15CrMo 钢与16Mn钢焊接工艺设计说明书Word文件下载.docx
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1.1化学成分及基本性能
表115CrMo钢的化学成分质量分数（GB/T3077-1988）
化学成分
C
Si
Mn
P
S
Cr
Ni
Cu
Mo
15CrMo钢
0.12～0.18
0.17～0.37
0.40～0.70
≤0.035
0.80～1.10
≤0.030
0.40～0.55
15CrMo钢热处理规范及金相组织：
热处理规范：
淬火900℃,空冷;
回火650℃,空冷，金相组织：
铁素体+珠光体+少量贝氏体
表215CrMo钢的室温力学性能（GB/T3077-1988）
钢种
抗拉强度σb（MPa）
屈服强度σs（MPa）
冲击功Akv（J）
硬度
（HB）
伸长率（%）
≥440（45）
≥295（30）
94
179
280
表316Mn钢的化学成分质量分数（GB/T1591－1988）
0.13～0.19
0.20～0.60
1.20～1.60
≤0.30
≤0.25
16Mn钢主要特性:
综合性能好，低温性能好，冷冲压性能，焊接性能和可切削性能好。
热处理：
控轧，正火等等。
表416Mn钢的室温力学性能（GB/T1591－1988）
硬度（HB）
16Mn钢
450～600
≥275
≥31
121～178
1.2母材焊接性分析
1.2.1碳当量分析
按照国际焊接学会推荐的碳当量公式算得15CrMo的碳当量为：
0.15+0.6/6+1.3/5+0.06/15≈0.51
按照国际焊接学会推荐的碳当量公式算得16Mn钢的碳当量为：
0.16+1.4/6+0.03/5+0.25/15≈0.41
15CrMo钢与16Mn钢具有优良的焊接性，焊接时要焊前不需要预热，也不需要进行焊后热处理.。
1.2.2焊接时存在的问题
●焊接裂纹敏感性16Mn钢属于热轧钢与正火钢，15CrMo钢属于珠光体耐热钢，焊接时主要考虑16Mn钢的焊接性能热裂纹敏感性16Mn钢，含碳量较低，含Mn量又较高，因而w（Mn）/w（S）较高，具有良好的抗热裂纹能力。
焊接热轧钢16Mn快冷时会出现少量的铁素体，珠光体，贝氏体和大量的马氏体，脆硬倾向比低碳钢稍大，其冷裂倾向也比低碳钢稍大，15CrMo钢对再热裂纹较为敏感
●过热区的脆化16Mn钢中当碳的质量分数偏于下限（<
0.12％）时，脆化一般是由于过热区晶粒粗化而形成魏氏组织造成的，当碳含量较高时，除了由于形成魏氏组织而脆化外，在发生偏析等情况下还可能出现由于形成高碳马氏体组织而引起的脆化。
●再热裂纹在为加强淬透性和抗回火性而加入一些合金元素中，大多是属于能引起再热裂纹的元素，15CrMo钢有一定的再热裂纹倾向，过热区的粗晶加剧了再热裂纹的敏感性，焊缝厚度方向外层区域存在较大的残余拉应力，会导致该区域再热裂纹的产生。
2焊接方法选择
15CrMo钢与16Mn钢对焊接方法没有什么特殊要求，一般的焊条电弧焊，TIG焊，MIG焊，埋弧焊，电渣焊，压焊等方法均可采用，这里选用手工电弧焊（SMAW）。
3焊接工艺参数
在焊接过程中，每一项参数都直接影响焊接质量，而且各参数之间又相互影响，相互制约。
为了获得优质的焊缝，除了注意各焊接参数对焊缝成形和焊接过程的影响外，还必须考虑各参数的综合影响，即各项参数合理匹配。
15CrMo钢与16Mn钢的手工电弧焊接参数主要有焊接电流种类，焊条直径，电弧电压，焊接速度，焊接层数，焊条和电源。
具体数据见表3
表35CrMo钢与16Mn钢的手工电弧焊接工艺参数
板厚/mm
焊接
位置
焊道
层数
第一层焊缝焊接电流/A
第一层焊缝焊条直径/mm
焊接速度/（m/h）
封底焊缝焊条直径/mm
封底焊缝焊接电流/mm
电弧电压/V
6
平
1
180-210
4.0
6-8
3.2
100-130
