焊性和加加工工艺艺性能。一一般认为为16MMnR钢钢是屈服服点为3350MMPa级级的低合合金中等等强度钢钢，其可可焊性是是几种低低合金钢钢压力容容器专用用钢中最最好的一一种。因此，用用CO22焊接116MnnR
6、厚板结构构件的前前景很大大，非常常使用。2 16MMnR钢的组组织性能能和焊接接性2.1116MnnR钢的简简介在板材里里，属低低合金系系列。在在低合金金的材质质里，此此种材质质为最普普通的。QQ3455过去的的一种叫叫法为：16MMn。Q3455是一种种钢材的的材质。它它是低合合金钢（CC0.2%)，广泛泛应用于于桥梁、车车辆、船船舶、建建筑、压压力容器器等。QQ代表的的是这种种材质的的屈服，后后面的3345，就就是指这这种材质质的屈服服值，在在3455左右。并并会随着着材质的的厚度的的增加而而使其屈屈服值减减小。Q3345AA级，是是不做冲冲击;QQ3455B级，是是20度度常温冲冲击;Q
7、Q3455C级，是是0度冲冲击;QQ3455D级，是是200度冲击击;Q3345EE级，是是400度冲击击。在不不同的冲冲击温度度，冲击击的数值值也有所所不同。Q3455的外部部执行标标准为：GB7709，内内部执行行标准为为：GBB/T115911-9由由于执行行标准的的原因，此此种钢板板允许负负公差交交货。2.2116MnnR钢的组组织性能能Q3455钢属于于低合金金高强度度结构钢钢，这种种钢具有有高强度度，高韧韧性、良良好的耐耐蚀性及及良好的的焊接性性能和冷冷成型能能力，其其成分如如表l所示。QQ3455钢一般般在热轧轧状态下下使用，它它具有良良好的综综合力学学性能、Q345低温时的韧性
8、较好，一40时的冲击功大干等于2 7 J。在有特殊需要时，如为了改善焊接区性能，可进行一次正火处理。Q345钢属16Mn系列钢种，AA-有良好的综合力学性能，低温冲击韧性，冷冲压性及切削性均好，可以制造大型船舶，铁路车辆，桥梁，管道等承受负荷的焊接结构，这就要求其不仅有好的力学性能，还要有好的焊接性。Q 3 4 5钢焊接后焊缝的化学成分及焊接接头的力学性能见表2，从表中可以看出，焊缝的化学成分与母材的相近，焊接接头的抗拉强度较高，但韧性较低，硬度高于母材。其焊缝金属的显微组织呈柱状晶分布，晶界处为铁素体，晶内为素氏体和针、块状分布的铁素体。冷却时，由于向外散热，故使焊缝的熔融金属沿热扩散方向结
9、晶而获得柱状晶，此时，先共析的铁素体沿柱状品界析出，由于温度较高，且冷速又稍快，因此组织呈过热特征，但随后的冷却过程中，奥氏体因过冷度较大，而转变为索氏体组织。焊缝组织下方为融合区，此处融合情况良好；过热区的显微组织为针状或块状分布的铁素体和素氏体，此处品粒粗大，呈魏氏组织。这是该区加热温度高，奥氏体晶粒显著长大，冷却后得到粗大的过热组织，使冲击韧性降低；重结晶区组织为晶粒细小的铁素体和珠光体，由于加热温度超过了A C 3，所以铁素体和珠光体已全部转化为奥氏体，又由于加热温度较低，奥氏体晶粒未显著长大，因此在空气中冷却以后会得到均匀细小的铁素体和珠光体；母材的显微组织为铁素体和珠光体呈带状分布
10、。Q 3 4 5钢无热裂纹倾向，其焊接接头热影响区没有出现裂纹，其焊缝的化学成分与母材的相近，焊接接头的抗拉强度、硬度较高，但韧性较低，其焊接接头的过热区形成了魏氏组织，容易产生脆化，构成了接头的薄弱环节，这时易以小线能量焊接，在过热区获取板条马氏体，韧性会达到改善。2.3116MnnR钢的焊焊接性16MnnR钢是是实际工工业设计计和生产产中应用用非常广广泛的机机械结构构之一，主主要用于于工程结结构焊接接。通过过对Q 3 44 5钢钢的焊接接工艺分分析，在在焊接过过程中应应根据实实际应用用场合选选择合适适的焊接接材料、焊焊接工艺艺以及焊焊接方法法。同时时还应注注意在焊焊接过程程中容易易出现的的
