15CrMoR压力容器的焊接工艺设计

1、河南机电高等专科学校毕业论文PAGE PAGE 641 绪绪论1.1 焊接接技术概概述焊接是一一种将材材料永久久性的连接接，并成成为具有有给定功功能结构构的制造造技术。几乎所所有的产产品，从从几十万万吨巨轮轮到不足足克的微微电子元元件，在在生产制制造中都都不同程程度地应应用到焊接技技术。焊焊接已经经渗透到到制造业业的各个个领域，直直接影响响到产品品的质量量、可靠靠性和寿寿命以及及生产的的成本、效率和和市场反反应速度度。近年来，焊焊接已由由一个单单一的加加工工艺艺发展成成为有科科学基础础有广泛泛应用范范围和前前景的焊焊接工程程和焊接接产业，在在这些产产业中，焊焊接在其其中占有有重要地地位，是是决

2、定其其产品使使用安全全的关键键。有些些直接出出焊接产产品或在在现场装装焊接后后投入使使用，有有些是作作成主体体结构然然后在其其上安装装动力和和机电设设备后应应用，有有焊接结结构的质质量和安安全保证证在整体体结构设设计合理理的情况况下，主主要决定定与焊接接联结部部位的结结构、材材料匹配配、工艺艺设计、先进的的焊接制制造工艺艺及设备备和准确确的无损损检测技技术，这这些都决决定了焊焊接联结结部位的的的内在在和外观观质量，形形成了分分布在各各工业和和基础设设施建设设部门各各具特色色的焊接接结构行行业，同同时也形形成了结结构焊接接需要的的焊接设设备行业业和焊接接材料行行业。这这些行业业是互相相关联促促进

3、的行行业。焊接结构构已有日日新月异异的发展展:在装装备制造造业结构构中用焊焊接结构构局部或或全部代代替铸件件或锻件件结构和和由局部部铸件或或锻件焊焊接成组组合结构构是大重重型结构构发展的的方向，可可大大节节约大型型铸锻车车间及其其设备的的基本建建设投资资和生产产过程的的能源消消费，同同时还可可缩短生生产周期期;在各各种建筑筑行业广广泛采用用钢质焊焊接结构构代替钢钢筋混凝凝土结构构，可达达到大跨跨度、轻轻自重、工厂造造、设计计优、工工程在建建周期短短、环境境污染少少，基础础费用省省，折除除后材料料可循环环使用，因因而符合合目前绿绿色制造造和资源源循环利利用建设设节约型型社会的的大潮流流。目前前我

4、国微微电子及及IT行行业中的的发展，高高强有色色金属、光钎、超导和和复合材材料及高高分子材材料的应应用，都都对焊接接工艺、设备和和材料提提出了很很多新的的要求，因因而得到到了相应应发展。1.2 压力容容器的分分类压力容器器按其承承受压力力的高低低分为常常压容器器和压力力容器。压力容容器的分分类方法法很多，主主要的分分类方法法有以下下几种：（1）按按设计压压力划分分，可分分为低压压容器、中压容容器、高高压容器器、超高高压容器器。（2）按按综合因因素划分分,在承承压等级级划分的的基础上上，综合合压力容容器工作作介质的的危害性性（易燃燃，致毒毒等程度度），可可将压力力容器分分为、和类。（3）按按容器

5、的的用途划划分,分分为储罐罐类容器器、锅炉炉气包容容器、化化工石油油设备中中的反应应器、蒸蒸煮球、合成塔塔等。1.3 常见的的压力容容器用钢钢压力容器器用钢常常用的材材质有：马氏体体钢、铁素体体钢、奥氏体体钢和珠光体体钢。其其中，珠珠光体钢钢在50006600有良好好的高温温强度及及工艺性性能，价价格较低低，广泛泛用于制制作6000以下的的耐热部部件，其其常见的的钢种有有：166Mo、15CCrMoo、12CCr1MMoV、12CCr2MMoWVVTiBB、10CCr2MMo1、25CCr2MMo1VV、20CCr3MMoWVV等。其其中以115CrrMoRR钢应用用最为典典型。1.3.115

6、5CrMMoR压压力容器器用钢的的特点15CrrMoRR钢属低低合金耐耐热钢，供供货状态态为正火火+回火火，组织织为铁素素体+珠珠光体，亦亦称珠光光体耐热热钢。其其最高工工作温度度为5550。这种种材料在在高温下下具有高高温持久久强度蠕变强强度高的耐耐蚀性抗氢能能力抗氧化化能力和和抗脆断断能力。15CrrMoRR钢的生生产工艺艺如下：冶 炼炼：采用用电炉平炉或或纯顶氧氧吹转炉炉加炉外外精炼工工艺进行行冶炼。锻 轧轧：开始始温度112000，终止止温度8850，锻轧轧后堆冷冷。热处理：93009660正火，66707000回火，保保温23h。当终轧温温度规定定的正火火温度时时，可以以终轧代代替正

7、火火。常温温下工作作的重要要零部件件可进行行调质处处理，淬淬火温度度（900020）空冷冷，并在在6700左右进进行回火火处理。1.3.2 115CrrMoRR压力容容器用钢钢的应用用15CrrMoRR压力容容器用钢钢是动力力工业、石油工工业等部部门应用用于高温温条件下下的重要要结构材材料之一一，具有有抗氧化化性和较较高的高高温强度度以及良良好的耐耐热性能能。此材材料广泛泛用于壁壁温小于于或等于于5600的受热热面管子子，壁温温小于或或等于5550的集箱箱和蒸气气管道以以及锅炉炉大型锻锻件。115CrrMoRR钢常用用于制造造锅炉、汽轮机机、动力力机械、工业炉炉和航空空、石油油化工等等工业部部

8、门中在在高温下下工作的的零部件件。它不不仅有很很好的抗抗氧化性性和热强强性，还还有比较较好的抗抗硫腐蚀蚀性能，并并且是合合金元素素含量少少，价格格便宜，同同时具有有优良的的工艺性性能和物物理性能能，为其其他的耐耐热材料料所不及及，所以以应用很很广泛。当前，115CrrMoRR钢焊接接结构已已扩大应应用于各各个工业业部门，在在各类焊焊接结构构中采用用的低合合金钢材材料已超超出百余余种。2 115CrrMoRR材料介介绍2.1115CrrMoRR的化学成成分及力力学性能能介绍15CrrMoRR是在碳碳素钢的的基础上上加入一一定的合合金元素素所构成成,低合合金钢中中的合金金元素一一般不超超过5%，以

