16MnR鋼板厚12mm焊條電弧焊焊接工藝評定及焊接工藝

1、16MnR鋼（板厚 12mm）焊條電弧焊焊接工藝評定及焊接工藝 一、母材材質及技術情況 16MnR即為 Q345C，常作為在鍋爐壓力容器用鋼。即在 Q235 鋼的基礎上 加了 1的錳使屈服強度提高 35。16MnR 屬于低碳錳鋼。 CE=。焊接性能 良好。 1. 材質性能分析 （ 1）化學性能分析：表 1 表 1 16MnR 鋼化學成分 （%） 成分 C Si Mn P S Ni Cr 含量 - - （ 2）力學性能分析：表 2 表 2 16MnR 力學成分 b(Mpa) s(Mpa) 5（%） 沖擊試驗 板厚 mm 溫度 AkvJ 510-640 345 21 20 31 6-16 3）焊接

2、性分析 16MnR含碳量 %.碳當量 CE=，焊接性能良好，焊接時一般不需要預熱，但 環(huán)境溫度較低 （-10）要進行適當的預熱。 焊后根據具體情況進行焊后熱處理。 二、焊接材料及技術情況 JB/T4709-2007中規(guī)定焊接材料包括： 焊條， 焊絲，焊帶，氣體，電極等。 由于焊接方法為 SMAW。因此只需要選擇焊條即可。 根據母材的成分， 力學性能等選擇焊接材料。 由于 16MnR 的 b510s345， 可選擇焊條 J422（E4013）,J507（E5015。） 因為選擇焊條一方面要與母材等強度 如表 3 所示，另一方面還要考慮焊接工藝性如：引弧的難易，脫渣性，成形性， 穩(wěn)弧性，及除氧，除

3、氫，去硫，去磷等能力。 綜合考慮后選擇 J507（E5015焊） 條。此焊條由大橋焊條廠生產。 表 3 E5015 焊條熔敷金屬的力學成分 b(Mpa) s(Mpa) （ %） 斷面收縮率（ %） Ak(J*cm2) 240 三、焊前準備 1. 坡口的選擇與制備 （1）坡口的選擇：由于板厚為 12mm,焊接方法為 SMAW等焊接條件 .選擇 V 形坡口。 （2）坡口制備方法：應根據工件尺寸，形狀，加工條件綜合考慮。目前有剪切， 氣割，刨邊，車削，碳弧氣刨等方法制備坡口?？紤]到坡口形式，加工質量和成 本，選擇氣割加工坡口。焊接坡口要求：間隙 b=2-3mm，鈍邊 P=2/mm，坡口角 度 60

4、+2 2. 焊接區(qū)域的清理 (1) 焊前對坡口及附近 10mm 的油，銹，水等污物清理干凈。 E5015焊接時清理要 徹底。否則極易產生氣孔和裂紋。 (2) 清理方法：機械清理 a.鋼絲刷 b.砂輪磨 c.噴丸處理 化學法 a.汽油除油 b。酸除氧化皮 c.堿除油 必要時用氧 -乙炔焰烘烤處理。 由于焊件為 300 x150 x12 的板材，所以選擇鋼絲刷或化學法處理。 3. 焊條烘干 雖然焊條出廠前已經高溫烘干，考慮到焊條長期儲存和運輸中受潮，為確保 焊接質量，焊條焊前需要烘干。一般酸性焊條取 70 150保溫，堿性焊條取 300 400保溫 2h.溫度太低達不到除水的目的，溫度過高引起藥皮

5、開裂。烘 干一般不兩次。 4. 工件的裝配定位 焊前的裝配定位主要使工件定位對正， 保證裝配間隙大小和延接頭長度均勻， 保 證焊接質量和降低制造成本有很大的影響。 可以用夾具和定位焊將它們固定才進 行正式焊接。定位焊時由于焊道短，冷卻快，比較容易產生焊接缺陷。 5. 焊接預熱 預熱是指焊前對工件整體或局部進行加熱的工藝。預熱的主要目的是降 低焊接接頭冷卻速度， 改善組織和性能， 減小應力等。 工件是否需要預熱根據工 件結構，材質和尺寸而定。一般情況下 16MnR 不需要預熱。但是如果結構剛性 大，應力集中，環(huán)境溫度低時則需要預熱 150C。常見 16Mn 預熱情況如下表： 4 表 4：16Mn

