15MnNbR钢质储油罐本体设计及焊接.doc

河南机电高等专科学校毕业论文毕业论文题目：15MnNbR钢质储油罐本体设计及焊接系 部 材料工程系 专 业 焊接技术及自动化 班 级 焊接063班 学生姓名 姬双双 学 号 061303335 指导教师 崔国明 2009年 05 月12日河南机电高等专科学校毕业设计论文评语学生姓名：姬双双 班级: 焊接063 学号： 06130335 题 目：15MnNbR钢质储油罐本体设计及焊接 综合成绩： 指导者评语： 指导者(签字)： 年 月 日毕业设计论文评语评阅者评语： 评阅者(签字)： 年 月 日答辩委员会（小组）评语： 答辩委员会（小组）负责人(签字)： 年 月 日 河南机电高等专科学校毕业设计论文任务书系 部： 材料工程系 专 业： 焊接技术及自动化 学生姓名: 姬双双 学 号: 061303335 论文题目: 15MnNbR钢质储油罐本体设计及焊接 起迄日期: 2008年3月 10日 5 月 30 日 指导教师: 崔国明 发任务书日期: 2008 年3 月10 日接头简图： 焊 接 顺 序焊接工艺卡编号第一层手工电弧焊打底 图 号第二至第七层埋弧焊接 头 名 称双Y形坡口第八层埋弧焊盖面接头编号焊接工艺评定报告编号焊工持证项目检验序 号本 厂锅检所第三方或用户母 材15MnR厚度(mm)2001100%超声波探伤100%超声波探伤100%超声波探伤15MnR2002部分X射线探伤部分X射线探伤部分X射线探伤焊缝厚度（mm）2222焊接位置平焊层道焊接方法填充材料焊接电流电弧电压（V）焊接速度（cmmin）线能量（KJcm）预热温度（C）100-150牌号直径极性电流（A）层间温度（C）2001手弧焊J5073.2mm直反100-13020-2210-1522焊后热处理焊后立即进行回火处理回火温度:600650/2.5h23手弧焊J5073.2mm直反100-13020-2210-152849埋弧焊H08MnA4.0mm直反300-420 36-4035-4534-4010埋弧焊H08MnA4.0mm直反300-42036-4035-4534-40后 热焊条(丝)直径3.2、4.0mm 目 录1 绪论1-6 1.1 焊接技术的发展及其工业地位1-41.2焊接在压力容器制造中的应用现状及应用4-62 15MnNbR钢焊接的焊接性分析 6-82.1 15MnNbR钢的成分及性能6-2.2 15MnNbR钢焊接性6-72.2.1 裂纹问题7-2.2.2 热影响区性能的下降问题（脆化软化）7-83. 焊接工艺的拟定8-253.1 焊接方法的选择8-93.2 焊接材料的选择9-103.3 焊接准备工作10-113.4预热及层间温度的确定11-3.5焊接参数的确定11-143.6 焊后热处理163.7 焊后检验16-254. 焊接工艺评定25-364.1 焊接工艺评定基本知识254.2 焊接工艺评定实验25-264.3 焊接工艺评定报告25-365. 结论 377致谢388参考文献 39 河南机电高等专科学校毕业设计论文任务书系 部： 材料工程系 专 业： 焊接技术及自动化 学生姓名: 姬双双 学 号: 061303335 论文题目: 15MnNbR钢质储油罐本体设计及焊接起迄日期: 2009年3月 10日 5 月 30 日 指导教师: 崔国明 发任务书日期: 2009年3月10号毕 业 设 计（论 文）任 务 书1本毕业设计（论文）课题来源及应达到的目的：课题来源和应达到的目的： 本课题源于某化工厂15MnNbR钢质储油罐本体设计及焊接工艺设计研究。要求学生通过查阅焊接方面的技术资料以及结合自己掌握的专业知识，分析压力容器材料的焊接性，掌握其焊接工艺评定要求以及一般的焊接工艺指导书的填写。要求 理论与实际相结合，最终达到理论来源于实践并指导实践，使学生在知识的掌握和应用能力方面都有很大的提高。2本毕业设计（论文）课题任务的内容和要求（包括原始数据、技术要求、工作要求等）：母材：15MnNbR 尺寸：20mm内容和要求：1. 综述压力容器焊接工艺方法及特点，并介绍15MnNbR压力容器用钢特点及应用（2周）2. 15MnNbR焊接性分析（1周）3. 15MnNbR压力容器用钢焊接存在的问题及防止措施（1周）4. 焊接工艺拟订（2周）5. 焊接工艺评定（1周）6. 