15mnvn钢焊接冷裂纹及防止措施研究.doc

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1、2014届毕业设计（论文） 西安航空职业技术学院毕 业 设 计（论 文）论文题目： 15MnVN钢焊接冷裂纹及防止措施研究所属系部： 航空材料工程系指导老师： 职 称： 学生姓名： 班级、学号: 专 业： 焊接技术及自动化西安航空职业技术学院 毕业设计（论文）任务书题目： 15MnVN钢焊接冷裂纹及防止措施研究任务与要求：（1）焊接冷裂纹的危害及分类（2）15MnVN钢化学成分、基本性能、应用（3）形成冷裂纹的基本因素及其作用（4）防止冷裂纹的措施（5）15MnVN钢焊接时层状撕裂纹形成原因及防止措施时间： 2012 年 2 月 13日 至2012 年4 月 6 日 共 8 周所属系部： 航空

2、材料工程系 学生姓名： 学 号：09104117专业： 焊接技术及自动化指导单位或教研室： 航空材料工程系焊接技术及自动化系焊接教研室指导教师： 职 称：助 西安航空职业技术学院制2012年2月13日摘要焊接是大型安装工程建设中的一项关键工作，其质量的好坏、效率的高低直接影响工程的安全运行和制造工期。结合工程建造期间的施工管理经验，在人员、设备材料、标准文件和环境等方面加强焊接管理，有针对性地采取严格措施，可确保焊接质量优良，确保优质焊接工程的实现。关键词：焊接 安全 焊接质量AbstractWelding engineering construction of large installat

3、ion is one of the key work, its quality is good or bad, efficiency directly affect the safety of the project operation and manufacturing period. Combined with engineering construction during the period of construction management experience, in personnel, equipment materials, standard file and enviro

4、nment and so on strengthening the management of welding, a pointed to adopt strict measures, ensure welding quality, ensure high quality welding engineering realization.Key words ： Welding safety welding quality目录1 焊接冷裂纹的危害及分类61.1 焊接冷裂纹的危害61.2 焊接冷裂纹的分类62 15MNVN钢的化学成分、基本性能、应用72.1 15MnVN钢的化学成分72.2 15M

5、nVN钢的基本性能、应用73 冷裂纹的基本特征84 15MNVN钢形成冷裂纹的基本因素及其作用94. 1形成冷裂纹的基本因素及其作用94.1.1 15MnVN钢形成冷裂纹的基本因素及其作用94.2 基本因素的作用104.2.1 焊接冷裂纹的形态和特征104.2.2 防止延迟裂纹的措施104.2.3 脆化115 防止冷裂纹的措施125.1选择冷裂纹敏感性低的材料125.2严格控制气孔的来源125.2.1产生的原因125.2.2气孔的预防措施125.3焊前预热135.3.1 分析15MnVN钢焊接的工艺性135.3.2 坡口制备155.3.3 焊接方法选用155.3.4 焊接位置与焊枪角度165.

6、3.5 预热温度及焊接线能量165.3.6 焊接参数165.4焊后热处理175.4.1 热裂纹175.4.2 冷裂纹185.4.3 脆化195.4.4 气孔196. 层状撕裂纹形成原因及防止措施206.1破口形式及焊接顺序206.2 焊接要求21总结23致谢24参考文献251 焊接冷裂纹的危害及分类1.1 焊接冷裂纹的危害 高强钢的焊接冷裂纹一般都是在焊后的冷却过程中出现,在Ms点附近或200-300 的温度区间产生的.冷裂纹大多数具有一定的延时性,即它是一种延迟裂纹,一般是在有载荷的使用过程中产生的,裂纹发生之前有一段潜伏期,然后是裂纹的扩展,最后发生.1.2 焊接冷裂纹的分类冷裂纹多发生在

