16MnR钢(板厚12mm)焊条电弧焊焊接工艺评定及焊接工艺要点.docx

16MnR 钢板厚 12mm焊条电弧焊焊接工艺评定及焊接工艺一、母材材质及技术状况16MnR 即为 Q345C，常作为在锅炉压力容器用钢。即在 Q235 钢的根底上加了 1的锰使屈服强度提高 35。16MnR 属于低碳锰钢。CE=0.34-0.49。焊接性能良好。1.材质性能分析1化学性能分析：表 1表 116MnR 钢化学成分(%)成分C0.12-0.20Si0.200.55MnPSNiCr含量1.20-1.900.0450.045-（2） 力学性能分析：表 2表 216MnR 力学成分 b(Mpa) s(Mpa) 5%冲击试验板厚mm温度AkvJ510-6403452120316-16（3） 焊接性分析16MnR 含碳量<2.5%.碳当量 CE=0.34-0.49，焊接性能良好，焊接时一般不需要预热，但环境温度较低<-10要进展适当的预热。焊后依据具体状况进展焊后热处理。二、焊接材料及技术状况JB/T4709-2023 中规定焊接材料包括：焊条，焊丝，焊带，气体，电极等。由于焊接方法为 SMAW。因此只需要选择焊条即可。依据母材的成分，力学性能等选择焊接材料。由于 16MnR 的 b510 s345，可选择焊条 J422E4013,J507(E5015)。 由于选择焊条一方面要与母材等强度如表 3 所示，另一方面还要考虑焊接工艺性如：引弧的难易，脱渣性，成形性，稳弧性，及除氧，除氢，去硫，去磷等力量。综合考虑后选择 J507(E5015)焊条。此焊条由大桥焊条厂生产。表 3 E5015 焊条熔敷金属的力学成分 b(Mpa)517.4 s(Mpa)413.3 %31.53 断面收缩率%74.5Ak(J*cm2)240三、焊前预备1. 坡口的选择与制备(1) 坡口的选择：由于板厚为 12mm,焊接方法为 SMAW 等焊接条件.选择 V 形坡口。(2) 坡口制备方法：应依据工件尺寸，外形，加工条件综合考虑。目前有剪切， 气割，刨边，车削，碳弧气刨等方法制备坡口。考虑到坡口形式，加工质量和本钱，选择气割加工坡口。焊接坡口要求：间隙b=2-3mm，钝边P=2/mm，坡口角度60°+22. 焊接区域的清理(1) 焊前对坡口及四周 10mm 的油，锈，水等污物清理干净。E5015 焊接时清理要彻底。否则极易产生气孔和裂纹。(2) 清理方法：机械清理 a.钢丝刷 b.砂轮磨 c.喷丸处理 化学法 a.汽油除油 b。酸除氧化皮 c.碱除油 必要时用氧-乙炔焰烘烤处理。由于焊件为 300x150x12 的板材，所以选择钢丝刷或化学法处理。3. 焊条烘干虽然焊条出厂前已经高温烘干，考虑到焊条长期储存和运输中受潮，为确保焊接质量，焊条焊前需要烘干。一般酸性焊条取 70150保温 1.5h， 碱性焊条取 300400保温 2h.温度太低达不到除水的目的，温度过高引起药皮开裂。烘干一般不两次。4. 工件的装配定位焊前的装配定位主要使工件定位对正，保证装配间隙大小和延接头长度均匀，保证焊接质量和降低制造本钱有很大的影响。可以用夹具和定位焊将它们固定才进展正式焊接。定位焊时由于焊道短，冷却快，比较简洁产生焊接缺陷。5. 焊接预热表 4：16Mn 钢预热状况如下-10以下 预热预热是指焊前对工件整体或局部进展加热的工艺。预热的主要目的是降低焊接接头冷却速度，改善组织和性能，减小应力等。工件是否需要预热依据工件构造，材质和尺寸而定。一般状况下 16MnR 不需要预热。