16Mn钢塔吊拉杆焊接冷裂

1、哈尔滨理工大学专科生毕业论文哈尔滨理工大学荣成学院题目：16Mn钢塔吊拉杆焊接冷裂纹及防止措施研究专业年级：焊接09-2班学生姓名：李士伟学号：0930150218指导教师：杨丽丽哈尔滨理工大学荣成学院完成时间： 2012年_6_月_22_日哈尔滨理工大学荣成学院专科生毕业设计（论文）评语学生姓名：李士伟学号：0930150218学院：荣成学院专业：焊接09-2任务起止时间：2012年5月7日至2012年6月22 日 毕业设计（论文）题目:16Mn钢塔吊拉杆焊接冷裂纹及防止措施研究指导教师对毕业设计（论文）的评语:指导教师签名:指导教师职称:评阅教师对毕业设计（论文）的评语:评阅教师职称: 答

2、辩委员会对毕业设计的评语：评阅教师签名:答辩委员会评定，该生毕业设计（论文）成绩为： 答辩委员会主席签名： 职称：年 月 日哈尔滨理工大学荣成学院专科生毕业设计（论文）任务书学生姓名：李士伟学号：0930150218学院：荣成学院专业：焊接09-2任务起止时间：2012年5月7日至2012年6月22 日 毕业设计（论文）题目:16Mn钢塔吊拉杆焊接冷裂纹及防止措施研究 毕业设计工作内容:焊接冷裂纹是16Mn钢中最为常见而且危害十分严重的焊接缺 陷。本文着重分析了 16Mn钢塔吊拉杆焊接接头中常见的各种焊接 裂纹的形成机理，并从冶金和工艺等方面提出了切实有效的防止措 施。1. 了解毕业设计内容，

3、查阅资料（5月7日一一5月13 日）2.分析16Mn钢的焊接性，总结16Mn钢塔吊拉杆的裂纹形成 机理，撰写题纲。（5月14日一一6月3 日）3.撰写论文，准备毕业答辩（6月4日一一6月21 日） 资料:1.陈裕川.低合金结构钢焊接技术.2.乌日根.焊接质量检测.签名:系主任意见:指导教师意见:签名:哈尔滨理工大学专科生毕业论文- -16Mn钢塔吊拉杆焊接冷裂纹及防止措施研究 摘要0.16%左右，屈服点等于16Mn钢的合金含量较少，焊16Mn钢的淬硬倾向比低碳16Mn钢属于碳锰钢，碳的含量在345MPa （强度级别属于 345MPa级）。接性良好，焊前一般不必预热。但由于钢稍大，所以在低温下（

4、如冬季露天作业）或在大刚性、大厚度结 构上焊接时，易出现焊接冷裂纹。塔式起重机是一种安全性要求很 高的建筑机械，它的钢结构件主要是靠焊接而成的，塔吊拉杆就是 采用的16Mn钢，其焊接质量的好坏，将直接影响到结构件的质 量，也决定着塔式起重机的安全。本文着重分析了16Mn钢塔吊拉杆焊接接头中常见的各种焊接裂纹的形成机理，并从冶金和工艺等 方面提出了切实有效的防止措施。关键词16Mn钢；拉杆；焊接冷裂纹；防止措施目录热裂纹. 再热裂纹 层状撕裂 冷裂纹.1. .1. .1. .3 .3. .3 .3 .4 .4. .5 .5. .5 .5. .6. .6. .6. 1.0 .11 .11 .11

5、12 12 121.31.41.4151.5 16 1.7 1.7摘要第1章绪论1.1引言1.2本文主要研究内容第2章16Mn钢的基本特性及应用 2.1基本特性16Mn钢的化学成分 16Mn钢的力学性能16Mn钢的应用2.3本章小结第3章16Mn钢塔吊拉杆焊接裂纹的分析3.1焊接裂纹的危害16Mn钢焊接裂纹的形成机理 3.2.13.2.23.2.33.2.43.3本章小结第4章16Mn钢塔吊拉杆焊接冷裂纹防止措施4.1防止16Mn钢焊接冷裂纹的冶金措施. 4.1.1合理选配焊缝填充金属 4.1.2严格控制焊缝氢的含量 4.2防止16Mn钢焊接冷裂纹的工艺措施.4.2.1拟定合理的焊接参数 4.