7、具有缺口效应的焊接热影响区或有物理化学不均匀性的氢聚集的局部地带。焊道下裂纹一般为微小的裂纹，之1中，形成于距焊缝边界约0.10.2mm的热影响区中,这个部位没有应力集中,但常具有粗大的马氏体组织且发生在氢含量较高的情况下,裂纹走向大体与焊接平行,且不显露于表面.焊根裂纹和焊趾裂纹起源于应力集中的缺口部位,粗大的马氏体组织区.焊根裂纹有的沿热影响区发展,有的则转入焊缝内部.横向裂纹常起源于淬硬倾向较大的合金钢焊缝边界，尺寸不大但常可显露于边界2 15MnVN钢的化学成分、基本性能、应用2.1 15MnVN钢的化学成分 15MnVN钢是碳素结构钢，其等级分ABCD四级，从左往右质量依次提高。表3

8、- 1 15MnVN钢的化学成分 牌号 等级化学成分（质量分数）（%）CMnSiSPQ235A0.140.220.300.650.300.0500.045B0.120.200.300.700.045C0.180.350.800.0400.040D0.170.0350.0352.2 15MnVN钢的基本性能、应用15MnVN的塑性好、焊接性好强度低。表3-2 Q235钢的基本性能牌号拉力强度MPa屈服点MPa伸长率（%）15MnVN3755002352615MnVN钢低碳优质碳素结构钢(wC0.60)多以型钢供货，具有较高的强度、硬度、弹性和耐磨性，而塑性、韧性较低，切削加工性中等，焊接性能不佳

9、，淬火开裂倾向较大，主要用于制造耐磨零件、弹簧和钢丝绳等，如凸轮、轧机轧辊及减振弹簧、座垫弹簧等，其中65钢是一种常用的弹簧钢3 冷裂纹的基本特征对循环载荷作用下 15MnVN钢的显微组织变形、微观裂纹的萌生和短裂纹扩展过程进行了研究。结果表明 ,在孔边应力集中处 ,显微组织的变形是不均匀的 ,其主要集中在铁素体晶粒内。在循环载荷作用下 ,晶内滑移带与晶界相互作用 ,形成晶界微裂纹。微裂纹合并形成短裂纹。裂纹尖端塑性区内晶粒同样经历裂纹的萌生和扩展过程。在短裂纹范围内 ,裂纹的扩展过程有很大的随机性。分析结果表明 ,短裂纹的扩展过程符合对数正态分布焊缝和热影响区均可出现冷裂纹，主要发生在低合金

10、钢、中合金钢、中碳钢、高碳钢、钛及钛合金的焊接接头中。焊道下裂纹、焊趾裂纹、焊根裂纹为热影响区纵裂纹。焊道下裂纹常平行于焊缝长度方向，并向热影响区扩展，不一定贯穿表面；焊根裂纹产生在根附近或根部未焊透等缺口部位；焊趾裂纹和根部裂纹主要由于缺口导致应力集中而发生。扩散氢的存在进一步促使裂纹4 15MnVN钢形成冷裂纹的基本因素及其作用4. 1形成冷裂纹的基本因素及其作用4.1.1 15MnVN钢形成冷裂纹的基本因素及其作用 15MnVN纲是低碳钢，由于低碳钢含碳量低，锰、硅含量也少，所以，通常情况下不会因焊接而产生严重硬化组织或淬火组织。低碳钢焊后的接头塑性和冲击韧度良好，焊接时，一般不需预热、

11、控制层间温度和后热，焊后也不必采用热处理改善组织，整个焊接过程不必采取特殊的工艺措施，焊接性优良。但在少数情况下，焊接时也会出现困难： （1）采用旧冶炼方法生产的转炉钢含氮量高，杂质含量多，从而冷脆性大，时效敏感性增加，焊接接头质量降低，焊接性变差； （2）沸腾钢脱氧不完全，含氧量较高，P等杂质分布不均，局部地区含量会超标，时效敏感性及冷脆敏感性大，热裂纹倾向也增大； （3）采用质量不符合要求的焊条，使焊缝金属中的碳、硫含量过高，会导致产生裂纹。如某厂采用酸性焊条焊接15MnVN纲钢时，因焊条药皮中锰铁的含碳量过高，会引起焊缝产生热裂纹； （4）某些焊接方法会降低低碳钢焊接接头的质量。如电渣焊