9、提提高钢的的强度并并保证其其具有一一定的塑塑性和韧韧性。主主要用于于制造各各类中低低压压力力容器，其其使用条条件复杂杂，有的的盛装易易燃易爆爆物品，有有的盛装装有毒物物品，这这些易燃燃、易爆爆、有毒毒物品一一旦泄漏漏，将会会造成严严重的环环境污染染并且危危害人身身安全，因因此容器器的质量量好坏是是保证人人身安全全、防止止环境污污染的关关键所在在。15CrrMoRR作为压压力容器器用钢，应应具备以以下要求求:首先要具具有足够够的强度度。按现现行压力力容器设设计标准准，受压压部件的的强度计计算是以以弹性失失效为设设计准则则，以理理想化的的薄壳理理论为依依据，虽虽然已经经考虑了了安全系系数，但但在开

10、孔孔和几何何形状不不连续处处的局部部应力已已接近或或达到材材料的屈屈服强度度，因此此15CCrMooR钢必必须具有有足够的的强度，特特别是在在经过热热加工和和多次热热处理后后要求钢钢材仍应应保证强强度性能能不低于于标准规规定的下下限值。其次要具具有优良良的焊接接性，压力容容器用钢钢具有优优良的焊焊接性能能是保证证产品焊焊接质量量的首要要条件。第三要具具有高的的耐蚀性性。压力力容器用用钢应具具有足够够的耐蚀蚀性以确确保压力力容器的的长期安安全运行行。与115CrrMo低低合金钢钢相比115CrrMoRR降低了了S、PP含量，对对含碳量量下限不不作具体体规定，化化学成份份见表11-1。对钢板板的表

11、面面、内部部质量提提出更高高要求，规规定不得得有裂纹纹、结疤疤、折叠叠、气泡泡、夹杂杂、分层层和白点点，并经经需方要要求，应应保证超超声波探探伤质量量；同时时规定了了冲击韧韧性指标标。因此此具有更更好的塑塑性、韧韧性和焊焊接性能能，更好好的抗冷冷脆性能能和较小小的时效效倾向，以以保证压压力容器器的安全全性和可可靠性，以以及低温温韧性要要求。为为了适应应较恶劣劣的操作作条件，进进一步提提高钢的的强度和和韧性可可加入少少量的钒钒、铌、镍等，它它们都易易于形成成强碳化化物，同同时又细细化晶粒粒，镍是是提高钢钢的韧性性，降低低韧脆转转变温度度的最有有效的元元素。它它是使基基体本身身在低温温不易于于交叉

12、滑滑移。从从以上的的阐述可可以看出出，155CrMMoR是是一种机机械性能能和焊接接加工性性能高于于碳钢的的低合金金钢，但但也要注注意它的的使用范范围和供供货的要要求，才才能更好好地保证证压力容容器选材材的有效效性、安安全性和和低成本本性。第四要具具有良好好的塑性性和韧性性。压力力容器用用钢具有有足够的的塑性和和韧性储储备是压压力容器器抗脆断断的必要要条件之之一，也也是压力力容器各各种部件件、封头头、筒体体、卷制制、热压压成形等等制造工工艺的需需要。15CrrMoRR符合GBB66554 19996压压力容器器用钢板板的要要求 , 其化化学成分分和各项项性能分分别见表表2-1155CrMMoR

13、的的化学成成分、表2-2155CrMMoR的的力学性性能和冷冷弯性能能、表2-3 155CrMMoR的的高温屈屈服强度度和表2-4 155CrMMoR的的许用应应力。表2-1115CCrMooR的化化学成分分（质量量分数%）C Si Mn P S Cr Mo 0.1220.18 0.1550.40 0.4000.70 0.00300.00300.8001.20 0.4550.60 表2-2215CCrMooR的力力学性能能和冷弯弯性能板厚（mmm)钢板状态态 b(MMpa)s(MMpa)5(%)Akv（J）冷弯试验验18006600 正火加回回火 4505900 29551931d=3aa60

14、1000 275518表2-33 155CrMMoR的的高温屈屈服强度度钢板状态态 板厚（mmm)在下列温温度()下的的屈服强强度（MMpa)不小于于100150200 250 300 350 400 450 500 正火加回回火 36660 270 255 240 225 210 200 189 179 174 601000 250 235 220 210 196 186 176 167 162 表2-44 155CrMMoR的的许用应应力钢板状态态 板厚（mmm)在下列温温度()下的的许用应应力（MMpa)20100 150 200 250 300 350 400 425 450 475

15、500 正火加回回火 6600 150 150 150 150 141 131 125 118 115 112 110 88 601000 150 150 147 138 131 123 116 110 107 104 103 88 2.2 合金元元素在115CrrMoRR的作用用15CrrMoRR化学成成分为:C 0.120.118%,Si00.1550.40 %,MMn 00.4000.70 %.碳是是最能提提高钢材材强度的的元素,但也易易于引起起焊接淬淬硬及焊焊接裂纹纹,所以以在保证证强度的的条件下下,碳的的加入量量越少越越好.低低合金高高强钢加加入的合合金元素素有Sii、Mnn、Cuu

16、、Nii、Crr、Moo、V、Nb、B等,杂质元元素P、S的含含量要限限制在较较低的程程度.各各种合金金元素对对低合金金钢组织织和性能能的影响响是很复复杂的,全面了了解其中中的规律律性是研研究、分分析和预预测各种种低合金金钢及其其焊接接接头性能能的依据据.各种合金金元素在在不同程程度上改改变了钢钢的奥氏氏体转变变动力学学,直接接影响钢钢的淬硬硬倾向.如C、Mn、Cr、Mo、V、WW、Nii和Sii等元素素都能提提高钢的的淬硬倾倾向,而而Ti、Nb、Ta等等碳化物物形成元元素则降降低钢的的淬硬倾倾向.15CrrMoRR中，氮氮作为一一种合金金元素被被广泛应应用。按按照氮在在元素周周期表中中的位置