得出结论，撰写论文（2周）所在专业审查意见：负责人： 年 月 日系部意见：系领导： 年 月 日15MnNbR钢质储油罐本体的焊接工艺设计 摘 要本设计对15MnNbR钢质储油罐本体的焊接工艺设计做了探讨。通过对15MnNbR的焊接性能，热处理及物理性能的阐述，界定了15MnNbR的基本设计思路和方向 ，考察了大学生掌握知识和运用知识的能力 ，并尝试性的提出了一些理论解释。论文主要内容包括以下 三个部分：第一部分交代了15MnNbR钢的成分及性能，焊接性（分各问题的原因、或影响因素或防止措施） ；阐明了本 论文的目的、意义和基本思路，并介绍了所采用的主要研究方法。第二部分基于焊接工艺的拟定的宗旨。考虑到各种问题的解决方法，以及相关的的参数的选择。具体 研究了15MnNbR钢质储油罐本体的焊接的各种方法。可能最优的焊接方法。第三部分通过焊接工艺评定分析，考察了对大学生 的基本知识做了有机的考察和梳理 并在与前人研究结果对比分析的基础上， 选择最优15MnNbR钢质储油罐本体的焊接解决方法 关键词：钢质储油罐本体焊接工艺 15MnNbR 焊接性Steel tanks 15MnNbR Welding Process Design Ontology Abstract The design of steel storage tanks 15MnNbR body to do the welding process design are discussed. 15MnNbR through the performance of the welding, heat treatment and physical properties as described in 15MnNbR defines the basic design ideas and the direction of college students visited the acquisition of knowledge and the ability to apply knowledge and try to put forward some of the theoretical explanation. Papers the main contents include the following four parts: first part of the composition and properties of steel, welding of (the cause of the problem at all, or the impact of factors or preventive measures); explained the purpose of this paper, the meaning and basic ideas, and introduced the main research methods. The second part of the development of welding technology on the purpose. Taking into account the solution to the problem, as well as the choice of parameters. Studied the specific ontology 15MnNbR steel tanks of various methods of welding. The welding method may be optimal. The third part through the analysis of welding procedure qualification, inspection of the basic knowledge of college students have done a study and sort out the organic and the results of previous studies and comparative analysis, based on the optimal choice 15MnNbR body welding steel tank solution Key words: steel bulk storage tanks of welding technology welding 15MnNbR 绪 论1.1 焊接技术的发展及其工业地位焊接技术是随着金属的应用而出现的，古代的焊接方法主要是铸焊、钎焊和锻焊。