12、，由于线能量大，会使焊接热影响区的粗晶区晶粒长得十分粗大，引起冲击韧度的严重下降，焊后必需进行细化晶粒的正火处理，以提高冲击韧度； 总之，低碳钢是属于焊接性最好、最容易焊接的钢种，所有焊接方法都能适用于低碳钢的焊接。作用：（1）15MnVN钢属于奥氏体不锈钢，其组织为奥氏体（A)加3-5 铁素体（F ）。它具有良好的塑性和高温、低温性能。它在焊接热循环的作用下，主要显示出以下基本要求： 焊接过程中采用小的线能量输入，减小热影响区范围，加快焊缝及热影响区的冷却速度对不锈钢的焊接是有益的。 用15MnVN钢焊接时导热系数小，存在过热区，也容易造成热影响区的晶粒长大。焊缝高温停留时间过长，在高温状态

13、下Cr和C形成化合物，在高温区就形成了贫铬层，也会导致焊缝的枝晶倾向加剧。因此要求尽量选择线能觉输入较小的焊接方法。 由于导热系数小而线膨胀系数大，自由焊态下焊接易产生较大的变形，选用能量集中，热影响区窄的焊接方法能在一定程度上减少焊接变形。（2）15MnVN钢的含碳量很小，在加上它属于高合金钢碳当量法对它焊接性能的估算是不怎么准确的。因此我们不用碳当量对它的焊接性进行分析。 （3）15MnVN钢属于奥氏体不锈钢，这类钢有具有交高的变形能两种母材自身的问题： 珠光体钢：冷裂纹、脆化等； 奥氏体钢：热裂纹等。特殊问题： （1）母材对焊缝的稀释，引起焊缝组织与性能的变化珠光体钢母材的溶入，将稀释填

14、充金属，引起其成分与组织的变化。 （2）形成凝固过渡层在靠近珠光体钢一侧熔合线的焊缝金属中，会形成一层与内部焊缝金属成分不同的过渡层。过渡层中的高硬度马氏体组织会使脆性增加，塑性显著降低，形成低塑性带，从而降低了焊接结构的可靠性。 （3）形成碳迁移过渡层在焊接或焊后加热（热处理或高温运行）时，碳从珠光体母材通过熔合区向焊缝扩散，在靠近熔合区的珠光体母材上形成一个软化的脱碳层，而在靠近熔合区的奥氏体焊缝中形成硬度较高的增碳层。 （4）接头应力状态复杂局部加热引起的热应力、两种钢的热膨胀系数不同引起的残余应力（热处理无法消除此应力）。4.2 基本因素的作用4.2.1 焊接冷裂纹的形态和特征冷裂纹形

15、态 焊道下裂纹：在焊道下的热影响区内形成的焊接冷裂纹，常平行于熔合线发展 ；焊指裂纹：沿应力集中的焊址处形成的冷裂纹，在热影响内扩展； 焊根裂纹：沿应力集中的焊缝根部所形成的冷裂纹，向焊缝或热影响发展。 特征：无分支、穿晶开裂、断口表面无氧化色。最主要、最常见的冷裂纹为延迟裂纹（即在焊后延迟一段时间才发生的裂纹-因为氢是最活跃的诱发因素，而氢在金属中扩散、聚集和诱发裂纹需要一定的时间）。延迟裂纹的产生原因 焊接接头存在淬硬组织，性能脆化； 扩散氢含量较高，使接头性能脆化，并聚集在焊接缺陷处形成大量氢分子，造成非常大的局部压力；（氢是诱发延迟裂纹的最活跃因素，故有人将延迟裂纹又称氢致裂纹） 存在

16、较大的焊接拉应力。 4.2.2 防止延迟裂纹的措施 选用碱性焊条，减少焊缝金属中氢含量、提高焊缝金属塑性； 减少氢来源枣焊材要烘干，接头要清洁（无油、无锈、无水）； 避免产生淬硬组织枣焊前预热、焊后缓冷（可以降低焊后冷却速度）； 降低焊接应力枣采用合理的工艺规范，焊后热处理等； 焊后立即进行消氢处理（即加热到250，保温26左右，使焊缝金属中的扩散氢逸出金属表面）。4.2.3 脆化 a在一定温度条件下出现的脆性，温度条件改变后，脆性自行消失，或者在一定温度条件下，经一定时间后出现的脆性。这种情况下，金属的组织变化不明显。有冷脆性，热脆性，红脆性及回火脆性。 b由于应力的反复作用，介质的浸蚀以在