6、2.2焊前准备及预热 4.2.3后热和消氢处理4.3本章小结第5章16Mn钢塔吊拉杆焊件的质量检测方法5.1射线探伤5.2超声波探伤5.2.1探头的选择5.2.2耦合剂的选择5.2.3检测仪的调节哈尔滨理工大学专科生毕业论文- IV -.1.8.1.9 1.920.21524缺陷位置的测定525缺陷大小的测定5.3本章小结结论参考文献哈尔滨理工大学专科生毕业论文第1章绪论1.1引言材料是社会发展和科技进步的物质基础。当今，人们把材料看 成是与能源、信息技术相并列的现在文明的三大支柱之一。与此同 时，也向材料加工行业提出了更高的要求。16Mn钢综合性能好，低 温性能好，冷冲压性能，焊接性能和可切

7、削性能好，具有普通碳钢 无可比拟的优点，因此在生产中得到广泛应用，在其加工技术中， 焊接是一门重要的技术。在国民经济和国防建筑各部门中使用的许 多结构和产品，都是采用焊接技术制造的。焊接的应用已遍及能 源、交通、建筑、化工、机械制造、航天、航空、海洋工程等各个 领域。特别是在焊接结构日益向高参数、大型化以及微型化发展的 今天，人们对焊接技术给与了越来越高的重视。16Mn钢是低合金高强度钢中具有代表性的钢种，碳的含量在 0.16%左右，其屈服强度达 345MPa,与一般的低碳钢相比，提高了 50%左右，结构重量也可减轻 20%38%，因而它是我国发展最早、 产量最大的钢种之一，广泛用于各种大型船

8、舶、桥梁、铁路车辆、 管道、锅炉、压力容器、石油储罐、起重机械、厂房钢架等焊接结 构中。16Mn能被如此广泛使用，除了其具有良好的综合机械性 能、冷变形性能外，更主要取决于它还具有优良的焊接性。但由于 16Mn钢的淬硬倾向比低碳钢稍大，所以在低温下（如冬季露天作 业）或在大刚性、大厚度结构上焊接时，易形成焊接冷裂纹。裂纹 是危害十分严重的焊接缺陷。据统计，焊接结构所发生的各种事故 中，除少数是由设计不当和产品运行不规范造成的之外，绝大多数 是由焊接裂纹而引起的断裂。焊接质量的好坏，将直接影响到结构 件的质量，也决定着塔式起重机的安全。所以，对16Mn钢的焊接裂纹及其防止措施的研究越发显得尤为重

9、要。在现在焊接结构向大型化、重型化和高参数化发展的今天， 16Mn钢广泛应用取得了不可估量的经济效益，但焊接质量问题，焊 接结构的提前失效，甚至灾难性事故亦随之明显地增多。其根本原 因就在于对缺陷的控制重视度还远远不足，焊接裂纹尤为突出。1.2本文主要研究内容本文较全面而系统的论述了16Mn钢的理化性能及其焊接特点，较全面的分析了 16Mn钢塔吊拉杆焊接接头中常见的各种焊接-1-哈尔滨理工大学专科生毕业论文- -钢塔吊拉杆为例，第二章简单介绍了16M n钢的第三章介绍了焊接裂纹分类及其危害；第四章 钢塔吊拉杆中各种焊接裂纹的形成机理；第五章 16Mn钢焊接接头中冷裂纹的防止措施；第六章图1-1