17、置和其原原子半径径判断，氮氮在钢中中的作用用与碳相相似。氮氮能与钢钢中的其其他合金金元素形形成稳定定的氮化化物，这这些氮化化物往往往以弥散散的微粒粒分布，从从而细化化晶粒，提提高钢的的屈服点点和抗脆脆能力。Cr、Al、Ti和和V合金金元素对对氮具有有较高的的亲和力力，并能能形成稳稳定的氮氮化物。因此，为为了充分分发挥氮氮作为合合金元素素的作用用，钢中中必须同同时加入入Al、V和TTi等氮氮化物形形成元素素。所有这些些合金元元素或者者与Fee形成固固溶体，或或者形成成碳化物物（除了了Ti、Nb和和Ta），都都产生了了延迟奥奥氏体分分解的作作用，并并由此提提高了钢钢的淬硬硬倾向。各种元元素对115

18、CrrMoRR的力学学性能和和工艺性性能的影影响，取取决于它它的含量量和同时时存在的的其它合合金元素素。热轧轧及正火火条件下下，合金金元素对对塑性和和韧性的的影响与与其强化化作用相相反，即即强化效效果越大大，塑性性和韧性性降低越越多，当当钢中的的合金元元素的含含量超出出一定范范围后会会出现韧韧性大幅幅度下降降。因此此，为了了保证良良好的力力学性能能和焊接接性，要要求钢中中的含碳碳量不大大于0.22。此外，添添加一些些合金元元素，如如Mn、Cr、Mo、V、WW、Nii、Sii、B和和Cu等等。添加加这些合合金元素素主要是是为了提提高钢的的淬透性性和马氏氏体的回回火稳定定性。这这些元素素可以推推迟

19、珠光光体和贝贝氏体的的转变，使使产生马马氏体转转变的临临界冷却却速度降降低。15CrrMoRR具有较较高的强强度和良良好的塑塑性、韧韧性和耐耐高温性性，采用用不同的的合金成成分和热热处理工工艺，可可以获得得不同性性能的钢钢。钢的强度度级别不不同，加加入的合合金元素素及其含含量也不不同，成成分设计计既要能能满足性性能要求求，又要要能满足足其经济济性。低低合金钢钢的强度度越高，屈屈服强度度与抗拉拉强度比比值就越越小。抗抗拉强度度与屈服服强度之之比成为为屈强比比。强度度越高，屈屈强比越越大。低低合金高高强度钢钢的发展展和在工工程结构构中的应应用日益益广泛促促进了世世界各国国对其的的开发研研究工作作的

20、不断断深入。同时，冶冶金技术术的进步步，尤其其是计算算机自动动控制在在冶炼、控温、轧制和和热处理理等方面面的应用用，为焊焊接结构构用合金金钢的发发展提供供了重要要的技术术保证。15CrrMoRR为了获获得满意意的强度度和韧性性的组合合，晶粒粒尺寸必必须细小小、均匀匀，而且且应是等等轴晶。普通低低合金CC-Crr钢的铁铁素体晶晶粒尺寸寸15-20微微米，CC-Mnn-All钢的正正火约为为10微微米左右右，C-Cr-NNb-AAl正火火钢约为为5微米米左右。目前，美美、日、德等国国家在设设计上已已经突破破了传统统的合金金化概念念，不再再是单纯纯的依靠靠增加和和调整钢钢中的合合金元素素来增加加钢的

21、性性能。在焊接热热循环的的作用下下，焊缝缝周围处处于固态态的母材材发生明明显的组组织变化化性能的的区域称称为热影影响区（HHAZ），热热影响区区中的不不同部位位经历了了不同的的热循环环，据熔熔合区越越近，加加热的峰峰值温度度越高，加加热速度度和冷却却速度越越快，焊焊后的组组织性能能变化越越大。低低合金钢钢焊接热热影响区区的组织织分布与与母材的的热处理理状态有有关。根据热影影响区的的组织状状态不同同，其组组织可以以分为粗粗晶区、细晶区区、不完完全重结结晶区和和结晶区区。155CrMMoR含含碳量小小于0.22%，为了了提高淬淬透性，适适量加入入C、MMn、CCr、MMo、VV、W、Ni和和Si等

22、等合金元元素，具具有较高高的淬硬硬性。热热影响区区的显微微组织主主要是低低碳马氏氏体，贝贝氏体，MM-A组组织和珠珠光体组组织。2.3低低合金钢钢的介绍绍15CrrMoRR属于珠珠光体低低合金耐耐热钢，下下面对低低合金钢钢做一些些简单的的介绍。在钢中有有意识的的加入一一定的合合金元素素可以大大大提高高钢的性性能,并并能获得得各种特特殊的性性能,这这种钢成成为合金金钢.合合金元素素总含量量小于55%的合合金钢成成为低合合金钢.这类钢是是以我国国的实际际出发,充分利利用我国国资源,利用普普通的炼炼钢设备备和炼钢钢方法炼炼成的钢钢种.低低合金钢钢的使用用范围已已遍及国国防、化化工、石石油、压压力容器

23、器、工程程机械、桥梁、舰船、飞机和和其它钢钢结构。低合金金钢中,除了碳碳以外还还含有少少量其他他元素,如Mnn、Crr、Moo、V、W、NNi和SSi等合合金元素素.以提高高钢的强强度并保保证其具具有一定定的塑性性和韧性性。许多多重要产产品在使使用了低低合金钢钢后,节节省了大大量的材材料,减减轻了结结构的重重量,提提高了产产品质量量,延长长了产品品的使用用寿命.对低合金金钢性能能的基本本要求:(1)有有较高的的强度,良好的的综合机机械性能能要求，在热轧轧和正火火状态具具有高的的强度,特别是是高的屈屈服强度度,有较较好的塑塑性和韧韧性.(2)有有良好的的焊接性性能，低合金金结构钢钢的含碳碳量低，