17、高温下长期工作后，金属组织改变引起的脆化现象。这种脆性无法消除或要通过一定的特殊方法消除。如氢脆。影响因素：a化学成分 含C量，铬锰钼磷等；b保温时间 不同钢产生热脆性所需的保温时间不同；c 热处理 调质处理可阻止热脆性产生。5 防止冷裂纹的措施5.1选择冷裂纹敏感性低的材料冷拔无缝钢管的轴向，平行于晶粒的拉长方向，强度升高；高压管的径向，垂直于晶粒的拉长方向，强度反而降低，而液压油缸最大的应力正存在于无缝钢管的径向上，所以，变形太大对充分发挥冷拔管的性能不利。对于钢材中出现的纤维组织以及位错、空位等晶体缺陷，一般均采取退火或正火等热处理手段加以消除。退火的目的是细化晶粒，消除组织缺陷，降低硬

18、度，提高塑性5.2严格控制气孔的来源焊接产生的气孔主要有以下几种： （1）一氧化碳气孔 产生CO气孔的原因主要是熔池中的FeO和C发生了如下的还原反应： FeO+CFe+CO 该反应在熔池处于结晶温度时，进行得比较剧烈。同时，由于熔池已开始凝固，CO气体不易逸出，于是在焊缝中形成CO气孔。 （2）氢气孔 焊丝、工件表面的油污和铁锈，以及气体中所含的水分都含有氢元素，它们在电弧高温下都会分解出氢气。氢气难溶于固体金属，易溶于熔融态金属中。如果熔池在高温时溶入了大量氢气，在结晶过程中又不能充分排出，则留在焊缝金属中形成气孔。 （3）氮气孔 氮气孔的成因与氢气孔类似，都是因为气体在固体金属和熔融态金

19、属中的溶解度差异。氮气的主要来源是空气侵入焊接区。5.2.1产生的原因 焊接材料方面。焊条受潮，未按要求烘干，药皮变质、剥落，焊芯锈蚀，焊件未清理干净；焊接工艺方面。手弧焊时，采用过大的焊接电流，造成焊条药皮发红而导致保护失败。焊接电弧过长造成熔池保护不良产生气孔。5.2.2气孔的预防措施不使用药皮剥落、偏心或焊芯锈蚀的焊条，各种类型焊条应按规定烘干，焊接坡口两侧应清理干净，选用合适的焊接电流，采用短弧焊接，若发现偏心焊条应及时转动或倾斜焊条，焊工操作要熟练。5.3焊前预热表6-1 15MnVN钢焊接材料选用表钢 材手工电弧焊 用焊条埋弧自动焊电渣焊气体保护焊气焊应选用焊条允许代替焊条应选用焊

20、丝焊 剂应选用焊丝焊 剂应选用焊丝保护气体应选用焊条允许代替焊条Q235- AE4303E5015H08AHJ 431H10 Mn2HJ 431H08Mn 2SiACO2H08AH08AE4315E5105H08MnAH08Mn 2SiAArH08MnA综上，15MnVN钢焊接的焊接材料的选用。表6-2奥氏体不锈钢与碳钢焊接的焊接材料的选用表焊接接头异种钢材手工焊焊条奥氏体不锈钢与碳钢E1-23-13-16 （H0Cr24Ni13）注:1）碳钢 Q235-A 2）奥氏体不锈钢 15MnVN5.3.1 分析15MnVN钢焊接的工艺性接头与坡口形式设计 焊缝布置与接头的 应力集中程度对接头质量有明

21、显的影响。合理的接头设计应使应力集中系数尽可能小，且具有好的可焊到性，并便于焊后检验。为此，应避免将焊缝布置在断面突然变化的部位，并要考虑施焊方便。一般来说，对接焊缝比角焊缝更合理，因为后者应力集中系数大，并有明显的缺口效应；同时，对接焊缝更便于进行射线或超声波探伤。坡口形式以U形或V形为佳，单边V形或J形坡口也可采用，但必须在工艺规程中注明要求两个坡口必须完全焊透。为了降低焊接应力，可采用双V形或双U形坡口。X型坡口:适用于 =1260 优点:填充金属及变形比V形坡口减小1/2. 缺点:加工较V形复杂,需两面施焊。 一般用于板较厚且可以双面焊,变形要求较小的工件。 U型坡口:适用于 =206