11、问题，应应考虑到到各方面面的因素素做好防防止措施施，正确确施焊，确确保优良良的焊接接质量。所所有这些些都对我我们更好好地利用用Q 33 4 5工程程结构钢钢提供了了现实依依据。16MnnR钢的的热切割割性能与与低碳钢钢相近，气气割边缘缘淬硬层层很（1mmm）,电电弧气刨刨切口边边缘没有有明显的的增碳层层，切割割后不必必加工而而直接焊焊接。116MnnR钢可可以顺利利地进行行冷弯与与机械切切割，由由于屈服服点比低低碳钢高高，冷压压成型时时回弹力力较大，在在冷弯、冷冷剪、冷冷矫时，压压力应选选的大些些，同时时弯曲半半径不能能过小。16MnnR钢加加热到8800以上可可以进行行各种压压热成型型，一般
12、般加热温温度为11000011100，终压压温度为为75008550。经热热压后力力学性能能无明显显的变化化，一般般不再需需要进行行热处理理。166MnRR钢也可可以用加加热矫正正变形。实实践表明明，火焰焰矫正的的加热温温度最好好控制在在70008000之间，不不宜超过过9000。火焰焰矫正后后可以空空冷也可可以水冷冷，性能能无明显显的差别别。16MnnR钢的的焊接性性较好，一一般不需需要预热热。由于于钢中有有一定量量的合金金元素，碳碳当量高高于Q2235钢钢，但一一般不超超过0.40%；另外外，淬硬硬性应大大于Q2235钢钢因此当当结构刚刚性较大大或在低低温下施施工时，应应适当预预热，预预热
13、温度度见表11。表1 16MMnR钢钢的预热热温度钢牌号板厚/mmm不同气温温下的预预热温度度/16MnnR16一下下-10以上不不预热；-100以下 10001550 16224-5以以上不预预热；-5以下 10001550 25100以4000以上上不预热热； 00以下1100150040以上上一律预热热 1100150016MnnR钢采采用焊条条电弧焊焊时，一一般选用用E500XX型型焊条。焊焊接重要要结构（如如压力容容器），应应选用碱碱性焊条条（E550155，E550166）。对对小厚度度和坡口口角度小小或要求求不高的的产品，也也可选用用E422XX型型的碳钢钢焊条（EE42115，
14、EE42116）。16MnnR：合合金元素素总量在在5%以下下，屈服服强度在在2755Mpaa以上，具具有良好好的焊接接性、耐耐蚀性和和成形性性的低合合金高强强度结构构钢。116MnnR钢一一般都是是热轧状状态供货货、不需需要热处处理，特特别是厚厚度小于于20mmm的钢钢板，其其机械性性能都很很高，故故一般都都是热压压以后直直接使用用。对于于较厚的的板材为为了改善善钢材的的塑性、低低温冲击击韧性或或冷压成成型等加加工性能能。有时时也采用用正火处处理后使使用从而而提高了了钢材的的屈服强强度和低低温冲击击韧性，降降低了临临界转变变温度，同同时也改改变了加加工成型型及可焊焊性。2.4材材料介绍绍16
15、MnnR化学学成分如如表2（%）：表2 16MMnR化化学成分分元素CMnSiPSAlVNbTi含量0.21.0-1.660.5550.03350.03350.01150.022-0.150.0115-00.0660.022-0.216MnnR力学学性能如如表3（%）：表3166MnRR力学性性能机械性能能指标伸长率（%）试验温度度0抗拉强度度MPaa屈服点MMPa数值5222J344b（4470-6500）s（3324-2599）16MnnR机械械性能如如表4：表4 16MMnR机机械性能能钢材厚度度或至直直径（mm）屈服强度度s(MMPa)抗拉强度度b(MMPa)延伸率s(%)冷淬实验验1