但是假设构造刚性大，应力集中，环境温度低时则需要预热 150°C。常见 16Mn 预热状况如下表：4<16mm高于-10不预热100-15016-24mm高于-50不预热-50以下 预热100-150高于 0不预热0以下 预热 10025-40mm-150>40mm预热 100-150预热 100-150工件预热一般用火焰加热，工频加热，电阻加热和红外线加热。考虑的本钱和加工条件选择火焰加热。四、焊接设备及焊接设备的选用1. 焊条电弧焊的设备包括焊接电源，焊钳和电缆。焊接工具包括焊钳，面罩， 护目镜及保温筒。（1） 焊接电源额定电流 20500A。要求：具有陡降的外特性，良好的动特性。适宜的电流调整范围。（2） 弧焊电源有： 弧焊变压器 BX1330，它构造简洁，本钱的，修理便利，效率高本钱低，没有磁偏吹。 弧焊整流器 AX320，它在国内应用较广引弧简洁，性能严峻，电弧稳定等性能。我们选 E5015，选择 AX320.（3） 焊接电源的外等性为陡降带外拖。为保证引弧性，一般空载电压为 5090V。（4） 焊钳作用：夹持焊条和传电流。要求隔热，绝缘。（5） 面罩是防止焊接飞溅，弧光，高温对焊工的损害。（6） 面罩的要求：耐热不然绝缘好，构造牢靠不漏光。（7） 焊条保温筒：温度在 100450，使用 J507，由于碱性焊条抗水锈力量差易发生气孔和裂纹等缺陷，焊条要随用随取，多烘干的焊条必需放在保温筒里。五、焊前确定1. 焊接位置：由于焊件为平板对接，水平固定 V 形坡口。因此焊接位置只有水平位置。水平位置是最易焊接操作的焊接位置。2. 焊接挨次分为左焊法和右焊法。处于焊接便利选择左焊法。但右焊法更易观看熔池。3. 焊接道数和层数12mm 板对接焊，无特别要求选择单层单道焊。4. 点固焊在装配焊接中为了确保焊件的正确位置而选择点固焊。点固焊是正式焊缝的一局部。对它有严格的要求：（1） 依据工件的力学性能和化学性能选择点固段数和每段的长度。16MnR 焊接应做两端定位。（2） 所选择的焊条与正式焊缝焊条型号一样，选 E5015。（3） 点固焊焊缝短，冷却快。因此定位焊时电流要比焊接时大 10% 。4焊接性好，点固长度不要长。516MnR 焊接后要进展热处理则定位焊也要进展热处理。（6） 定位焊时焊条直径要小一些。（7） 为保证两板焊接后变形过大，错变量不大于 1.5mm。5. 反变形由于焊接是不均匀加热和冷却的过程。焊接完毕后会产生焊接剩余变形， 考虑焊接变形的产生，在焊接前实行反变形的手段可以消退或减弱变形的产生。（1） 所谓反变形都是事先估量一个相反的变形拉斯抵消可能产生的变形。反变形只是预防变形的一种。（2） 预防变形的方法有：预留加工余量。合理的装配工艺挨次。刚性固定法。合理的焊接挨次。（3） 由于板对接焊易产生变形，固反变形是必要地。常用反变形方法：锤击法。 火焰加热法。六、焊接参数的选择焊接时为了保证焊接质量而选择的各种物理参数的总称为焊接参数。焊条电弧焊的工艺参数包括：焊条直径，焊接电流，电弧电压，焊接速度，热输入量，焊接层数。焊接参数的选择直接影响到焊接生产率，焊缝外形和尺寸，焊接质量， 融合比( )和成形系数(C/S)。1. 焊条直径的选择 如表：5焊条直径也就是焊芯直接。它依据焊缝间隙，焊接位置，接头形式，板厚，焊接热输入来选择。一般打底焊比填充和盖面小。碱性焊条比酸性小。立，仰焊时比平焊时小。如：12mm 板打底焊选ø3.2mm，填充，盖面选择 ø4.0mm。表 5 焊条直径的选择工件厚度/mm234-56-12>13焊条直径/mm23.23.2-44-54-62. 