24、合合金元素素含量少少，塑性性好，不不易在焊焊缝区产产生淬火火组织及及裂纹，且且钢中TTi、NNb、VV还可抑抑制焊缝缝区的晶晶粒长大大，使其其焊接性性能大大大提高。(3)具具有一定定的耐蚀蚀性在低低合金钢钢中加入入合金元元素ccr=00.20.55%,WWp=00.0550.10%以及AAl、CCr、MMo等，经经某些元元素的复复合作用用，可以以使之比比碳素钢钢更高的的耐大气气、海水水、土壤壤腐蚀的的能力，是是发展低低合金耐耐蚀钢的的重要系系列之一一。我国从119577年开始始试制低低合金钢钢,用来来代替碳碳素结构构钢。550多年年来,低低合金钢钢有了很很大的发发展。低低合金钢钢强度高高,成本

25、本低,适适用于冷冷弯和焊焊接;使使用它可可以减轻轻结构自自重,保保证使用用可靠、耐久;通常是是在热轧轧退火状状态下供供应,低低合金钢钢中充分分利用蕴蕴藏丰富富又便宜宜的锰、硅,及及我国富富产的钒钒、钛和和稀土元元素等,节省了了稀缺元元素镍与与铬;有有较低的的脆性临临界转变变温度;生产工工艺简单单. 低合金高高强度钢钢的发展展和在工工程结构构中的应应用日益益广泛促促进了世世界各国国对其的的开发研研究工作作的不断断深入。同时，冶冶金技术术的进步步，尤其其是计算算机自动动控制在在冶炼、控温、轧制和和热处理理等方面面的应用用，为焊焊接结构构用合金金钢的发发展提供供了重要要的技术术保证。3 115Crr

26、MoRR钢的焊焊接性分分析3.1 焊接性性能的影影响因素素钢的焊接接性能好好坏，主主要取决决于它的的淬透性性、回火火性和碳碳的质量量分数。在焊接接过程中中，部分分热影响响区被加加热到近近于钢的的熔点，其其它部分分也分别别被加热热到Acc3以上上或Acc1AAc3温温度之间间。又因因为钢本本身导热热快，迅迅速的冷冷却下来来，这样样，热影影响区的的热循环环分别与与淬火，正正火或回回火的热热循环相相似。若钢的淬淬透性过过高，在在热影响响区内必必然有马马氏体形形成，而而且近熔熔合线处处的晶粒粒也将非非常粗大大，钢的的热影响响区就有有发生脆脆裂的危危险；若若碳的质质量分数数高时，它它一方面面使钢的的淬透

27、性性提高，另另一方面面使形成成的马氏氏体更脆脆，更硬硬，在热热影响区区中远离离熔合线线的部分分，其综综合机械械性能也也会大大大降低。因此，希希望钢中中能含有有某些抗抗回火软软化和抗抗回火脆脆化的合合金元素素，为了了避免接接近熔合合线部分分的晶粒粒因受高高温而过过于粗化化，也希希望钢中中含有一一些细化化晶粒的的合金元元素。焊接碳当当量（CCeq）与与材料焊焊接热影影响区的的最高硬硬度之间间，存在在着一定定的关系系。一般般情况下下，材料料的硬度度越高，则则焊接热热影响区区的硬度度也越高高，特别别是对于于那些加加入各种种合金元元素提高高材料强强度的非非调质钢钢，表现现更为明明显。在在这些非非调质钢钢

28、中，由由于加入入合金元元素较多多，其焊焊接碳当当量增大大，焊接接热影响响区的最最高硬度度随之提提高。这这就使出出现焊接接裂纹的的可能性性也愈大大。3.2焊焊接性分分析对焊接性性影响最最大的是是C及合合金元素素的含量量，15CCrMooR属于于低合金金珠光体体耐热钢钢，C及合合金元素素的含量量都比较较低，总总体看来来焊接性性良好。焊接的的问题主主要来自自两个方方面：焊焊接裂纹纹和热影影响区母母材性能能的下降降，因此155CrMMoR焊焊接性分分析的主主要问题题是裂纹纹（冷、热、再再热）和脆化化、软化化以及回回火脆性性等问题。3.2.1冷裂裂纹大量的生生产实践践和理论论研究证证明,高高强钢焊焊接时

29、产产生冷裂裂纹有三三大因素素:钢种种的淬硬硬倾向、焊接接接头含氢氢量及其其分布、以及接接头所承承受的拘拘束应力力状态。实际上上,高强强钢焊接接时,产产生冷裂裂纹的机机理在于于钢种淬淬硬之后后,受氢氢的诱发发和促进进使之脆脆化,在在拘束应应力的作作用下形形成了裂裂纹。3.2.1.11碳当量量的计算算与分析析钢种的淬淬硬倾向向与该钢钢种的碳碳当量含含量有直直接关联联，一般般成正比比关系。根据国际际焊接学学会(IIIW)推荐的的碳当量量公式:Ceq =C+Mn/6+(Ni+Cu)/155+(CCr+MMo+VV)/55(%)(1)计算得出出:Ceeq =0.554再采用日日本JIIS和WWES推推荐

30、的公公式进行行计算:Ceq =C+Mn/6+SSi/224+NNi/440+CCr/55+Moo/4+V/114(%)(22)计算得出出:Ceeq =0.5569按经验,当Ceeq 00.600%时,钢材的的焊接性性不好,需预热热到较高高温度,并严格格控制焊焊接工艺艺,才能能进行焊焊接。15CrrMoRR的碳当当量Ceeq通过过计算为为0.554%0.557%左左右.一一般认为为，当碳碳当量小小于0.42时时，冷裂裂纹倾向向较小。因此，从从碳当量量来看，15CrMoR的淬硬倾向较大。如果焊前预热及焊后热处理等工艺措施不采用的话，有发生冷裂纹的可能较大。3.2.1.22含氢量量的影响响形成冷裂裂

31、纹的倾倾向还有有聚集氢氢的作用用，155CrMMoR的的热影响响区的金金属在焊焊接过程程中加热热到相变变温度以以上时，便便形成奥奥氏体；冷却时时，由于于奥氏体体一只要要冷却到到马氏体体相变点点时才开开始转变变，再冷冷却速度度较大的的情况下下，就可可能形成成马氏体体等淬硬硬组织，而而焊缝金金属的碳碳当量比比较低，不不易淬硬硬。因此此，焊缝缝组织冷冷却后得得到铁素素体，氢氢在奥氏氏体中的的溶解度度比在铁铁素体中中的溶解解度大的的多，在在焊接接接头冷却却过程中中由奥氏氏体转变变为铁素素体，氢氢在铁素素体中呈呈饱和状状态。与与此同时时，氢在在两相中中的扩散散系数也也不同，在在铁素体体中扩散散系数比比在

