16Mn钢焊接研究论文03287

16Mn钢焊接研究 论文 政研论文下载论文大学下载论文大学下载关于长拳的论文浙大论文封面下载 03287 核准通过，归档资料。 未经允许，请勿外传～ 16Mn钢焊接研究 摘 要 16Mn钢是具有高强度、高韧性和耐腐蚀等优良特性的低合金高强钢，是我国低合金高强钢中用量最多、产量最大的钢种，广泛用于制造桥梁、船舶、车辆、锅炉、高压容器、输油输气管道、大型钢结构等。鉴于16Mn钢在我国工业和国民经济建设中的重要性，而16Mn钢的焊接又是16Mn钢应用中必不可少的一道工艺技术,因此16Mn钢的焊接进行研究对实践应用意义重大。本课 题 快递公司问题件快递公司问题件货款处理关于圆的周长面积重点题型关于解方程组的题及答案关于南海问题 采用焊条电弧焊对16Mn钢进行焊接，分析焊接接头的组织和性能的变化;并对得到的焊接接头进行正火处理，分析热处理前后焊接接头组织和性能的变化。 结果表明，焊接接头焊缝区组织为柱状晶;熔合区为粗大晶粒;过热区为魏氏组织;完全结晶区为细小的铁素体和珠光体;不完全结晶区一部分为细小的铁素体和珠光体，一部分为粗大的铁素体。由于熔合区粗大晶粒和过热区魏氏组织的存在使得16Mn钢焊接接头可能存在冷裂纹和热影响区脆化等缺陷。所以对其进行焊后正火处理，热处理后的焊接接头晶粒明显比未热处理过的要细小，组织结构更加均匀。硬度也相应的有所升高。因此，热处理可以改善焊接接头的组织，并提高其性能。 本课题研究的16Mn钢焊条电弧焊工艺、焊接接头组织和性能以及焊后热处理工艺可为实践生产中16Mn钢的焊接提供参考。 关键词:16Mn钢;焊条电弧焊;焊接接头;组织和性能;热处理 - - I Welding Research of 16Mn Steel Abstract 16Mn steel is a low alloy high strength steel which has high strength, high toughness and corrosion resistance and other excellent characteristics. It has the largest amount and the largest steel production among the low alloy high strength steel in China. It is widely used in manufacture of bridges, ships, vehicles, boilers, pressure vessels, pipelines, large steel structure. In view of the importance of 16Mn steel in ours industry and national economy, also 16Mn steel welding is an essential technology, so the welding of steel 16Mn study is significant for practical application. In this issue 16Mn steel was welded by SMAW, the changes welded joint were analyzed in the organization and performance; welded joints were obtained by normalizing processing, and analyzed the changes of the organization and performance between before and after heat treatment. The results show that the weld zone is the columnar crystal; fusion zone is coarse crystal; hot area is the widmanstatten structure; completely crystalline region is the ferrite and pearlite; one part of incomplete crystalline region is the small Ferrite and Pearlite, another is the coarse Ferrite. The coarse crystal of the 16Mn steel welded joint fusion zone and the widmanstatten structure of the 16Mn steel welded joint hot area as the result of Cold cracking and HAZ. So it was processed by normalizing after welding, welded joints after heat treatment were significantly higher than the grain is not heat treated to small and more uniform structure. Hardness was increased accordingly. Therefore, heat treatment of welded joints can improve the organization and improve its performance. Research of 16Mn steel's SMAW, microstructure and properties of welded joints,heat treatment after weldingcan be used as a reference of the welding of 16Mn steel in practice. Keywords: 16Mn steel; electrode arc welding; welded joint; microstructure and properties; heat treatment - - II 目 录 引 言 ........................................................................................................................................ 1 第1章 绪 论 ........................................................................................................................ 2 1.1 背景与意义..................................................................................................................... 2 1.2 发展概况......................................................................................................................... 2 1.3 来源与内容..................................................................................................................... 3 第2章 焊接理论知识 ............................................................................................................ 4 2.1 焊接性及其实验评定..................................................................................................... 4 2.1.1 焊接性及影响因素 ................................................................................................. 4 2.1.2 焊接性评定原则及方法 ......................................................................................... 5 2.2 焊接接头及组织和性能................................................................................................. 7 2.2.1 焊接接头的概念 ..................................................................................................... 7 2.2.2 焊接接头的基本形式 ............................................................................................. 8 2.2.3 焊接接头的设计要求 ........................................................................................... 10 2.2.4 坡口的基本形式 ................................................................................................... 10 2.2.5 焊接接头特性 ....................................................................................................... 11 2.3 焊条电弧焊................................................................................................................... 13 2.3.1 焊条电弧焊概述 ................................................................................................... 13 2.3.2 焊接设备及辅助工具 ........................................................................................... 13 2.3.3 焊条电弧焊基础 ................................................................................................... 16 2.3.4 焊条电弧焊工艺参数 ........................................................................................... 18 2.3.5 焊条电弧焊的基本操作技术 ............................................................................... 19 2.3.6 常见的焊条电弧焊缺陷及防治措施 ................................................................... 21 第3章 实验过程 .................................................................................................................. 22 3.1 16Mn的焊接 ................................................................................................................ 22 3.1.1 16Mn钢简介 ......................................................................................................... 22 3.1.2 16Mn钢的焊接性 ................................................................................................. 23 3.1.3 16Mn钢的焊接工艺参数 ..................................................................................... 23 - - III 3.2 金相试样的制备、观察及其硬度测试....................................................................... 25 3.2.1 金相试样的制备 ................................................................................................... 