22、0 优点:填充金属比X形小,变形小,单面施焊。 缺点:坡口加工困难。 多用于厚板且变形要求小,而且只允许单面施焊的工件。 双U型坡口:适用于 =4060 优点:填充金属及变形最小。 缺点:加工困难,需双面焊接。 多用于变形要求特别小,允许双面施焊时。 坡口尺寸: 夹角 ,=60. 5. 根部间隙b,b=21 . 钝边厚度P,P=21 . 斜角 ,=10. 3. 根部半径R,R= 35.钝边厚度P,P=21根部间隙b,b=21表6-3坡口与接头因此，无论用何种形式的接头或坡口，都必须要求焊缝与母材交界处平滑过渡。5.3.2 坡口制备 Q235的坡口可以用气割切制，但切割边缘有硬化层，应通过加热或

23、机械加工消除。当板厚小于100mm时，切割前不需预热。当板厚不小于100mm，应进行100150预热。15MnVN采用机械切割或等离子弧切割。图6-1气割设备5.3.3 焊接方法选用由于15MnVN钢的强度均小于980MPa，且材料的焊接性知，这两种材料的焊接需采用焊条电弧焊。图6-2为交流弧焊机5.3.4 焊接位置与焊枪角度将焊枪从直角顶点远离螺座圆弧面平移一段距离，即仍然保持45不变，但焊丝的接触点在距直角顶点1.52.5mm处，使电弧稍集中在碳钢母材侧，确保两母材金属受热均匀一致，从而保证了焊接接头熔深一致。 5.3.5 预热温度及焊接线能量 预热的目的主要防止冷裂为，对改善组织没明显作

24、用。前对碳钢板预热也能弥补两种材料因热导率不一致引起的焊缝熔深不一致，预热温度一般为100200，预热温度过高，会导致焊缝的冷却速度变慢，有可能引起焊接接头晶粒边界碳化物的析出和形成铁素体组织，大大地降低接头的冲击韧性。预热温度过低，则起不到预热的作用，无法防止焊缝熔深不一致的形成。对于多层焊，则应考虑层间温度，让前一层焊缝冷却至100200后再焊下一道焊缝。标准规定，生产中的所采用的线能量不能大于工艺评定中的线能量，这个线能量是平均值还是最大值，如果是最大值，是否合适。比如说，有一条焊缝，焊了十层，其中大部分的线能量都在20kj/cm，而其中两层的线能量在30kj/cm，如果按最大线能量去制

25、定工艺，所焊出的产品就不一定能合格了。工艺评定应该尽量代表产品的焊接工艺，而产品的焊接工艺也应尽量和工艺评定一致。实际生产中确定线能量的步骤是，首先通过实验确定所焊钢材保证韧性的最大线能量，然后根据用此线能量焊接时的冷裂倾向确定预热温度。5.3.6 焊接参数 对于0Cr18Ni9不锈钢与Q235B碳钢的异种钢焊接，为防止在实际应用中由于焊缝的一侧晶体粗大而产生脆化和裂纹，还要选用小的热输入，小的焊接电流，较大的焊接电压，较快的焊接速度，小直径焊条或焊丝等。 5.4焊后热处理 不锈钢复合板焊后热处理按基层材料要求进行。覆层为堆焊金属的不锈钢复合钢板基层需要焊后热处理，则应在堆焊覆层后再进行。对耐

