15MnVN钢焊接冷裂纹及防止措施研究毕业论文绝对

2014 届毕业设计（论文）西安航空职业技术学院毕 业 设 计（论 文）论文题目： 15MnVN 钢焊接冷裂纹及防止措施研究所属系部： 航空材料工程系指导老师： 职 称： 学生姓名： 班级、学号: 09104117专 业： 焊接技术及自动化西安航空职业技术学院制2012 年 4 月 6 日西安航空职业技术学院2014 届毕业设计（论文）毕业设计（论文）任务书题目： 15MnVN 钢焊接冷裂纹及防止措施研究任务与要求：（1）焊接冷裂纹的危害及分类（2）1 5MnVN 钢化学成分、基本性能、应用（3）形 成 冷 裂 纹 的 基 本 因 素 及 其 作 用（4）防止冷裂纹的措施（5）15MnVN 钢焊接时层状撕裂纹形成原因及防止措施时间： 2012 年 2 月 13 日 至 2012 年 4 月 6 日 共 8 周所属系部： 航空材料工程系 学生姓名： 学 号：09104117专业： 焊接技术及自动化指导单位或教研室： 航空材料工程系焊接技术及自动化系焊接教研室指导教师： 职 称：助 西安航空职业技术学院制2012 年 2 月 13 日2014 届毕业设计（论文）摘要焊接是大型安装工程建设中的一项关键工作，其质量的好坏、效率的高低直接影响工程的安全运行和制造工期。结合工程建造期间的施工管理经验，在人员、设备材料、标准文件和环境等方面加强焊接管理，有针对性地采取严格措施，可确保焊接质量优良，确保优质焊接工程的实现。关键词：焊接 安全 焊接质量2014 届毕业设计（论文）AbstractWelding engineering construction of large installation is one of the key work, its quality is good or bad, efficiency directly affect the safety of the project operation and manufacturing period. Combined with engineering construction during the period of construction management experience, in personnel, equipment materials, standard file and environment and so on strengthening the management of welding, a pointed to adopt strict measures, ensure welding quality, ensure high quality welding engineering realization.Key words ： Welding safety welding quality2014 届毕业设计（论文）目录1 焊接冷裂纹的危害及分类 .61.1 焊接冷裂纹的危害 .61.2 焊接冷裂纹的分类 .62 15MNVN 钢的化学成分、基本性能、应用 .72.1 15MNVN 钢的化学成分 .72.2 15MNVN 钢的基本性能、应用 .73 冷裂纹的基本特征 .84 15MNVN 钢形 成 冷 裂 纹 的 基 本 因 素 及 其 作 用 .94. 1 形 成 冷 裂 纹 的 基 本 因 素 及 其 作 用 .94.1.1 15MnVN 钢形 成 冷 裂 纹 的 基 本 因 素 及 其 作 用 .94.2 基 本 因 素 的 作 用 .104.2.1 焊接冷裂纹的形态和特征 .104.2.2 防止延迟裂纹的措施 .104.2.3 脆化 .115 防止冷裂纹的措施 .125.1 选择冷裂纹敏感性低的材料 .125.2 严格控制气孔的来源 .125.2.1 产生的原因 .125.2.2 气孔的预防措施 .125.3 焊前预热 .135.3.1 分析 15MnVN 钢焊接的工艺性 .135.3.2 坡口制备 .155.3.3 焊接方法选用 .155.3.4 焊接位置与焊枪角度 .165.3.5 预热温度及焊接线能量 .165.3.6 焊接参数 .165.4 焊后热处理 .175.4.1 热裂纹 .175.4.2 冷裂纹 .185.4.3 脆化 .195.4.4 气孔 .196. 