25 3.2.2 金相试样的观察 ................................................................................................... 26 3.2.3 试样的硬度测试 ................................................................................................... 26 第4章 实验结果分析 .......................................................................................................... 28 4.1 焊接接头金相组织分析............................................................................................... 28 4.1.1 焊缝区 ................................................................................................................... 28 4.1.2 熔合区 ................................................................................................................... 28 4.1.3 过热区 ................................................................................................................... 29 4.1.4 完全结晶区 ........................................................................................................... 29 4.1.5 不完全结晶区 ....................................................................................................... 30 4.1.6 母材 ....................................................................................................................... 31 4.2 焊接接头硬度分析....................................................................................................... 31 结论与展望 .............................................................................................................................. 34 结论 ....................................................................................................................................... 34 展望 ....................................................................................................................................... 35 致 谢 .................................................................................................................................. 36 参考文献 .................................................................................................................................. 37 附录A 引用的英文资料及 翻译 阿房宫赋翻译下载德汉翻译pdf阿房宫赋翻译下载阿房宫赋翻译下载翻译理论.doc ............................................................................................ 38 附录B 主要参考文献及摘要 ................................................................................................ 47 - - IV 插图清单 图2-1 焊接接头示意图 .......................................................................................................... 7 图2-2 焊接接头的基本类型 .................................................................................................. 8 图2-3 对接接头的几种形式 .................................................................................................. 8 图2-4 T型接头....................................................................................................................... 9 图2-5 搭接接头 ...................................................................................................................... 9 图2-6 角接接头 .................................................................................................................... 10 图2-7 对接焊缝坡口形式 .................................................................................................... 11 图2-8 角接和T形接头的坡口............................................................................................ 11 图2-9 焊条电弧焊的过程 .................................................................................................... 13 图2-10 动铁式交流弧焊机机构示意图 ................................................................................ 14 图2-11 同体式焊接结构图 .................................................................................................... 14 图2-12 动圈式焊机结构 ........................................................................................................ 14 图2-13 电捍钳的规格和主要技术数据 ................................................................................ 16 图2-14 电捍钳的规格和主要技术数据 ................................................................................ 16 图2-15 焊条的组成 ................................................................................................................ 17 图2-16 几种常见的运条方式 ................................................................................................ 20 图3-1 维氏硬度试验原理图 ................................................................................................ 27 图4-1 16Mn钢焊接接头焊缝区200×................................................................................ 28 图4-2 16Mn钢焊接接头熔合区200×................................................................................ 29 图4-3 16Mn钢焊接接头过热区200×................................................................................ 29 图4-4 16Mn钢焊接接头完全结晶区200×........................................................................ 30 图4-5 16Mn钢焊接接头不完全重结晶区200×................................................................ 30 图4-6 16Mn钢焊接接头母材200×.................................................................................... 31 图4-7 16Mn钢焊接接头硬度变化曲线 ............................................................................. 32 - - V 表格清单 表2-1 焊条电弧焊机 ............................................................................................................ 14 表2-2 电捍钳的规格和主要技术数据 ................................................................................ 15 表3-1 16Mn钢化学成分 ..................................................................................................... 22 表3-2 不同环境温度下焊接16Mn钢的预热温度 ............................................................ 23 表3-3 16Mn钢焊条电弧焊的工艺参数 ............................................................................. 24 表4-1 16Mn钢焊接接头热处理前后维氏硬度值 ............................................................. 32 - - VI 引 言 本课题研究是本科教学工作中实验教学问题，是对所学专业理论知识的一次总结概括和实践应用。焊接工艺是金属应用中最重要的连接技术之一，通过对16Mn钢焊接的研究，对焊接工艺有个基本的了解。 主要实验内容包括16Mn钢焊接工艺参数的设计及实验，焊后热处理工艺的设计及实验，焊接接头金相试样的制备，显微组织的观察，焊接接头的硬度测量实验，最后是组织和性能的测定与分析。通过这些工作，不仅加深对所学焊接理论知识的理解和掌握，了解当代焊接的前沿技术，同时提高学生分析和解决实际问题的能力，锻炼和培养动手和操作能力，为今后从事相关工作奠定基础。 随着全球科学技术的飞速发展和进步以及新材料、新能源、新结构的不断涌现，传统的焊接方法和工艺(如焊条电弧焊、CO气体保护焊、氩弧焊等)已经无法满足新时2 代工业对焊接性能的要求。