16、80不小于16355221d=2aa17225335019d=3aa26336314819d=3aa38550294819d=3aa551100方方、圆板板284819d=3aa16MnnR刚的的可焊性性含碳量量为0.12%、锰1.311.6%、硅0.400.6%属于低低碳硅钢钢。16MnnR钢可可焊性实实验结果果(分为4点)：a、用手手弧焊和和自动焊焊在常温温下焊接接的166MnRR钢对接接接头焊焊接热影影响区一一般不出出现淬硬硬组织。b、常温温下焊接接的T型接头头，当焊焊脚不小小于6，且为为连接焊焊缝时，焊焊接热影影响区一一般均不不出现马马氏体组组织而是是少量的的贝氏体体、珠光光体和铁铁素
17、体的的混合组组织、综综合性能能良好。最最高硬度度小于HHV3550，其其中焊脚脚愈大，最最高硬度度值愈底底。c、常温温下焊接接16MMnR钢钢T型接接头的小小焊脚短短焊缝（如如焊脚44mm，焊焊缝长度度小于1100mmm），当当板厚大大于166mm时时，焊接接热影响响区一般般将出现现马氏体体，即淬淬硬组织织。d、相同同焊接温温度下，增增大焊接接电流时时，冷却却速度慢慢，则组组织较好好，硬度度较低。3 116MnnR钢焊焊接过程程中存在在的问题题及产生生的原因因钢的焊接接性主要要取决于于化学成成分，钢钢中元素素对焊接接性影响响最大的的是碳。热热轧及正正火钢属属于非热热处理强强化钢，碳碳及合金金元
18、素的的含量都都比较低低，总体体来看焊焊接性较较好。但但随着合合金元素素的增加加和强度度的提高高，焊接接性变差差。焊接接问题主主要来自自两方面面：焊接接裂纹与与热影响响区母材材性能下下降。3.1116MnnR钢的的焊接裂裂纹主要要是冷裂裂纹大量研究究结果表表明，对对钢材来来说冷裂裂纹形成成的温度度大体在在1000-1100之之间，具具体温度度随母材材与焊接接条件而而不同。冷冷裂纹多多产生于于有淬硬硬倾向的的低合金金高强度度钢和中中、高碳碳钢的焊焊接接头头。裂纹纹大多在在热影响响区，通通常发源源于熔合合区，有有时也出出现在高高强度钢钢和钛合合金的焊焊缝中。形成冷裂裂纹的三三个基本本因素：(1)氢氢
19、的影响响 导导致接头头产生冷冷裂纹的的氢主要要是扩散散氢。实实验证明明，随着着焊缝中中扩散氢氢含量的的增加，冷冷裂纹率率较高。例例如，用用含有较较多有机机物的焊焊条进行行焊接，出出现大量量的焊道道下裂纹纹；而用用低氢型型焊条焊焊接时，则则未出现现或很少少出现焊焊道下裂裂纹。近近年来，一一些学者者在显微微镜下观观察弯曲曲试件的的断裂情情况时，还还观察到到在裂缝缝尖端附附近有氢氢气泡析析出。扩扩散氢含含量还影影响延迟迟裂纹延延时的长长短，扩扩散氢含含量越高高，延时时越短。 (2)钢种的的淬硬倾倾向 一般般来说，钢钢种淬硬硬倾向越越大，则则接头中中出现马马氏体的的可能性性越大，则则越容易易产生冷冷裂
20、纹。当当材料一一定时，随随冷却速速度不同同，接头头的组织织将相应应改变，冷冷速越高高，马氏氏体的含含量越高高，导致致裂纹率率上升。 (3)焊焊接接头头的拘束束应力 焊焊接接头头的拘束束应力，包包括接头头在焊接接过程中中因加热热不均匀匀所承受受的热应应力、相相变应力力、结构构自身几几何因素素所决定定的内应应力。三个方面面的应力力都是不不可避免免的，由由于都与与拘束条条件有关关而统称称为拘束束应力。拘拘束应力力的作用用是形成成冷裂纹纹的重要要因素之之一，在在其他条条件一定定时，拘拘束应力力达到一一定数值值就会产产生开裂裂。低碳钢中中加入了了较多的的提高淬淬透性的的合金元元素，提提高过冷冷奥氏体体的
