16MnR钢(板厚12mm)焊条电弧焊焊接工艺评定及焊接工艺要点

1、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%。16M nR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CSiMnPSNiCr含量0.12-0.200.20 0.551.20-1.90 0.045 345 2120316-16(3)焊接性分析16MnF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

2、( 510 d s 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3 E5015焊条熔敷金属的力学成分d b(Mpa)d s(Mpa)S (%断面收缩率(%Ak(J*cmA2)517.4413.331.5374.5240三、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SMAV等焊接条件.选择V形坡口。(2)坡口制备方法：应根据工

3、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 +22. 焊接区域的清理(1) 焊前对坡口及附近10mm勺油，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：机械清理a.钢丝刷b.砂轮磨c.喷丸处理 化学法a. 汽油除油b。酸除氧化皮c.碱除油必要时用氧-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

4、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70C 150C保温1.5h， 碱性焊条取300C 400E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。

5、一般情况下16MnF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40mm预热 100C -150 C预热 100C-150 C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20500A。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：弧焊变压器BX仁330,它结构简单，成本的，维修方 便

6、，效率高成本低，没有磁偏吹。 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100C 450r，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

7、 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12mn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。16M nR旱 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% 。(4 3焊接性好，点固长度不要长。(5) 16

8、MnR旱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：预留加工余量。合理的装配工艺顺序。刚性 固定法。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：锤 击法。火焰加热法。六、焊接参数的选择焊接时为了

9、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(a )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。女口：12mn板打底焊选？3.2mm填充，盖面选择？4.0 mm表5焊条直径的选择工件厚度/mm234-56-1213焊条直径/mm23.23.2-44-54-62. 焊接电流的选

10、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/A25-4040-6550-80100-130160-210200-270260-300直径/mm1.62.02.53.24563.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S =12mm

11、和焊条直径d=4.0mm来确定。即n=S /d。12mn板对接选择 三层如：图34. 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

12、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，16MnF在进行SMAWI接时选择工艺参数如下表7。表7 16MnR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85-1003.21直流反接填充160-2104.02盖面160-2104.01七、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10mn处，引燃后将焊条提起24mm.（2） 直击法：焊条与工件垂直撞击，电弧引

13、燃后将其迅速提起24mm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16Mn R-12m板焊接为厚板焊接，选择画圈

14、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 ?1（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。12mn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16M nR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 c-150 C。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。16MnF的层间保温不低于100摄

15、氏度。3. 消除应力 焊接过程中焊件中产生的内应力和焊接热过程引起的焊件的形状和尺寸 变化。焊接过程的不均匀温度场以及由焊接温度场消失后的应力和变形称为 残余焊接应力和变形。 在没有外力作用的条件下， 焊接应力在焊件内部是平 衡的。焊接应力和变形在一定条件下会影响焊件的功能和外观， 因此是设计 和制造中必须考虑的问题。焊接残余应力对焊件有 6 个方面的影响。 对强度的影响 对刚度的 影响。对受压焊件稳定性的影响。 对加工精度的影响。 对尺寸稳定 性的影响。对耐腐蚀性的影响。焊接时适当降低焊件的刚度，并在焊件的适当部位局部加热，使焊缝能比较自由地收缩， 以减小残余应力。 热处理（高温回火 ）是消

16、除焊接残余应力 的常用方法。 整体消除应力的热处理效果一般比局部热处理好。 焊接残余应 力也可采用机械拉伸法（预载法）来消除或调整。4. 消除冷裂纹Q345C（16M nR淬硬倾向大，发生珠光体转变的冷速快，易产生马氏体和贝氏体组织。在焊后进行250C -350 C后热去氢和缓冷可以防止冷裂纹。5. 消除结晶裂纹热轧钢含有一定的锰且含碳量低，Mn/S比一般可以满足不发生结晶裂的 可能，但如果母材异常时会产生结晶裂纹。提高焊缝含锰量的同时减少碳和硫可有效地防止结晶裂纹。具体的是选择 E5015焊条来脱硫。十、焊接质量检测1. 焊接质量检测是保证焊接质量而进行的工序，主要任务是测出缺陷进行返 修和