激光焊、超声波焊、等离子弧焊、摩擦焊、爆炸焊等一些高新技术不断成熟完善。焊接已经从一种传统的热加工技艺发展到了集材料、冶金、结构、力学、电子等多门类科学为一体的工程工艺学科。焊接成形精确化、焊接生产自动化和过程控制智能化、优质高效的焊接工艺将不断涌现，特殊材料及特殊环境下焊接技术，焊接过程计算机模拟技术将得到不断发展和应用，同时焊接技术也将不断向材料科学和 [1]工程的新兴领域渗透和拓展。 本试验是在前人的研究基础上对16Mn钢进行焊条电弧焊，分析其焊接接头组织和性能。试验的结果为16Mn钢焊条电弧焊后，焊接接头焊缝区组织为柱状晶;熔合区为粗大晶粒;过热区为魏氏组织;完全结晶区为细小的铁素体和珠光体;不完全结晶区一部分为细小的铁素体和珠光体，一部分为粗大的铁素体。除去由于熔合区粗大晶粒和过热区魏氏组织的存在，使得16Mn钢焊接接头可能存在冷裂纹和热影响区脆化等缺陷外，具有良好的焊接性能。经正火处理后，焊接接头晶粒明显比未热处理过的要细小，组织结构更加均匀，硬度也相应的有所升高，接头的组织和性能有明显的提升。实验研究中的焊接工艺和设备比较传统，但在实验中我们要学会基本的实验 方案 气瓶 现场处置方案 .pdf气瓶 现场处置方案 .doc见习基地管理方案.doc关于群访事件的化解方案建筑工地扬尘治理专项方案下载 设计和思路分析，及一般的实验操作，为以后工作中相关的焊接工艺和组织、性能的处理分析打下扎实的基础。 - - - 1 - 第1章 绪 论 1.1 背景与意义 16Mn是旧国标GB/T1591,1988中的低合金高强度结构钢的牌号，新国标GB/T1591,1994中的牌号为Q345。由于16Mn钢具有良好的综合性能、低温性能、冷冲压性能、焊接性能和可切削性能，使用状态的组织为细晶粒的铁素体—珠光体，强度比普通碳素结构钢Q235高约20%,30%，耐大气腐蚀性能高20%,38%。16Mn钢是我国低合金高强钢中用量最多、产量最大的钢种，主要用于制造桥梁、船舶、车辆、锅炉、高压容器、输油输气管道、大型钢结构等。 焊接是指同种或异种材料通过加热或加压或两者并用，并且用或不用填充材料，使被焊工件间原子或分子相互结合和扩散形成永久性连接的加工工艺过程。 焊接是一门古老的加工技术，是随着人类对金属的应用应运而生。我国早在3000多年前的商朝就有了使用铸焊工艺制造的铁刃铜钺兵器。明代科学家宋应星在他的科学著作《天工开物》中也有关于锻焊工艺的详细文字记载。中世纪，在叙利亚大马士革也曾用锻焊制造兵器。当然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 [3]制作装饰品、简单的工具和武器。 鉴于16Mn钢在我国工业和国民经济建设中的重要性，而16Mn钢的焊接又是16Mn钢应用中必不可少的一道工艺技术，因而开设本课题，通过对16Mn钢的焊接进行研究，以及对其焊接接头组织和性能的分析，不仅加深对所学焊接理论知识的理解和掌握，了解当代焊接的前沿技术，同时提高分析和解决实际问题的能力，锻炼和培养动手和操作能力，为今后从事相关工作奠定基础，同时，该课题得到的结论也可以为实际工业生产提供参考。 1.2 发展概况 现代焊接工艺是19世纪末和20世纪初现代科学技术发展的产物，特别是冶金学、金属学、力学、电工、电子学等迅速发展的结果。1885年发现了气体放电的现象，1930年发明了涂药焊条电弧焊方法，并在此基础上发明了埋弧焊、钨极氩弧焊、熔化极氩弧焊以及二氧化碳气体保护焊等自动或半自动的焊接方法。电阻焊则是1886年发明的，此后逐渐完善为电阻点焊、缝焊和对焊方法，它几乎与电弧焊同时推向工业应用，逐步取代铆接，成为工业中广泛应用的两种主要焊接方法。到目前为止，又相继发明了电子束焊、激光焊等20余种基本方法和成百种派生方法，并且仍处于继续发展之中。在现代工业中，金属是不可缺少的重要材料。在现代工业产品的制造过程中，需要把各种各样加工好的零件按设计要求连接起来制成产品，由于焊接不但易于保证焊接结构等强度的要求，而且相对来说工艺比较简单，加工成本也比较低廉，所以焊接技术得到了广泛应用和飞速发展，也是将这些零件连接起来的一种最理想的加工方法。 焊接技术发展到今天，几乎所有部门(如机械制造、船舶行业、海洋开发、汽车行业、机车车辆、石油化工、航空航天、原子能、电力能源、电子技术、建筑及家用电器等)都离不开焊接技术。据不完全统计，目前全世界年产量45,的钢和大量有色金属，都是通过焊接加工形成产品的。因此可以这样说，焊接技术的发展水平是衡量一个国家 - - - 2 - 科学技术先进程度的重要标志之一，没有现代焊接技术的发展，就不会有现代工业和科学技术的今天。 在人类社会步入21世纪的今天，随着全球科学技术的飞速发展和进步以及新材料、新能源、新结构的不断涌现，传统的焊接方法和工艺已经无法满足新时代工业对焊接性能的要求。焊接已经从一种传统的热加工技艺发展到了集材料、冶金、结构、力学、电子等多门类科学为一体的工程工艺学科。未来焊接技术的发展趋势是:焊接成形精确化、焊接生产自动化和过程控制智能化、优质高效的焊接工艺将不断涌现，特殊材料及特殊环境下焊接技术，焊接过程计算机模拟技术将得到不断发展和应用，同时焊接技术也将 [2]不断向材料科学和工程的新兴领域渗透和拓展。 1.3 来源与内容 本课题来源于实践教学工作中实验教学问题。主要实验内容包括16Mn钢焊接工艺参数的设计及实验，焊后热处理工艺的设计及实验，焊接接头金相试样的制备，显微组织的观察，焊接接头的硬度测量实验，最后是组织和性能的测定与分析。 - - - 3 - 第2章 焊接理论知识 2.1 焊接性及其实验评定 2.1.1 焊接性及影响因素 1、焊接性概念 焊接性是指同质材料或异质材料在制造工艺条件下，能够焊接形成完整接头并满足预期使用要求的能力。换句话说，焊接性是材料对焊接加工的适应性，指材料在一定的焊接工艺条件下(包括焊接方法、焊接材料、焊接参数和结构形式等)，获得优质焊接接头的难易程度和该焊接接头能否在使用条件下可靠运行。 2、影响焊接性的因素 焊接性与材料、设计、工艺和服役环境等因素有密切关系，人们不可能脱离这些因素而简单地认为某种材料的焊接性好或不好，也不能只用某一种指标来概括某种材料的焊接性。 (1)材料因素 材料因素包括母材本身和使用的焊接材料。母材和焊材在焊接过程中直接参与熔池或熔合区的冶金反应，对焊接性和焊接质量有重要影响。母材或焊接材料选用不当时，会造成焊缝成分不合格、力学性能和其他使用性能降低，甚至导致裂纹、气孔、夹渣等焊接缺陷，也就是使工艺焊接性变差。因此，正确的选用母材和焊接材料是保证焊接性良好的重要因素。 (2)设计因素 焊接接头的结构设计会影响应力状态，从而对焊接性产生影响。设计结构时应使接头处的应力处于较小的状态，能够自由收缩，这样有利于减小应力集中和防止焊接裂纹。接头处的缺口、截面突变、堆高过大、交叉焊缝等都容易引起应力集中，要尽量避免。不必要的怎大母材厚度或焊缝体积，会产生多向应力，也要避免。 (3)工艺因素 对于同一种母材，采用不同的焊接方法和工艺措施，所表现出来的焊接性有很大的差异。发展新的焊接方法和新的工艺措施是改善工艺焊接性的重要途径。 焊接方法对焊接性的影响首先表现在焊接热源能量密度、温度以及热量输人上，其次表现在保护熔池及接头附近区域的方式上。工艺措施对防止焊接缺陷，提高接头使用性能有重要的作用。最常见的工艺措施是焊前预热、缓冷和焊后热处理，这些工艺措施对防止热影响区淬硬变脆、减小焊接应力、避免氢致冷裂纹等是较有效的措施。合理安排焊接顺序也能减小应力和变形，原则上应使被焊工件在整个焊接过程中尽量处于无拘束而自由膨胀和收缩的状态。焊后热处理可以消除残余应力，也可以使氢逸出而防止延迟裂纹。 (4)服役因素 焊接结构的服役环境多种多样，如工作温度高低、工作介质种类、载荷性质等都属于使用条件。工作温度高时，可能产生蠕变;工作温度低或载荷为冲击载荷时，容易发生脆性破坏;工作介质有腐蚀性时，接头要求具有耐腐蚀性。使用条件越不利，焊接性 [5]就越不易保证。 - - - 4 - 2.1.2 焊接性评定原则及方法 1、焊接性试验的内容 针对材料的不同性能特点和不同使用要求，焊接性试验有以下几种。 (1)焊缝金属抗热裂纹能力 熔池金属结晶时，由于存在一些有害的元素并受热应力的作用，就可能在结晶末期发生热裂纹。热裂纹是一种较常发生且危害严重的缺陷，所以焊缝抵抗产生热裂纹的能力是焊接性的一项重要内容，通常是通过热裂纹试验来进行的。热裂纹试验与焊接材料关系密切，母材也有一定影响。 (2)焊缝及热影响区金属抗冷裂纹能力 焊缝及热影响区金属在焊接热循环作用下，由于组织及性能变化，加之受焊接应力和扩散氢的影响，可能发生冷裂纹。冷裂纹在低合金高强钢焊接中是较为常见的缺陷，而且也是一种严重的缺陷，是焊接性试验中很重要又最常用到的一项试验内容。冷裂纹试验是针对母材进行的试验。 (3)焊接接头抗脆性转变能力 经过焊接冶金反应、热循环、结晶、固态相变等一系列过程，焊接接头由于受脆性组织、硬脆的非金属夹杂物、时效脆化、冷作硬化等作用的结果，可能使韧性严重下降，即发生所谓焊接接头的脆性转变。对于在低温下工作的焊接结构和承受冲击载荷的焊接结构，韧性下降是个严重的问题。焊接接头抗脆性转变能力也是焊接性试验常常涉及的一项内容。 (4)焊接接头的使用性能 由于使用性能对焊接性提出许多不同的要求，所以又很多焊接性实验项目是从使用性能角度出发制定的，即根据特定的使用条件定制专门的焊接性试验方法。属于这方面的试验内容如:焊接接头耐放射性辐照的能力、蠕变的强度、疲劳强度、抗晶间腐蚀能力等。此外，还有一些针对具体特定结构的专门试验方法。 2、评定焊接性的原则 评定焊接性的原则主要包括:一是评定焊接接头产生工艺缺陷的倾向，为制定合理的焊接工艺提供依据;二是评定焊接接头能否满足结构使用性能的要求。 焊接性试验方法应符合下述原则: (1)可比性 焊接性试验条件应尽可能接近实际焊接时的条件，只有在这样有可比性的情况下，才有可能使试验结果比较确切地反映实际焊接结构的焊接性本质。试验条件相同时，试验结果才有可比性。 (2)针对性 所选择或自行设计的试验方法，应针对具体的焊接结构制定试验方案，其中包括母材、焊接材料、接头形式、接头应力状态、焊接参数等。同时，试验条件还应考虑到产品的使用条件。严格按国内外建立的 标准 excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载 的、通用的或公认的试验方法进行试验。这样才能使焊接性试验具有良好的针对性，试验结果才能比较确切地反映出实际生产中可能出现的问题。 (3)再现性 焊接性试验的结果要稳定可靠，具有较好的再现性。试验数据不可过于分散，否则难以找出变化规律和导出正确的结论。应尽量减少或避免人为因家对试验结果的影响，多采用自动化及机械化的操作方法。如果试验结果很不稳定，数据很分散，就很难找到规律性，更不可能用于指导生产。应严格试验程序，防止随意性。 (4)经济性 - - - 5 - 在符合上述原则并可获得可靠的试验结果的前提下，应力求做到消耗材料少、加上容易、试验周期短，以节省试验费用。此外，在考虑试验成本的同时，还应考虑材料加 [4]工、焊接难易程度不同对产品整体制造费用的影响。 3、评定焊接性的实验方法 评定焊接性的方法分为间接法和直接试验法两类。间接法是以化学成分、热模拟组织和性能、焊接连续冷却转变图(CCT图)以及焊接热影响区的最高硬度等来判断焊接性，各种碳当量公式和裂纹敏感指数经验公式等也都属于焊接性的间接评定方法。直接试验法主要是指各种抗裂性试验以及对实际焊接结构焊缝和接头的各种性能试验等。 评价材料焊接性的试验方法很多，但每一种试验方法都是从某一特定的角度来考核或阐明焊接性的某一方面，往往需要进行一系列的试验才可能较全面地阐明焊接性，从而为确定焊接方法、焊接材料、焊接工艺等提供试验和理论依据。 (1)焊接性的间接评定 ?碳当量法 由于焊接热影响区的淬硬及冷裂纹倾向与钢种的化学成分有密切关系，因此可以用化学成分间接地评估钢材冷裂纹的敏感性。各种元素中，碳对冷裂纹敏感性的影响最显著。可级把钢中合金元素的含最按相当于若干碳含量折算并叠加起来，作为粗略评定钢材冷裂纹倾向的参数指标，即所谓碳当量(CE或Ceq)。 由于世界各国和各研究单位所采用的试验方法和钢材的合金体系不同，各自建立一定适用范围的碳当量计算公式。国际焊接学会(IIW)推荐的公式: MnCr，Mo，VNi，Cu，，，，CEIIW,C，，，% 6515 公式中，碳当量的数值越大，被焊钢材的淬硬倾向越大，焊接区越容易产生冷裂纹。因此可以用碳当量的大小来评定钢材焊接性的优劣，并按焊接性的优劣提出防止产生焊接裂纹的工艺措施。应指出，用碳当量法估计焊接性是比较粗路的，因为公式中只包括了几种元素，实际钢材中还有其他元素，而且元素之间的相互作用也不能用简单的公式反映，特别是碳当量法中没有考虑板厚和焊接条件的影响，所以，碳当量法只能用于对钢材焊接性的初步分析。 ?焊接冷裂纹敏感指数法 合金结构钢焊接时产生冷裂纹的原因除化学成分外，还与焊缝金属组织、扩散氢含量、接头拘束度等密切相关。日本学者采用Y形坡口“铁研试验’对200多种不同成分的钢材、不同厚度及不同含氢量的焊缝进行试验，提出了与化学成分、扩散葱和拘束(或板厚)相联系的冷裂纹敏感性指数等公式，并可用冷裂纹敏感性指数确定防止冷裂纹所需的焊前预热温度。冷裂纹敏感性公式、应用条件及确定焊前预热温度的计算公式: SiMn，Cu，CrNiMoV，，Pcm,C，，，，，，5B% 3020601510 (2)焊接性的直接评定 焊接性的直接试验方法大多是针对钢材在焊接过程中出现的裂纹而设计的，因为裂纹是焊接中最常见且危害性最大的缺陷。采用焊接性的直接试验方法，可以通过在焊接过程中观察是否发生某种焊接缺陷或发生缺陷的程度，直观地评价焊接性的优劣。例如可以定性或定量地评定被焊金属产生某种裂纹的倾向，揭示产生裂纹的原因和影响因素。由此确定防止裂纹等焊接缺陷必要的焊接工艺措施，包括焊接方法、焊接材料、工艺参数、预热和焊后热处理等。 - - - 6 - 2.2 焊接接头及组织和性能 2.2.1 焊接接头的概念 在焊件需连接的部位，用焊接方法制造而成的接头称为焊接接头，简称接头。熔焊焊接接头是在高温移动热源局部加热、快速冷却条件下形成的。根据化学成分、金相组织、力学性能的不同特征，接头一般可分为焊缝金属、熔合区、热影响区和母材四个部分，如图2-1所示。 