21、稳定定性，因因此在焊焊接条件件下，一一般不会会发生珠珠光体转转变，容容易得到到马氏体体和贝氏氏体。马马氏体属属淬火组组织，但但由于含含碳量低低，仍保保持较高高的韧性性。而且且这类钢钢的Mss点比较较高，如如果在MMs点附附近的冷冷速比较较低，MMs点后后就形成成一次“自回火火”过程，使使韧性得得到改善善，而且避避免产生生冷裂纹纹。反之之，若在在Ms点点附近的的冷速较较高，比比能实现现“自回火火”，在焊焊接应力力的作用用下就很很可能产产生冷裂裂纹。因因此，从从防止冷冷裂纹的的角度考考虑，焊焊接低碳碳钢时，希希望高温温时冷速速较高，而而在Mss点附近近的冷速速要低些些。低碳钢对对扩散H比比较敏感感
22、，当对对H控制不不严时，冷冷裂纹敏敏感性还还是相当当高的。3.2消消除应力力裂纹焊后焊件件在一定定温度范范围内再再次加热热时，由由于高温温与残余余应力的的共同作作用而产产生的晶晶间裂纹纹，称为为消除应应力裂纹纹，又叫叫再热裂裂纹。经大量实实验研究究确认，消消除应力力裂纹的的产生是是由于晶晶界优先先滑动而而导致微微裂发生生并扩展展所致。即即焊后再再热时，在在残余应应力松弛弛过程中中，粗晶晶区应力力集中部部位的晶晶界滑动动变形量量超过了了该部位位的塑性性变形能能力，就就会产生生消除应应力裂纹纹。防止消除除应力裂裂纹的措措施：（1）选选用对消消除应力力裂纹敏敏感性低低的母材材；（2）选选用低强强高塑
23、性性的焊接接材料；（3）控控制结构构钢性与与焊接残残余应力力；（4）工工艺方面面的措施施：预热 焊后及及时进行行后热 控制焊焊接线能能量低碳钢中中大都含含有Crr、Moo、V、NNb、TTi、BB等提高高消除应应力裂纹纹敏感性性的元素素，其中中作用最最大的是是V，其其次是MMo，因因而二者者共存时时情况最最严重。一一般认为为Mo-V钢，特特别是CCr-MMo-VV钢对消消除应力力裂纹的的敏感性性最高，MMo-BB钢、CCr-VV钢也有有一定的的敏感性性。不同同成分的的钢对消消除应力力裂纹敏敏感的温温度不尽尽相同，焊焊接时可可通过降降低退火火温度、进进行适当当预热或或后热等等措施，防防止消除除应
24、力裂裂纹。低碳钢一一般采用用先进的的技术冶冶炼，对对杂质控控制严格格，抗层层状撕裂裂能力较较好，目目前尚未未发现层层状撕裂裂的报导导。3.3结结晶裂纹纹结晶裂纹纹又叫凝凝固裂纹纹，主要要产生于于焊缝凝凝固过程程中。当当冷却到到固相温温度附近近时，由由于凝固固金属的的收缩，残残余液体体金属不不足而不不能及时时填充，在在应力作作用下发发生沿晶晶界开裂裂。结晶裂纹纹主要产产生在含含杂质（SS、P、CC、Sii）偏高高的碳钢钢、低合合金钢以以及单相相奥氏体体钢、镍镍基合金金与某些些铝合金金焊缝中中。一般般沿焊缝缝树枝状状晶的交交界处发发生和扩扩展。常常见于焊焊缝中心心沿焊缝缝长度扩扩展的纵纵向裂纹纹，
25、有时时也分布布在两个个树枝晶晶粒之间间。结晶晶裂纹表表面无金金属光泽泽，带有有氧化颜颜色，焊焊缝表面面的宏观观裂纹中中往往填填满焊渣渣。 116MnnR中含含碳量较较低，并并含有一一定的锰锰，MnnS比比值一般般可以达达到防止止结晶裂裂纹的要要求。在在若母材材化学成成分反常常，如碳碳和硫同同时居上上限或严严重偏析析，则有有产生结结晶裂纹纹的可能能。在这这种情况况下，应应采取必必要的防防止措施施。根据据图1-1所示示碳、硫硫和锰对对结晶裂裂纹的影影响曲线线可知，为为了防止止结晶裂裂纹，（11）应提提高焊缝缝含锰的的同时降降低碳、的的含量，（22）调整整焊接参参数已得得到抗裂裂能力较较强的焊焊缝成