中国商朝制造的铁刃铜钺，就是铁与铜的铸焊件，其表面铜与铁的熔合线婉蜒曲折，接合良好。春秋战国时期曾侯乙墓中的建鼓铜座上有许多盘龙，是分段钎焊连接而成的。经分析，所用的与现代软钎料成分相近。 战国时期制造的刀剑，刀刃为钢，刀背为熟铁，一般是经过加热锻焊而成的。据明朝宋应星所著天工开物一书记载：中国古代将铜和铁一起入炉加热，经锻打制造刀、斧；用黄泥或筛细的陈久壁土撒在接口上，分段煅焊大型船锚。中世纪，在叙利亚大马士革也曾用锻焊制造兵器。 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，只能用以制作装饰品、简单的工具和武器。 19世纪初，英国的戴维斯发现电弧和氧乙炔焰两种能局部熔化金属的高温热源；18851887年,俄国的别纳尔多斯发明碳极电弧焊钳；1900年又出现了铝热焊。 20世纪初，碳极电弧焊和气焊得到应用，同时还出现了薄药皮焊条电弧焊，电弧比较稳定，焊接熔池受到熔渣保护，焊接质量得到提高，使手工电弧焊进入实用阶段，电弧焊从20年代起成为一种重要的焊接方法。 在此期间，美国的诺布尔利用电弧电压控制焊条送给速度，制成自动电弧焊机，从而成为焊接机械化、自动化的开端。1930年美国的罗宾诺夫发明使用焊丝和焊剂的埋弧焊，焊接机械化得到进一步发展。40年代，为适应铝、镁合金和合金钢焊接的需要，钨极和熔化极惰性气体保护焊相继问世。 1951年苏联的巴顿电焊研究所创造电渣焊，成为大厚度工件的高效焊接法。1953年，苏联的柳巴夫斯基等人发明二氧化碳气体保护焊，促进了气体保护电弧焊的应用和发展，如出现了混合气体保护焊、药芯焊丝气渣联合保护焊和自保护电弧焊等。 1957年美国的盖奇发明等离子弧焊；40年代德国和法国发明的电子束焊，也在50年代得到实用和进一步发展；60年代又出现激光焊等离子、电子束和激光焊接方法的出现，标志着高能量密度熔焊的新发展，大大改善了材料的焊接性，使许多难以用其他方法焊接的材料和结构得以焊接。 其他的焊接技术还有1887年，美国的汤普森发明电阻焊，并用于薄板的点焊和缝焊；缝焊是压焊中最早的半机械化焊接方法，随着缝焊过程的进行，工件被两滚轮推送前进；二十世纪世纪20年代开始使用闪光对焊方法焊接棒材和链条。至此电阻焊进入实用阶段。1956年，美国的琼斯发明超声波焊；苏联的丘季科夫发明摩擦焊；1959年，美国斯坦福研究所研究成功爆炸焊；50年代末苏联又制成真空扩散焊设备。近年来，随着国民经济的飞速发展，我国重型机械金属结构制造业取得了令人瞩目的成就。我国不仅是世界钢材消耗大国，也是一个世界机械制造业大国。据国际钢铁协会（IISI）统计，2004年世界钢产量首次达到10.3亿t，用钢量为9.35亿t。我国2004年钢产量为2.72亿t，约占全球钢产量的26，全年用钢量为3.12亿t，占全球钢产量的33，其中1.6亿t应用于焊接结构，约占用钢量的51左右。而欧美和原苏联焊接结构用钢占其用钢量的60左右，日本超过70。由此可见，我们与工业发达国家相比还有一定差距。根据有关调查，在1.6亿t焊接结构用钢中，机械制造业金属结构用钢量约占用钢量的45，钢铁工业的快速发展，给我国焊接行业，尤其是重型机械金属结构行业焊接技术的可持续发展创造了很大的发展空间。进入21世纪，我国重型机械行业面临新的挑战和机遇，应彻底改善耗能大、耗材高、效率低、工作环境差和自动化程度低的传统焊接产业，促进焊接技术与产业向着优质、高效、节能、低成本、环境友好方面和自动化方向发展，努力将相对人力资源优势转化为科技竞争优势，促进企业进步和产业升级。 行业焊接技术现状 1.中国大陆情况 发展至今，我国的重型机械焊接技术与美国（如P&H公司等）、德国（如西马克公司等）、法国（如奥钢联公司等）、日本（如三菱重工、小松株式会社等）等发达国家间存在很大的差距。目前，这些国家及地区采用焊接结构件的比例日趋增大，其中自动化、机械化的气体保护焊及多丝埋弧焊等高效焊接工艺方法消耗的焊接金属材料约占全部焊材总量的5070，其焊接生产采用机械化、自动化、高效的焊接工艺方法，带来焊接生产效率高、焊接质量好的效果，国际竞争力强。 在我国重型机械金属结构行业，气体保护焊、双丝埋弧自动焊、龙门焊机、电渣焊等高效焊接工艺方法在大型金属结构制造企业中的应用日趋增多，高效焊接方法完成的金属结构件已占其总重量的5080左右，在中小型企业中，CO2气体保护实芯焊丝、埋弧自动焊等方法也得到一定应用。