a) 对接接头断面图 b) 搭接接头断面图 图2-1 焊接接头示意图 1—焊缝区 2—熔合区 3—热影响区 4—母材 1、焊缝区 接头金属及填充金属熔化后，又以较快的速度冷却凝固后形成。焊缝组织是从液体金属结晶的铸态组织，晶粒粗大，成分偏析，组织不致密。但是，由于焊接熔池小，冷却快，化学成分控制严格，碳、硫、磷都较低，还通过渗合金调整焊缝化学成分，使其含有一定的合金元素，因此，焊缝金属的性能问题不大，可以满足性能要求，特别是强度容易达到。 2、熔合区 熔化区和非熔化区之间的过渡部分。熔合区化学成分不均匀，组织粗大，往往是粗大的过热组织或粗大的淬硬组织。其性能常常是焊接接头中最差的。熔合区和热影响区中的过热区(或淬火区)是焊接接头中机械性能最差的薄弱部位， 会严重影响焊接接头的质量。 3、热影响区 被焊缝区的高温加热造成组织和性能改变的区域。低碳钢的热影响区可分为过热区、正火区和部分相变区。 (1)过热区 最高加热温度1100?以上的区域，晶粒粗大，甚至产生过热组织，叫过热区。过热区的塑性和韧性明显下降，是热影响区中机械性能最差的部位。 (2)正火区 最高加热温度从Ac3至1100?的区域，焊后空冷得到晶粒较细小的正火组织，叫正火区。正火区的机械性能较好。 - - - 7 - (3)部分相变区 最高加热温度从Ac1至Ac3的区域，只有部分组织发生相变， 叫部分相变区。焊接接头是高温热源对基体金属进行局部加热同时与熔融的 [6]填充金属熔化凝固而形成的不均匀体。 2.2.2 焊接接头的基本形式 如图2-2所示，常见的焊接接头有:对接接头a、T形接头b、十字接头c、搭接接头d、角接接头e、端接接头f、套管接头g、斜对接接头h、卷边接头i、锁底对接接头j等。 图2-2 焊接接头的基本类型 1、对接接头 将同一平面上的两个被焊工件的边缘相对焊接起来而形成的接头称为对接接头。对接接头是各冲焊接结构中采用最多、也是最完善的一种接头形式，具有受力好、强度大和节省金属材料的特点。具有受力均匀、节省金属等优点，故应用最多。但是，由于是两焊件对接连接，对接接头对下料尺寸和组装的要求比较严格，被连接件边缘加工及装配要求则较高。在焊接生产中，通常使对接接头的焊缝略高于母材板面。由于余高的存在造成构件表面的不光滑，在焊缝与母材的过渡处会引起应力集中。 图2-3 对接接头的几种形式 - - - 8 - 2、T型接头 将相互垂直的被连接件用角焊缝连接起来的接头称为T形(十字)接头。T形(十字)接头能承受各种方向的力和力矩。T形接头是各种箱型结构中最常见的接头形式。 由于T形(十字)接头焊缝向母材过渡较急剧，接头在外力作用下力线扭曲很大，造成应力分布极不均匀、且比较复杂，在角焊缝根部和趾部都有很大的应力集中。保证焊透是降低T形接头应力集中的重要措施之一。所以T形接头焊缝大多数情况下只承受较小的切应力或仅作为联系焊缝。 图2-4 T型接头 3、搭接接头 两块板料相叠，而在端部或侧面进行角焊，或加上塞焊缝、槽焊缝连接的接头称为搭接接头。由于搭接接头中两钢板中心线不一致，受力时产生附加弯矩，会影响焊缝强度，因此，一般锅炉、压力容器的主要受压元件的焊缝都不用搭接形式。由于搭接接头使构件形状发生较大的变化，所以应力集中要比对接接头的情况复杂得多，而且接头的应力分布极不均匀。搭接接头对装配要求不高，也易于装配，但接头承载能力低，一般用在不重要的结构中。在搭接接头中，根据搭接角焊缝受力方向的不同，可以将搭接角焊缝分为正面角焊缝、侧面角焊缝和斜向角焊缝。 图2-5 搭接接头 4、角接接头 两钢板成一定角度，在钢板边缘焊接的接头称为角接接头。角接头多用于箱形构件，骑座式管接头和筒体的连接，小型锅炉中火筒和封头连接也属于这种形式。 - - - 9 - 与T形接头类似，单面焊的角接接头承受反向弯矩的能力极低，除了钢板很薄或不重要的结构外，一般都应开坡口两面焊，否则不能保证质量。 图2-6 角接接头 2.2.3 焊接接头的设计要求 焊接接头的设计中对焊缝质量的要求、焊缝尺寸大小、焊缝位置、工件厚度、几何尺寸、施工条件等不同，决定了在选择焊接方法和制定工艺时的多样性。合理的焊接接头设计与选择不仅能保证钢结构的焊缝和整体的强度，还可以简化生产工艺，节省制造成本。 设计和选择焊接接头的主要因素: (1)保证焊接接头满足使用要求; (2)接头形式能保证选择的焊接方法正常施焊; (3)接头形式应尽量简单，尽量采用平焊和自动焊焊接方法，少采用仰焊和立焊，且最大应力尽量不设在焊缝上; (4)焊接工艺能保证焊接接头在设计温度和腐蚀介质中正常工作; (5)焊接变形和应力小，能满足施工要求所需的技术、人员和设备的条件; (6)尽量使焊缝设计成联系焊缝; (7)焊接接头便于检验; (8)焊接前的准备和焊接所需费用低; (9)对角焊缝不宜选择和设计过大的焊角尺寸，试验证明，大尺寸角焊缝的单位面积承载能力较低等。 2.2.4 坡口的基本形式 1(坡口类型 坡口:根据设计或工艺需要，在焊件的待焊部位加工成一定几何形状并经装配后构成的沟槽。 开坡口:用机械、火焰或电弧等加工坡口的过程。 (1)根据板厚不同，对接焊缝的焊接边缘可分为卷边、平对或加工成为V形、X形、K形和U形等坡口。 -- - 10 - 图2-7 对接焊缝坡口形式 (2)根据焊件厚度、结构形式及承载情况不同，角接接头和T形接头的坡口形式可分为I形、带钝边的单边V形坡口和K形坡口等。 图2-8 角接和T形接头的坡口 a)I形 b)单边V形 c) K形 2、开坡口的目的: 为保证电弧能深入到焊缝根部使其焊透，并获得良好的焊缝成形以及便于清渣。对于合金钢来说，坡口还能起到调节母材金属和填充金属比例(即熔合比)的作用。 3(坡口的设计原则 坡口的形式和尺寸主要根据钢结构的板厚、选用的焊接方法、焊接位置和焊接工艺等来选择和设计。坡口设计的原则是焊缝中填充的材料少;具有好的可焊性;坡口的形状应容易加工;便于调整焊接变形。一般情况下，焊条电弧焊焊接6mm厚度的焊件和自动焊焊接14mm以下厚度的焊件时，可以不开坡口就可以得到合格的焊缝，但板间要留有一定的间隙，以保证熔敷金属填满熔池，确保焊透。钢板超过上述厚度时，电弧不[6]能熔透钢板，应考虑开坡口。 2.2.5 焊接接头特性 1、焊接接头组织性能特点 -- - 11 - (1)焊接接头力学性能不均匀 由于焊接接头各区在焊接过程中进行着不同的焊接冶金过程，并经受不同的热循环和应变循环的作用，各区的组织和性能存在较大的差异，焊接接头组织的不均匀，造成了整个接头力学性能的不均匀。 (2)焊接接头工作应力分布不均匀，存在应力集中 由于焊接接头存在几何不连续性，致使其工作应力是不均匀的，存在应力集中。当焊缝中存在工艺缺陷，焊缝外形不合理或接头形式不合理时，将加剧应力集中程度，影响接头强度，特别是疲劳强度。 (3)由于焊接的不均匀加热，引起焊接残余应力及变形 焊接是局部加热的过程，电弧焊时，焊缝处最高温度可达材料沸点，而离开焊缝处温度急剧下降，直至室温。这种不均匀温度场将在焊件中产生残余应力及变形。 (4)焊接接头具有较大的刚性 通过焊接，焊缝与构件组成整体，所以与铆接或胀接相比，焊接接头具有较大的刚[16]性。 2、影响焊接接头组织性能的因素 焊接接头的机械性能决定于它的化学成分和组织。因此，影响焊缝化学成分和焊接接头组织的因素，都影响焊接接头的性能。 (1)焊接材料 手工电弧焊的焊条，埋弧自动焊和气体保护焊等用的焊丝，熔化后成为焊缝金属的组成部分，直接影响焊缝金属化学成分。焊剂也罢影响焊绕的化学成分。 (2)焊接方法 不同焊接方法的热源，其温度高低和热量集中程度不同。因此，热影响区的大小和焊接接头组织粗细都不相同，接头的性能也就不同。此外，不同焊接方法，机械保护效果也不同。因此，焊缝金属纯净程度，即有害杂质含量不同，焊缝的性能也会不同。 (3)焊接工艺 焊接时，为保证焊接质量而选定的诸物理量(例如焊接电流、电弧电压、焊接速度、线能量等)的总称，叫焊接工艺参数。 3、改善焊接接头组织性能的措施 由于按等强度原则选择焊条，所以焊缝金属的强度一般不低于母材，其韧度也接近母材，只有塑性略又降低，而焊接接头上塑性和韧性最低的区域在熔合区和过热区，这主要是由于粗大的过热组织所造成的;又由于在这两个区域，拉应力最大，所以它们是焊接接头中最薄弱的部位，往往成为裂纹的发源地。 改善接头组织性能的主要措施: (1)尽量选择低碳且硫、磷含量低的钢材作为焊接结构材料。 (2)使热影响区的冷却速度适当。对于低碳钢，采用细焊丝、小电流、高焊速，可提高接头的韧度，减轻接头脆化;对于易淬硬钢，在不出现硬脆马氏体的前提下适当提高冷却速度，可以细化晶粒，有利于改善接头性能。 (3)采用多层焊 (4)进行焊后热处理。焊后进行退火或正火处理可以细化晶粒，改善焊接接头的 [14]力学性能。 -- - 12 - 2.3 焊条电弧焊 2.3.1 焊条电弧焊概述 1、焊条电弧焊工作原理 焊条电弧焊是手工操作焊条进行焊接的电弧焊方法，焊条电弧焊时，在焊条末端和工件之间燃烧的电弧所产生的高温使焊条药皮与焊芯及工件熔化，熔化的焊芯端部迅速形成细小的金属熔滴，通过弧柱过渡到局部熔化的工件表面，融合一起形成熔池。药皮熔化过程中产生的气体和熔渣，不仅使熔池和电弧周围的空气隔绝，而且和熔化了的焊芯、母材发生一系列冶金反应，保证所形成的焊缝的性能，随着电弧以一定的速度和弧长在工件上不断的移动，熔池液态金属不断的冷却结晶，形成焊缝。焊条电弧焊的过程如图2-9所示。 图2-9 焊条电弧焊的过程 1—药皮 2—焊芯 3—保护气 4—电弧 5—熔池 6—母材 7—焊缝 8—渣壳 9—熔渣 10—熔滴 2、焊条电弧焊的特点 (1)焊条电弧焊设备简单，操作灵活方便，适应性强，地和焊接位置的限制，在焊条能达到的地方一般都能施焊，不受场这些都是其广泛应用的重要原因。 (2)可焊金属材料广，不需要辅助保护气体，除难熔或极易氧化的金属外，大部分工业用金属均能采用焊条电弧焊进行焊接。 (3)焊接接头装配要求较低，但对焊工操作技术要求高。焊接质量在一定程度上取决于焊工的操作水平。 )劳动条件差，生产率低，每焊完一根焊条，必须更新焊条，并残留下一部分，(4 而使焊条未被充分利用，焊后还须清渣，故生产率低。 2.3.2 焊接设备及辅助工具 焊条电弧焊设备和辅助工具包括焊条电弧焊焊机、电焊钳、焊接电缆、面罩等。 1、焊条电弧焊焊机 焊条电弧焊所用焊机按电源的种类，可分为交流弧焊机和直流弧焊机两大类。两种类型的电焊机由于电源种类的不同各具有不同的优缺点。交流弧焊机的主要优点是成本 -- - 13 - 低、制造维护简单、噪声较小;缺点是不能适应碱性焊条，且焊接电压、电流容易受到电网波动的干扰。直流弧焊机的优点是电弧稳定、焊条适应性强;缺点是成本较高、制造维修较复杂。每一类型的弧焊机根据原理和结构特点又可分为多种形式，具体见表2-1。 表2-1 焊条电弧焊机 动铁式 弧焊整流器 交流弧焊机 同体式 直流弧焊机 逆变弧焊机 动圈式 旋转式直流弧焊发电机 (1)交流弧焊机 交流弧焊机的三个类别的结构分别如图2-10、图2-11、图2-12所示。 图2-10 动铁式交流弧焊机机构示意图 1—初级绕组 2、3—次级绕组 4—动铁芯 5—静铁芯 6—接线板 7—焊条 8—工件 图2-11 同体式焊接结构图 图2-12 动圈式焊机结构 1—固定铁芯 2—初级绕组 3—次级绕组 1—铁芯 2、3—线圈 4—手柄 4—电抗线圈 5—活动铁芯 6—焊条 7—工件 以目前应用最广泛的“动铁式”交流焊机为例，它是一个结构特殊的降压变压器，属于动铁芯漏磁式类型。焊机的空载电压为60~70V工作电压为30V左右，电流调节范 -- - 14 - 围为50~450A。铁芯由四周的静铁芯5和中间的动铁芯4组成。变压器的初级绕组分成两部分，一部分紧绕在初级绕组1的外部，另一部分相当于电感线圈。焊接时，电感线圈的感抗电压降使电焊机获得较低的工作电压，这是电焊机具有陡降外特性的原因。引弧时，电焊机能供给较高的电压和较小的电流，当电弧稳定燃烧时，电流增大，而电压急剧降低;当焊条与工件短路时，也限制了短路电流。 焊接电流调节分为粗调、细调两档。电流的细调靠移动铁芯4改变变压器的漏磁来实现。向外移动铁芯，磁阻增大，漏磁减小，则电流增大，反之，则电流减少。电流的粗调靠改变次级绕组的匝数来实现。 该类电弧焊机的工作条件应在海拔不超过1000m、周围空气温度不超过40?、空气相对湿度不超过85%等条件下使用，不应在有害工业气体、水蒸气、易燃、多灰尘的场合下工作。 (2)直流弧焊机 在直流弧焊机的三种类型中，旋转式直流弧焊机由于浪费能源、材料和效率低下等缺点已逐渐被整流式弧焊机和逆变式弧焊机所替代。整流式弧焊机是随着大容量高性能整流元件和控制元件的发展而发展的，它具有易于制造、节省能源和材料、成本低和效率高等优点，已成为目前直流弧焊机的主流，常用的整流式直流弧焊机型号有ZXG-300、ZXG-400,等。逆变式弧焊机由于具有体积小、高效节能和良好的工艺性能等独特优点，近年来发展很快，预计在未来的焊接电源中将占主导地位。 2、电焊钳 电焊钳是夹持焊条并传导焊接电流的操作器具。对电焊钳的要求是:在任何斜度都能夹紧焊条，具有可靠的绝缘和良好的隔热性能，焊接电缆的橡胶包皮应伸入到钳柄内部，使导体不外露，起到屏护作用，保证焊接时安全方便、操作灵活。电焊钳的规格和主要技术数据见表2-2。 表2-2 电捍钳的规格和主要技术数据 额定值 使用焊 耐电压 能连接的 规格 负载持续率工作电压 工作电流 条直径 性能 最大电缆 (A) 2截面/mm /% /V /A /mm /(V/mm) 500 60 40 500 4.0~8.0 1000 95 300 60 32 300 2.5~5.9 1000 50 100 60 26 160 2.0~4.0 1000 35 3、焊接电缆 焊接电缆应采用橡皮绝缘多股软电缆，根据焊机的容量，选取适当的电缆截面，选取时可参考焊接手册。如果焊机距焊接工作点较远，需要较长电缆时，应当加大电缆截面积，使在焊接电缆上的电压降不超过4V，以保证引弧容易及电弧燃烧稳定。不允许用扁铁搭接或真他办法来代替焊接电缆，以免因接触不良而使回路上的压降过大，造成引弧困难和焊接电弧的不稳定。 4、面罩及其他防护用具 面罩是防止焊接飞溅、弧光及高温对焊工面部及颈部灼伤的一种工具。一般分为手持式和头盔式两种。要求选用耐燃或不燃的绝缘材料制成，罩体应遮住焊工的整个面部， -- - 15 - 结构牢固，不漏光。