26、形形系数，（33）焊接接时选用用超低碳碳焊丝，并并从工艺艺上降低低熔合比比。（44）调整整冷却速速度，（55）调整整焊接顺顺序，降降低拘束束应力。图1-11焊缝中中C、MMn、SS含量对对结晶裂裂纹的影影响3.4层层状撕裂裂 层状撕撕裂主要要与钢的的冶金质质量、板板厚、焊焊接接头头形式和和Z向应应力有关关，与钢钢的强度度并无直直接的关关系。一一般认为为，钢中中的含硫硫量与断断面收缩缩率是衡衡量抗层层状撕裂裂能力的的主要判判断依据据。当冷却到到固相温温度附近近时，由由于凝固固金属的的收缩，残残余液体体金属不不足而不不能及时时填充，在在应力作作用下发发生沿晶晶界开裂裂。3.5热热影响区区性能的的变
27、化（1）过过热区脆脆化 116MnnR的过过热区脆脆化程度度与含碳碳量有关关，当含含碳量在在下限（c=0.12%0.14%）时，过热区韧性随线能量E的增加而下降。这是因为线能量的增加，时奥氏体晶粒的粗化更严重，冷却后会出现魏氏组织，因此，适当降低线能量有助于提高韧性。这时，即使冷速较大而出现淬火组织。但低碳马氏体仍有较高的韧性。造成脆化的主要原因是因为出现马氏体，应控制线能量，降低冷速。（2）热热应变脆脆化 它它是由固固溶的氮氮引起的的。166MnRR钢焊接接厚韧脆脆转变温温度比焊焊前提高高53，消除热热应变脆脆化的有有效措施施时进行行焊后热热处理。3.6影影响低碳碳钢焊接接性的其其他因素素低
28、碳钢中中含碳较较低。含含锰、硅硅又少，所所以，通通常情况况不会因因焊接而而引起严严重硬化化组织和和淬火组组织，这这种钢材材的塑性性和冲击击韧性度度优良，焊焊成的接接头韧性性和冲击击韧度也也很好，焊焊接时一一般不需需要预热热。控制制层间温温度和后后热，焊焊后也不不必采用用热处理理改善组组织，可可以说整整个焊接接过程不不需要特特殊的工工艺措施施，其焊焊接性良良好，可可以采用用各种焊焊接方法法焊接，但但遇到下下述情况况，低碳碳钢的焊焊接性也也会不好好，焊接接时出现现困难。 1）低低碳钢母母材不合合格，含含碳、硫硫过高，焊焊接时可可能出现现裂纹，尤尤其是遇遇到下列列情况，如如角焊缝缝、对接接多层焊焊第
29、一道道焊道、整整个板面面采用单单面焊单单层焊缝缝和大间间隙对接接第一道道焊缝等等。 2）采采用旧冶冶炼方法法生产的的低碳转转炉钢。因因含氮高高，杂质质较多，冷冷脆性和和实效敏敏化感性性大，焊焊接接头头质量低低，焊接接性较差差。因此此，转炉炉冶炼低低碳钢不不能用于于重要的的结构件件。国内内目前生生产转炉炉用铝.钛脱氧氧，钢的的质量大大为改善善。即使使这样，这这种钢作作重要结结构之前前应对焊焊接性特特别是实实效敏感感性.冷冷脆敏感感性进行行评估，以以保证焊焊接结构构质量。 3）低低碳沸腾腾钢。由由于沸腾腾钢脱氧氧不完全全，局部部硫磷偏偏析大，实实效敏感感性.冷冷脆敏感感性大，焊焊接热裂裂纹倾向向较
30、大，所所以这种种钢不宜宜做承受受动载或或严寒条条件下工工作的重重要结构构。镇静静钢脱氧氧完全，含含氧量低低，杂质质分布较较均匀，可可用于制制造焊接接结构。焊焊接沸腾腾钢在工工艺上应应采取必必要措施施，防止止裂纹。 4）焊焊接方法法不当，如如埋弧焊焊热输入入大，会会使焊接接热影响响区出现现粗晶组组织，使使热影响响区韧性性降低；电渣焊焊的热输输入比埋埋弧焊还还要大，热热影响区区晶粒更更加粗大大，韧性性降低明明显，所所以低碳碳钢电渣渣焊接头头焊后通通常要经经正火处处理，细细化晶粒粒，以提提高其韧韧性。4 制定焊焊接工艺艺及填写写焊接工工艺卡片片16MnnR钢是是在正火火状态下下使用的的，综合合力学性
31、性能和焊焊接性都都比较好好。焊接接接头的的抗拉强强度较高高，但韧韧性较低低，硬度度高于母母材其焊焊缝金属属的显微微组织呈呈柱状晶晶分布，晶晶界处为为铁素体体，晶内内为索氏氏体和针针、块状状分布的的铁素体体。冷却却时，由由于向外外散热，故故使焊缝缝的熔融融金属沿沿热扩散散方向结结晶而获获得柱状状晶，此此时，先先共析的的铁素体体沿柱状状晶界析析出，由由于温度度较高，且且冷速又又稍快，因因此组织织呈过热热特征，但但随后的的冷却过过程中，奥奥氏体因因过冷度度较大，而而转变为为索氏体体组织。焊焊缝组织织下方为为融合区区，此处处融合情情况良好好；过热热区的显显微组织织为针状状或块状状分布的的铁素体体和索氏