17、对焊缝进行评级。焊接检测分为（ 1 ）外观检测（ 2）内部检查等。无论 哪种检测都分为四个等级。第一级最好，第四等级最差。2. 内部无损探伤用RT和UT。（ 1）RT检测原理：由X射线穿过焊缝，由于有 无缺陷处对射线的衰减不同，通过射线照相在底片上会看到不同的黑度影 像，通过观察影像的形状，大小，位置即可正确的对缺陷定位定量。 （2）UT： 超声波时频率大于20000HZ的机械波。常用斜探头发射超声波，穿透工件， 发生反射，接受超声波，根据波形判断缺陷的性质和位置。RT,UT 只擅长测量内部缺陷，其中 RT定性准确，UT定位准确。我选择RT 按照标准 ISO5579:1998 评为级。3. 外

18、观检测（1） VT,（2） MT（3）PT（1）. 目视检测 利用肉眼，量具，低倍镜等凭经验判断外观缺陷评级。（2）. 磁粉检测 铁磁性材料充磁，若有表面开口缺陷形成漏磁场，撒磁粉，观查磁痕。分析并记录结果，退磁，后处理。（3）. 渗透检测表面清理，喷渗透液，乳化，清洗，干燥，喷显像剂。判断缺陷并记录，后处理。我选择 VT和PT4. 力学性能与弯曲试验（ 1 ）拉伸试验（ 2）弯曲试验（ 3）冲击试验（1）.拉伸试验在焊缝区和热影响区各取两块试板 30mm的板采用全焊透进行试验。每个试板的b b都大于母材为合格。（2）.弯曲试验 试验按照GB/T232执行。简图:II类别号II 组别号 11-

19、1 与类别号II 组别号标准号 GB/T3280 钢号 0Cr18Ni9T 与标准号 GB/T3280 钢 号 0Cr18Ni9Ti 厚度范围：母材：对接焊缝12 mm角焊缝管子直径、壁厚范围：对接焊缝焊缝金属厚度范围：对接焊缝 不限-14其他12 mmII- 1 相焊相焊角焊缝 角焊缝焊接工艺指导书单位名称安徽机电职业技术学院16焊接工艺指导书编号 16 日期2013.10.24焊接工艺评定编号A120311焊接方法手工电弧焊机械化程度手工 焊接接头:坡口形式Y型衬垫（材料及规格） 其他 评定项目手弧工电焊板厚12mmY型坡口对接 母材:焊材类别焊条焊材标准GB/T5118填充金属尺寸直径

20、3.2, 4.0焊材型号E5015焊材牌号J507其他耐蚀堆焊金属化学成分（）CSiMnPSCrNiMoVTiNb其他:焊接位置： 对接焊缝位置 焊接方向： 角焊缝位置平位置焊从左向右焊后热处理：温度范围（C）580-610保温时间（h）1焊接方向：预热：预热C）（允许最低值）70-90 层间温度C）（允许最高值）75-95 保持预热时间保护气体：气体种类保护气尾部保护气 混合比流量（L/min） 加热方式咼频感应加热背面保护气电特性：电流种类：直流极性：正接焊接电流范围（A）： 100350电弧电压（V）：（按所焊位置和厚度，分别列出电流和电压范围，填入下表）2230焊道焊接 方法填充材料焊

21、接电流电弧电压（V）焊接速度（cm/min）线能量 (kj/cm)/ 焊层牌号直径极性电流（A）1/1SMAWJ5073.2正极9011022304-86251/2SMAWJ5074.0正极16021022304-89801/3SMAWJ5074.0正极16021022304-810621/4SMAWJ5074.0正极16021022304-81162钨极类型及直径 熔滴过渡形式粗滴过渡喷嘴直径（mm）焊丝送进速度（cm/min）技术措施：摆动焊或不摆动焊： 摆动 摆动参数： 微摆焊前清理和层间清理：钢丝刷，砂轮背面清根方法：电弧气刨单道焊或多道焊（每面）：单道单丝焊或多丝焊：导电嘴至工件距离

22、（mm）：3 锤击： 其他：编制张浩日期2013/10/21审核李力日期2013/10/21批准王海日期2013/10/21焊接工艺评定报告单位名称：安徽机电职业技术学院焊接工艺评定编号： 16 焊接工艺指导书编号： _A120311焊接方法：SMAW机械化程度：手动 接头简图:母材： 材料标准：GB/T6654焊后热处理： 热处理温度C）:580650钢号：16MnR保温时间（h）:1 1.5类、组别号II-1 _ 相焊厚度：12mm直径：其他：与类、组别号：II-1保护气体：气体种类 混合比 流量（L/min） 保护气体尾部保护气体 背面保护气体 填充金属：电特性：焊材标准：GB/T5118电流种类：直流焊材牌号：J507极性：正接焊材规格