焊接电流的选择 如表：6焊接电流依据焊条直径，接头形式，焊接位置，层数来选择。焊接电流选择时：假设电流过大易产生焊穿和咬边，增大了工件的变形和金属的蒸发，飞溅大，使管接头处组织和性能发生变化。假设焊接电流过小则焊接不稳，造成未焊透和未融合，夹杂，成形不美观，不利于溶滴的过度。在一样的条件下平位置大于其他位置，E5015 所用电流小于 E4303。表 6 焊条电流与焊条直径的关系电流/A25-4040-6550-80100-130160-210200-270260-300直径/mm1.62.02.53.24563. 焊接层数的选择工件越厚层数越多，但为保证焊缝塑性和其他力学性能不能太厚一般依据板厚 =12mm，和焊条直径 d=4.0mm 来确定。即 n= /d。12mm 板对接选择三层如：图 3图 3 焊接层数4. 焊接电压的选择SMAW 焊接电压由弧长界定。弧长过长电弧电压高，此时对熔池的保护不好，焊接成型不好，冶金不充分，易产生缺欠。电弧短时电弧电压底，对焊缝质量和溶滴过度东有利。因此焊接时尽量选择短弧焊。立，仰焊时电弧电压比平焊小。碱性焊条电压比酸性焊条电压小.一般依据 U=(0.250.5)d 选择。5. 焊接速度焊接过程中焊接速度要均匀，一般焊接速度与焊接电流，电弧电压相匹配。一方面焊接速度影响焊缝的成型：焊缝宽度C 焊缝余高h 焊缝深度s。另一方面影响影响工件焊透状况和是否焊穿。焊接速度大时溶化力量不够造成未焊透，飞溅和夹杂。焊接速度过慢时，高温停留时间长，热影响区大，焊接接头晶粒粗大，同时使管子变形，错变量大。综上所述，16MnR 在进展 SMAW 焊接时选择工艺参数如下表 7。表 7 16MnR 焊接参数焊条型号焊接层数焊接电流/A焊条直径/mm焊接次序电源极性E5015打底85-1003.21直流反接填充160-2104.02盖面160-2104.01七、操作要点及留意事项1. 引弧焊接前引燃电弧的过程叫做引弧。引弧常用接触法。（1） 划擦法：此法引弧牢靠，引弧易把握，但有划痕。引弧时在焊接起点前 10mm 处，引燃后将焊条提起 24mm.（2） 直击法：焊条与工件垂直撞击，电弧引燃后将其快速提起 24mm，此法引弧不行靠 但无划痕。选用 E5015 焊条最好选择划擦法，因其对焊缝有预热的作用保证焊缝熔深正常并消退气孔和裂纹。2. 运条焊条相对于焊缝所做的各种运动的综合叫做运条。它包括三种运动即：1沿焊条轴向运动。2沿焊缝轴向运动3沿焊缝径向摇摆。常用运条方式有月牙型，直线型和锯齿型，依据焊接位置和板厚我选择直线型和月牙型。3. 收尾在焊条电弧焊中收位有特别的要求，收尾不好会产生弧坑，裂纹，气孔。常用的收尾方法有：1划圈法-适用厚板。2回焊收尾法-适用碱性焊条。3反复收尾法适用大电流薄板焊接。厚度为 16MnR-12mm 板焊接为厚板焊接，选择画圈收尾法。4. 敲渣SMAW 为气-渣联合保护，保护效果良好，渣的作用：(1)渗合金 ø1(2) 机械保护(3)改善焊接工艺性。但焊接收子时清渣不是很简洁。12mm 板对接平位置焊接承受单层单道焊。为保证质量每道焊完后都必需清渣。清渣常用工具：1平光镜2砂轮机3电动钢丝八、其他方面1.焊前预热预热16MnR 为热轧钢，碳和合金元素较低，焊接性能好。一般不需预热，但在特别状况下焊前要预热 100-150。2 焊道保温对于焊前预热的焊接需要焊道间保温。焊道温度为后焊焊道焊接前，前道焊道的最高温度。它对改善焊接质量格外重要。16MnR 的层间保温不低于100 摄氏度。3. 