面罩上的护目玻璃起到减弱电弧光并过滤红外线、紫外线的作用。根据护目镜按亮度的深浅不同分为6个型号(7~12号)，号数越大，颜色越深。 其他防护用品有电焊工在工作时需佩戴的专用电焊手套和护脚，以及清渣时应戴的平光眼镜。 2.3.3 焊条电弧焊基础 1、基本焊接电路 图2-13 焊条电弧焊基本电路 图2-13是焊条电弧焊的基本电路。它是由交流或直流弧电源、焊钳、电缆、焊条、电弧、工件及地线等组成。 用直流电源焊接时，工件和焊条与电源输出端正、负极的接法称极性。工件接直流电源正极，焊条接负极时，称正接或正极性，大部分焊接作业均采用正接法;工件接负极，焊条接正极时，称之为反接或反极性，一般焊接薄板时，为了防止烧穿，采用反接法进行焊接作业。无论采用正接还是反接，主要从电弧稳定燃烧的条件来考虑。而而大量使用的是交流电弧焊设备，电极的极性频繁交变，不存在极性问题。 图2-14 焊条电弧焊电路的正接和反接 -- - 16 - 2、电源的选择 焊条电弧焊要求电源具有陡降的外特性、良好的动特性和合适的电流调节范围。选择焊条电弧焊电源应主要考虑一下因素:所要求的焊接电流的种类;所要求的电流范围;电弧电源的功率;工作条件和调节要求等。 电流种类有交流、直流或交直两用，主要是根据所使用的焊条类型和所要焊接的焊缝形式进行选择。低氢钠型焊条必须选用直流弧焊电源，以保证电弧稳定燃烧。酸性焊条虽然直、交流均可使用，但一般选用结构简单且价格较低的交流弧焊电源。 3、焊条的选择 (1)焊条的组成及其作用 涂有药皮的供弧焊用的融化电极称为电焊条，简称焊条。焊条由焊芯和药皮组成。 图2-15 焊条的组成 1—焊芯 2—药皮 3—夹持端 4—引弧端 焊条中被药皮包覆的金属芯称为焊芯。焊接时焊芯既起到一个电极起传导电流和引燃电弧的作用;熔化后又作为填充金属与熔化后的母材一起形成焊缝。为了保证焊缝质量，对焊缝金属的化学成分有较严格的要求。因此，焊芯都是专门冶炼的，碳、硅含量较低，硫、磷含量极少。焊条的直径用焊芯的直径表示，焊条直径的规格有Φ1.6、Φ2.5、Φ3.2、Φ4、Φ5、Φ6毫米几种，长度200~550毫米不等。 焊条药皮是指由具有不同物理和化学性质的细粒状物质经粘结均匀包覆在焊芯表面的涂料层。 焊条药皮的作用:是在焊接过程中形成具有合适的熔点、粘度、密度、碱度等物理化学性能的熔渣，保证电弧稳定燃烧、使熔滴金属容易过渡、在电弧区和熔池周围造成一种气氛保护焊接区域，获得良好的焊缝成形与性能等。还可通过向药皮中加入脱氧剂、渗合金元素或一定含量的铁粉，满足焊缝金属使用性能或提高熔敷效率的要求。 (2)焊条的选用原则 在选用焊条时应注意下列原则。考虑焊件的力学性能和化学成分 ?低碳钢、中碳钢和低合金钢可按其强度等级来选用相应强度的焊条，如在焊接结构刚性大、受力情况复杂时，应选用比钢材强度低一级的焊条。这样，焊后可保证焊缝既有一定的强度，又能得到较好的塑性，以避免因结构刚性过大而使焊缝开裂。 ?在焊条的强度确定后再确定选用酸性还是碱性焊条时，主要取决于焊接结构具体形状的复杂性、钢材厚度的大小(即刚性的大小)，焊件承受载荷的种类(静载还是动 -- - 17 - 载)和钢材的抗裂性等。一般来说，对于塑性、冲击韧性和抗裂性能要求较高，低温条件下工作的焊缝都应选用碱性焊条。当受某种条件限制而无法清理低碳钢焊件坡口处的铁锈、油污和氧化皮等脏物时，应选用对铁锈、油污和氧化皮敏感性小，抗气孔性能较强的酸性焊条。 ?不同强度级别钢材的焊接，如低碳钢与低合金钢、不同强度等级的低合金钢间的焊接，一般选用与较低强度等级钢材相匹配的焊条。 考虑焊件的工作条件及使用性能 ?对于工作环境有特定要求的焊件，应选用相应的焊条，如低温钢焊条、不锈钢焊条等。 ?珠光体耐热钢一般选用与钢材化学成分相似的焊条，或根据焊件的工作温度来选取。 考虑简化工艺、提高生产率、降低成本 ?薄板焊接或点焊宜采用“E4313”，主要原因是酸性焊条易引弧。 ?在满足焊件使用性能和焊条操作性能的前提下，应选用规格大、效率高的焊条。 ?在使用性能基本相同时，应尽量选择价格低的焊条，降低焊接生产的成本。焊条除根据上述原则选用外，有时为了保证焊件的质量，还需通过试验来最后确定。为了保障焊工的身体健康，应尽量多采用酸性焊条。 2.3.4 焊条电弧焊工艺参数 焊接时，为保证焊接质量而选定的诸多物理量的总称，叫焊接工艺参数。电弧电压焊条电弧焊的主要工艺参数包括焊条直径、焊接电流、焊接速度等。 1、焊条直径 焊条直径的大小对焊接质量和生产率影响很大。一般焊条直径要根据焊件厚度进行选择。通常是在保证焊接质量的前提下，尽可能选用大直径焊条以提高生产率。如果从保证焊接质量的角度来选择焊条直径，则需综合考虑焊件厚度、接头形式、焊接位置、焊道层数和允许的线能量等因素。 2、焊接电流 焊接电流是焊条电弧焊的主要工艺参数，它直接影响焊接质量和生产率。总的原则是在保证焊接质量的前提下，尽量用较大的焊接电流，以提高焊接生产率。 3、电弧电压 电弧电压是由电弧长度来决定的，电弧长则电弧电压高，反之则低。电弧长度是焊条芯的熔化端到焊接熔池表面的距离，控制它的长短主要决定于焊工的经验和手工技巧。在焊接过程中，电弧长度直接影响着焊缝的质量和成形。如果电弧太长，电弧漂摆，燃烧不稳定，熔深减少，熔宽加大，熔敷速度下降，而且外部空气易侵人，使焊缝质量下降。若弧长太短，熔滴过渡经常发生短路，使操作困难。 4、焊接速度 在其他焊接工艺参数不变的情况下，焊接速度越大，热输人就越大，这会使焊缝及其热影响区的显微组织粗化，焊接接头力学性能下降。同时焊接速度的增大，也容易产 -- - 18 - 生一些焊接缺陷。但焊接速度太小，不但效率低下，而且对于易淬火钢的焊接效果也较差，因为焊接速度适中时后焊道对前焊道有回火作用，使晶粒细化，提高了焊接质量。 5、焊接层数 焊缝层数主要根据焊件厚度、焊条直径、坡口形式等因素来确定，一般估算为: , n,d 6、预热温度 焊前预热(的作用在于延长焊缝金属从峰值温度降到室温的冷却时间，使焊缝中的扩散氢有充分的时间逸出，避免冷裂纹的产生，并延长焊接接头从800?降到500?的冷却时间，改善焊缝金属及热影响区的显微组织，使热影响区的最高硬度降低，提高焊接接头的抗裂性。焊接构件整体预热，能适当提高焊件温度分布的均匀性，减小内应力;对于厚度较大的碳钢、铜和铝合金，由于其有较高的热传导性，热量大量损失，通过预热有助于金属的熔化。 7、后热及焊后保温 后热在焊后立即加热焊件或焊接区，并保持一定时间，然后再缓慢冷却。焊后保温则是焊后把焊件或者焊接区用保温材料覆盖起来，使焊件缓慢冷却。生产中采用后热或焊后保温月可降低预热温度，甚至取消预热，收到与预热相同的效果。其主要作用首先体现在加速扩散氢的逸出，防止产生焊接冷裂纹，特别对防止强度等级较高的低合金钢和大厚度焊接结构产生冷裂纹十分有效;其次有利于降低预热温度，改善工人的劳动条件，避免产生由于过高的预热温度造成的热裂纹等缺陷。 8、焊后热处理 焊后为了改善焊接接头的组织和性能或消除残余应力而进行的热处理，称为焊后热处理。对于易产生脆性破坏和延迟裂纹的重要结构、尺寸稳定性要求很高的结构、有应力腐蚀的结构等都应考虑焊后进行消除应力的热处理。常用的焊后热处理有正火或正火加回火与消除应力处理两种。 ?正火或正火加回火大厚度构件的焊缝常用电渣焊完成。由于电渣焊焊缝晶粒粗大，达不到所要求的力学性能，因此，焊后必须作正火处理以细化晶粒。对于厚壁受压部件，经正火处理后会产生较高的内应力，所以，正火之后应回火处理以消除应力。 ?消除应力处理其主要目的是降低接头中的内应力。由焊接所产生的内应力可能与工作应力叠加，降低了接头的承载能力。特别是在厚壁容器和在低温或腐蚀条件下工作的容器中，焊接内应力可能使接头处于复杂的三向受力状态，大大降低了接头的抗脆断 [9]能力。 2.3.5 焊条电弧焊的基本操作技术 1、引弧 电弧焊时，引燃焊接电弧的过程叫做引弧。焊条电弧焊通常采用接触引弧法，它是先将焊条与工件接触形成短路，再拉开焊条引燃电弧的方法。根据操作手法的不同，又可分为:直击引弧法和划擦引弧法。引弧的位置应选在焊缝起点前约10mm处。引燃后将电弧适当拉长并迅速移到焊缝的起点，同时逐渐将电弧长度调到正常范围。目的是对 -- - 19 - 焊缝起点处起预热作用，以保证焊缝始端熔深正常，并有消除引弧点气孔的作用。 2、运条 焊接过程中，焊条相对焊缝所坐的各种动作的总称叫做运条。运条的方法很多，常用的运条方法有:直线形运条法;直线往返形运条法;锯齿形运条法;月牙形运条法;三角形运条法;圆圈形运条法等。 图2-16 几种常见的运条方式 3、焊缝的连接 由于受焊条长度的限制，焊缝前后两段出现连接接头是不可避免的，但焊缝接头应力求均匀，防止产生过高、脱节、宽窄不一致等缺陷。焊缝的连接方式分为以下四种。 (1)中间接头:后焊的焊缝从先焊的焊缝尾部开始焊接。 (2)相背接头:两焊缝起头处相接。 (3)相向接头:是两条焊缝的收尾相接。 (4)分段退焊接头:先焊焊缝的起头和后焊焊缝的收尾相接。 -- - 20 - 4、收尾 焊缝的收尾:是指一条焊缝焊完后如何收弧(熄弧)。焊接结束时，如果将电弧突然熄灭，则焊缝表面留有凹陷较深的弧坑，会降低焊缝收尾处的强度，并容易引起弧坑裂纹。过快拉断电弧，液体金属中的气体来不及逸出，还容易产生气孔等缺陷。 为克服弧坑缺陷，可采用下述方法收尾: (1)反复填补 焊条移到焊缝终点时，在弧坑处反复熄弧、引弧数次，直到填满弧坑为止，此方法适用于薄板和多层焊的底层，不适用于碱性焊条。 (2)划圈收尾 焊条移到焊缝终点时，在弧坑处做圆圈运动，直到填满弧坑再拉断电弧，此方法适用于厚板。 (3)后移收尾 电弧在焊段收尾处停住，同时改变焊条倾斜方向，由后倾改变为[7]前倾，然后慢慢拉断电弧。此法适用于碱性焊条。 2.3.6 常见的焊条电弧焊缺陷及防治措施 1、气孔 气孔是焊接时熔池中的气泡在焊缝凝固时未能逸出而留下来形成的空穴。防治措施:烘干焊条，仔细清理焊件的带焊表面及附近区域;采用合适的焊接电流，正确操作。 2、夹渣 夹渣是焊后残留在焊缝中的熔渣。预防措施:仔细清理带焊表面;多层焊时层间要彻底清渣;减缓熔池的结晶速度。 3、焊接裂纹 (1)热裂热裂是焊接过程中，焊接接头的金属冷却到固相线附近的高温区产生的焊接裂纹。预防措施:减小结构刚度、焊前预热、减小合金化、选用抗裂性好的低氢型焊条等。 (2)冷裂焊接接头冷却到较低温度时产生的焊接裂纹。预防措施:用低氢型焊条并烘干、清除焊件表面的油污和锈蚀;焊前预热、焊后热处理。 4、未焊透 未焊透是焊接接头根部未完全熔透的现象。产生原因:坡口角度或间隙太小、钝边过厚、坡口不洁、焊条太粗、焊速过快、焊接电流太小以及操作不当等所致。 5、未溶合 未溶合是焊缝与母材之间未完全熔化结合的现象。产生原因:坡口不洁、焊条直径过大及操作不当等造成。 6、咬边 咬边是沿焊趾的母材部分产生的沟槽或凹陷的现象。产生原因:焊接电流过大、电 [11]弧过长、焊条角度不当等所致。 -- - 21 - 第3章 实验过程 3.1 16Mn钢的焊接 3.1.1 16Mn钢简介 16Mn是旧国标GB/T1591,1988中的低合金高强度结构钢的牌号，新国标GB/T1591,1994中的牌号为Q345。由于16Mn钢具有良好的综合性能、低温性能、冷冲压性能、焊接性能和可切削性能，强度比普通碳素结构钢Q235高约20%,30%，耐大气腐蚀性能高20%,38%等诸多优点。16Mn钢是我国低合金高强钢中用量最多、产量最大的钢种，主要用于制造桥梁、船舶、车辆、锅炉、高压容器、输油输气管道、大型钢结构等。 (1)化学成分 16Mn钢属于低合金高强结构钢，低合金结构钢是在低碳钢基础上添加一定量的合金元素构成的。碳是最能提高钢材强度的元素，但易于引起焊接淬硬及焊接裂纹，所以在保证强度的条件下，碳的加入量越少越好。16Mn钢主要化学成分见表3-1: 表3-1 16Mn钢化学成分 元素 碳(C) 锰(Mn) 镍(Ni) 硅(Si) 磷(P) 硫(S) 铬(Cr) 铜(Cu) 成分比0.13,1.20,0.20,?0.30 ?0.030 ?0.030 ?0.30 ?0.25 例(%) 0.19 1.60 0.60 低合金钢加人的元素有Mn、 Si、 Cr、 Ni、 Mo、V、Nb、 B、 Cu等，杂质元素P、 S的含量要限制在较低的程度。添加这些合金元素，主要是为了提高钢的淬透性和马氏体的回火稳定性。这些元素可以推迟珠光体和贝氏体的转变，使产生马氏体转变的临界冷却速率降低。低合金调质高强钢由于含碳最低，所以淬火后得到低碳马氏体，而且发生“自回火”现象，脆性小，具有良好的焊接性。 (2)力学性能 由于16Mn钢具有良好的综合性能、低温性能、冷冲压性能、焊接性能和可切削性能，使用状态的组织为细晶粒的铁素体—珠光体，强度比普通碳素结构钢Q235高约20%,30%，耐大气腐蚀性能高20%,38%。16Mn具有以下组织性能特点: ?高强度:一般其的屈服强度在300MPa以上。 20%，室温冲击韧性大于600kJ/m,800kJ/m。 对? 高韧性:要求延伸率为15%, 于大型焊接构件，还要求有较高的断裂韧性。 ?良好的焊接性能和冷成型性能。 ?低的冷脆转变温度。 ?良好的耐蚀性。 -- - 22 - 3.1.2 16Mn的焊接性 本实验采用的是碳当量发来评定16Mn钢的焊接性，根据国际焊接学会(IIW)推荐的公式: MnCr，Mo，VNi，Cu，，，，CEIIW,C，，，% 6515 由于16Mn钢的含碳量低，锰、硅含量又少，把表3-1中各元素含量数据代入公式经计算得16Mn钢的碳当量Ceq?0.43%~0.55%。因此碳当量较低，通常情况下不会因焊接而引起严重硬化组织或淬火组织。该种钢的塑性和冲击韧性优良，焊成的接头塑性和冲击韧性也良好。焊接时一般不需预热、层间保温和后热，焊后也不必采用热处理改善组织。可以说，整个焊接过程中不需特殊的工艺措施，其焊接性良好。不过，随着板材厚度及结构刚度的增大，其焊接性也逐渐变差。以下是16Mn钢的焊接性要点: 1、抗热裂性比较好，一般只要降低焊缝中的含碳量就可以解决，无需采用特殊工艺措施。 2、有一定的冷裂纹倾向，且随着强度级别的升高而增大。 3、16Mn钢属于固溶强化的钢种，一般不出现再热裂纹。 4、在制造厚大件时有层状撕裂的危险。 5、没有热影响区软化问题，但会发生过热区的脆化。 1.3 16Mn钢的焊接工艺参数 3. 