26、晶间腐蚀要求较高的设备，如果基层需要焊后热处理，则宜在热处理后再焊覆层的盖面层焊缝。 复合钢板焊后热处理温度表6-4示覆层材料基层材料温度不锈钢铬系低碳钢低合金钢600-650奥氏体系600-650奥氏体系550由于15MnVN钢自身母材的影响，易产生热裂纹、冷裂纹、脆化、气孔、夹渣等。5.4.1 热裂纹 （1）定义 热裂纹常发生在焊缝区，在焊缝结晶过程中产生的叫结晶裂纹，也有发生在热影响区中，在加热到过热温度时，晶间低熔点杂质发生熔化，产生裂纹，叫液化裂纹。 特征：沿晶界开裂（故又称晶间裂纹），断口表面有氧化（2）焊接热裂纹发生的原因及防止措施：对热裂纹中最有代表性的凝固裂纹的发生原因和防止

27、对策进行说明。一般地，凝固裂纹是在冷却过程中的凝固温度附近，结晶粒界处残余的液相或脆弱的不纯物的液体薄膜不能支撑由于凝固进行而发生的收缩应力而发生开裂。 因此，凝固裂纹发生的原因是 材料的化学C,P,S的影响-焊缝金属中C,P,S的含有量高 防止对策: 尽可能选用低C,P,S的焊丝和母材。Ni的影响-焊缝金属中Ni的含有量高。防止对策: 尽可能选用成为低P,S焊缝的焊丝.标准: P+S0.02%. Si,Nb的影响-焊缝金属中Si,Nb的含有量高防止对策: 避免多余的Si,Nb的添加 如母材中Si,Nb的成分高时，用低Si的焊丝。焊接施工条件a-电流过大，会使熔深过深防止对策: 以能得到安全的

28、断面形状为限，降低电流值。调整导电嘴和母材的距离，降低电流值。焊接量有保证的场合，使用细径焊丝以能获得熔深浅宽的焊缝，设定施工条件。b-电压过低，焊缝幅窄，最终凝固区域成为焊缝的内部防止对策: 为获得适当的凝固形态，设定提高电压值的值。c-速度过快，柱状晶的突出变成凝固。 防止对策: 为使柱状晶的形成呈向上的状态，减慢速度d-焊枪角度-焊枪太过于倾斜。防止对策: 焊枪角度以垂直20为标准.e-弧坑处理不彻底防止对策:弧坑处电流为 焊接电流0.60.7.其他(a) 预焊 -预焊部的处理不彻底.防止对策: 预焊尽可能不要熔断。(未熔合的根源，在预焊焊缝处裂纹发生焊缝裂纹的起点)。（b）零件形状复杂

29、时，要考虑焊接顺序，考虑不要有局部的拘束。焊接时过度抑制应变 将成为开裂的根源。有可能时进行预热(250300), (250300时降伏应力急剧下降)。(c) 其他-电弧不稳定的要因管理不适当。防止对策: 除去焊接面(包括反面)的油、锈、涂料等5.4.2 冷裂纹（1）定义 焊接接头冷却到较低温度下(对于钢来说在Ms温度以下)时产生的焊接裂纹。 （2）焊接冷裂纹的形态和特征冷裂纹形态 焊道下裂纹：在焊道下的热影响区内形成的焊接冷裂纹，常平行于熔合线发展 ；焊指裂纹：沿应力集中的焊址处形成的冷裂纹，在热影响内扩展； 焊根裂纹：沿应力集中的焊缝根部所形成的冷裂纹，向焊缝或热影响发展。 特征：无分支、

30、穿晶开裂、断口表面无氧化色。最主要、最常见的冷裂纹为延迟裂纹（即在焊后延迟一段时间才发生的裂纹-因为氢是最活跃的诱发因素，而氢在金属中扩散、聚集和诱发裂纹需要一定的时间）。延迟裂纹的产生原因 焊接接头存在淬硬组织，性能脆化； 扩散氢含量较高，使接头性能脆化，并聚集在焊接缺陷处形成大量氢分子，造成非常大的局部压力；（氢是诱发延迟裂纹的最活跃因素，故有人将延迟裂纹又称氢致裂纹） 存在较大的焊接拉应力。 （3）防止延迟裂纹的措施 选用碱性焊条，减少焊缝金属中氢含量、提高焊缝金属塑性； 减少氢来源枣焊材要烘干，接头要清洁（无油、无锈、无水）； 避免产生淬硬组织枣焊前预热、焊后缓冷（可以降低焊后冷却速度