10、焊接裂纹常见位置裂纹裂纹的形成机理，并从冶金和工艺等方面提出了切实有效的防止措 施。本文以16Mn 基本特性及其应用； 详细分析了 16Mn 较为详细的论述了 对16Mn钢塔吊拉杆的质量检测方法作了简单介绍；最后为全文总 结。图1-1为焊接裂纹的常见位置。第2章16Mn钢的基本特性及应用16Mn钢是我国最为成熟、应用最为广泛的低合金结构钢，中国 许多低合金结构钢都是在16Mn钢基础上发展起来的。本章对 16Mn 钢做简要的介绍。2.1基本特性2.1.1 16Mn钢的化学成分表2-1 16Mn钢的化学成分化学成分/%CMnSiPS16Mn 钢0.12-0.201.20-1.600.20-0.60

11、w 0.050w 0.050根据国际焊接学会推荐的低合金结构钢的碳当量Ce的计算公式：皿615Mn 丄 Ni + Cu 丄 Cr +Mo +V 十十%516Mn钢的碳当量为:= 0.39%钢材的塑性良好，通常情 环境温度较低时，焊Ce=C+业716 + 1406 6 式中各元素含量取平均值。当Ce0.4%时， 况下可焊性较好。但当板厚、焊接应力较大， 接16Mn钢易产生裂纹。21216Mn钢的力学性能16Mn钢是低合金结构钢，碳的含量在 0.16%左右，屈服强度 345MPa,抗拉强度470-620MPa,伸长率21%。16Mn钢具有良好的综合力学性能、焊接性能及低温冲击韧性， 冷冲压及可切削

12、性均好。与 Q235钢相比，强度提高50%，耐大气 腐蚀性能提高20%-38%，低温冲击韧性也比 Q235钢优越，但缺口 敏感性较碳钢大。16Mn钢的冷加工性能良好，允许冷压、冷冲、冷 卷，也易于用风铲和机床等进行切削加工。允许热冲压，其加热温 度为1000-1100C，终压温度为 750-850C。热冲压后的强度、塑形 变化不大，也允许热矫正、火焰切割、碳弧气刨等。16Mn钢板一般是在热轧状态下使用，但为了改善中厚板的塑形 和韧性可进行正火处理，也可以进行退火处理或调质处理。16Mn正火和退火处理的温度分别为 900r和860r，调质处理温度为 900r 水淬+650r回火。2.2 16Mn

13、钢的应用由于16Mn钢具有良好的力学性能，并且其制造成本相对低 廉，应用十分广泛，是我国最为成熟、应用最为广泛的低合金结构 钢，中国许多低合金结构钢都是在 16Mn钢基础上发展起来的。16Mn钢广泛应用于各种大型船舶、车辆、桥梁、管道、锅炉、 压力容器、石油储罐、起重及矿山机械、电站设备、厂房钢架等承 受动载荷的焊接结构。在-40r以下寒冷地区的各种金属结构件, 16Mn钢可代替15Mn作渗碳零件。2.3本章小结本章对16Mn钢的化学成分及力学性能作了简单的分析，并且 列举了 16Mn钢在生产中的具体应用，从而说明了研究16Mn钢焊接冷裂纹的必要性。第3章16Mn钢塔吊拉杆焊接裂纹的分析焊接裂

14、纹是指在焊接应力及其他致脆因素共同作用下，材料的 原子结合遭到破坏，形成新界面而产生的缝隙。它具有尖锐的缺口 和长宽比的特征。焊接裂纹是焊接生产中比较常见而且危险性十分 严重的一种焊接缺陷3.1焊接裂纹的危害焊接裂纹是焊接生产中比较常见而且危害十分严重的焊接缺 陷。据统计，焊接结构所发生的各种事故中，除少数是由设计不当 和产品运行不规范造成的之外，绝大多数是由焊接裂纹而引起的断 裂。焊接结构产生裂纹轻者需要返修，浪费人力、物力、时间，重 者造成焊接结构报废，无法修补。更严重者造成事故、人身伤亡。 如1969年一艘5万吨的矿石运输船在太平洋上航行时，断裂成两段 而沉没；美国二战时制造 4694艘