1、预热 预热的主要目的是为了防止裂纹，同时还有一定的改善性能作用。预热温度的确定比较复杂，主要取决于钢材的淬硬性、板厚、拘束度和氢含量等因素，工程中必须结合具体情况经试验后才能确定。不同环境温度下焊接16Mn钢的预热温度见表3-2. 表3-2 不同环境温度下焊接16Mn钢的预热温度 板厚/(mm) 预热温度/(?) 16以下 不低于,10?不预热，,10?以下预热100~150? 不低于,5?不预热，,5?以下预热100~150? 16~24 不低于0?不预热，0?以下预热100~150? 25~40 40以上 均预热100~150? 由于16Mn钢的淬硬性良好，且本实验在室温条件下进行，试样的厚度为30mm，所以本试验无需预热。 2、焊接热输入 焊接热输入量得确定，主要取决于过热区的脆化和冷裂两个因素。根据焊接性分析，各类钢的脆化倾向和冷裂倾向是不同的，因此对热输入量的要求也是不同的。 焊接含碳量偏下限的16Mn时，对热输入量基本没有严格的限制，因此这类钢的过热敏感性不大。另外，它们的淬硬倾向和冷裂敏感性也不大。如果从提高过热区的塑性、韧性出发，热输入量偏小一些更有利。当焊接含碳量偏高的16Mn时，由于淬硬倾向加大，马氏体的含碳量也提高，采用小的热输入量时冷裂倾向就会增大，过热区的脆化也会变得严重，所以在这种情况下热输入量宁可偏大一些比较好。 -- - 23 - 焊条电弧焊适用于各种不规则形状、各种焊接位置的焊缝。本实验采用的焊接方法是焊条电弧焊，由于不同强度等级的低合金钢间的焊接，一般选用与较低强度等级钢材相匹配的焊条。对于塑性、冲击韧性和抗裂性能要求较高，低温条件下工作的焊缝都应选用碱性焊条。当受某种条件限制而无法清理低碳钢焊件坡口处的铁锈、油污和氧化皮等脏物时，应选用对铁锈、油污和氧化皮敏感性小，抗气孔性能较强的酸性焊条。所以本实验选用的焊条是J422酸性焊条，焊接电流为80~120A，采用对接接头、X型坡口。 主要根据焊件厚度、坡口形式、焊缝位置等选择焊接参数。16Mn钢的焊接性良好，在保证焊接质量的前提下，应尽可能采用大直径焊条和适当稍大的焊接电流，以提高生产效率。16Mn钢焊条电弧焊的工艺参数见表3-3。 表3-3 16Mn钢焊条电弧焊的工艺参数 第一层焊缝 其他各层焊缝 封底焊缝 焊缝空坡口 焊件厚 间位置 形式 度/mm 焊条直焊接电焊条直焊接电焊条直焊接电 径/mm 流/A 径/mm 流/A 径/mm 流/A — — 2 2.5 50~60 2.5 55~60 — — 2.5~4 3.2 90~120 3.2 90~120 I形 — — 3.2 100~130 3.2 100~130 4~5 — — 4 160~200 4 160~210 — — 平对接3.2 100~130 3.2 100~130 5~6 焊缝 — — 4 160~210 4 180~210 V形 3.2 100~130 4 160~210 4 180~210 ?6 4 160~210 5 220~280 5 220~260 — — 4 160~210 X形 ?12 4 160~210 — — 5 220~280 3、焊后热处理 除了电渣焊由于接头区严重过热而需要进行正火处理外，其他焊接条件应根据使用要求来考虑是否需要焊后热处理。16Mn钢为热轧及正火钢一般不需要焊后热处理，但对要求抗应力腐蚀的焊接结构、低温下使用的焊接结构和厚板结构等，焊后需进行消除应力的高温回火。确定焊后回火温度的原则是: (1)不要超过母材原来的回火温度，以免影响母材本身的性能。 (2)对于有回火脆性的材料，要避开出现回火脆性的温度区间。 16Mn钢焊条电弧焊一般不需要进行焊后热处理，特殊情况下进行600~650?回火处理。本实验对16Mn钢焊接接头进行正火处理，基本步骤是先把焊接好的16Mn钢其中一块试样放入电加热炉中，一般正火工艺是将焊接接头加热至Ac或Ac以上3cm30~80?，所以加热温度确定大约为900?，等大约15分钟后温度上升到900?后，保 [8]温约20分钟，然后用铁钳取出试样，关闭电加热炉，等试样空冷至室温。 -- - 24 - 3.2 金相试样的制备、观察及其硬度测试 3.2.1 金相试样的制备 焊接过程中，焊接接头各部分经受了不同的热循环，因而所得组织各异。组织的不同，导致机械性能的变化。焊接金相分析是以金相分析方法来研究焊接接头的组织变化，研究焊接缺陷和接头性能与焊接方法之间的关系，是保证和提高焊接接头质量的一门试验学科。 金相试样的制备过程包括取样、磨制、抛光、浸蚀等几个步骤，再借助于放大200倍以上的光学金相显微镜进行摄影观察，分析焊缝的结晶形态，焊接热影响区金属的组织变化，焊接接头的微观缺陷等。 1、取样 显微试样的选取应根据研究目的，选择合适的、有代表性的试样是进行金相显微分析的极其重要的一步。试样尺寸一般不要过大，应便于握持和易磨制。本试验选取的是边长为30×15×15mm且焊缝比较好的长方体试样。 2、磨制 磨光是为了得到平整、光滑的磨面，磨面上允许有极细而均匀的磨痕，本试验的磨制分为粗磨和细磨两步。 粗磨的目的是使试样获得一个平整，光洁的表面。由于经过热处理过后的试样表面不平整，且存在着较多的焊渣及氧化物，所以要对试样在砂轮机上进行粗磨。在粗磨时要注意，不要压力过大，以免在试样表面形成很深的磨痕，增加细磨跟精磨的难度。还要及时的用冷水冷却，以免试样由于受热过大引起组织的变化。此外，在一般情况下，试样的周界要用砂轮或锉刀磨成圆角，以免在磨光及当抛光时将砂纸和抛光织物划破。经粗磨后试样表面虽然平整，但仍存有较深的磨痕，必须进行细磨。 细磨的目的就是为了消除这些较深的磨痕，以得到平整光滑的磨面，为下一步的抛光做好准备。步骤是先将粗磨好的试样用水冲洗并擦干后，先用较粗点的1号砂纸，减少磨痕的深度。然后接着顺序用较细点的00，01，02，03，04号砂纸细磨试样。磨制时砂纸应平铺于厚玻璃板上，左手按住砂纸，右手握住试样，使磨面朝下并与砂纸接触，在轻微压力作用下把试样向前推磨，用力要均匀，务求平稳，否则会使磨痕过深，且造成试样磨面的变形。试样退回时不能与砂纸接触，这样“单程单向”地反复进行，直至磨面上旧的磨痕被去掉，新的磨痕均匀一致为止。在调换下一号更细的砂纸时，应将试样上磨屑和砂粒清除干净，并转动90?角，使新、旧磨痕垂直。五张砂纸依次磨完后试样就会有一个基本上看不到磨痕的光洁表面。 3、抛光 抛光处理的目的是为了去除金相磨面上因细磨而留下的磨痕，使之成为光滑、无痕的镜面。金相试样的抛光可分为机械抛光、电解抛光、化学抛光三类。本实验采用的抛光是机械抛光的方法。机械抛光是在专用的抛光机上进行的，抛光机主要是由电动机和抛光圆盘(Ф200~300mm)组成，抛光盘转速为200~600r/min以上。抛光盘上铺以细帆布、呢绒、丝绸等。本实验用的抛光机上铺上的呢绒。在抛光时应向抛光盘上不断滴注抛光液。抛光液通常采用AlO、MgO或CrO等细粉末(粒度约为0.3~1μm)在水中2323 -- - 25 - 的悬浮液。机械抛光就是靠极细的抛光粉末与磨面间产生相对磨削和液压作用来消除磨痕的。抛光后的试样，其磨面应光亮无痕。 操作时将试样磨面均匀地压在旋转的抛盘上，并沿盘得边缘到中心不断做径向往复运动，同时试样自身略加转动，以便试样各部分抛光程度一致，避免曳尾现象。抛光过程中抛光液的滴注量的确定以试样离开抛光盘后试样表面的水膜在数秒内可自行挥发为宜。抛光时间一般为3~5分钟。抛光完后应先用清水冲洗，再用无水酒精清洗，最后用吹风机吹干。为后面的试样腐蚀做准备。 4、浸蚀 抛光后的试样磨面是一光滑的镜面，试样若直接放在显微镜下观察，只能看到一片亮光，所以试样要在金相摄影机上观察出其组织，要对试样表面进行腐蚀。一般使用的腐蚀方法有化学浸蚀法，电解浸蚀法，金相组织特殊显示法。本试样采用的是4%硝酸酒精溶液进行的化学腐蚀方法。对试样进行腐蚀的过程:清水清洗—酒精清洗—风干—腐蚀—清水清洗—酒精清洗—风干。浸蚀方法是用棉花沾上浸蚀剂控试试样表面。浸蚀时间要适当，一般试样磨面发暗时就可停止。如果浸蚀不足，可重复浸蚀。浸蚀完毕后，[13]立即用清水冲诜，接着用酒精冲洗，最后用吹风机吹干。 3.2.2 金相试样的观察 这样金相试样的经过取样、磨制、抛光、浸蚀等几个步骤，再借助于电子扫描显微镜对其组织进行观察。具体步骤是先打开电子扫描显微镜和电脑的电源，把试样放在载物台上，旋转物镜调至200倍的物镜进行观察，接着先粗调载物台位置，使光线焦距对准试样直至能粗略观察到试样晶粒为止，在进行微调，当电脑屏幕上出现清晰晶粒组织时停止微调，然后观察并进行金相摄影。依照以上步骤依次对16Mn钢的焊接接头中的焊缝区、熔合区、热影响区和母材四个区域进行区分和观察，保存所摄影的金相图，用于试验后对热处理前后焊接接头组织分析做准备。 3.2.3 试样的硬度测试 1、维氏硬度试验原理 本实验采用数显维氏硬度仪来测试热处理前后焊接接头试样的硬度。维氏硬度试验法是用正四棱锥形金刚石压头，在一定的负荷下压入试件，经规定负荷的保持时间后，卸除负荷，以所采用的负荷除以压痕的表面积所得的商数来表示硬度。公式为: HV = 常数×试验力/压痕表面积 ?0.1891 F,d?。 维氏硬度试验适用于所有材料的标度，而与硬度高低无关。按负荷分类，一般将负荷小于或等于1公斤的，专称为显微硬度。显微硬度主要适用于小试件，薄试件，表面层，金相组织等硬度的测定。由于试验力很小，压痕也很小，试样外观和使用性能都可以不受影响。试样表面各个部位的硬度不一样，所以要得到其硬度应该多测量几组数据，取其平均值。洛氏硬度仪测试的原理如图3-1所示: -- - 26 - 图3-1 维氏硬度试验原理图 HV—维氏硬度符号 F—试验力(单位N) D—压痕两对角线d1、d2的算术平均值(单位mm) 2、试样硬度的测量 (1)连接电源，打开电源开关。 (2)降低工作台支撑面，将试样放在支撑面上。 )调整支撑面的高度，直到从日镜中观察到清晰的试样表面。 (3 (4)调整试样位置，使欲测硬度点位于视场中心。 (5)将硬度头顺时针旋转90度对准试样。 (6)调高支撑面，使试样刚好与硬度头接触。 (7)施加负荷，并保持15s。 (8)卸载，降低支撑面，将硬度头逆时针旋转90度，使显微镜系统对准试样表面。 (9)调整支撑面高度，直到视场中看到清晰的压痕。 (10)测量压痕两对角线的长度，取平均值，查表得出该点的硬度值。 -- - 27 - 第4章 试验结果分析 4.1 焊接接头金相组织分析 焊接接头一般可分为焊缝区、熔合区、热影响区和母材四个组成部分。热影响区又细分过热区，完全结晶区和不完全结晶区。 4.1.1 焊缝区 通过加热当焊缝区温度达到1550?以上时使被焊金属的联接处达到熔化状态，焊缝金属凝固后实现金属的焊接。经电子扫描显微镜对16Mn钢焊接接头试样进行金相观察可知，联接处的母材和焊缝金属具有交互结晶的特征。焊缝金属结晶是从熔池底壁上许多未熔化的半个晶粒开始的。焊缝金属与联接处母材具有共同的晶粒，即熔池金属的结晶是从熔合区母材的半熔化晶粒上开始向焊缝中心成长的。这种结晶形式称为交互结晶或联生结晶。由于各个方向冷却速度不同，当晶体最易长大方向与散热最快方向一致时，晶体便优先得到成长，有的晶体由于取向不利于成长，晶粒的成长会被竭止，这就是所谓选择长大，垂直于熔合线方向冷却速度最大，所以晶粒由垂直于熔合线向熔池中心生长，最终呈柱状晶，如图4-1所示。对于16Mn钢焊接的过程是从液态到固态的一次结晶形成柱状奥氏体。 a)热处理前 b)热处理后 图4-1 16Mn钢焊接接头焊缝区200× 4.1.2 熔合区 熔合区是焊缝和基本金属的交界区，其最高加热温度处于固相线和液相线之间的区域。经电子扫描显微镜对16Mn钢焊接接头试样进行金相观察可知，由于该区域温度在固液相温度区间(约1350~1450?)，基体金属部分熔化，所以也称为“半熔化区”。熔化的金属凝固成铸态组织，未熔化金属体因温度过高而形成粗晶粒。此区域在显微镜下一般为2~3个晶粒的宽度，有时难以辨认。该区域虽然很窄，但强度、塑性和韧性都下降;同时此处接头断面变化较大，将引起应力集中，很大程度上决定着焊接接头的性能。此区域见图4-2所示。 -- - 28 - a)热处理前 b)热处理后 图4-2 16Mn钢焊接接头熔合区200× 4.1.3 过热区 过热区是热影响区中最高加热温度在1100?以上至固相线温度区间的区域，见图4-3所示。该区域在焊接时，由于加热温度高，奥氏体晶粒急剧长大，形成过热组织，所以也称“粗晶粒区”。冷却以后形成粗大的过热区组织，先共析的铁素体从奥氏体晶界上呈针片状析出并向晶内生长，这种先共析针片状铁素体加珠光体这种组织称为魏氏体组织。在大热输入的电弧焊、气焊、电渣焊的条件下，经常出现魏氏体组织。因此使该区域的塑性和韧性大大降低，冲击韧性约下降25%~75%。对淬透性好的钢材，过热区冷却后得到淬火马氏体，脆性更大。所以过热影响区中力学性能最差的部位。 a)热处理前 b)热处理后 图4-3 16Mn钢焊接接头过热区200× 4.1.4 完全结晶区 完全结晶区是指热影响区中加热温度在Ac~1100?之间的区间，见图4-4所示。该3 区温度虽较高，但加热时间较短，晶粒不容易长大。在加热过程中，铁素体和珠光体全部转变为奥氏体，即产生金属的重结品现象。由于加热温度稍高于Ac，奥氏体品粒尚3未长大，焊后空冷后金属将发生重结晶，获得均匀而细小的铁素体和珠光体，相当于热 -- - 29 - 处理时的正火组织，所以该区域称为正火区，也称为细晶区或重结晶区。该区的组织比退火(或轧制)状态的母材组织细小，因此，该区是热影响区中组织和性能最好的区域，其力学性能优于母材。 a)热处理前 b)热处理后 图4-4 16Mn钢焊接接头完全结晶区200× 4.1.5 不完全结晶区 焊接时，加热温度在Ac~Ac之间(约750~900?)的金属区域为不完全结品区。当13 低碳钢的加热温度超过Ac时，珠光体先转变为奥氏体。温度进一步升高时，部分铁素1 体逐步溶解于奥氏体中，温度越高，溶解的越多，直到Ac时，铁素体将全部溶解在奥3 氏体中焊接加热时由于时间较短，该区只有部分铁素体溶入奥氏体。焊后冷却时，又从奥氏体中析出细小的铁素体，一直冷却到Ar时，残余的奥氏体就转变为共析组织一珠1 光体。由次可看出，次区只有一部分组织发生了相变重结品过程，而始终未溶入奥氏体的铁素体，在加热时会发生长大，变成较粗大的铁素体组织，因此，该区域金属的组织是不均匀的，品粒大小也不一致，一部分是经过重结晶的晶粒细小的铁素体和珠光体， [10]另一部分是粗大的铁素体，如图4-5所示。