但总体来说，我国重型机械制造中劳动工资低廉的优势正在被生产效率低下、质量成本高昂的巨大差距所抵消，这应引起我们的足够重视。 2.成就及产品情况 重型机械金属结构行业主要为国家大型骨干企业和国家重点工程项目提供重型机械装备。行业制造骨干企业如第一重型机械集团有限公司、第二重型机械集团有限公司、太原重型机械集团有限公司、大连重工起重机集团有限公司、中信重型机械有限公司、郑州煤机厂、北京煤机厂、上海振华港口机械公司、齐齐哈尔第二机床厂等，主要制造大型桥式和门式起重机、435m3机械式挖掘机、16m3液压挖掘机、大型加压气化炉、加氢反应器、大型舞台设备、航天发射塔架、焦炉机械设备、螺旋焊管设备以及大型减速机、提升机、堆取料机、轧钢锻压设备、氧气瓶压机、水泥设备、粉磨、破碎机械、水利、工程机械、液压支柱、港口机械及环保设备等大型设备。 3.重型机械金属结构行业用钢 长期以来，我国重型机械金属结构行业大多采用国内外成熟钢种，如Q235系列碳素钢，Q345、Q390系列低合金钢，20g、16MnR压力容器用钢等。近年来，随着国家重点工程的发展和产品结构的调整，焊接用钢的种类品种大幅度提高，随着钢材种类和品种的不断增多，焊接件的年产量大幅度提高。据不完全统计，2005年齐齐哈尔第二机床厂焊接件年产量约为1万吨；第二重型机械集团有限公司约为3万吨；太原重型机械集团有限公司为约5万吨；中信重型机械有限公司突破5万吨；上海振华港口机械公司焊接件年产量高达20万吨左右。焊接结构件以其独特的优势，已取代了铆接结构，替代了铸造结构，成为重型机械行业金属结构设备的主导结构。 4.焊接工艺方法 重型机械金属结构行业开始起步一般采用手工电弧焊工艺方法。20世纪50年代开始使用埋弧自动焊和电渣焊工艺方法，主要用于一些厚板对接、工型梁及筒体焊接。近年来，一些大型企业通过技术改造，相继应用双丝埋弧焊、双丝窄间隙埋弧自动焊、龙门式焊机、轧辊埋弧堆焊等先进的焊接工艺方法，以满足产品制造技术要求。 随着我国大型骨干企业焊接技术改造，气体保护焊工艺方法在重型机械金属结构行业得到广泛的应用。可以说气体保护焊工艺方法伴随着重型机械金属结构行业焊接技术的发展而壮大。在我国八十年代后期，为满足国家重点工程大型机械技术装备制造要求，引进国外先进的焊接技术和设备，对大型骨干重型机械企业进行技术改造，我国大型重型机械金属结构制造企业通过与美国、德国、日本等国家的跨国公司合作制造大型金属结构，批量购买国外气体保护焊设备、焊材等器材，并进行焊工培训。我国借助国外气体保护焊成熟技术和生产工艺，形成了我国大型金属结构行业以气体保护焊为主的生产能力，从根本上改变了重型机械金属结构行业的制造技术水平，推动了我国气体保护焊技术的发展。90年代初至今的近十几年时间，以第一届“全国CO2焊接技术推广应用交流会”为契机，我国又分别于2001年和2004年连续举行两届全国CO2焊接技术推广应用交流会，气体保护焊技术在重型机械金属结构行业中推广应用工作持续、稳定、蓬勃发展，气体保护焊技术开发应用能力增强，应用工作从大型机械企业推广到中小企业，而大型重型机械企业的气体保护焊应用也从合作制造产品的生产，推广到普通产品的生产中。气体保护焊设备、焊材、辅件基本实现国内供给，逐渐形成了我国气体保护焊产业。1.2焊接技术的新进展焊接技术自发明至今已有百余年的历史，工业生产中的一切重要产品，如航空、航天及核能工业中产品的生产制造都离不开焊接技术。当前，新兴工业的发展迫使焊接技术不断前进，如微电子工业的发展促进了微型连接工艺和设备的发展；陶瓷材料和复合材料的发展促进了真空钎焊、真空扩散焊、喷涂以及粘接工艺的发展。所以焊接技术将随着科学技术的进步而不断发展，主要体现在以下几个方面：1、能源方面目前，焊接热源已非常丰富，如火焰、电弧、电阻、超声、摩擦、等离于、电子束、激光束、微波等等，但焊接热源的研究与开发并未终止，其新的发展可概括为三个方面：首先是对现有热源的改善，使它更为有效、方便、经济适用，在这方面电子束和激光束焊接的发展较显著；其次是开发更好、更有效的热源，采用两种热源叠加以求获得更强的能量密度，例如在电子束焊中加入激光束等；第三是节能技术。由于焊接所消耗的能源很大，所以出现了不少以节能为目标的新技术，如太阳能焊、电阻点焊中利用电子技术的发展来提高焊机的功率因数等2、计算机在焊接中的应用弧焊设备微机控制系统，可对焊接电流、焊接速度、弧长等多项参数进行分析和控制，对焊接操作程序和参数变化等作出显示和数据保留，从而给出焊接质量的确切信息。