6、 鋼 預熱情況如下 40mm 預熱 100 -150 預熱 100-150 工件預熱一般用火焰加熱，工頻加熱，電阻加熱和紅外線加熱?？紤]的成 本和加工條件選擇火焰加熱。 四、焊接設備及焊接設備的選用 1. 焊條電弧焊的設備包括焊接電源，焊鉗和電纜。焊接工具包括焊鉗，面罩， 護目鏡及保溫筒。 ( 1)焊接電源額定電流 20500A。要求：具有陡降的外特性，良好的動特 性。合適的電流調節(jié)范圍。 ( 2)弧焊電源有： 弧焊變壓器 BX1 330，它結構簡單，成本的，維修方便， 效率高成本低，沒有磁偏吹。 弧焊整流器 AX320，它在國內應用較廣引弧 容易，性能柔和，電弧穩(wěn)定等性能。 我們選 E501

7、5，選擇 AX320. 3）焊接電源的外等性為陡降帶外拖。 為保證引弧性，一般空載電壓為 5090V （4）焊鉗作用：夾持焊條和傳電流。要求隔熱，絕緣。 （5）面罩是防止焊接飛濺，弧光，高溫對焊工的傷害。 （6）面罩的要求：耐熱不然絕緣好，結構牢靠不漏光。 （7）焊條保溫筒：溫度在 100 450，使用 J507，由于堿性焊條抗水銹能力 差易發(fā)生氣孔和裂紋等缺陷， 焊條要隨用隨取， 多烘干的焊條必須放在保溫筒里。 五、焊前確定 1. 焊接位置： 由于焊件為平板對接， 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. 焊接順序 分為左焊法和右焊法。處于

8、焊接方便選擇左焊法。但右焊法更易觀察熔 池。 3. 焊接道數和層數 12mm 板對接焊，無特殊要求選擇單層單道焊。 4. 點固焊 在裝配焊接中為了確保焊件的正確位置而選擇點固焊。 點固焊是正式焊縫的一部 分。對它有嚴格的要求： （1）根據工件的力學性能和化學性能選擇點固段數和每段的長度。 16MnR 焊接 應做兩端定位。 （ 2）所選擇的焊條與正式焊縫焊條型號相同，選 E5015。 （ 3）點固焊焊縫短，冷卻快。因此定位焊時電流要比焊接時大10% 。 （4焊接性好，點固長度不要長。 （5）16MnR焊接后要進行熱處理則定位焊也要進行熱處理。 （6）定位焊時焊條直徑要小一些。 （ 7）為保證兩板

9、焊接后變形過大，錯變量不大于 1.5mm。 5. 反變形 由于焊接是不均勻加熱和冷卻的過程。焊接結束后會產生焊接殘余變 形，考慮焊接變形的產生， 在焊接前采取反變形的手段可以消除或減弱變形的產 生。 （1）所謂反變形都是事先估計一個相反的變形拉斯抵消可能產生的變形。反變 形只是預防變形的一種。 （2）預防變形的方法有：預留加工余量。合理的裝配工藝順序。剛性固 定法。合理的焊接順序。 （3）由于板對接焊易產生變形，固反變形是必要地。常用反變形方法：錘擊 法。 火焰加熱法。 六、焊接參數的選擇 焊接時為了保證焊接質量而選擇的各種物理參數的總稱為焊接參數。 焊條電弧焊的工藝參數包括：焊條直徑，焊接電

10、流，電弧電壓，焊接速度，熱輸 入量，焊接層數。 焊接參數的選擇直接影響到焊接生產率，焊縫形狀和尺寸，焊接質量， 融合比（）和成形系數 （C/S）。 1. 焊條直徑的選擇 如表： 5 焊條直徑也就是焊芯直接。它根據焊縫間隙，焊接位置，接頭形式，板厚，焊接 熱輸入來選擇。一般打底焊比填充和蓋面小。堿性焊條比酸性小。立，仰焊時比 平焊時小。如： 12mm 板打底焊選 ?3.2mm，填充，蓋面選擇 ?4.0mm 。 表 5 焊條直徑的選擇 工件厚度 /mm 2 3 4-5 6-12 13 焊條直徑 /mm 2 4-5 4-6 2. 焊接電流的選擇 如表： 6 焊接電流根據焊條直徑，接頭形式，焊接位置，