消退应力焊接过程中焊件中产生的内应力和焊接热过程引起的焊件的外形和尺寸变化。焊接过程的不均匀温度场以及由焊接温度场消逝后的应力和变形称为剩余焊接应力和变形。在没有外力作用的条件下，焊接应力在焊件内部是平衡的。焊接应力和变形在肯定条件下会影响焊件的功能和外观，因此是设计和制造中必需考虑的问题。焊接剩余应力对焊件有 6 个方面的影响。 对强度的影响 对刚度的影响。对受压焊件稳定性的影响。 对加工精度的影响。 对尺寸稳定性的影响。对耐腐蚀性的影响。焊接时适当降低焊件的刚度，并在焊件的适当部位局部加热，使焊缝能比较自由地收缩，以减小剩余应力。热处理(高温回火)是消退焊接剩余应力的常用方法。整体消退应力的热处理效果一般比局部热处理好。焊接剩余应力也可承受机械拉伸法预载法来消退或调整。4. 消退冷裂纹Q345C(16MnR)淬硬倾向大，发生珠光体转变的冷速快，易产生马氏体和贝氏体组织。在焊后进展 250-350后热去氢和缓冷可以防止冷裂纹。5. 消退结晶裂纹热轧钢含有肯定的锰且含碳量低，Mn/S 比一般可以满足不发生结晶裂的可能，但假设母材特别时会产生结晶裂纹。提高焊缝含锰量的同时削减碳和硫可有效地防止结晶裂纹。具体的是选择 E5015 焊条来脱硫。十、焊接质量检测1. 焊接质量检测是保证焊接质量而进展的工序，主要任务是测出缺陷进展返修和对焊缝进展评级。焊接检测分为1外观检测2内部检查等。无论哪种检测都分为四个等级。第一级最好，第四等级最差。2. 内部无损探伤用 RT 和 UT。1RT 检测原理：由 X 射线穿过焊缝，由于有无缺陷处对射线的衰减不同，通过射线照相在底片上会看到不同的黑度影 像，通过观看影像的外形，大小，位置即可正确的对缺陷定位定量。(2)UT： 超声波时频率大于 20230HZ 的机械波。常用斜探头放射超声波，穿透工件， 发生反射，承受超声波，依据波形推断缺陷的性质和位置。RT,UT 只擅长测量内部缺陷，其中RT 定性准确，UT 定位准确。我选择RT。依据标准 ISO5579:1998 评为级。3. 外观检测1VT,2MT(3)PT(1). 目视检测 利用肉眼，量具，低倍镜等凭阅历推断外观缺陷评级。(2). 磁粉检测 铁磁性材料充磁，假设有外表开口缺陷形成漏磁场，撒磁粉， 观查磁痕。分析并记录结果，退磁，后处理。(3). 渗透检测外表清理，喷渗透液，乳化，清洗，枯燥，喷显像剂。推断缺陷并记录，后处理。我选择 VT 和 PT4. 力学性能与弯曲试验 1拉伸试验2弯曲试验3冲击试验1.拉伸试验 在焊缝区和热影响区各取两块试板 >30mm 的板承受全焊透进展试验。每个试板的b 都大于母材为合格。2.弯曲试验 试验依据 GB/T232 执行。焊接工艺指导书单位名称 安徽机电职业技术学院焊接工艺指导书编号16日期 2023.10.24焊接工艺评定编号A120311焊接方法 手工电弧焊机械化程度 手工焊接接头：简图：坡口形式Y 型衬垫材料及规格无 其他 评定工程手弧工电焊板厚 12mm Y 型坡口对接母材：类别名 II组别名II-1与类别名II组别名II- 1相焊标准号 GB/T3280 钢号 0Cr18Ni9T 与标准号 GB/T3280钢号0Cr18Ni9Ti相焊厚度范围：母材：对接焊缝12 mm角焊缝管子直径、壁厚范围：对接焊缝角焊缝焊缝金属厚度范围： 对接焊缝不限-14角焊缝其他焊材类别焊条焊材标准GB/T5118填充金属尺寸直径 3.2，4.0焊材型号E5015焊材牌号J507其他耐蚀堆焊金属化学成分CSiMnPSCrNiMoVTiNb其他：焊接位置：对接焊缝位置平位置焊焊后热处理：焊接方向： 