目前以计算机为核心建立的各种控制系统包括焊接顺序控制系统、PID调节系统、最佳控制及自适应控制系统等。这些系统均在电弧焊、压焊和钎焊等不同的焊接方法中得到应用。计算机软件技术在焊接中的应用越来越得到人们的重视。目前，计算机模拟技术已用于焊接热过程、焊接冶金过程、焊接应力和变形等的模拟；数据库技术被用于建立焊工档案管理数据库、焊接符号检索数据库、焊接工艺评定数据库、焊接材料检索数据库等；在焊接领域中，CAD/CAM的应用正处于不断开发阶段，焊接的柔性制造系统也已出现。3、焊接机器人和智能化焊接机器人是焊接自动化的革命性进步，它突破了焊接刚性自动化的传统方式，开拓了一种柔性自动化新方式，焊接机器人的主要优点是：稳定和提高焊接质量，保证焊接产品的均一性；提高生产率，一天可24小时连续生产；可在有害环境下长期工作，改善了工人劳动条件；降低了对工人操作技术要求；可实现小批量产品焊接自动化；为焊接柔性生产线提供了技术基础。为提高焊接过程的自动化程度，除了控制电弧对焊缝的自动跟踪外，还应实时控制焊接质量，为此需要在焊接过程中检测焊接坡口的状况，如熔宽、熔深和背面焊道成形等，以便能及时地调整焊接参数，保证良好的焊接质量，这就是智能化焊接。智能化焊接的第一个发展重点在视觉系统，它的关键技术是传感器技术。虽然目前智能化还处在初级阶段，但有着广阔前景，是一个重要的发展方向。有关焊接工程的专家系统，近年来国内外已有较深入的研究，并已推出或准备推出某些商品化焊接专家系统。焊接专家系统是具有相当于专家的知识和经验水平，以及具有解决焊接专门问题能力范围的计算机软件系统。在此基础上发展起来的焊接质量计算机综合管理系统在焊接中也得到了应用，其内容包括对产品的初始试验资料和数据的分析、产品质量检验、销售监督等，其软件包括数据库、专家系统等技术的具体应用。4、提高焊接生产率提高焊接生产率是推动焊接技术发展的重要驱动力。提高生产率的途径有二个方面：其一,是提高焊接熔敷率。手弧焊中的铁粉焊、重力焊、躺焊等工艺；埋弧焊中的多丝焊、热丝焊均属此类，其效果显著。例如三丝埋弧焊，其工艺参数分别为2200A X 33V；1400A X 40V 1100A X45V，采用坡口截面较小，背面采用挡板或衬垫，50 6mm的钢板可一次焊透成形，焊速达到04mmin以上，其熔敷效率是手弧焊的100倍以上。其二,是减少坡口截面及熔敷金属量，近10年来最突出的成就是窄间隙焊接。窄间隙焊接采用气体保护焊为基础，利用单丝、双丝或三丝进行焊接。无论接头厚度如何，均可采用对接形式。例如，钢板厚度由50300mm，间隙均可设计为mm左右，因而所需熔敷金属量成数倍、数十倍地降低，从而大大提高了生产率。窄间隙焊接的主要技术关键是如何保证两侧熔透和保证电弧中心自动跟踪处于坡口中心线上。为解决这两个问题，世界各国开发出多种不同方案，因而出现了种类多样的窄间隙焊接法。电子束焊、激光束焊及等离子弧焊时，可采用对接接头，且不用开波口，因此是理想的窄间隙焊接法，这是它们受到广泛重视的重要原因之一。2 15MnNbR钢焊接的焊接性分析2.1 15MnNbR钢的成分及性能15MnNbR含碳量较低，含锰量较高，具有较好的抗热裂性能，不易产生热裂倾向。这种钢碳当量（Ceq）为0.447，属于有淬硬倾向的钢，必须控制焊接热输入和采取预热等工艺措施，以防冷裂纹的产生。15MnNbR焊接性能与16MnR相近，但强度和韧度均高于16MnR,其强度指标较15MnVR钢板高6%，比16MnR钢高10%,并于1998年被列入国标，成为压力容器用低合金高强度正火钢板。其化学成分和力学性能见表3和表4。 表3 15MnNbR化学成分% CSiMnPSNb0.180.200.551.201.600.0250.0150.0100.040表4 15MnNbR力学性能厚度/mm交货状态拉力试验冲击试验b/MPas/MPas/%温度/Akv(横向)/J3860正火52064035020-2034续表钢 号许用应力值/MPa-20冲击韧度值/J许用应力值对比 15MnNbR 15MnNbR(WH530)173341.1续表中国标准牌号交货状态GB6654-199615MnNbR正火2.2 15MnNbR钢焊接性15MnNbR的含碳量一般不超过0.20，合金元素总量一般不超过5。