16-25
极性：
直流反接
4焊接材料
4.1低合金钢选择焊接材料时考虑到1不能又裂纹等焊接缺陷，2.满足使用性能的要求，从焊接接头力学性能“等强匹配”的角度选用焊缝强度与母材等强度或稍低于母材，焊缝中碳的质量分数不应超过0.14%，焊缝中其他合金元素也要求低于母材的含量，以防止裂纹及焊缝强度过高
4.2同时考虑融和比和冷却速度的影响焊缝的化学成分和性能与母材的溶入量（融合比）有很大的关系，而母材溶入焊缝组织的过饱和度和冷却速度有很大的关系。
为保证焊接过程的低氢条件和根据多方面考虑选用型号为E5015的焊条，焊条的具体参数如下：
E5015焊条熔敷金属的化学组成成分
化学成分
V
保证值
≤0.12
≤1.60
≤0.75
≤0.040
≤0.20
≤0.08
E5015焊条熔敷的力学性能
试验项目
Rm（MPa）
ReL（Mpa）
A（%）
KV2（J）
≥490
≥400
≥22
≥47（-20℃）
≥27（-30℃）
5.焊接设备
焊接设备用ZX7系列逆变直流手工电弧焊机，型号为ZX7160-ZX7500，其电源电压为220V，额定焊接电流为24A，电流调节范围为10-160A，电流种类为可逆变电流，额定输出电压26.4V。
6.坡口形式及对口方式
坡口形式:
V形坡口,角度为60°
钝边厚2mm,装配间隙1～3mm15CrMo钢与16Mn钢的坡口加工应采用机械方法，并应保证坡口的钝边厚度小于2mm
7焊接实施方法及步骤
7.1焊前准备
（1）在开始焊接施工前,必须要做好防风、防雨的准备工作。
因为焊接质量受施工环境的影响很大,我们要尽可能地为焊工提供一个良好的施工环境。
（2）彻底清理坡口及其附近油、锈,对焊接时防止气孔、裂纹是十分重要的。
在焊前必须清理油、锈等污物,将坡口面及其周围10mm内修磨出金属光泽。
（3）检查电路是否畅通，焊机设备及附件应状态良好。
（4）焊前焊条须经300~350℃烘焙1h，随烘随用.
7.2引弧采用非接触式引弧，引弧时，应先使用焊接端头与焊件之间保持较短距离，然后接通引弧器电路，在高频电流或高压脉冲电流的作用下引燃电弧。
这种引弧方法可靠性高，且由于电极不与焊件接触，因而电极不致因短路而烧损，同时还可防止焊缝因电极材料落入熔池而形成夹钨等缺陷。
7.3焊接焊接时，为了得到良好的效果，在不妨碍视线的情况下，应尽量缩短喷嘴到焊件的距离，采用短弧焊接，一般弧长1-4mm，焊枪与焊件角度的选择也可以获得好的保护效果，便于填充焊丝为准。
要注意保持电弧的一定高度和焊枪移动速度的不均匀性，易确保焊缝熔深，熔宽度均匀，防止层数气孔和夹杂等缺陷；
为了获得必要的熔宽，焊枪除作匀速中直线运动外，允许作适当的横向摆动。
7.4收弧焊缝在收弧处要求不存在明显的下凹以及产生气孔与裂纹等缺陷。
为此，在收弧处应使弧坑填满。
此外，还可采用电流衰减方法和逐步提高焊枪的移动速度或工件的移动速度，以减少对熔池的热输入来防止缺陷。
熄弧后，不要立即抬起焊枪，要使焊枪在焊缝上停留3-5s，,待电极和熔池冷却后，再抬起焊枪，以防止焊缝受到氧化。
至此焊接过程便告结束，应关掉焊机，切断电路。
8焊接缺陷及其预防措施：
15CrMo钢与16Mn钢手工电弧焊时可能产生的常见主要缺陷：
未焊透、夹渣、咬边、气孔，过热区脆化，再热裂纹等，对焊接中易形成的这些缺陷应进行分析，并采取有效的措施防止缺陷的出现。
（1）未焊透：
焊接电流小,根部间隙小,焊接速度过快、焊枪角度不正常等均易产生未焊透的缺陷。
根部间隙一定不能小于3mm,合适的焊接电流和正确调整焊枪角度就可避免产生未焊透。
（2）夹渣：
由于手工电弧手法存在较大的人为操作，易出现夹渣现象，手法一定要稳、准,就能避免夹渣的缺陷。
（3）咬边：
焊接电流过大，焊接电弧过长，运条方式不当，等会形成咬边。
应合理采用电流参数，控制弧长和采用合理的运条方式。
（4）气孔：
由于坡口边缘的污物未清除干净。