32、氏体。此此处晶粒粒粗大，呈呈魏氏组组织这是是该区加加热温度度高，奥奥氏体晶晶粒显著著长大，冷冷却后得得到粗大大的过热热组织，使使冲击韧韧性降低低；重结结晶区组组织为晶晶粒细小小的铁素素体和珠珠光体。由由于加热热温度超超过了AAc3，所所以铁素素体和珠珠光体已已全部转转化为奥奥氏体，又又由于加加热温度度较低，奥奥氏体晶晶粒未显显著长大大因此在在空气中中冷却以以后会得得到均匀匀细小的的铁素体体和珠光光体；母母材的显显微组织织为铁素素体和珠珠光体呈呈带状分分布。116MnnR钢无无热裂纹纹倾向，其其焊接接接头热影影响区没没有出现现裂纹,其焊缝缝的化学学成分与与母材的的相近，焊焊接接头头的抗拉拉强度、
33、硬硬度较高高，但韧韧性较低低,其焊焊接接头头的过热热区形成成了魏氏氏组织，容容易产生生脆化，构构成了接接头的薄薄弱环节节,这时时易以小小线能量量焊接,在过热热区获取取板条马马氏体,韧性会会达到改改善。为了保证证焊接质质量，防防止焊接接裂纹或或热影响响区性能能下降，从从焊前准准备到焊焊后热处处理的各各个环节节都需要要进行严严格控制制。4.1编编制焊接接工艺4.1.1接头头与坡口口的设计计 合合理的接接头设计计应使应应力集中中系数尽尽可能小小，且具具有好的的可焊到到性，并并便于焊焊后检验验。为此此，应避避免将焊焊缝布置置在断面面突然变变化的部部位，并并考虑施施焊方便便，一般般来说，对对接焊缝缝比角
34、焊焊缝更合合理，因因为后者者应力集集中系数数大，并并有明显显的缺口口效应。同同时对接接焊缝更更便于进进行射线线或超声声波探伤伤。坡口形式式以U形形或V形形为佳，且且应保证证焊缝与与母材交交界处平平滑过渡渡。考虑虑到V坡坡口由于于焊接填填充量大大，焊接接效率低低，并且且焊后将将产生应应力集中中和边缘缘应力，板板厚=1000mm，所所以一般般不用双双V形坡坡口，而而采用双双Y形坡坡口。坡坡口形式式如图22所示：图2 坡口形形式4.1.2坡口口制备当采用火火焰切割割16MMnR钢钢时,应应预热1100,切割割边缘进进行表面面磁粉探探伤。采用碳弧弧气刨清清根或清清理缺陷陷时,应应将工件件预热1150以
35、上,并清除除坡口及及两侧各各2030mmm范围围内的油油污、铁铁锈、氧氧化物、熔熔渣和水水分等有有害物质质。角向向磨光机机修磨焊焊口表面面的焊渣渣以及飞飞溅物。坡坡口表面面进行PPT检查查。组焊焊环焊缝缝时，对对丁字口口处进行行PT探探伤检查查，确定定无缺陷陷方可进进行焊接接。4.1.3焊接接方法的的选择厚壁压力力容器的的焊接一一般不采采用手工工电弧焊焊，多采采用单丝丝或双丝丝埋弧焊焊，有时时也采用用窄间隙隙焊。用用气保焊焊打底，虽虽然成本本是高了了一点，但但是它不不用清渣渣，节省省了劳动动力，也也不会产产生夹渣渣等缺陷陷，所以以还是比比较划算算的。由由于埋弧弧焊生产产率高、焊焊接质量量好、焊
36、焊接成本本低，劳劳动条件件好，能能很好的的焊接厚厚钢板。4.1.4焊材材的选用用选择焊接接材料最最重要的的原则就就时保证证焊缝金金属的性性能，使使之满足足产品的的技术要要求，从从而保证证产品在在服役中中正常运运行。热热轧及正正火钢主主要用于于制造受受力构件件，要求求焊接接接头具有有足够的的强度，适适当的屈屈强比，足足够的韧韧性和低低的时效效敏感性性，即具具有与产产品技术术条件相相适应的的力学性性能。采用手工工电弧焊焊打底、填填充，焊焊条J55073.2mmm；埋埋弧焊时时，选择择焊丝还还应考虑虑融合比比和焊剂剂对焊缝缝成分的的影响，用用埋弧焊焊继续进进行填充充、盖面面，焊丝丝H100MnSii