11、層數來選擇。 焊接電流選擇時： 若電流過大易產生焊穿和咬邊， 增大了工件的變形和金屬的蒸 發(fā)，飛濺大，使管接頭處組織和性能發(fā)生變化。如果焊接電流過小則焊接不穩(wěn)， 造成未焊透和未融合，夾雜，成形不美觀，不利于溶滴的過度。在相同的條件下 平位置大于其他位置， E5015 所用電流小于 E4303。 表 6 焊條電流與焊條直徑的關系 電流 /A 25-40 40-65 50-80 100-130 160-210 200-270 260-300 直徑 /mm 4 5 6 3.焊接層數的選擇 工件越厚層數越多，但為保證焊縫塑性和其他力學性能不能太厚一般 根據板厚 =12mm，和焊條直徑 d=4.0mm

12、來確定。即 n=/d 。 12mm 板對接選 擇三層如：圖 3 圖 3 焊接層數 4.焊接 電壓的選擇 SMAW 焊接電壓由弧長界定?；￠L過長電弧電壓高，此時對熔池的保 護不好，焊接成型不好，冶金不充分，易產生缺欠。電弧短時電弧電壓底，對焊 縫質量和溶滴過度東有利。 因此焊接時盡量選擇短弧焊。 立，仰焊時電弧電壓比 平焊小。堿性焊條電壓比酸性焊條電壓小 .一般根據 U=d 選擇。 5.焊接速度 焊接過程中焊接速度要均勻，一般焊接速度與焊接電流，電弧電壓相 匹配。一方面焊接速度影響焊縫的成型：焊縫寬度（ C） 焊縫余高（ h） 焊縫深 度（ s）。另一方面影響影響工件焊透情況和是否焊穿。焊接速度

13、大時融化能力 不夠造成未焊透， 飛濺和夾雜。焊接速度過慢時， 高溫停留時間長， 熱影響區(qū)大， 焊接接頭晶粒粗大，同時使管子變形，錯變量大。 綜上所述， 16MnR 在進行 SMAW焊接時選擇工藝參數如下表 7。 表 7 16MnR 焊接參數 焊條型號 焊接層數 焊接電流 /A 焊條直徑 /mm 焊接次序 電源極性 E5015 打底 85-100 1 直流反接 填充 160-210 2 蓋面 160-210 1 七、操作要點及注意事項 1.引弧 焊接前引燃電弧的過程叫做引弧。引弧常用接觸法。 （1）劃擦法：此法引弧可靠， 引弧易掌握，但有劃痕。引弧時在焊接起點前 10mm 處，引燃后將焊條提起

14、2 4mm. （ 2）直擊法：焊條與工件垂直撞擊，電弧引燃后將其迅速提起24mm，此法 引弧不可靠 但無劃痕。 選用 E5015 焊條最好選擇劃擦法，因其對焊縫有預熱的作用保證焊縫熔 深正常并消除氣孔和裂紋。 2. 運條 焊條相對于焊縫所做的各種運動的綜合叫做運條。它包括三種運動即： （ 1）沿焊條軸向運動。（ 2）沿焊縫軸向運動（ 3）沿焊縫徑向擺動。 常用運條方式有月牙型，直線型和鋸齒型，根據焊接位置和板厚我選擇直 線型和月牙型。 3. 收尾 在焊條電弧焊中收位有特殊的要求，收尾不好會產生弧坑，裂紋，氣 孔。常用的收尾方法有：（ 1）劃圈法-適用厚板。（ 2）回焊收尾法 -適用堿性焊 條。