15、舰船，970艘出现1442处裂纹，8 艘腰断；1959年我国万吨级巨龙号首航中途断裂。据统计，40%以上的船舶断裂事故是由焊接裂纹引起的。19301940年的十年时间，在比利时、南斯拉夫、法国，先后有数十座桥梁由于焊接裂纹 扩展而断裂或倒塌。比利时的一座长度为74.5m的桥在没有载荷的情况下突然断裂；在压力容器破坏事故中，也有很多都是由焊接裂 纹造成。上海宝山钢铁股份有限公司能源部一台650m3氮气球罐，在原施工单位安装过程中焊缝和热影响区出现裂纹，并且已经扩 展，被上海市锅炉压力容器检验所判定为报废球罐 3。由此可见，裂纹是危害最严重的焊接缺陷。这主要是因为裂纹 两端的缺口效应造成了严重的应

16、力集中，和容易扩散而形成宏观开 裂或整体断裂，因此，研究解决焊接裂纹已成为当前焊接技术人员 的主要课题。3.2 16Mn钢焊接裂纹的形成机理3.2.1热裂纹热裂纹是在焊接高温下产生的，其中危害最严重的是结晶裂 纹，由于结晶裂纹是在结晶后期，由低熔点物质所形成的液态薄膜 而引发的。它与焊缝金属的成分，主要是碳、硫、镍、锰等元素有 密切关系。从表2-1得知，16Mn含碳量低，含锰量较高，硫和磷控制严格，它的Mn/S较高，因而具有良好的抗结晶裂纹性能。所以在 正常情况下，16Mn钢是不会出现结晶裂纹的 。3.2.2再热裂纹再热裂纹是由于钢中含有Cr、Mo、V、Nb等强碳化物形成元素，以及存在一定的残

17、余应力，并在焊后进行再次加热的情况下产 生的。由表2-1可知，16Mn不含强碳化物形成元素，在热轧状态下 供货，焊后一般不进行热处理，因而对再热裂纹不敏感5。323层状撕裂层状撕裂的产生，与钢材的合金成分没有直接关系，仅与冶炼 轧制工艺及杂质的含量和分布有关。从 Z向拘束力考虑，撕裂与板 厚有关，一般板厚在16mm以下就不易产生层状撕裂，从钢材本身 来说，钢中的片状硫化物与层状硅酸盐或大量成片地密集于同一平 面内的氧化铝夹杂物都能导致 Z向塑性的降低和层状撕裂的产生。 而对于16Mn来说，其本身杂质与有害元素含量控制严格，所以只 要我们控制其板材厚度与选择合适焊接工艺，其层状撕裂是可以减 少或

18、避免的，又因为塔吊拉杆的壁厚一般不超过 16mm,因此一般 不出现层状撕裂。324冷裂纹大量的生产实践和理论研究表明，焊接冷裂纹是16Mn钢焊接3-1）。接头中裂纹存在的主要形式。现已证实，被焊钢种的淬硬倾向、焊 接接头的含氢量和结构的拘束应力是引起冷裂纹的三个基本因素。 这三个基本因素在引起冷裂的过程中不是孤立的，而是相互联系、 相互制约和相互促进的。因此往往在焊接时会出现各种形态的冷裂 纹（焊道下裂纹、根部裂纹以及焊趾裂纹等，如图a焊趾裂纹C根部裂纹图3-13.2.4.1钢种淬硬倾向的影响钢种的淬硬倾向主要决定于化学成分、板厚、焊接工艺和冷却 条件等。焊接时，钢种的淬硬倾向越大，越易产生裂