31、）； 降低焊接应力枣采用合理的工艺规范，焊后热处理等； 焊后立即进行消氢处理（即加热到250，保温26左右，使焊缝金属中的扩散氢逸出金属表面）。5.4.3 脆化 （1）在一定温度条件下出现的脆性，温度条件改变后，脆性自行消失，或者在一定温度条件下，经一定时间后出现的脆性。这种情况下，金属的组织变化不明显。有冷脆性，热脆性，红脆性及回火脆性。 （2）由于应力的反复作用，介质的浸蚀以在高温下长期工作后，金属组织改变引起的脆化现象。这种脆性无法消除或要通过一定的特殊方法消除。如氢脆。在450600长时间回火或在更高温度（600700）回火后，出现常温冲击韧性下降。再次回火消除,或加入钼钨防止,对于一

32、般钢回火可提高冲击韧性。氢脆金属在外加载荷的作用下，当应力达到断裂强度时，发生断裂。5.4.4 气孔 定义 是指焊接时,熔池中的气体未在金属凝固前逸出,残存于焊缝之中所形成的空穴。其气体可能是熔池从外界吸收的,也可能是焊接冶金过程中反应生成的。 焊接产生的气孔主要有以下几种： a一氧化碳气孔 产生CO气孔的原因主要是熔池中的FeO和C发生了如下的还原反应： FeO+CFe+CO 该反应在熔池处于结晶温度时，进行得比较剧烈。同时，由于熔池已开始凝固，CO气体不易逸出，于是在焊缝中形成CO气孔。 b氢气孔 焊丝、工件表面的油污和铁锈，以及气体中所含的水分都含有氢元素，它们在电弧高温下都会分解出氢气

33、。氢气难溶于固体金属，易溶于熔融态金属中。如果熔池在高温时溶入了大量氢气，在结晶过程中又不能充分排出，则留在焊缝金属中形成气孔。 c氮气孔 氮气孔的成因与氢气孔类似，都是因为气体在固体金属和熔融态金属中的溶解度差异。氮气的主要来源是空气侵入焊接区。产生的原因 焊接材料方面。焊条受潮，未按要求烘干，药皮变质、剥落，焊芯锈蚀，焊件未清理干净；焊接工艺方面。手弧焊时，采用过大的焊接电流，造成焊条药皮发红而导致保护失败。焊接电弧过长造成熔池保护不良产生气孔。气孔的预防措施：不使用药皮剥落、偏心或焊芯锈蚀的焊条，各种类型焊条应按规定烘干，焊接坡口两侧应清理干净，选用合适的焊接电流，采用短弧焊接，若发现偏

34、心焊条应及时转动或倾斜焊条，焊工操作要熟练。6. 层状撕裂纹形成原因及防止措施 焊接选择焊条电弧焊，为保证复合钢板的焊接质量，首先要恰当地分别选择覆层和基层用的焊接材料。为更有效地防止稀释和碳迁移等问题，在基层与覆层之间加焊隔离过渡层，因此还要选好隔离过渡层用焊接材料。选择焊接材料的基本原则是：覆层用焊接材料应保证金属的主要合金元素含量不低于覆层母材标准规定的下限值；对于有防止晶间腐蚀要求的焊接接头，还应保证金属中有一定含量的Nb、Ti等稳定化元素或者C0.04。对于基层应按基层钢材合金含量选用焊接材料，保证焊接接头的抗拉强度不低于基层母材标准规定的抗拉强度下限值。过渡焊缝金属的焊接材料宜选用

35、25Cr-13Ni型或25Cr20Ni型，以保证能补充基层对覆层造成的稀释。表7-1焊接材料的选择不锈钢复合钢 基层用焊材过渡焊缝用焊条覆层用焊条覆材钢号基层钢号型号对应牌号示例型号对应牌号示例15MnVN 15MnVN -AF15MnVN -A15MnVN -B15MnVN -C按低碳或低合金钢有关焊材标准选用E309-16E309-15E310-16E310-15A407 A302A307A402E347-16E347-15E309-16E309-15A132A137A302A3076.1破口形式及焊接顺序 图7-1 15MnVN复合钢板的破口形式及焊接顺序1、2-基层焊缝 3-过渡层焊缝