由于组织不均匀，因而机械性能也不均匀。 a)热处理前 b)热处理后 图4-5 16Mn钢焊接接头不完全重结晶区200× -- - 30 - 4.1.6 母材 [12]温度在Ac以下的区域16Mn钢母材组织由块状的铁素体与珠光体。 1 a)热处理前 b)热处理后 图4-6 16Mn钢焊接接头母材200× 通过实验对16Mn钢焊接接头金相组织的观察分析及接头各区域硬度所测量的数据表明，16Mn钢焊接接头性能基本达标。 但对焊接接头的机理分析，16Mn钢的焊接接头可能存在冷裂纹和热影响区脆化两个缺陷。当16Mn钢焊条电弧焊在连续冷却的过程中，铁素体析出后剩下的富碳奥氏体来不及转变为珠光体，最后转变为含碳较高的贝氏体和马氏体:另外热影响区过热区会出现少量铁素体、贝氏体和大量马氏体。焊接接头由于这些组织的存在使16Mn比一般其他低碳钢淬硬倾向要大，容易使焊接接头形成冷裂纹缺陷。 此外16Mn钢的焊接接头还可能存在热影响区脆化缺陷，热影响区脆化主要发生在焊缝与母材相邻的熔合区以及和熔合区紧邻的过热区。熔合区由于熔化的金属凝固成铸态组织，未熔化金属体因温度过高而形成粗晶粒;同时接头断面变化较大，容易引起应力集中。造成熔合区在化学成分和组织性能方面存在较大的不均匀性，对焊接接头的强度和韧性有很大的影响。许多情况下熔合区是产生裂纹，发生脆性破坏的发源地。对于热轧钢16Mn来说，由于其合金化方式主要为Mn、Si的固溶强化，其过热区高温奥氏 [12]体晶粒严重长大，冷却后形成魏氏组织，造成过热区脆化。 以上是焊接热影响区中，以熔合区和过热区对焊接接头组织性能的不利因素最为显著，因此，在焊接过程中应尽可能减少热影响区的宽度。焊接热影响区的大小受到许多方面的影响，不同的焊接方法、焊接板厚、焊后冷却速度等都会使热影响区的尺寸发生变化。另外通过焊后热处理工艺也可提高焊接接头的组织性能。 4.2 焊接接头硬度的数据分析 本实验使用数显维氏硬度仪来测试16Mn钢热处理前后焊接接头的硬度。测量时多测几组数据，然后取其平均值。可得到焊接接头的硬度。16Mn钢测试的硬度及得到的结表4-1所示。 -- - 31 - 表4-1 16Mn钢焊接接头热处理前后维氏硬度值 距焊缝位置(mm) 热处理前(HV) 热处理后(HV) 0 152 163 0.5 148 165 1 146 160 1.5 145 159 2 144 156 2.5 143 161 3 149 167 3.5 158 168 4 142 166 4.5 143 165 5 141 165 5.5 135 164 6 132 164 6.5 126 163 平均值 143 163 为了更加了解焊接接头各区的性能，可以在做一个距离焊缝不同位置的，焊接接头 个位置的硬度变化表，如图4-7所示。 图4-7 16Mn钢焊接接头硬度变化曲线 -- - 32 - 由表4-1和图4-7可以得出16Mn钢正火前硬度波动比较大，接头组织性能不稳定，易产生裂纹甚至断裂。正火后硬度不仅明显提升，而且硬度曲线比较平稳，说明16Mn钢焊接接头正火后组织更均匀，性能优于未处理前。 本实验采用的热处理工艺是正火，将焊接接头加热至Ac或Ac以上30~80?，保3cm 温20分钟再从炉中取出在空气中冷却。对16Mn钢的焊接接头进行正火处理后，接头发生伪共析转变形成伪共析珠光体，加速合金碳化物的溶解和奥氏体的均匀化，消除魏氏体组织，细化晶粒，导致过热区跟不完全结晶区减小，完全结晶区扩大。16Mn钢焊接接头正火后组织更均匀，从而正火后接头组织的硬度和强度优于正火前。 -- - 33 - 结论与展望 结论 本课题研究通过对16Mn钢进行焊条电弧焊实验，焊后正火处理，焊接接头金相试样的制备，显微组织的观察及焊接接头的维氏硬度测量实验，最后对其组织和性能进行分析得出如下结论: 1、焊条电弧焊焊接时16Mn钢具有良好的焊接性 本实验采用的是碳当量发来评定16Mn钢的焊接性，根据国际焊接学会(IIW)推荐的公式: MnCr，Mo，VNi，Cu，，，，CEIIW,C，，，% 6515 计算得16Mn钢的碳当量Ceq?0.43%~0.55%。由于碳当量较低，通常情况下不会因焊接而引起严重硬化组织或淬火组织。该种钢的塑性和冲击韧性优良，焊成的接头塑性和冲击韧性也良好。焊接时一般不需预热、层间保温和后热，整个焊接过程中不需特殊的工艺措施，其焊接性良好。 2、焊接接头各区域组织分别为:焊缝区组织为柱状奥氏体;熔合区为粗大晶粒;过热区为魏氏组织;完全结晶区为细小的铁素体和珠光体;不完全结晶区一部分为细小的铁素体和珠光体，一部分为粗大的铁素体;母材组织为块状的铁素体与珠光体。 3、16Mn钢经焊条电弧焊后，接头处具有良好的强度、硬度和冲击韧性，且优于母材的性能。 4、由于熔合区粗大晶粒和过热区魏氏组织的存在使得16Mn钢焊接接头可能存在冷裂纹和热影响区脆化等缺陷。缺陷产生的主要过程如下: ?当16Mn钢焊条电弧焊在连续冷却的过程中，铁素体析出后剩下的富碳奥氏体来不及转变为珠光体，最后转变为含碳较高的贝氏体和马氏体:另外热影响区过热区会出现少量铁素体、贝氏体和大量马氏体。焊接接头由于这些组织的存在使16Mn比一般其他低碳钢淬硬倾向要大，容易使焊接接头形成冷裂纹缺陷。 ?此外16Mn钢的焊接接头还可能存在热影响区脆化缺陷，热影响区脆化主要发生在焊缝与母材相邻的熔合区以及和熔合区紧邻的过热区。熔合区由于熔化的金属凝固成铸态组织，未熔化金属体因温度过高而形成粗晶粒;同时接头断面变化较大，容易引起应力集中。造成熔合区在化学成分和组织性能方面存在较大的不均匀性，对焊接接头的强度和韧性有很大的影响。许多情况下熔合区是产生裂纹，发生脆性破坏的发源地。对于热轧钢16Mn来说，由于其合金化方式主要为Mn、Si的固溶强化，其过热区高温奥氏体晶粒严重长大，冷却后形成魏氏组织，造成过热区脆化。 5、16Mn钢焊接接头经正火处理后组织更均匀，硬度和强度明显优于正火前。16Mn钢的焊接接头进行正火处理后，接头发生伪共析转变形成伪共析珠光体，加速合金碳化物的溶解和奥氏体的均匀化，消除魏氏体组织，细化晶粒，导致过热区跟不完全结晶区减小，完全结晶区扩大。 -- - 34 - 展望 本试验是在前人对16Mn钢焊接研究基础上，通过焊条电弧焊对其进行焊接。由于实验研究中的焊接工艺和设备比较传统，试样的厚度也是固定的，因而是可以展开进一步的优化设计。采用不同的焊接方法、不同焊接板厚，分析其对16Mn钢焊接接头组织和性能有什么不同的影响，对16Mn钢的焊接有个全面的认识。 焊接工艺是金属应用中最重要的连接技术之一，在我国国民生产中具有举足轻重的地位。对焊接工艺参数的优化制定以及对接头组织和性能的分析研究，是保证工业生产中焊接的安全性，质量性以及经济性的必要手段。因此本试验中的基本实验方案设计和思路分析，及一般的实验操作，为以后工作中相关的焊接工艺和组织、性能的处理分析打下扎实的基础。 展望未来，随着激光焊、超声波焊、等离子弧焊、摩擦焊、爆炸焊等一些高新技术不断成熟完善，以及焊接成形精确化、焊接生产自动化和过程控制智能化、优质高效的焊接新工艺、新技术不断涌现，焊接在现代工业中的地位将越来越重要。 -- - 35 - 致 谢 本论文是在李传瑞老师的悉心指导和亲切关怀下完成的，从选题、实验研究、数据分析到论文处处凝聚着导师的心血。半年来，导师朴实的工作作风，渊博精湛的专业学识，严谨求实的治学风范和对学生无微不至的关怀都使我受益匪浅，终生难忘。在此表示衷心的感谢。 对陈文凯、杨佳、翟炜、李成等同学在毕业设计期间给予的大量有意义的讨论和帮助表示衷心的感谢。整个课题组良好的工作氛围、积极进取的团队精神深深感染着我，使我能以一种良好的心态积极工作、不断进步。 经过这几个月资料的查阅、收集、整理和试验操作，我对四年来所学的知识进行了系统的总结，这使我对大学期间所学的专业知识有了更深的了解和掌握，也使我对自己将来的发展方向有个明确的定位。最后对论文辛苦评阅的评审老师们以及参考文献的作者们表示最大的谢意，希望这次毕业设计给我四年大学生涯画上个圆满的句号。 作者: 年 月 日 -- - 36 - 参考文献 [1] 王国凡(钢结构焊接制造[M](北京:化学工业出版社，2004.3. [2] 王嘉玲(焊接质量与焊条使用[M](北京:国防工业出版社，1994. [3] 尹士科(焊接材料实用基础知识[M](北京:化学工业出版社，2004.5. [4] 刘会杰(焊接冶金与焊接性[M](北京:机械工业出版社，2007. [5] 李亚江(焊接冶金学[M](北京:机械工业出版社，2006. [6] 张汉谦(钢熔焊接头金属学[M](北京:机械工业出版社，2000. [7] 王文翰(焊接技术手册[M](郑州:河南科学技术出版社，2000. [8] 雷玉成(金属材料焊接工艺[M](北京:化工工业出版社，2007. [9] 杨文杰(电弧焊方法及设备[M](哈尔滨:哈尔滨工业大学出版社，2007. [10] 李亚江(实用焊接技术手册[M](河北:河北科学技术出版社，2002. [11] 孙瑞茂(焊接磁棒对焊缝形状的影响[J](焊管,1995,第18卷，第1期:59-60. [12] 潘全喜(16Mn钢埋弧焊接头组织及其性能研究[J](热加工工艺,2007，第36卷，第19期:42-44 . [13] 王少刚(异种金属焊接接头金相试样的制备[J](实验室研究与探索，1998，第2期:38-42. [14] 马志强(影响焊接质量的五大因素[J](经济与管理,1996，第6期:45-46. [15] I. N. Sheenko. Effect of some of the high-melting compounds on the properties of a weld-on alloy [J]. Powder Metallurgy and Metal Ceramics,2001,Vol.5, 9:743-746. [16] Lü Baotung, Lü Xiaoyan and Zheng Xiulin. Effect of some of the high-melting compounds on the properties of a weld-on alloy [J]. Metallurgical and Materials Transactions,1966，Vol. 20, 3: 413-419. -- - 37 - [15]附录A 引用的英文资料及翻译 -- - 38 - -- - 39 - -- - 40 - -- - 41 - 高熔点化合物对合金焊接性能的影响 在目前以开发出的两种类型耐、热耐磨特性的材料中，基本为两种金属的合金以及高熔金属加入碳(碳化物)，硼(硼化物)，硅(硅化物)后所形成的固体化合物。 碳化物类的合金包括高熔，高强，高熔点等其他性能，以便使其能够焊上抗耐磨的涂层材料。 从耐热性的角度来看，特别关注的金属类化合物的间质阶段或者是含有歪曲和加强基础金属晶格结构元素的阶段。这些扭曲区域可以通过扩散过程来消除，直到熔点也不会降低其张力状态，而那些非均质性区域，当温度升高到金属和非金属原子间结合力开始削弱的程度时，该区域的基本单元的规模可以减少。 特别关注的一些硼化物阶段。它们具有广泛牢固的硼原子间结合力，硼原子间结合力的的形成和激化相对于当前硼元素含量增加，前者对硼化物阶段的影响趋势更明显。所有最耐磨的涂层材料中，有碳化物和高区硼化物晶体涂层通过网状结构和骨架结构来巩固相应的共晶组织。显然，在这里我们应该争取高熔元件脆性最低下降以及金属巩固抗蠕变性的最大升高。 在填充物(焊接式)的混合物，必须结合在化合物的晶粒中旨在形成金属性涂层的金属类化合物。在文献中较少有关于填充材料具有高熔融合金成分发展的信息。一些化合物(例如，，，，以及其他电极)的数据分析表明，合金金属的焊KBKh BKh KhR 接易产生脆化、裂纹及冲击载荷作用下所形成的缺口等缺陷。 由于一些以耐热，耐腐蚀，耐磨损和耐磨填充材料的硼化物应用日益增长，因此有必要对他们特别研究。焊接合金金属的研究表明，高熔点硼碳化物和硼钛化合物，分别尝试作为合金添加剂。在我们对这些合金的调查包括，这些涂料的最佳组成确定和微观结构的研究分析，显微硬度，高温耐腐蚀性，以及内部物理和力学特性。 填充材料在含有合金电极作用下发展载入涂层。至于后者，我们增加了的10%TiB2和的。电极棒我们使用电极棒:钢线(认证)，直径90%BCSv08GOST2246-5444 毫米。最初的硼化物化合物具有以下化学成分:按照认证标准;BCGOST5444-62TiB24 含,，,;,;,。除了合金成分，电极涂层还包含，有Ti-66.6B-31 Cgen- 0.6Fe-1.05 助于生产高档堆焊合金的组件: )大理石按认证标准作为在涂层由于气渣形成的成分1GOST4416-48 )长石，按认证标准作为稳定和炉渣形成的组成部分2GOST4421-48 )锰铁按认证作为焊接脱氧剂3GOST5494-50 )水作为粘结剂4 表1 -- - 42 - 图1 图2 图3 该涂料被应用于浸渍在棒上。在应用之后，涂层预干燥在?保持小时，70~8015~16然后在?治疗小时。250~3002 曾有一项初步研究，看看是否有可能进行焊接的合金粉末混合()10%TiB+90%BC24到基本金属。混合物传播的粉末状钢试样上和电弧焊接到由一个联合堆焊技术的St.35 基础金属:金属电极与一个稳定的。第一堆焊条件:直接电流，反向极性，电流130~140 ，然后，第二层，碳电极(电流)。它证明不可能套用单层表面电极合金结A90~100A -- - 43 - 构与基体金属直接用碳。该组合没有坚持正确对基本金属，它形成的孔隙和沙坑，败坏了焊接表面。 我们研究了表面结构的结合在表面上两层标本应用。由钢。该子层垫与微观结St.3构的显微硬度由共晶碳化物的使用(图)，并融合金属电极与母材的硬度935Hu1499Hu的焊接在第二层的微观结构，用显微硬度与奥氏体，是与树突状结构(图)共晶12702和碳化物奥氏体过剩。顶层的硬度表面为。目前还没有孔隙或裂缝的焊接上69~71HRC 层和质量后者，加上方式焊接母材，是令人满意的。 我们研究的内容改变了合金的成分为各种涂层电极，在他们的混合物()。