正是由于15MnNbR含有一定量的合金元素，使其焊接性能与碳钢有一定差别，其焊接特点表现在：2.2.1焊接接头的焊接裂纹 （1）冷裂纹 15MnNbR由于含使钢材强化的C、Mn、V、Nb等元素，在焊接时易淬硬，这些硬化组织很敏感，因此，在刚性较大或拘束应力高的情况下，若焊接工艺不当，很容易产生冷裂纹。而且这类裂纹有一定的延迟性，其危害极大。（2）再热（SR）裂纹再热裂纹是焊接接头在焊后消除应力热处理过程或长期处于高温运行中发生在靠近熔合线粗晶区的沿晶开裂。一般认为，其产生是由于焊接高温使HAZ附近的V、Nb、Cr、Mo等碳化物固溶于奥氏体中，焊后冷却时来不及析出，而在PWHT时呈弥散析出，从而强化了晶内，使应力松弛时的蠕变变形集中于晶界。15MnNbR焊接接头一般不易产生再热裂纹，如16MnR、15MnVR等。但对于Mn-Mo-Nb和Mn-Mo-V系15MnNbR，如07MnCrMoVR，由于Nb、V 、Mo是促使再热裂纹敏感性较强的元素，因此这一类钢在焊后热处理时应注意避开再热裂纹的敏感温度区，防止再热裂纹的发生。2.2.2焊接接头的脆化和软化 （1）应变时效脆化 焊接接头在焊接前需经受各种冷加工(下料剪切、筒体卷圆等)，钢材会产生塑性变形，如果该区再经200 450的热作用就会引起应变时效。应变时效脆化会使钢材塑性降低，脆性转变温度提高，从而导致设备脆断。PWHT可消除焊接结构这类应变时效，使韧性恢复。GB150-1998钢制压力容器作出规定，圆筒钢材厚度s符合以下条件：碳素钢、16MnR的厚度不小于圆筒内径Di的3；其他低合金钢的厚度不不小于圆筒内径Di的2.5。且为冷成形或中温成形的受压元件，应于成形后进行热处理。（2）焊缝和热影响区脆化 焊接是不均匀的加热和冷却过程，从而形成不均匀组织。焊缝(WM)和热影响区(HAZ)的脆性转变温度比母材高，是接头中的薄弱环节。焊接线能量对15MnNbRWM和HAZ性能有重要影响，15MnNbR易淬硬，线能量过小，HAZ会出现马氏体引起裂纹；线能量过大，WM和HAZ的晶粒粗大会造成接头脆化。低碳调质钢与热轧、正火钢相比，对线能量过大而引起的HAZ脆化倾向更严重。所以焊接时，应将线能量限制在一定范围。（3）焊接接头的热影响区软化 由于焊接热作用，低碳调质钢的热影响区(HAZ)外侧加热到回火温度以上特别是Ac1附近的区域，会产生强度下降的软化带。HAZ区的组织软化随着焊接线能量的增加和预热温度的提高而加重，但一般其软化区的抗拉强度仍高于母材标准值的下限要求，所以这类钢的热影响区软化问题只要工艺得当，不致影响其接头的使用性能。3. 焊接工艺的拟定3.1 焊接方法的选择15MnNbR钢焊接时只可以用两种焊接方法焊接，不同的焊接方法对产品质量无显著的影响。通常是根据产品的结构特点、批量、生产条件及经济效益等综合效果来选择焊接方法。生产中常用的焊接方法有手焊条电弧焊、埋弧焊等。手弧焊是各种电弧焊方法中发展最早、目前仍然应用最广的一种焊接方法。它是以外部涂有涂料的焊条作电极和填充金属，电弧是在焊条的端部和被焊工件表面之间燃烧。涂料在电弧热作用下一方面可以产生气体以保护电弧，另一方面可以产生熔渣覆盖在熔池表面，防止熔化金属与周围气体的相互作用。熔渣的更重要作用是与熔化金属产生物理化学反应或添加合金元素，改善焊缝金属性能。 手弧焊设备简单、轻便，操作灵活。可以应用于维修及装配中的短缝的焊接，特别是可以用于难以达到的部位的焊接。但是它主要是采用手工操作,焊工的劳动强度较大.埋弧焊是以连续送给的焊丝作为电极和填充金属。焊接时，在焊接区的上面覆盖一层颗粒状焊剂，电弧在焊剂层下燃烧，将焊丝端部和局部母材熔化形成焊缝。在电弧热的作用下，上部分焊剂熔化熔渣并与液态金属发生冶金反应。熔渣浮在金属熔池的表面，一方面可以保 护焊缝金属，防止空气的污染，并与熔化金属产生物理化学反应，改善焊缝金属的成分及性能；另一方面还可以使焊缝金属缓慢泠却。 埋弧焊可以采用较大的焊接电流。与手弧焊相比，其最大的优点是焊缝质量好，焊接速度高。因此，它特别适于焊接大型工件的直缝或环缝。而且多数采用机械化焊接。埋弧焊已广泛用于碳钢、低合金结构钢和不锈钢的焊接。由于熔渣可降低接头冷却速度，故某些高强度结构钢、 高碳钢等也可采用埋弧焊焊接.它的主要缺点是:1由于埋弧焊是依靠颗粒状焊剂堆积形成保护条件，因此主要适用于水平焊缝。2由于埋核焊焊剂的主要成分是氧化锰、二氧化硅等金属及非金属氧化物,难以用来焊接铝、钛等氧化性较强的金属及其合金。3只适用于长焊缝的焊接。