37、A 6mmm，焊剂剂SJ1101。埋埋弧焊用用的焊丝丝要严格格清理，焊焊丝表面面的油、锈锈及拔丝丝用的润润滑剂都都要清理理干净，以以免污染染焊缝产产生气孔孔。一般般焊剂须须在2550温度下下烘干，并并保温112hh。不同同的焊接接方法的的配合见见表5。表5 不同的的焊接方方法的配配合钢号焊条型号号焊条牌号号埋弧焊电渣焊CO2气气体保护护焊焊丝焊剂焊丝焊剂16MnnRE50型J50不开坡口口对接H08AA中板开坡坡口对接接H088MnAA,H110Mnn2厚板深坡坡口对接接 HH10MMn2HJ4331H08MMnMooAHJ4331HJ3660H08MMn2SSiAHJ35504.1.4焊接接
38、工艺参参数 在在焊接时时，焊接接参数的的选用直直接影响响到接头头的性能能。为了了防止热热影响区区脆化和和产生冷冷裂纹，所所选线能能量应保保证冷却却速度在在最佳范范围内。实实际生产产中确定定线能量量的步骤骤是，首首先通过过实验确确定所焊焊钢材保保证韧性性的最大大线能量量，然后后根据用用此线能能量焊接接时的冷冷裂纹倾倾向确定定是否需需要预热热。焊接接工艺具具体参数数如下：（1）打打底焊手手工电弧弧焊的焊焊接参数数：焊条直径径3.2mmm，焊焊接电压压23225V，焊焊接电流流901055A，焊焊接速度度911m/h。（2）填填充焊埋埋弧焊的的焊接参参数：第一、二二层焊接接时：焊焊丝直径径6mmm，
39、焊接接电流11050011150AA，焊接接电压338440 VV，焊接接速度222225 mm/h。中间层焊焊接时：焊丝直直径6mmm，焊接接电流11000011100AA，焊接接电压338440 VV，焊接接速度116220 mm/h。盖面焊接接时：焊焊丝直径径5mmm，焊接接电流88008400A，焊焊接电压压3638VV，焊接接速度224228 mm/h。4.1.5 焊焊接顺序序焊接时，应应先焊完完里侧，由由于用CCO2焊打底底所以不不用清根根，然后后再焊外外侧，应应保证焊焊接时的的层间温温度在11502500范围内内，然后后按照焊焊接工艺艺卡片上上的顺序序进行焊焊接，并并保证焊焊缝的
40、致致密性和和全焊性性。4.1.6 焊焊前预热热焊前预热热是防止止冷裂纹纹，改善善接头性性能的主主要措施施。预热热温度受受母材强强度、焊焊条类型型、坡口口形式、环环境温度度等因素素的影响响，并可可利用其其中有关关经验公公式进行行初步估估算。对对于此设设计预热热温度应应大于1150,预热热范围要要大于焊焊接区1150 mm以以上,层层间温度度15002550。预热主要要是防止止裂纹，同同时还具具有一定定的改善善性能作作用。预预热温度度的确定定是比较较复杂的的，取决决于以下下因素：A:材料料的化学学成分。如如果CEE0.4时,基本无无淬硬倾倾向,一一般情况况下不必必预热。由由于钢中中有一定定的合金金
41、元素，碳碳当量高高于Q2235钢钢，但一一般不超超过0.40%；另外外淬硬倾倾向大于于Q2335钢，因因此当结结构刚性性较大或或在低温温下施工工时，应应适当预预热，预预热温度度见表66。表6 预热温温度板厚mmm不同气温温下的预预热温度度板厚mmm不同气温温下的预预热温度度16以下下-10以上不不预热；-10以下11001500254400以上上不预热热0以下下1000155016224-5以以上不预预热-5以以下1000115040以上上一律预热热10001550而利用下下面的公公式也可可以对预预热温度度进行一一下估算算： T0(预热温温度)=114000Pc-3392B:与含含氢量有有关。