36、 4-复层焊缝6.2 焊接要求 从复层15MnVN一侧铲焊根，一般槽深56mm，并用砂轮打磨，清理干净。 焊接过程中过渡层经检验合格后，再焊复层焊缝。焊缝形式如图7-215MnVN钢板对接接头焊接参数表7-2复合 钢 板接头 形 式坡口 形 式焊缝 层 数焊条直径|mm焊接电流|A电弧电压|V基 层对接V形14190262312020过渡层3414015020复层4414015020不使用药皮剥落、偏心或焊芯锈蚀的焊条，各种类型焊条应按规定烘干，焊接坡口两侧应清理干净，选用合适的焊接电流，采用短弧焊接，若发现偏心焊条应及时转动或倾斜焊条，焊工操作要熟练。定义 夹渣是非金属固体物质残留于焊缝金属

37、中的现象，夹杂物出现在熔焊过程中。危害 焊后残留在焊缝中的熔渣称为夹渣，夹渣对接头的性能影响比较大。因夹渣多数呈不规则状，会降低焊缝的塑性和韧性，其尖角会引起很大的应力集中，尖角顶点常导致裂纹产生，焊缝中的针形氧化物和磷化物夹渣会使焊缝金属变脆，降低力学性能，氧化铁及硫化铁夹渣容易使焊缝产生脆性。防治措施 将坡口及焊层间的熔渣清理干净，将凹凸处铲平；适当地增大焊接电流，必要时把电弧缩短，并增加电弧停留时间，使熔化金属和熔渣得到充分加热；根据熔化情况，随时调整焊条角度和运条方法，使熔渣能上浮到铁水表面；正确选择母材和焊条金属的化学成分，降低熔渣的熔点和粘度，防止夹渣产生。总结 通过对Q235钢与

38、0Cr18Ni9钢焊接的分析、认识，能使学生在运用基本理论、基本知识解决实际问题能力、独立工作能力和创新能力方面得到锻炼。让我们对大学三年所学的专业内容进行了全面系统的复习，并且使我们将理论与实践相结合，学以致用。 毕业设计工作是实现人才培养目标的综合性实践教学环节,是学生开始从事科学研究和工程设计的初步尝试,是培养学生运用所学的基本理论、基本知识和基本技能解决实际问题能力、独立工作能力和创新能力的重要途径，是学生将所学知识深化和升华的重要过程，也是对学生的学习成果、创新能力和综合素质的全面检验。为了进一步提高本科生毕业设计的教学质量，认真总结经验,吸取教训是很有必要的。 因此，我非常重视这次

39、毕业设计，让我对自所学内容进行了检测，为我今后学习打下良好的基础。致谢非常感谢张老师的细心指导，在老师的指导使我顺利进行这次毕业设计。在每次设计遇到问题时老师不辞辛苦的讲解才使得我的设计顺利的进行。从设计的选题到资料的搜集直至最后设计的修改的整个过程中，花费了张老师很多的宝贵时间和精力，在此向导师表示衷心地感谢！老师严谨的治学态度，开拓进取的精神和高度的责任心都将使学生受益终生！还要感谢和我同一设计小组的几位同学，是你们在我平时设计中和我一起探讨问题，并指出我设计上的误区，使我能及时的发现问题把设计顺利的进行下去，没有你们的帮助我不可能这样顺利地结稿，在此表示深深的谢意。参考文献1：焊接方法与设备.雷世明主编，机械工业出版社，19992：熔焊原理及金属材料焊接.应若菜主编，机械工业出版社，20003：弧焊电源.郑宜庭等编，机械工业出版社，19904：焊接实训.杨兵兵主编，高等教育出版社，20095：焊接材料简明选用手册.张子荣等编著，机械工业出版社，19996：焊接工艺人员手册.俞尚知主编，上海科学技术出版社，19917：电弧.周玉生主编，机械工业出版社，19948：焊接手册.美国焊接学会编，机械工业出版社，19889.焊接自动控制基础：赵家瑞等编，机械工业出版社，1990 10.金属结构的电弧焊：天津大学编，机械工业出版社，1993