4由于埋弧焊电弧的电场强度较大,电流小100A时，电弧的稳定性不好，因此不适合焊接厚度小于1mm的薄板。3.2 焊接材料的选择选择焊接材料最重要的原则就是确保焊缝金属的性能，使之满足产品的技术要求，从而保证产品在服役中正常运行。15MnNbR属于低合金钢,主要用于制造各类中低压压力容器等受力构件，要求焊接接头具有足够的强度，适当的屈服比，足够的韧性和低的时效敏感性，既具有与产品技术条件相适应的力学性能。因此，选择焊接材料时，必须保证焊缝金属的强度、塑性和韧性等力学性能指标不低于母材，同时还要满足产品的一些特殊要求。如中温强度、耐大气腐蚀等。并不要求焊缝金属的合金系统或化学成分与母材完全相同。一般来说，焊缝金属的强度是较易保证的，关键在于保证强度的同时获得良好的塑性和韧性。焊缝从高温快速冷却后得到不平衡组织，合金元素往往以过饱和状态固溶于基体中，从而使焊缝金属的强度上升，塑性、韧性下降。为了消除冷却速度高对性能带来的不利影响，必须调整焊缝的化学成分。一般情况下，希望焊缝的含碳量低于母材，合金元素含量也应比母材稍低，必要时对合金系统作些调整。熔敷金属中C低于母材即可保证焊缝与母材等强。可以估计，如果焊条熔敷金属的化学成分与母材完全相同，在快冷条件下，焊缝金属的强度必将上升，而塑性韧性下降。因此，在选择焊条时的主要依据是保证焊缝与母材的强度级别相匹配。埋弧焊时，选择焊丝还应该考虑熔合比和焊剂对焊缝成分的影响。15MnNbR钢焊接时一般选用焊丝H08MnA焊剂HJ404。通过焊剂中锰、硅还原向焊缝中过度锰和硅。在熔合比较大时，母材中部分Mn、Si进入焊缝，从而可保证焊缝金属的力学性能与母材相匹配。表3.2 15MnNbR钢常用焊接材料钢号焊条型号焊条牌号埋弧焊 电渣焊二保焊焊丝 焊丝 焊剂焊丝焊剂15MnNbRE5516一G(GBT5118)E5515一G(GBT5118)J556RHJ557HJ404一H08MnA(GBT5293)i3.3 焊接准备工作焊前准备工作包括：接头和坡口设计、坡口加工、接头清理、焊接装配、工装及焊接设备调整、维护等内容.焊接接头开坡口的根本目的在于确保接头的焊接质量，同时方便焊接过程的进行，并有利于经济性的提高。坡口形式和尺寸的选择，主要根据被焊板材的厚度、焊接方法接头的力学和冶金性能要求，以及施工条件等。一般来说，在选择和设计焊接坡口时，应遵循以下原则：1.保证焊接质量 确保焊接质量是焊接结构生产的最根本的要求，也是焊接坡口选择和设计的根本出发点。2.焊接的可焊性 可焊性是选择坡口形式的重要原则之一。一般来说，要根据构件能否翻转、翻转的难易程度或内外两侧的焊接条件来定。对不能翻转的构件或内径较小的容器、转子及轴类零件的对接焊缝，为了避免大量的仰焊和不能或不便从内侧施焊，易采用V型或U型坡口。3.坡口易于加工 V型坡口和U型坡口均可用气割或等离子切割加工，也可用机械切削加工，但U型坡口和双U型坡口则需要用刨边机加工。因此，从坡口加工的难易程度出发，能采用V型坡口或双V型坡口就不易采用U型或双U型坡口等加工工艺较复杂的坡口类型。4.焊接效率和经济性 坡口的断面积尽可能小，这样可以降低焊接材料的消耗，减少焊接工作量，提高焊接效率，并节省能源和人工，有利于经济效益的提高。5.焊接变形易于控制 采用不适当的坡口形式容易产生较大的焊接变形，如果坡口形式适宜，工艺合理，则可有效地减小焊接变形。焊缝坡口的加工方法有很多,可以采用机械加工,其加工精度较高,也可采用火焰切割或碳弧气刨等热切割方法. 热切割边缘或坡口表面可直接进行焊接，焊前必需清理干净热切割熔渣和氧化皮，切割面缺口应用砂轮修磨成圆滑过渡，机械加工的边缘或坡口面焊前应清除油迹等污物。对焊缝质量要求较高的焊件，焊前最好用丙酮擦净坡口表面。为了防锈，许多钢板和焊丝表面都涂有油漆或某些涂料。这些油漆不一定要去除，要看对焊接质量有无影响，有影响的涂料一定要去除，没有影响的涂料可以不除掉。另外焊缝坡口及焊丝表面不易有水分,如果水分过多易出现气孔，最好焊前用气体火焰预热一下，以便去除水分。焊接材料在使用前应作适当的预处理。埋弧焊用光焊丝的表面要清理干净，镀铜焊丝应将表面积尘和污垢清理干净。焊条焊剂应妥善保管，在使用前，应严格按工艺规程的规定进行烘干这对保持焊缝金属的低氢含量至关重要的。3.4预热及层间温度的确定焊前预热是防止冷裂纹、降低焊缝和热影响区冷却速度、减小内应力和改善接头性能的重要措施。预热温度受母材强度、焊条类型、坡口形式、环境温度等因素的影响，并可利用其中有关经验公式进行初步估算。