在施焊前必须量并做好防风、防雨措施,清除坡口及其附近的油、锈等污物。
（5）过热区脆化16Mn钢由于过热区粗化而形成魏氏组织造成的。
（6）再热裂纹由于打底焊时焊缝处在次加热，15CrMo钢会有热裂倾向。
9.施焊时注意事项
（1）现场施工中,板子位置经常是全位置焊接并且空间相对比较狭小,因此焊接难度较大,尽量采取平焊的方式。
（2）引弧应在引弧板上进行
（3在保证质量前提下应尽量采用短弧焊和较大的焊接速度。
（4焊接时焊极端部离焊件距离2mm左右,电弧作横向摆动,两边稍作停留,焊枪移动速度均匀地、平稳地向前施焊。
（5注意通风，施焊场地要通风良好，防止减少焊条从焊条药皮中分解出来的有害气体。
（6）防止弧光烧伤，操作人员必须按正常的手工电弧焊的操作规范
（7）保护焊机，焊钳切不可放置在工作台上，停止焊接时，应关闭电源。
10.焊后检查
10.1焊缝外观检查，包括焊缝余高、焊缝余高差、焊缝宽度、焊口表面缺陷及焊缝美观程度等。
焊口表面缺陷包括表面气孔、夹渣、裂纹、咬边、弧坑等。
焊缝边缘应圆滑过渡至母材,其外观尺寸应符合《电力建设施工验收技术规范火力发电厂焊接篇》的要求。
在每道或者每层焊缝焊完后,都要求焊工进行100%的自检,对发现的缺陷要及时清除,绝不允许不合格的焊缝进入下道工序中。
并且对于外观检查不合格的焊口,不允许进行其他项目的检验。
10.2硬度测试
在焊接结束后,需对焊接接头包括焊缝、母材及其热影响区部位进行100%的硬度测试。
对于硬度测试结果不符合要求的应重新选材焊接或做适当的热处理。
10.3焊后无损探伤检验
由于15CrMo钢与16Mn钢在对焊缝进行无损检测时,除对气孔、夹渣、未熔合和未焊透缺陷需要注意。
因此对于此类焊缝应采用多种无损检测手段进行综合检测。
射线探伤在后热处理结束后进行,对探伤不合格的焊口,严禁用火焰清除,只能用砂轮机或等离子切割将缺陷清除干净,对于厚壁管的返修,为了安全,最好采用气动砂轮机将缺陷清除干净,再按正规焊口的焊接工艺措施进行补焊。
现场一般采用PT+UT+RT相结合的方法对焊缝进行检验。
RT和UT则是对焊缝内在质量的检测,RT比较直观和准确,而UT对裂纹的敏感度比射线要高。
10.4金相试验
为避免外界干扰,现场焊接接头的金相试验一般在晚间进行,主要检测部位为焊缝、热影响区及母材3个部分。
现场金相试验主要是进行微观组织检查,检查重点是检查焊缝及热影响区有无裂纹和过热组织。
检查中如发现异常组织,可通过对焊接过程中焊接参数、焊后热处理曲线记录图和硬度测试结果进行综合分析,然后再决定处理方案。
10.5补充
焊接前,应对坡口及两侧母材不少于200mm范围内的部位进行表面探伤（PT）检验,检验合格后方可进行对口工作;
硬度、RT、UT和金相检验必须在热处理工作完成后进行;
焊后还必须再对焊缝及两侧母材不少于200mm范围内的部位进行表面探伤（PT）检验。
这3道工序缺一不可。
以上几点是在现场施工过程中比较容易出现的一些问题,焊前必须加以重视,以保证焊接质量
11.总结
15CrMo钢是较好的珠光体耐热钢，16Mn钢是低碳合金钢都具有较好的焊接性能，焊接过程不需要预热，焊后不需要进行热处理，焊接街头机械性能较好。
（1）严格检查焊接坡口的制备，特别是钝边厚度应控制在1mm左右，降低焊工手工操作的难度，确保焊缝根部熔合良好。
（2）焊接过程中，严格控制焊缝层间温度，不得高于300℃，否则会造成焊缝熔敷困难，严重情况为无法进行焊接，更谈不上合格的金相组织和机械性能了。
（3）合理选择焊接电流等焊接参数
参考文献
[1]刘会杰，焊接冶金与焊接性.机械工业出版社，2007.
[2]杨立君.材料连接设备及工艺.机械工业出版社，2008.
[3]李亚江.焊接冶金学-材料的焊接性.机械工业出版社，2006.
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