42、含含氢量越越高,裂裂纹产生生的倾向向越大，要要求预热热温度也也越高所所以酸性性焊条所所需的预预热温度度比低氢氢型的高高。即使使同样是是低氢型型焊条，还还与它的的烘干温温度有关关。4.1.7 焊焊后热处处理焊后热处处理是压压力容器器制造工工艺过程程中重要要的工艺艺环节,对厚壁壁压力容容器更是是如此。焊焊后热处处理的目目的是: 1)松松弛焊接接残余应应力及稳稳定结构构形状和和尺寸;2)软化化热影响响区,提提高焊缝缝金属的的塑性及及断裂韧韧性;3)提高高抗应力力腐蚀的的能力; 4)释放放焊缝金金属中的的有害气气体氢气,防止延延迟裂纹纹的产生生。16MnnR钢的的热切割割性能与与低碳钢钢相近，气气割边
43、缘缘淬硬层层很窄（1mm），电弧气刨切口边缘没有明显的增碳曾，切割后可不必加工而直接焊接。16MnR钢可以顺利地进行冷弯与机械切割，由于屈服点比低碳钢高，冷压成形时回弹力较大，在冷弯、冷剪、冷矫时，压力应选的大些，同时弯曲半径不能过小。筒节冷弯时，若D140，为消除冷作硬化，观后应进行600650的消除应力退火。16MnnR钢加加热到8800以上可可以进行行各种热热压成形形，一般般加热温温度为11000011100，终压压温度为为75008550.经热热压后力力学性能能无明显显变化，一一般不进进行热处处理。116MnnR钢也也应用加加热矫正正变形。实实践表明明。火焰焰矫形的的加热温温度最好好控
44、制在在70008000之间，不不易超过过9000.火焰焰矫正厚厚可以空空冷，也也可以水水冷，性性能无明明显差别别。焊后后热处理理规范见见表7。表7 焊后热热处理规规范钢号焊后热处处理规范范电弧焊电渣焊16MnnR6006500退火9009300正火6006500回火具体措施施： （1）焊焊后工件件立即进进行后热热处理,其温度度为30004450,保温温时间44 h6 hh。（2）压压力容器器主体结结构在消消除应力力热处理理后,进进行58806620保温,保温时时间6 h88 h。4.1.8 焊焊后检验验对焊缝进进行1000%超超声波探探伤检查查,要求求达到级标准准,并进进行255%的射射线复探
45、探,达到到级标准准。管板板接头应应进行磁磁粉探伤伤。合格格后修磨磨至焊缝缝圆滑。产产品试板板各项技技术参数数指标应应符合116MnnR钢母母材的保保证值或或图纸的的技术要要求。5 焊接性性试验5.1 母材的的化学成成分分析析以16MMnR钢钢作为试试板母材材，母材材的化学学成分如如表1所示。首首先对试试板进行行埋弧自自动焊，焊焊后按国国家标准准GB2264991 9989，从从每块试试板上取取3个冲击击试样，组组成一组组，如图图l所示，共共做5组；然然后按国国家标准准GBT 22650019889，对对焊缝进进行常温温V型缺口口夏比冲冲击试验验。试验验结果如如表2所示国家标标准要求求焊缝常常温
46、冲击击吸收功功大于227 JJ，而由由表2可知，55组试样样中的第第3组和第第5组试样样的冲击击平均值值达不到到国家标标准要求求。16MMnR的的化学成成分见表表8。表8166MnRR的化学学成分图3 冲击式式样的取取样方法法表 9 试件冲冲击吸收收功52 焊缝成成分分析析从焊接的的角度分分析，影影响冲击击韧性的的因素很很多，如如母材、焊焊丝与焊焊剂的成成分、焊焊接工艺艺参数(包括电电流、电电压、焊焊速、热热输入等等)、焊缝缝中的气气孔与夹夹杂，以以及焊后后热处理理是否合合适等1。由表1可见，母母材的化化学成分分基本符符合国家家标准规规定；为为分析冲冲击值与与焊接工工艺参数数的关系系，适当当改变焊焊接时的的，I、U、等参数，发现对焊缝冲击值的影响不是很大；通