实验表面进行了直接电流应用第一层，这是考察在每个电极的10%TiB+90%BC24 变化情况: )以上测试通过焊接的金属其责任实验电极裂纹(内置式标本分别为180× 30× 20的尺寸和由钢)St.35 )通过测量硬度内置在不同层上2 )采用试用涂料直接准备(清理)圆锥体表面的爆炸浇注机制炉(在得到满意的3 结果与标本)。获得的数据直接与反向极性电流的电极涂层毫米厚，电流为1.0~1.1()详见表。140~150A1 电极用于实际应用在一个单层钢试样表面。试样的显微结构，通过硝酸Tbk-15St.3 酒精腐蚀的解决方案。关于这一测试下显微镜切片，我们发现在部分样本()MIM- 8x425的存在四区(图):3 )铁素体珠光体基本金属结构，1 )在很细晶热影响区对基本金属的一面2; )细长针状晶体3; )金属焊接上的莱氏体类型的结构。焊接后的硬度，是在金属。463HRC 表2 对结构部件硬度是衡量一个光电倍增管测试(负载克)。下面我们给出涂- 3200 层试样的结构部件的硬度测量: 2结构件 显微硬度Hu,/mm 相应的金属(铁素体+光体) 143 焊缝区针状晶体 210 浅色合金固溶 857 屈氏体氏体部树枝状结构+ 166 焊接的结构上一层由一个用铁基加强，固溶从合金棒金属元素(硼，钛)和屈氏体，马氏体树突电极的合金元素一定的数额。据实验显示(表)表示，涂层中的量增加，1 合金的混合物，所以钛过渡到内置上一层也增加，直到达到一个明确的一点。硼化钛的合金的最佳浓度在涂层混合物,，给定的任一侧涂层厚度毫米。10~150.55~1.15 -- - 44 - 退火后的样品，我们确定了硬度焊接上一个功能层的，其中的温度加热焊接。退火是在不同温度下进行，其次炉内缓慢冷却。该升温是在马弗炉进行了模型的的MP -2U(伏，瓦，?)。我们测试于一体，拥有电极(实验)和22026001000TBK- 15-22TBK (实验)。在前者情况下，标本内涂有一层炉加热标本?为小时小时，- 255940~96032之后他们被冷却炉内慢慢浸泡。在第二情况下，涂层试样被加热到?为小时700 ~7202 分小时浸泡，然后还冷慢慢地一起炉。退火后，在两种情况下合金的硬度下降到102 。下面我们给出了结构部件的硬度测量(在相同的负载):40HRC2结构件 显微硬度Hu,/mm 浅色合金固溶 424 暗区 312 焊接上一层，有利于发生条件扩散过程的结构的变化。经验之谈是合金元素，这也大约减少了硬度和树突状边缘分离成球状晶体颗粒带来的再分配，以索氏体组织接近。 该涂层试样的平均硬度见表。2 此外，我们在?温度状态下对合金涂层的的电极进行硬度测试，并与400~450TBK 焊接的合金硬度他们与的电极()，并加热同样此温度。对测试结TSS -1sormiteNO.1 果见表。3 对标本中的热态试验后涂层的硬度，淬火和退火表明，焊接与的类型时，合TBK 金电极没有采取回火。加热后给定的温度，其硬度下降到。39~40HRC 对比工业试验与设备零件(破碎机炉，轧机导辊)加强的合金和类型TBKSormite1号的，和，表明更大的耐磨性。对实验的大致成本是每公斤至T-620NP30KhGSA3240 戈比。高炉密闭阀工业生产的合金在研究了堆焊材料在的类型铺装材料TBK 表3 -- - 45 - 总结 、含粗颗粒或细颗粒的碳化物和硼化物合金结构钢，经焊接后基本金属夹杂物具1 有高强度和耐磨性的焊接接头。从而证实了直接对高熔点合金化合物焊接的可能性。 、焊接耐磨合金结构钢形成热裂纹倾向的主要原因是缺乏共晶，含奥氏体结构的2 合金和含柱状晶体硬质合金热裂倾向最大。因此，当焊接含硼化物层合金时，当硼的浓度增加，有助于完善一级结构，消除热裂纹。 、当合金最佳成分是由具有和组成的硼碳化合物。用化学成分310%TiB90%BC24 为:,，,，,的电极，每边毫米的焊层厚度焊0.83~0.97C2.9~4.2B0.07~0.09Ti1.0~1.1接时得到的焊接接头效果最好。 、合金结构的镀层用电极焊接时，事实表明接头中的高硬度区域硬度和耐热4TBK 性高于合金中其他所以部分。 制造丝状或粉末状的硼化物是减少堆焊材料的成本一种重要手段。 -- - 46 - 附录B 主要参考文献及摘要 [1] 王国凡(钢结构焊接制造[M](北京:化学工业出版社，2004.3. 摘要:本书系统介绍了钢结构的类型、特点、材料、焊接应力及变形、焊接接头及其破坏形式，对从备料、工艺方案设计、工艺规程的制定到钢结构的装配、钢结构焊接的全过程进行了全面阐述，并介绍了钢结构装配一焊接用机械、机器人及焊接生产安全等。 [3] 尹士科(焊接材料实用基础知识[M](北京:化学工业出版社，2004.5. 摘要:常用合金元素、微量元素、杂质元素、焊接条件及热处理等对焊缝组织和性能的影响，为工程应用提供基础性数据。所研究的合金元素和杂质元素包括碳、锰、硅、铬、镍、钼、铜、铝、钛、硼、硫、磷、氮、氧以及稀土元素等;焊接条件涉及线能量、道间温度、焊条直径、焊接位置及保护气体等，这些内容都是近年来的研究成果，对焊接材料的开发、质量检验和事故分析都具有一定的实用价值。在焊接材料方面，分别介绍了焊条、焊丝、焊带和焊剂的分类与牌号编制、成分和性能、选择和使用、与钢种的配套等，还对焊接材料的型号作了简述，在基础知识的说明上力求简明、有条理和通俗易懂。 [4] 刘会杰(焊接冶金与焊接性[M](北京:机械工业出版社，2007. 焊接材料的组成及作用,焊接化学冶金,焊接接头的组织和性能,焊接缺陷及其控制;下篇内容包括:焊接性及其试验方法,低合金高强度钢的焊接,不锈钢及耐热钢的焊接,有色金属的焊接。 [8] 雷玉成(金属材料焊接工艺[M](北京:化工工业出版社，2007. 摘要:各种电弧焊、电阻焊、高能密度焊及其他常用焊接方法的基本原理、焊接工艺及其规范参数的选择和优化，并介绍了钢和各种有色金属及复合材料的焊接特性、焊接方法、焊接材料的选择 [9] 杨文杰(电弧焊方法及设备[M](哈尔滨:哈尔滨工业大学出版社，2007. 摘要:电弧焊的基础理论，包括焊接电弧的特性、焊丝加热熔化、熔滴过渡、焊缝成形以及电弧焊自动控制技术;对以焊接电弧为热源的各种电弧焊方法，包括埋弧焊、钨极惰性气体保护焊、熔化极氩弧焊、CO气体保护电弧焊、等离子弧焊及切割、螺柱2 焊及钢筋埋弧压力焊等，分别讲述了其工作原理和特点、焊接设备、焊接材料、焊接工艺以及所派生出的新的电弧焊方法。 [11] 孙瑞茂(焊接磁棒对焊缝形状的影响[J](焊管,1995,第18卷，第1期:59-60. 摘要:焊接磁棒对焊缝形状的影响高频感应加热设备在焊管工业中的应用最为广泛。其基本原理是利用感应涡流的热效应进行加热的。感应器中的高频电流所产生的强磁场在焊管中产生涡流，使焊管焊缝熔化而形成焊接。 [12] 潘全喜(16Mn钢埋弧焊接头组织及其性能研究[J](热加工工艺,2007，第36卷，第19期:42-44 . 摘要:采用交流和直流反接焊接工艺,在相同焊接速度下对16Mn钢进行自动埋弧焊接试验。研究了交流和直流反接两种型式下焊丝金属熔敷率、焊接接头金属组织以及接头的力学性能。结果表明:交流和直流反接两种型式下焊接获得的焊接接头均具有良好的力学性能;与直流反接焊接比较,交流焊接时焊丝金属熔敷率较高;交流焊接焊缝区金属中形成了魏氏组织.致使焊缝金属冲击韧度值降低;交流和直流反接两种型式下焊接获得的焊缝和热影响区金属冲击韧度值均高于母材的冲击韧度值。 -- - 47 - [13] 王少刚(异种金属焊接接头金相试样的制备[J](实验室研究与探索，1998，第2 期:38-42. 摘要:以紫铜与低碳钢钎焊接头为例，介绍了异种金属焊接接头金相试样制备过程 中磨光、抛光和浸蚀等关键操作，成功地获得了紫铜与低碳钢钎接头金相组织图，可在 科研中推广应用。 [15] I. N. Sheenko. Effect of some of the high-melting compounds on the properties of a weld-on alloy [J]. Powder Metallurgy and Metal Ceramics,2001,Vol.5, 9:743-746. Abstract: From the standpoint of heat resistance, of particular interest are metal-like compounds that represent interstitial phases or phases containing structural elements which distort and strengthen the basic metal lattice. These distortions can be removed by diffusion processes that do not reduce their state of tension right up to melting point, and heterogeneities on the scale of the elementary cell can be reduced when the temperature is raised only to the extent that the bonds between the metal and metalloid atoms are weakened. [16] Lü Baotung, Lü Xiaoyan and Zheng Xiulin. Effect of some of the high-melting compounds on the properties of a weld-on alloy [J]. Metallurgical and Materials Transactions,1966，Vol. 20, 3: 413-419 Abstract:In the present study, the effect of microstructure of 16Mn steel on fatigue crack initiation (FCI) life and fatigue crack propagation (FCP) rates was experimentally investigated under two different conditions, i.e.，as-received condition and high-temperature normalized (H.T.N)condition. The microstructure of 16Mn steel under the as-received condition is ferrite and pearlite, which corresponds to that of the base metal of welded elements, and the microstructure under the H.T.N. condition is mainly coarse Widmanstatten structure, which the weld toe. The fatigue test results show can be thought of as the simulated microstructure at that the high-temperature normalization results in the increase of FCP rates in near-threshold region and the decrease of both FCI and FCP thresholds, and FCI life of 16Mn steel. Little effect of the microstructure is observed on the FCP mechanism in the intermediate range (da/dN=10-8 to 10-6 m/cycle). Based on the test results and analysis, the general expressions are given for both FCI life and FCP rates under the two conditions. It is pointed out that which of the test results should be applied to prediction of FCI life and FCP life depends upon the FCI location and FCP path in the welded elements. 序号 名称 规格型号 单位 数量 备注 一 制冷系统 1 压缩机组 4AV10 台 4 2 冷凝器 LN-70 台 1 3 贮氨器 ZA-1.5 台 1 -- - 48 - 4 桶泵组合 ZWB-1.5 台 1 5 氨液分离器 AF-65 台 1 6 集油器 JY-219 台 1 7 空气分离器 KF-32 台 1 8 紧急泄氨器 JX-108 台 1 9 冷风机 KLL-250 台 8 10 冷风机 KLD-150 台 4 11 冷风机 KLD-100 台 2 12 阀门 套 86 13 电磁阀 套 6 14 管道及支架 吨 18.6 3 15 管道及设备保温 m22 16 管道保温包扎 镀锌板 吨 1.6 17 附件 套 1 二 气调系统 1 中空纤维制氮机 CA-30B 台 1 2 二氧化碳洗涤器 GA-15 台 1 3 气动电磁阀 D100 台 14 4 电脑控制系统 CNJK-406 台 1 5 信号转换器 8线 台 1 6 果心温度探头 台 7 37 库气平衡袋 5 m 个 7 8 库气安全阀 液封式 个 7 9 小活塞空压机 0.05/7 台 1 10 PVC管 套 1 11 附件 套 1 三 水冷系统 1 冷却塔 DBNL-100 台 2 3 2 水泵 SBL80-160I 台 2 3 水泵 SBL50-160I 台 2 4 阀门 套 30 5 管道及支架 吨 2.8 6 附件 套 1 四 电仪控系统 1 电器控制柜 套 1 2 照明系统 套 1 3 电线电缆 套 1 4 桥架管线 套 1 5 附件 套 1 -- - 49 - -- - 50 -