角焊缝位置焊接方向：从左向右温度范围 保温时间h580-6101预热：保护气体：预热允许最低值70-90层间温度允许最高值 75-95 保护气气体种类混合比流量L/min保持预热时间加热方式高频感应加热尾部保护气反面保护气电特性：电流种类：直流极性：正接焊接电流范围A： 100350电弧电压V：2230按所焊位置和厚度，分别列出电流和电压范围，填入下表焊道焊接方法焊层填充材料牌号直径焊接电流极性电流A电弧电压V焊接速度线能量cm/minkj/cm1/1SMAWJ5073.2正极1/2SMAWJ5074.0正极1/3SMAWJ5074.0正极901101602101602102230223022304-84-84-862598010621/4SMA WJ5074.0正极16021022304-81162钨极类型及直径喷嘴直径mm熔滴过渡形式粗滴过渡焊丝送进速度cm/min编制张浩日期2023/10/21审核李力日期2023/10/21批准王海日期2023/10/21技术措施：摇摆焊或不摇摆焊：摇摆摇摆参数：微摆焊前清理和层间清理：钢丝刷 ，砂轮反面清根方法：电弧气刨单道焊或多道焊每面：导电嘴至工件距离mm：单道3单丝焊或多丝焊：锤击：其他：焊接工艺评定报告单位名称： 安徽机电职业技术学院焊接工艺评定编号：16焊接工艺指导书编号：A120311焊接方法：SMAW机械化程度：手动接头简图：母材：焊后热处理：材料标准： GB/T6654热处理温度： 580650钢号： 16MnR保温时间h： 11.5 类、组别名 II-1 与类、组别名： II-1相焊厚度：12mm直径：保护气体：气体种类 混合比 流量L/min保护气体其他：尾部保护气体反面保护气体填充金属：电特性：焊材标准：GB/T5118电流种类：直流焊材牌号：J507极性：正接焊材规格：直径 3.2, 4.0钨极尺寸：焊缝金属厚度：1011mm焊接电流A：85其他：电弧电压V：20210其他：焊接位置：对接焊缝位置从左向右方向角焊缝位置：方向技术措施：焊接速度cm/min：48预热：预热温度：70- 95层间温度：70-100其他：摇摆或不摇摆：摇摆摇摆参数：微摆 多道焊或单道焊每面：单道焊多丝焊或单死焊：其他：拉伸试验试验报告编号：CG16 -1mmmmmm2kNMPa特征1-125.512306292.0550焊缝1-225.512306289.5552焊缝试样编号试样宽度试样厚度横截面积断裂载荷抗拉强度断裂部位和-弯曲试验试验报告编号：CG16-2mmmm°2-1面弯1040180合格2-2面弯1040180合格2-3背弯1040180合格2-4背弯1040180合格试样编号试样类型试样厚度弯轴直径弯曲角度试验结果冲击试验试验报告编号：CG16-3试样编号3-1试样尺寸55x10缺口类型V缺口位置焊缝试验温度-20冲击吸取功J29备注合格3-255x10V焊缝-2034合格金相检验角焊缝：根部：焊透 焊缝：融合焊缝、热影响区： 无裂纹检验截面焊角差 mm无损检验：RT：合格UT：MT：PT：合格其他：耐蚀堆焊层金属化学成分重量CSiMnPSCrNiMoVTiNb分析外表或取样外表至熔合线的距离mm：附加说明：结论：本评定按 JB4708-2023 规定焊接试件、检验试样、测定性能，确认试验记录正确评定结果：合格焊工张浩姓名焊工代号16施焊日期2023/12023/10/242023/1编制张浩日期0/24审核李力批准李力日期0/24第三方检验