32、奥氏氏体中扩扩散系数数要大,因此，氢氢会从已已变成铁铁素体的的焊缝中中迅速溢溢出，向向尚处于于奥氏体体状态的的热影响响区扩散散，再加加上氢在在奥氏体体中不易易扩散。因此，如如果焊缝缝中氢含含量较高高的话，极极易在融融合线附附近形成成一个富富氢带，加加上相变变应力和和残余应应力的作作用，极极易发生生裂纹。尤其是是接头拘拘束度较较大时，焊焊接残余余应力会会随之增增高，发发生裂纹纹的可能能性愈大大。3.2.1.3冷裂裂纹敏感感性的计计算裂纹敏感感指数PPc是目目前应用用比较广广泛的冷冷裂纹判判据数据据。它是是以b=550010000 NN/mmm2的钢种种为研究究对象,采用斜斜Y型坡坡口裂纹纹试验,

33、建立了了化学成成份、扩扩散氢含含量、板板厚与根根部裂纹纹敏感性性的关系系,得到到了如下下的公式式:Pc = Pccm+H/60+h/6600(3)Pcm =C+Mn/20+Si/30+Ni/60+Cr/20+Mo/15+V/110+CCu/220+55B(44)其中Pccm合金元元素的裂裂纹敏感感系数(%)H焊缝中中的扩散散氢含量量(mLL/1000g)Pc某某钢种产产生冷裂裂纹的敏敏感指数数h板厚厚(mmm)注:HH取44 mLL/1000g;h为550mmm根据进厂厂钢板的的化学成成分进行行计算,得出:Pcm =0.26由此计算算出压力力容器用用15CrrMoRR钢的冷冷裂纹敏敏感指数数为

34、:Pc =0.339因为当PPc 0时,即有产产生裂纹纹的可能能性，所所以155CrMMoR钢钢焊接时时易出现现冷裂纹纹。综上所述述，155CrMMoR钢钢焊接时时易出现现冷裂纹纹，在焊焊接时要要注意此此问题。3.2.2热裂纹纹倾向判判定利用英国国Winnkinnsonn等人提提出的热热裂纹敏敏感性判判定计算算公式:计算得出出:预转转化反应应器所用用15CCrMooR的HH.C.S=11.277当H.CC.S0时时，就有有可能产产生再热热裂纹。因此，115CrrMoRR焊接时时易产生生在热裂裂纹。3.2.4热影影响区的的脆化15CrrMoRR钢中的的主要合合金元素素Cr和和Mo显显著提高高了钢

35、的的淬硬性性,Moo的作用用比Crr约大550倍。这些合合金元素素推迟了了冷却过过程中的的转变,提高了了过冷奥奥氏体的的稳定性性。在焊焊接过程程中,热热输入过过小时,易出现现过硬组组织;热热输入过过大时,焊缝金金属及热热影响区区晶粒显显著变粗粗。两者者明显降降低了焊焊缝金属属及热影影响区的的塑韧性性。155CrMMoR在在冷却速速度较大大的条件件下，可可能形成成淬硬组组织，当当热影响响区形成成淬硬组组织时，接接头出现现脆化倾倾向，脆脆化的原原因如下下:焊接接时由于于强烈的的不均匀匀加热，使使热影响响区处在在不断改改变温度度、应力力和应变变的状态态下，焊焊接过程程使热影影响区的的晶粒变变粗，组组

36、织呈现现出不均均匀性，在在大多数数情况下下促使性性能变坏坏。热影影响区的的最高加加热温度度分布，决决定了热热影响区区的宽度度及离熔熔合线不不同距离离各点的的基本组组织状态态。在热热影响区区里，根根据组织织的不同同，可分分为4个个区域:(l)熔熔合区即即焊缝金金属与母母材相邻邻的熔合合线附近近，温度度处于固固液相之之间，此此区在化化学成份份和性能能上都呈呈现出较较大的不不均匀性性，靠近近母材一一侧的金金相组织织是处于于过热状状态，塑塑性很差差，这个个区域的的范围窄窄，但对对接头的的强度、塑性都都有很大大的影响响，是产产生裂纹纹，局部部脆化破破坏最常常见的发发源地。(2)过过热区此此区的金金属处于

37、于过热状状态，过过热区的的温度范范围是处处于固相相线以下下到11100CC左右，在在这样高高的温度度下，奥奥氏体晶晶粒发生生严重长长大，冷冷却后获获得晶粒粒粗大的的过热组组织。115CrrMoRR的焊接接接头，在在过热区区获得上上贝氏体体，甚至至马氏体体，塑性性低、韧韧性差，易易产生冷冷裂纹。(3)正正火区此此区的温温度范围围约在ll0000C一Ac33之间，相相当于热热处理时时的正火火处理，组组织一般般为均匀匀而细小小的铁素素体，上上面有碳碳化物沉沉淀析出出。因此此，该区区域的性性能优异异。(4)不不完全正正火区焊焊接时温温度范围围处Acc3或Acm线线以上的热热影响区区，该区区域只有有一部

38、分分组织发发生相变变重结晶晶的过程程，而其其他一部部分未发发生重结结晶的铁铁素体则则发生晶晶粒长大大，因此此，这区区域的组组织存有有很大的的不均匀匀性，一一部分是是均匀细细小的铁铁素体和和珠光体体，另一一部分则则是粗大大的铁素素体。以以上4个个区域的的组织特特征可见见图3-1。图3-11 热影影响区四四个组织织的特征征3.2.5热影影响区的的软化15CrrMoRR的焊接接接头，在在焊前预预热和焊焊后热处处理的工工艺措施施下，热热影响区区可能出出现硬度度和强度度明显下下降的“软化区区”。这个个“软化区区”的组织织除了聚聚集了的的碳化物物外，大大部分是是铁素体体，同时时还有奥奥氏体分分解产物物，形