15、（ 3）反復收尾法適用大電流薄板焊接。 厚度為 16MnR-12mm 板焊接為厚板焊接，選擇畫圈收尾法。 4. 敲渣 SMAW 為氣-渣聯合保護，保護效果良好，渣的作用：（1）滲合金 ?1（2） 機 械保護 （3）改善焊接工藝性。但焊接管子時清渣不是很容易。 12mm 板對接平位置焊接采用單層單道焊。為保證質量每道焊完后都必須清渣。 清渣常用工具：（ 1）平光鏡（ 2）砂輪機（ 3）電動鋼絲 八、其他方面 1.焊前預熱預熱 16MnR 為熱軋鋼，碳和合金元素較低，焊接性能好。一般不需預熱，但在特殊 情況下焊前要預熱 100-150。 2 焊道保溫 對于焊前預熱的焊接需要焊道間保溫。 焊道溫度為

16、后焊焊道焊接前， 前道焊道的 最高溫度。它對改善焊接質量十分重要。 16MnR 的層間保溫不低于 100攝氏度。 3. 消除應力 焊接過程中焊件中產生的內應力和焊接熱過程引起的焊件的形狀和尺寸變化。 焊 接過程的不均勻溫度場以及由焊接溫度場消失后的應力和變形稱為殘余焊接應 力和變形。 在沒有外力作用的條件下， 焊接應力在焊件內部是平衡的。 焊接應力 和變形在一定條件下會影響焊件的功能和外觀， 因此是設計和制造中必須考慮的 問題。 焊接殘余應力對焊件有 6 個方面的影響。 對強度的影響 對剛度的影響。 對受壓焊件穩(wěn)定性的影響。 對加工精度的影響。 對尺寸穩(wěn)定性的影響。 對耐腐蝕性的影響。 焊接時

17、適當降低焊件的剛度， 并在焊件的適當部位局部加熱， 使焊縫能比較自由 地收縮，以減小殘余應力。熱處理 （高溫回火 ）是消除焊接殘余應力的常用方法。 整體消除應力的熱處理效果一般比局部熱處理好。 焊接殘余應力也可采用機械拉 伸法（預載法）來消除或調整。 4. 消除冷裂紋 Q345C（16MnR淬） 硬傾向大， 發(fā)生珠光體轉變的冷速快， 易產生馬氏體和貝 氏體組織。在焊后進行 250-350后熱去氫和緩冷可以防止冷裂紋。 5. 消除結晶裂紋 熱軋鋼含有一定的錳且含碳量低， Mn/S 比一般可以滿足不發(fā)生結晶裂的 可能，但如果母材異常時會產生結晶裂紋。 提高焊縫含錳量的同時減少碳和硫可 有效地防止結

18、晶裂紋。具體的是選擇 E5015焊條來脫硫。 十、焊接質量檢測 1.焊接質量檢測是保證焊接質量而進行的工序， 主要任務是測出缺陷進行返修和 對焊縫進行評級。焊接檢測分為（ 1）外觀檢測（ 2）內部檢查等。無論哪種檢測 都分為四個等級。第一級最好，第四等級最差。 2. 內部無損探傷用 RT和 UT。（1）RT檢測原理：由 X射線穿過焊縫，由于有無 缺陷處對射線的衰減不同， 通過射線照相在底片上會看到不同的黑度影像， 通過 觀察影像的形狀，大小，位置即可正確的對缺陷定位定量。（2）UT：超聲波時頻 率大于 20000HZ 的機械波。常用斜探頭發(fā)射超聲波，穿透工件，發(fā)生反射，接 受超聲波，根據波形判

19、斷缺陷的性質和位置。 RT,UT只擅長測量內部缺陷， 其中 RT定性準確， UT定位準確。我選擇 RT。 按照標準 ISO5579:1998評為級。 3. 外觀檢測 （1）VT,（2）MT（3）PT （1）.目視檢測 利用肉眼，量具，低倍鏡等憑經驗判斷外觀缺陷評級。 （2）.磁粉檢測 鐵磁性材料充磁，若有表面開口缺陷形成漏磁場，撒磁粉，觀查 磁痕。分析并記錄結果，退磁，后處理。 （3）.滲透檢測 表面清理，噴滲透液，乳化，清洗，干燥，噴顯像劑。判斷缺陷 并記錄，后處理。我選擇 VT和 PT 4. 力學性能與彎曲試驗 （ 1）拉伸試驗（ 2）彎曲試驗（ 3）沖擊試驗 （1）.拉伸試驗 在焊縫區(qū)和