表3.3为15MnNbR钢的预热温度，可供参考。一般可采用氧-乙炔火焰或其他加热方式,但要求加热方式不影响母材性能.预热又可分为局部预热和整体预热.局部预热时加热范围应保证在焊缝两侧不少于80mm.当接头板厚很大或施工温度较低时，应适当提高预热温度；结构比较复杂、接头拘束度大时，亦应提高预热温度。3.5焊接参数的确定正确选择焊接工艺参数是获得高生产率和高质量焊缝的先决条件。各种工艺参数的选择是以生产率、焊接材料、焊缝位置和形状，设备情况等为基础的。本课题研究的材料是15MnNbR，主要采用的焊接方法是手弧焊和埋弧焊。它们的焊接工艺参数包括：焊条、焊丝的种类、牌号和直径；焊剂的种类和牌号；焊接电流的种类、极性和大小；焊接电压；焊接速度；焊道层数和每层焊道数目等。1.焊条种类和牌号和电源的种类实际工作中主要是根据母材的种类、强度指标、接头刚度和工作环境条件选择焊条。焊一般低合金钢主要按等强度原则选用强度等级相同或稍低的焊条, 重要结构选用低氢型碱性焊条。15MnNbR钢是压力容器专业用钢,它要求焊接接头具有一定的强度、塑性和韧性， 所以此处选用E5516-G焊条（J556RH）。E5516-G属于低氢钠型碱性焊条，具有良好的力学性能和抗裂性能，可全位置焊接。通常根据焊条类型决定焊接电源的种类，低氢钠型焊条应采用采用直流反接。表3.4和表3.5给出了选用焊条直径的推荐值和焊条的烘干工艺。当接头钝边较小，间隙较大，焊打底焊道时，按表中下限选用焊条直径。表3.4 焊条直径与焊件厚度的关系焊件厚度( mm)234561213焊条直径( mm)223.22.5422.53.26表3.5 焊条烘干工艺焊接材料 烘干温度/C 保温时间/h J556RH 400 12.焊条及焊丝直径与电流的选择 为了提高生产率，应尽可能选用直径较大的焊条和焊丝。但选用大直径焊条或焊丝时需要的焊接电流较大，容易引起烧穿、焊缝成形不良等缺陷。通常根据工件厚度、焊道层次和焊缝的空间位置选用焊条直径。 焊接电流是焊接工艺参数中最重要的参数，因为焊工在操作过程中需要经常调节的工艺参数大都是焊接电流，而焊接速度和电弧电压也是焊工根据实际情况随时调整的。焊接电流主要影响焊缝的熔深，对焊缝宽度和余高影响不大。焊接电流越大，熔深越大，焊条熔化速度越快，焊接效率越高。实验结果表明，在电弧热和电阻热的共同作用下，焊条剩余部分的温度与长度成反比，焊条剩余部分越短，温度越高。当焊条快用完时，药皮的温度在500600C时较好。如果焊接电流太大，在电阻热作用下，焊条剩余部分会发红，甚至成块脱落，保护效果变差，容易产生气孔，焊缝成形不好，还容易产生咬边、焊瘤、烧穿等缺陷，将严重影响焊接质量。故应根据焊条剩余部分的药皮温度确定焊接电流的上限。焊接电流的下限有工艺条件决定，若焊接电流太小，则引弧困难，焊条容易粘在工件上，电弧很不稳定，熔池温度低，熔合不好，焊缝窄而高，而且容易产生夹渣、未焊透等缺陷。选择焊接电流应考虑的因素很多，如焊条直径、药皮类型、工件厚度、接头形式、焊接位置和焊道层次等。实际生产过程中焊工都是根据试焊结果，结合自己的实际经验选择焊接电流的。可根据焊条直径先任选一个焊接电流进行试焊，在焊接过程中观察熔池的变化情况，液态熔渣和铁水的分离情况，飞溅的大小，焊条是否发红，焊缝成形是否良好，焊后脱渣性是否好等因素来选择焊接电流。手工电弧焊和埋弧自动焊焊条或焊丝直径与焊接电流和电流密度之间的关系如表3.6所示(仅供参考) 表3.6焊接参数匹配焊条（焊丝）直径（mm）手工电弧焊埋弧自动焊焊接电流(A)电流密度(A/m)焊接电流(A)电流密度(A/m)35065162520040063125480130111835060050855125200101650080040633.焊接线能量的确定选择焊接线能量及其相关参数的基本原则是，在保证质量的前提下尽可能提高生产率，降低生产成本。线能量对焊接质量影响之大小与被焊金属的焊接性有关，主要取决于金属在焊接参数变化时对接头的性能及裂纹率影响的程度。15MnNbR钢主要靠固溶强化提高强度，线能量的变化对接头性能无明显的不利影响。在保证焊缝成型良好的情况下不必对线能量作过多的限制。接头简图： 焊 接 顺 序焊接工艺卡编号第一层手工电弧焊打底 图 号第二、三层手工电弧焊接 头 名 称双Y形坡口第四至第九层埋弧焊接头编号第十层埋弧焊盖面焊接工艺评定报告编号焊工持证项目检验序 号本 厂锅检所第三方或用户母 材16Mn