39、成成所谓的的“白带”组织，因因为“白带”组织的的出现，长长期高温温工作时时，蠕变变变形也也很容易易集中在在这个部部位而发发生断裂裂，为了了消灭这这种组织织，预热热和焊后后热处理理温度必必须十分分谨慎。3.2.6回火火脆化铬钼钢及及其焊接接接头在在37005655温度区区间长期期运行过过程中,由于PP、Ass、Sbb和Snn沿晶界界发生的的扩散偏偏析会产产生脆变变现象,从而影影响接头头的塑性性.155CrMMoR钢钢的回火火脆化与与其杂质质含量有有着密切切关系,应严格格控制钢钢中的PP,Ass,Sbb,Snn等杂质质,同时时降低焊焊缝金属属中的SSi,MMn等元元素的含含量,是是解决回回火脆性性

40、的有效效措施。3.3主主要焊接接缺陷的的防止措措施3.3.1防止止或减少少冷裂纹纹的措施施可用下列列措施防防止或减减少冷裂裂纹的产产生：(1)减减少焊接接接头是是淬硬组组织将焊焊件预热热或提高高预热温温度、适适当增加加焊接电电流、减减低焊接接速度、控制层层间温度度不小于于预热温温度、焊焊后缓冷冷或立即即热处理理，都可可减低焊焊接接头头的冷却却速度，以以减少其其淬硬组组织。(2)减减少焊接接接头的的含氢量量必须严严格控制制氢的侵侵入，如如对焊件件、焊丝丝要严格格清除油油和锈、低氢焊焊条在焊焊前应严严格烘干干，以降降低焊缝缝的焊氢氢量。(3)减减少焊件件的残余余应力。3.3.2再热裂裂纹产生生的防

41、止止措施为防止再再热裂纹纹的产生生,应采采取如下下措施:(1)在在保证焊焊缝热强强性的前前提下,将V、Ti、Nb、P、AAs、SSb和SSn的含含量控制制在最低低的容许许范围内内. (2)选选用高温温塑性高高于母材材的焊材材.综合合考虑埋埋弧焊,焊丝选选用H113CrrMo115A+HJJ2500G,焊焊条选用用E55515B1。(3)采采取焊前前预热（适适当提高高预热温温度和道道间温度度）,焊焊后保温温缓冷(后热)的措施施。(4)采采用较小小热输入入的焊接接工艺和和方法,减小焊焊接过热热区宽度度,细化化晶粒。(5)选选择合理理的热处处理工艺艺,尽量量缩短在在敏感温温度区间间的停留留时间.总之

42、如如何选择择合适的的焊接热热输入、焊接方方法和工工艺、合合理的热热处理工工艺及接接头形式式是保证证焊接接接头能否否安全运运行的关关键3.3.3其它问题15CrrMoRR焊接时时产生的的其它问题主主要由母材中各种合合金成分分的含量量比产生，不可避避免其生生成，因因此，在在选择母母材是要要选择合合格的母母材，尽尽量减少少焊接缺缺陷。通过上述述15CCrMooR钢的的焊接性性分析可可以得知知,155CrMMoR钢钢的焊接接性稍差差。需适适当预热热才能进进行焊接接，根据据以上碳碳当量计计算公式式计算的的该钢碳碳当量为为0.554%0.557%，又又据JBB/T44709920000钢钢制压力力容器焊焊

43、接规程程常用用钢号推推荐的预预热温度度和施焊焊环境等等因素综综合考虑虑,155CrMMoR的的焊接预预热温度度设定为为1500。4 拟拟定焊接接工艺4.1 焊接方方法的确确定15CrrMoRR钢焊接接时可以以用各种种焊接方方法焊接接，不同同的焊接接方法对对产品质质量无显显著的影影响。通通常是根根据产品品的结构构特点、批量、生产条条件及经经济效益益等综合合效果来来选择焊焊接方法法。生产产中常用用的焊接接方法有有手工电电弧焊、埋弧焊焊、钨极极气体保保护电弧弧焊、二二氧化碳碳气体保保护焊和和电渣焊焊等。手弧焊是是各种电电弧焊方方法中发发展最早早、目前前仍然应应用最广广的一种种焊接方方法。它它是以外外

44、部涂有有涂料的的焊条作作电极和和填充金金属，电电弧是在在焊条的的端部和和被焊工工件表面面之间燃燃烧。涂涂料在电电弧热作作用下一一方面可可以产生生气体以以保护电电弧，另另一方面面可以产产生熔渣渣覆盖在在熔池表表面，防防止熔化化金属与与周围气气体的相相互作用用。熔渣渣的更重重要作用用是与熔熔化金属属产生物物理化学学反应或或添加合合金元素素，改善善焊缝金金属性能能。手弧弧焊设备备简单、轻便，操操作灵活活。可以以应用于于维修及及装配中中的短焊焊缝的焊焊接，特特别是可可以用于于难以达达到的部部位的焊焊接。但但是它主主要是采采用手工工操作,焊工的的劳动强强度较大大.埋弧焊是是以连续续送给的的焊丝作作为电极

45、极和填充充金属。焊接时时，在焊焊接区的的上面覆覆盖一层层颗粒状状焊剂，电电弧在焊焊剂层下下燃烧，将将焊丝端端部和局局部母材材熔化形形成焊缝缝。在电电弧热的的作用下下，上部部分焊剂剂熔化熔熔渣并与与液态金金属发生生冶金反反应。熔熔渣浮在在金属熔熔池的表表面，一一方面可可以保护护焊缝金金属，防防止空气气的污染染，并与与熔化金金属产生生物理化化学反应应，改善善焊缝金金属的成成分及性性能；另另一方面面还可以以使焊缝缝金属缓缓慢冷却。埋埋弧焊可可以采用用较大的的焊接电电流。与与手弧焊焊相比，其其最大的的优点是是焊缝质质量好，焊焊接速度度高。因因此，它它特别适适于焊接接大型工工件的直直缝或环环缝。而而且多