层状撕裂纹形成原因及防止措施 .206.1 破口形式及焊接顺序 .206.2 焊接要求 .21总结 .23致谢 .24参考文献 .252014 届毕业设计（论文）1 焊接冷裂纹的危害及分类1.1 焊接冷裂纹的危害高强钢的焊接冷裂纹一般都是在焊后的冷却过程中出现,在 Ms 点附近或 200-300 的温度区间产生的.冷裂纹大多数具有一定的延时性,即它是一种延迟裂纹,一般是在有载荷的使用过程中产生的,裂纹发生之前有一段潜伏期,然后是裂纹的扩展,最后发生.1.2 焊接冷裂纹的分类冷裂纹多发生在具有缺口效应的焊接热影响区或有物理化学不均匀性的氢聚集的局部地带。焊道下裂纹一般为微小的裂纹，之 1 中，形成于距焊缝边界约0.10.2mm 的热影响区中,这个部位没有应力集中,但常具有粗大的马氏体组织且发生在氢含量较高的情况下,裂纹走向大体与焊接平行,且不显露于表面.焊根裂纹和焊趾裂纹起源于应力集中的缺口部位,粗大的马氏体组织区.焊根裂纹有的沿热影响区发展,有的则转入焊缝内部.横向裂纹常起源于淬硬倾向较大的合金钢焊缝边界，尺寸不大但常可显露于边界2 15MnVN 钢的化学成分、基本性能、应用2.1 15MnVN 钢的化学成分15MnVN 钢是碳素结构钢，其等级分 ABCD 四级，从左往右质量依次提高。表 3- 1 15MnVN 钢的化学成分 化学成分（质量分数）（%）Si S P牌号等级 C MnA 0.140.22 0.300.65 0.050B 0.120.20 0.300.70 0.0450.045Q235C 0.18 0.350.800.300.040 0.040D 0.17 0.035 0.0352.2 15MnVN 钢的基本性能、应用2014 届毕业设计（论文）15MnVN 的塑性好、焊接性好强度低。表 3-2 Q235 钢的基本性能牌号 拉力强度 MPa 屈服点 MPa 伸长率（%）15MnVN 375500 235 2615MnVN 钢低碳优质碳素结构钢(w C0.60)多以型钢供货，具有较高的强度、硬度、弹性和耐磨性，而塑性、韧性较低，切削加工性中等，焊接性能不佳，淬火开裂倾向较大，主要用于制造耐磨零件、弹簧和钢丝绳等，如凸轮、轧机轧辊及减振弹簧、座垫弹簧等，其中 65 钢是一种常用的弹簧钢3 冷裂纹的基本特征对循环载荷作用下 15MnVN 钢的显微组织变形、微观裂纹的萌生和短裂纹扩展过程进行了研究。结果表明 ,在孔边应力集中处 ,显微组织的变形是不均匀的 ,其主要集中在铁素体晶粒内。在循环载荷作用下 ,晶内滑移带与晶界相互作用 ,形成晶界微裂纹。微裂纹合并形成短裂纹。裂纹尖端塑性区内晶粒同样经历裂纹的萌生和扩展过程。在短裂纹范围内 ,裂纹的扩展过程有很大的随机性。分析结果表明 ,短裂纹的扩展过程符合对数正态分布焊缝和热影响区均可出现冷裂纹，主要发生在低合金钢、中合金钢、中碳钢、高碳钢、钛及钛合金的焊接接头中。焊道下裂纹、焊趾裂纹、焊根裂纹为热影响区纵裂纹。焊道下裂纹常平行于焊缝长度方向，并向热影响区扩展，不一定贯穿表面；焊根裂纹产生在根附近或根部未焊透等缺口部位；焊趾裂纹和根部裂纹主要由于缺口导致应力集中而发生。扩散氢的存在进一步促使裂纹2014 届毕业设计（论文）4 15MnVN 钢形 成 冷 裂 纹 的 基 本 因 素 及 其 作 用4. 1 形 成 冷 裂 纹 的 基 本 因 素 及 其 作 用4.1.1 15MnVN 钢形 成 冷 裂 纹 的 基 本 因 素 及 其 作 用 15MnVN 纲是 低 碳 钢 ， 由于低碳钢含碳量低，锰、硅含量也少，所以，通常情况下不会因焊接而产生严重硬化组织或淬火组织。低碳钢焊后的接头塑性和冲击韧度良好，焊接时，一般不需预热、控制层间温度和后热，焊后也不必采用热处理改善组织，整个焊接过程不必采取特殊的工艺措施，焊接性优良。但在少数情况下，焊接时也会出现困难：（1）采用旧冶炼方法生产的转炉钢含氮量高，杂质含量多，从而冷脆性大，时效敏感性增加，焊接接头质量降低，焊接性变差；（2）沸腾钢脱氧不完全，含氧量较高，P 等杂质分布不均，局部地区含量会超标，时效敏感性及冷脆敏感性大，热裂纹倾向也增大；（3）采用质量不符合要求的焊条，使焊缝金属中的碳、硫含量过高，会导致产生裂纹。