16MnR钢板厚12mm焊条电弧焊焊接工艺评定及焊接工艺.docx
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16MnR钢板厚12mm焊条电弧焊焊接工艺评定及焊接工艺
16MnR钢（板厚12mm）焊条电弧焊焊接工艺评定及焊接工艺
一、母材材质及技术情况
16MnR即为Q345C，常作为在锅炉压力容器用钢。
即在Q235钢的基础上加了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
C
Si
Mn
P
S
Ni
Cr
含量
0.12-0.20
0.20—0.55
1.20-1.90
≤0.045
≤0.045
-
-
（2）力学性能分析：
表2
表216MnR力学成分
σb（Mpa）
σs（Mpa）
δ5（%）
冲击试验
板厚\mm
温度\
Akv\J
510-640
≥345
≥21
20
31
6-16
（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℃）要进行适当的预热。
焊后根据具体情况进行焊后热处理。
二、焊接材料及技术情况
JB/T4709-2007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。
根据母材的成分，力学性能等选择焊接材料。
由于16MnR的σb≥510σs≥345，可选择焊条J422（E4013）,J507（E5015）。
因为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，去磷等能力。
综合考虑后选择J507（E5015）焊条。
此焊条由大桥焊条厂生产。
表3E5015焊条熔敷金属的力学成分
σb（Mpa）
σs（Mpa）
δ（%）
ψ断面收缩率（%）
Ak（J*cm^2）
517.4
413.3
31.53
74.5
240
三、焊前准备
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：
应根据工件尺寸，形状，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，加工质量和成本，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°+2
2.焊接区域的清理
（1）焊前对坡口及附近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：
①机械清理a.钢丝刷b.砂轮磨c.喷丸处理②化学法a.汽油除油b。
酸除氧化皮c.碱除油③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70℃—150℃保温1.5h，碱性焊条取300℃—400℃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成本有很大的影响。
可以用夹具和定位焊将它们固定才进行正式焊接。
定位焊时由于焊道短，冷却快，比较容易产生焊接缺陷。
5.焊接预热
预热是指焊前对工件整体或局部进行加热的工艺。
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。
工件是否需要预热根据工件结构，材质和尺寸而定。
一般情况下16MnR不需要预热。
但是如果结构刚性大，应力集中，环境温度低时则需要预热150°C。
常见16Mn预热情况如下表：
4
表4：
16Mn钢预热情况如下
<16mm
高于-10℃不预热
-10℃以下预热100℃-150℃
16-24mm
高于-50℃不预热
-50℃以下预热100℃-150℃
25-40mm
高于0℃不预热
0℃以下预热100℃-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。
考虑的成本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20—500A。
要求：
具有陡降的外特性，良好的动特性。
合适的电流调节范围。
（2）弧焊电源有：
①弧焊变压器BX1—330，它结构简单，成本的，维修方便，效率高成本低，没有磁偏吹。
②弧焊整流器AX—320，它在国内应用较广引弧容易，性能柔和，电弧稳定等性能。
我们选E5015，选择AX—320.
（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50—90V。
（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，高温对焊工的伤害。
（6）面罩的要求：
耐热不然绝缘好，结构牢靠不漏光。
（7）焊条保温筒：
温度在100℃—450℃，使用J507，由于碱性焊条抗水锈能力差易发生气孔和裂纹等缺陷，焊条要随用随取，多烘干的焊条必须放在保温筒里。
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.焊接顺序
分为左焊法和右焊法。
处于焊接方便选择左焊法。
但右焊法更易观察熔池。
3.焊接道数和层数
12mm板对接焊，无特殊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部分。
对它有严格的要求：
（1）根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相同，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%。
（4δ焊接性好，点固长度不要长。
（5）16MnR焊接后要进行热处理则定位焊也要进行热处理。
（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。
焊接结束后会产生焊接残余变形，考虑焊接变形的产生，在焊接前采取反变形的手段可以消除或减弱变形的产生。
（1）所谓反变形都是事先估计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：
①预留加工余量。
②合理的装配工艺顺序。
③刚性固定法。
④合理的焊接顺序。
（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：
①锤击法。
②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，焊缝形状和尺寸，焊接质量，融合比（α）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。
它根据焊缝间隙，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/mm
2
3
4-5
6-12
>13
焊条直径/mm
2
3.2
3.2-4
4-5
4-6
2.焊接电流的选择如表：
6
焊接电流根据焊条直径，接头形式，焊接位置，层数来选择。
焊接电流选择时：
若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。
如果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。
在相同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/A
25-40
40-65
50-80
100-130
160-210
200-270
260-300
直径/mm
1.6
2.0
2.5
3.2
4
5
6
3.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根据板厚δ=12mm，和焊条直径d=4.0mm来确定。
即n=δ/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.一般根据U=（0.25—0.5）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情况和是否焊穿。
焊接速度大时融化能力不够造成未焊透，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在进行SMAW焊接时选择工艺参数如下表7。
表716MnR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
85-100
3.2
1
直流反接
填充
160-210
4.0
2
盖面
160-210
4.0
1
七、操作要点及注意事项
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：
此法引弧可靠，引弧易掌握，但有划痕。
引弧时在焊接起点前10mm处，引燃后将焊条提起2—4mm.
（2）直击法：
焊条与工件垂直撞击，电弧引燃后将其迅速提起2—4mm，此法引弧不可靠但无划痕。
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除气孔和裂纹。
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）沿焊缝径向摆动。
常用运条方式有月牙型，直线型和锯齿型，根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殊的要求，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。
但焊接管子时清渣不是很容易。
12mm板对接平位置焊接采用单层单道焊。
为保证质量每道焊完后都必须清渣。
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，但在特殊情况下焊前要预热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。
它对改善焊接质量十分重要。
16MnR的层间
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