46、数数采用机机械化焊焊接。埋埋弧焊已已广泛用用于碳钢钢、低合合金结构构钢和不不锈钢的的焊接。由于熔熔渣可降降低接头头冷却速速度，故故某些高高强度结结构钢、高碳钢钢等也可可采用埋埋弧焊焊焊接.它它的主要要缺点是是:由于埋埋弧焊是是依靠颗颗粒状焊焊剂堆积积形成保保护条件件，因此此主要适适用于水水平焊缝缝。由于埋埋核焊焊焊剂的主主要成分分是氧化化锰、二二氧化硅硅等金属属及非金金属氧化化物,难难以用来来焊接铝铝、钛等等氧化性性较强的的金属及及其合金金。只适用用于长焊焊缝的焊焊接。由于埋埋弧焊电电弧的电电场强度度较大,电流小小1000A时，电电弧的稳稳定性不不好，因因此不适适合焊接接厚度小小于1mmm的薄

47、薄板。本设计的的研究对对相为厚板压压力容器器，板厚厚为500mm。压力容容器在工工作过程程中承受受较大的的压力，在在制作压压力容器器的过程程中，焊焊缝的力力学性能能一定要要大于母母材的力力学性能能，在制制作压力力容器过过程中同同时考虑虑到生产产效率和和经济效效益，故故采用手手工电弧弧焊打底底，埋弧弧焊多层层多道焊焊的焊接接方法（焊焊接顺序序见焊焊接工艺艺指导书书焊接接简图）。采用手工工电弧焊焊打底能能保证第第一层焊焊缝的力力学性能能，之后后用电弧弧气刨清清根（一一方面能能达到清清理的目目的，另另一方面面还能达达到开坡坡口的目目的，节节省了资资源，同同时也提提高了工工作效率率），然然后采用用埋弧

48、焊焊焊接，以提高生产效率，这样能够在满足产品性能要求的同时最大限度的降低生产成本。焊接时为为使收缩缩变形均均匀，应应力较小小，采用用对称焊焊法。每每一组带带焊接后后，应在在对面焊焊接对应应的焊缝缝。焊接接结束后后，用錾錾子敲碎碎焊缝上上的熔渣渣，轻轻轻的敲击击焊缝，这这样能细细化第一一道焊缝缝的金属属晶粒，之之后再用用钢刷清清理焊缝缝。焊接接的时候候，由于于开的是是X型坡坡口，焊焊接的宽宽度逐渐渐加大，所所以焊接接的的道道数也逐逐渐增多多，焊接接的方法法与之前前的焊接接方法相相同。4.2焊焊接材料料的选择择选择焊接接材料最最重要的的原则就就是确保保焊缝金金属的性性能，使使之满足足产品的的技术要

49、要求，从从而保证证产品在在服役中中正常运运行。15CrrMoRR属于低低合金钢钢,主要要用于制制造各类类中低压压压力容容器等受受力构件件，要求求焊接接接头具有有足够的的强度，适适当的屈屈服比，足足够的韧韧性和低低的时效效敏感性性，既具具有与产产品技术术条件相相适应的的力学性性能。因因此，选选择焊接接材料时时，必须须保证焊焊缝金属属的强度度、塑性性和韧性性等力学学性能指指标不低低于母材材，同时时还要满满足产品品的一些些特殊要要求。如如中温强强度、耐耐大气腐腐蚀等。并不要要求焊缝缝金属的的合金系系统或化化学成分分与母材材完全相相同。一般来说说，焊缝缝金属的的强度是是较易保保证的，关关键在于于保证强

50、强度的同同时获得得良好的的塑性和和韧性。焊缝从从高温快快速冷却却后得到到不平衡衡组织，合合金元素素往往以以过饱和和状态固固溶于基基体中，从从而使焊焊缝金属属的强度度上升，塑塑性、韧韧性下降降。为了了消除冷冷却速度度高对性性能带来来的不利利影响，必必须调整整焊缝的的化学成成分。一一般情况况下，希希望焊缝缝的含碳碳量低于于母材，合合金元素素含量也也应比母母材稍低低，必要要时对合合金系统统作些调调整。熔熔敷金属属中CC低于母母材即可可保证焊焊缝与母母材等强强。可以以估计，如如果焊条条熔敷金金属的化化学成分分与母材材完全相相同，在在快冷条条件下，焊焊缝金属属的强度度必将上上升，而而塑性韧韧性下降降。因

51、此此，在选选择焊条条时的主主要依据据是保证证焊缝与与母材的的强度级级别相匹匹配。低合金耐耐热钢焊焊材的选选配原则则是焊缝缝金属的的合金成成分与强强度性能能应基本本与母材材匹配.为提高高焊缝金金属的抗抗裂性,通常将将焊材中中的碳含含量控制制在低于于母材碳碳含量范范围内,同时为为防止焊焊接接头头出现再再热裂纹纹及回火火脆性,在选择择焊材时时应注意意:在保证证焊缝热热强性的的前提下下,将VV、Tii、Nbb、P、As、Sb和和Sn的的含量控控制在最最低的容容许范围围内。选用高高温塑性性高于母母材的焊焊材。先对埋弧弧焊材进进行分析析选择:通过分分析,选选择的埋埋弧焊焊焊剂为CCHF6603-H088C

52、rMMoA，原原因是该该焊剂为为烧结型型碱性焊焊剂,具具有熔敷敷金属的的扩散氢氢含量低低,接头头性能优优良等特特点，其其中的焊焊剂的扩扩散氢的的测定值值1.0mL/1000g。相相比之下下,熔炼炼型焊剂剂的扩散散氢含量量高,冷冷裂纹的的倾向会会较高,故选择择CHFF6033-H008CrrMoAA作为与与15CCrMooR匹配配的埋弧弧焊焊接接材料是是比较适适当的。焊丝、熔敷金金属化学学成分及及机械性性能列于于表4-1。表4-11焊丝、熔敷金金属化学学成分及及机械性性能焊丝牌号号焊剂牌号号焊丝的化化学成分分(%)CMnSiCrMoSPH08CCrMooACHF66030.0881.2110.2

53、441.0220.4550.00080.0005焊丝牌号号焊剂牌号熔敷金属属的化学学成分(%)CMnSiCrMoH08CCrMooACHF66030.0880.120.51.220.20.441.01.550.91.11焊丝牌号号焊剂牌号熔敷金属属的机械械性能b(MMPa)5(%)Akv(J)H08CCrMooACHF660343060002222454再对手工工电弧焊焊的焊材材选择:JB/T47709推推荐的焊焊材为RR3077,熔敷金金属扩散散氢含量量6mLL/1000g(GB/T51118-19995低合合金钢焊焊条HH量的的规定)。相应应焊材RR3077B,该该焊条是是超低氢氢型低合合