如某厂采用酸性焊条焊接 15MnVN 纲钢时，因焊条药皮中锰铁的含碳量过高，会引起焊缝产生热裂纹；（4）某些焊接方法会降低低碳钢焊接接头的质量。如电渣焊，由于线能量大，会使焊接热影响区的粗晶区晶粒长得十分粗大，引起冲击韧度的严重下降，焊后必需进行细化晶粒的正火处理，以提高冲击韧度；总之，低碳钢是属于焊接性最好、最容易焊接的钢种，所有焊接方法都能适用于低碳钢的焊接。作用：（1）1 5MnVN 钢属于奥氏体不锈钢，其组织为奥氏体（A)加 3-5 铁素体（F ） 。它具有良好的塑性和高温、低温性能。它在焊接热循环的作用下，主要显示出以下基本要求： 焊接过程中采用小的线能量输入，减小热影响区范围，加快焊缝及热影响区的冷却速度对不锈钢的焊接是有益的。 用 15MnVN 钢焊接时导热系数小，存在过热区，也容易造成热影响区的晶粒长大。焊缝高温停留时间过长，在高温状态下 Cr 和 C 形成化合物，在高温区就形成了贫铬层，也会导致焊缝的枝晶倾向加剧。因此要求尽量选择线能觉输入较小的焊接方法。 由于导热系数小而线膨胀系数大，自由焊态下焊接易产生较大的变形，选用能量集中，热影响区窄的焊接方法能在一定程度上减少焊接变形。（2）1 5MnVN 钢的含碳量很小，在加上它属于高合金钢碳当量法对它焊接性2014 届毕业设计（论文）能的估算是不怎么准确的。因此我们不用碳当量对它的焊接性进行分析。（3）1 5MnVN 钢属于奥氏体不锈钢，这类钢有具有交高的变形能两种母材自身的问题：珠光体钢：冷裂纹、脆化等；奥氏体钢：热裂纹等。特殊问题：（1）母材对焊缝的稀释，引起焊缝组织与性能的变化珠光体钢母材的溶入，将稀释填充金属，引起其成分与组织的变化。（2）形成凝固过渡层在靠近珠光体钢一侧熔合线的焊缝金属中，会形成一层与内部焊缝金属成分不同的过渡层。过渡层中的高硬度马氏体组织会使脆性增加，塑性显著降低，形成低塑性带，从而降低了焊接结构的可靠性。（3）形成碳迁移过渡层在焊接或焊后加热（热处理或高温运行）时，碳从珠光体母材通过熔合区向焊缝扩散，在靠近熔合区的珠光体母材上形成一个软化的脱碳层，而在靠近熔合区的奥氏体焊缝中形成硬度较高的增碳层。（4）接头应力状态复杂局部加热引起的热应力、两种钢的热膨胀系数不同引起的残余应力（热处理无法消除此应力） 。4.2 基 本 因 素 的 作 用4.2.1 焊接冷裂纹的形态和特征冷裂纹形态 焊道下裂纹：在焊道下的热影响区内形成的焊接冷裂纹，常平行于熔合线发展 ；焊指裂纹：沿应力集中的焊址处形成的冷裂纹，在热影响内扩展； 焊根裂纹：沿应力集中的焊缝根部所形成的冷裂纹，向焊缝或热影响发展。 特征：无分支、穿晶开裂、断口表面无氧化色。最主要、最常见的冷裂纹为延迟裂纹（即在焊后延迟一段时间才发生的裂纹-因为氢是最活跃的诱发因素，而氢在金属中扩散、聚集和诱发裂纹需要一定的时间）。延迟裂纹的产生原因 焊接接头存在淬硬组织，性能脆化； 扩散氢含量较高，使接头性能脆化，并聚集在焊接缺陷处形成大量氢分子，造成非常大的局部压力；（氢是诱发延迟裂纹的最活跃因素，故有人将延迟裂纹又称氢致裂纹） 存在较大的焊接拉应力。 2014 届毕业设计（论文）4.2.2 防止延迟裂纹的措施 选用碱性焊条，减少焊缝金属中氢含量、提高焊缝金属塑性； 减少氢来源枣焊材要烘干，接头要清洁（无油、无锈、无水）； 避免产生淬硬组织枣焊前预热、焊后缓冷（可以降低焊后冷却速度）； 降低焊接应力枣采用合理的工艺规范，焊后热处理等； 焊后立即进行消氢处理（即加热到 250，保温 26 左右，使焊缝金属中的扩散氢逸出金属表面）。4.2.3 脆化 a 在一定温度条件下出现的脆性，温度条件改变后，脆性自行消失，或者在一定温度条件下，经一定时间后出现的脆性。这种情况下，金属的组织变化不明显。有冷脆性，热脆性，红脆性及回火脆性。b 由于应力的反复作用，介质的浸蚀以在高温下长期工作后，金属组织改变引起的脆化现象。这种脆性无法消除或要通过一定的特殊方法消除。如氢脆。影响因素：a 化学成分 含 C 量，铬锰钼磷等；b 保温时间 不同钢产生热脆性所需的保温时间不同；c 热处理 调质处理可阻止热脆性产生。5 防止冷裂纹的措施5.1 选择冷裂纹敏感性低的材料冷拔无缝钢管的轴向