20、熱影響區(qū)各取兩塊試板 30mm 的板采用全焊透進 行試驗。每個試板的 b 都大于母材為合格。 （2）.彎曲試驗 試驗按照 GB/T232 執(zhí)行。 焊材類別 焊條 焊材標準 GB/T5118 填充金屬尺寸 直徑， 焊材型號 E5015 焊材牌號 J507 其他 焊接工藝指導書 單位名稱 安徽機電職業(yè)技術學院 焊接工藝指導書編 焊接方法 手工電弧焊 16 日期 焊接工藝評定編號 A120311 機械化程度 手工 焊接接頭： 坡口形式 Y 型 襯墊（材料及規(guī)格） 其他 評定項目手弧工電焊板厚 12mm Y 型坡口對接 簡圖： 無 母材： 類別號 II 組別號 II-1 與類別號 II 組別號 標準號

21、 GB/T3280 鋼號 0Cr18Ni9T 與標準號 GB/T3280 鋼 厚度范圍： 母材：對接焊縫 12 mm 角焊縫 管子直徑、壁厚范圍：對接焊縫 焊縫金屬厚度范圍： 對接焊縫 不限 -14 其他 12 mm II II- 1 相焊 號 0Cr18Ni9Ti 相焊 角焊縫 角焊縫 耐蝕堆焊金屬化學成分（） C Si Mn P S Cr Ni Mo V Ti Nb 其他： 焊接位置： 對接焊縫位置 平位置焊 焊后熱處理： 焊接方向： 從左向右 溫度范圍（） 580-610 角焊縫位置 保溫時間（ h） 1 焊接方向： 預熱： 保護氣體： 預熱（）（允許最低值）70-90 氣體種類 混合比

22、 流量（ L/min ） 層間溫度（） （允許最高值） 75-95 保護氣 保持預熱時間 尾部保護氣 加熱方式 高頻感應加熱 背面保護氣 電特性： 電流種類： 直流 極性： 正接 焊接電流范圍（ A）： 100350電弧電壓（ V）：2230 （按所焊位置和厚度，分別列出電流和電壓范圍，填入下表） 焊道 焊層 焊接 方法 填充材料 焊接電流 電弧電壓 （V） 焊接速度 （ cm/min ） 線能量 （kj/cm ） 牌號 直徑 極性 電流（ A） 1/1 SMA W J507 正極 90110 2230 4-8 625 1/2 SMA W J507 正極 160210 2230 4-8 980

23、 1/3 SMA W J507 正極 160210 2230 4-8 1062 1/4 SMA W J507 正極 160210 2230 4-8 1162 鎢極類型及直徑噴嘴直徑（ mm） 熔滴過渡形式 粗滴過渡 焊絲送進速度（ cm/min ） 技術措施： 擺動焊或不擺動焊： 擺動 擺動參數： 微擺 焊前清理和層間清理： 鋼絲刷 ， 砂輪 背面清根方法： 電弧氣刨 單道焊或多道焊（每面） ： 單道 單絲焊或多絲焊： 導電嘴至工件距離（ mm）： 3 錘擊： 其他： 編制 張浩 日期 2013/ 審核 李力 日期 2013/ 批準 王海 日期 2013/ 10/21 10/21 10/21

24、焊接工藝評定報告 單位名稱： 安徽機電職業(yè)技術學院 焊接工藝評定編號： 16 焊接工藝指導書編號： A120311 焊接方法： SMAW 機械化程度： 手動 接頭簡圖： 母材： 材料標準： GB/T6654 鋼號： 16MnR 焊后熱處理： 熱處理溫度（）： 580650 保溫時間（ h）：1 類、組別號 II-1 與類、組別號： II-1 相 焊 厚度： 12mm 直徑： 其他： 保護氣體： 氣體種類 混合比 流量（ L/min） 保護氣體 尾部保護氣體 背面保護氣體 填充金屬： 焊材標準：GB/T5118 焊材牌號：J507 焊材規(guī)格：直徑 , 焊縫金屬厚度： 1011mm 其他： 電特性： 電流種類：直流 極性：正接 鎢極尺寸： 焊接電流（ A）： 85 電