54、金钢耐耐热钢焊焊条,熔熔敷金属属具有极极低的扩扩散氢含含量(为为1mL/1000g)和和极优异异的抗裂裂性能,可进行行全位置置焊接,在生产产应用有有很成功功的经验验。因此此在手工工电弧焊焊焊材方方面,我我们选RR3077B。4.3焊焊前准备备焊前准备备工作包包括：接接头和坡坡口设计计、坡口口加工、接头清清理、焊焊接装配配、工装装及焊接接设备调调整、维维护等内内容.焊接接头头开坡口口的根本本目的在在于确保保接头的的焊接质质量，同同时方便便焊接过过程的进进行，并并有利于于经济性性的提高高。坡口口形式和和尺寸的的选择，主主要根据据被焊板板材的厚厚度、焊焊接方法法接头的的力学和和冶金性性能要求求，以及

55、及施工条条件等。4.3.1接头头和坡口口的设计及加工一般来说说，在选选择和设设计焊接接坡口时时，应遵遵循以下下原则：(1).保证焊焊接质量量确保焊接接质量是是焊接结结构生产产的最根根本的要要求，也也是焊接接坡口选选择和设设计的根根本出发发点。(2)焊焊接的可可焊性可焊性是是选择坡坡口形式式的重要要原则之之一。一一般来说说，要根根据构件件能否翻翻转、翻翻转的难难易程度度或内外外两侧的的焊接条条件来定定。对不不能翻转转的构件件或内径径较小的的容器、转子及及轴类零零件的对对接焊缝缝，为了了避免大大量的仰仰焊和不不能或不不便从内内侧施焊焊，易采采用V型或U型坡口口。(3)坡坡口易于于加工V型坡口口和U

56、型坡口口均可用用气割或或等离子子切割加加工，也也可用机机械切削削加工，但但U型坡口口和双UU型坡口口则需要要用刨边边机加工工。因此此，从坡坡口加工工的难易易程度出出发，能能采用VV型坡口口或双VV型坡口口就不易易采用UU型或双双U型坡口口等加工工工艺较较复杂的的坡口类类型。(4)焊焊接效率率和经济济性坡口的断断面积尽尽可能小小，这样样可以降降低焊接接材料的的消耗，减减少焊接接工作量量，提高高焊接效效率，并并节省能能源和人人工，有有利于经经济效益益的提高高。(5)焊焊接变形形易于控控制采用不适适当的坡坡口形式式容易产产生较大大的焊接接变形，如如果坡口口形适宜宜，工艺艺合理，则则可有效效地减小小焊

57、接变变形。由于埋弧弧焊可使使用较大大的焊接接电流，电电弧具有有较强的的穿透力力，一般般不开坡坡口也能能将焊件件焊透。但随着着罕见厚厚度增加加，焊接接电流不不能无限限提高。为了将将焊件悍悍透，并并使焊缝缝有良好好的成形形，应在在焊件上上开坡口口。本焊焊件厚度度为50mmm,属较厚厚焊件，可可开X形坡口口，坡口口带钝边边。焊缝坡口口的加工工方法有有很多,可以采采用机械械加工,其加工工精度较较高,也也可采用用火焰切切割或碳碳弧气刨刨等热切切割方法法.热切割割边缘或或坡口表表面可直直接进行行焊接，焊焊前必需需清理干干净热切切割熔渣渣和氧化化皮，切切割面缺缺口应用用砂轮修修磨成圆圆滑过渡渡，机械械加工的

58、的边缘或或坡口面面焊前应应清除油油迹等污污物。对对焊缝质质量要求求较高的的焊件，焊焊前最好好用丙酮酮擦净坡坡口表面面。4.3.2焊件件的清理理和装配配焊件装配配前，需需将坡口口及附近近区域表表面上的的锈蚀、油垢、氧化物物、水分分等清理理干净。可用手手工清理理，即用用钢丝刷刷，风动动和电动动砂轮或或钢丝轮轮进行清清除；必必要时可可用氧乙乙炔焰烘烘烤焊接接部位，以以烧掉焊焊件表面面上的油油垢和油油漆，并并烘干水水分。机机械加工工的坡口口容易在在坡口表表面沾染染切削液液或其他他油脂，焊焊前可用用挥发性性溶剂将将污染部部位清洗洗干净。焊件装配配时必须须保证焊焊缝间隙隙均匀，高高低平整整不错边边。焊件件

59、必须用用夹具或或定位焊焊缝可靠靠地固定定。定位位焊使用用R3007B焊焊条定位位焊。其其位置一一般应在在第一道道焊缝的的背面，长长度一般般不大于于30mmm，定定位焊缝缝应平整整，且不不允许有有裂纹，夹夹渣等缺缺陷。厚厚板简体体内应力力大,点点固焊时时必须预预热。预预热范围围要在点点焊部位位周围2200mmm范围围内,点点焊焊点点要长些些,约660mmm左右,间距为为20003000mmm,点焊焊时,必必须先在在纵缝两两端装配配引弧板板,以免免焊点剥剥裂。用用R3007B焊焊条点焊焊,电流流可比焊焊接工艺艺规定值值大100%-220%。本焊接接为环缝缝焊接，不不须加装装引弧板板和引出出板。4.

60、3.3焊接接设备调调整和维护本焊接选选用MZZ-10000型型埋弧焊焊，ZXX5-4400-2型手手工电弧弧焊。焊焊前应检检查接到到焊机上上的动力力线、焊焊接电缆缆接头是是否松动动、接地地线是否否连接妥妥当、导导电嘴的的磨损情情况和是是否夹持持可靠。焊机要进进行调试试，检查查仪表及及各部分分动作情情况，并并按要求求调好预预定焊接接参数。焊机启启动前，应应再次检检查焊机机和辅助助装置的的各种开开关、旋旋钮等的的位置是是否正确确、离合合器是否否可靠接接合。无无误后再再按焊机机的操作作顺序进进行焊接接操作。4.3.4焊接接材料的的处理焊接材料料的处理理表4-2焊条烘烘干工艺艺可得出出。埋弧焊焊焊剂应