19、纹。16Mn由于其含碳量低，故在淬火时，如冷却速度不是太快，就会得到低碳马 氏体组织，或者是 F+P组织，由于这些组织的硬度不高，因而其淬 硬倾向小。而在冷却速度较快时，就会得到高碳马氏体组织，则有 一定的淬硬倾向，易形成冷裂纹。淬硬倾向对裂纹的影响主要表现 如下：形成淬硬的马氏体马氏体是碳在 a铁中的过饱和固溶体，碳原子以间隙原子存在 于晶格之中，使铁原子偏离平衡位置，晶格发生较大的畸变，致使 组织处于硬化状态。特别是在焊接条件下，近缝区的加热温度很高 (1350-1400C)，使奥氏体晶粒发生严重长大，当快速冷却时，粗大 的奥氏体将转变为粗大的马氏体。从金属的强度理论可以知道，马 氏体是一

20、种脆硬的组织，发生断裂时将消耗较低的能量，因此，焊 接接头有马氏体存在时，裂纹易于形成和扩展。淬硬会形成更多的晶格缺陷金属在热力不平衡的条件下会形成大量的晶格缺陷。这些晶格 缺陷已查明，主要是空位和位错。用透射电镜观察，条状马氏体内 部的亚结构位错密度约为 0.30.9 K012/cm2,随焊接热影响区的热应 变量增加，位错密度也随之增加。在应力和热力不平衡的条件下， 空位和位错都会发生移动和聚集，当它们的浓度达到一定的临界值 后，就会形成裂纹源。在应力的继续作用下，就会不断地发生扩展 而形成宏观的裂纹。3.2.4.2接头中含氢量的影响氢是引起16Mn钢焊接冷裂纹重要因素之一，并且有延迟的特

21、征，因此，在许多文献上把氢引起的延迟裂纹称为“氢致裂纹”或称“氢助裂纹”。现在已明确地认为焊接16Mn钢时，增高焊缝金属 的含氢量是形成冷裂纹的重要原因之一。当焊缝中的含氢量增加到 超过临界值时，便产生冷裂纹，其后随含氢量的增多，则裂纹的数 量和尺寸将逐渐增加。各种情况下，氢含量的临界值Hcr,与焊缝和母材的化学成份及冷却速度有关，随着合金量和冷却速度的增 加，Hcr也将降低。焊接时采取预热可以降低冷却速度，从而降低 了冷裂的倾向。根部裂纹与氢含量关系及根部裂纹与预热温度的关 系见表3-1、3-2。焊接时，焊接材料中的水分、焊件坡口处的铁锈、油污，以及 环境湿度等都是焊缝中富氢的原因。一般情况

22、下母材和焊丝中的氢 量很少，而焊条药皮的水分和空气中的湿气却不能忽视，成为增氢 的主要来源。氢在不同金属组织中的溶解和扩散能力是不同的，氢 在奥氏体中的溶解度远比铁素体中的溶解度大。因此，在焊接时由 奥氏体向铁素体转变时，氢的溶解度发生突然下降。与此同时，氢 的扩散速度恰好相反，由奥氏体向铁素体转变时突然增大。焊接时 在高温作用下，将有大量的氢溶解在熔池中，在随后的冷却和凝固 过程中，由于溶解度的急剧降低，氢极易逸出，但因冷却很快，使 氢来不及逸出而保留在焊缝金属中形成扩散氢，从而导致冷裂纹的 形成。氢气泡逸出的动态过程见图 3-2。图3-2氢气泡逸出的动态过程(左图为焊后10min，右图为焊

23、后60min)哈尔滨理工大学专科生毕业论文表3-1预热温度为160 C时根部裂纹与氢含量关系H crml/iOOg1.42.0 2.63.3裂纹率%10254560表3-2Hcr为1.4时根部裂纹与预热温度的关系预热温度C180160140120100裂纹率%41020501003.2.4.3结构拘束应力的影响研究证明，产生冷裂纹不仅决定于钢种的淬硬倾向和氢的有害 作用，同时还决定于焊接接头的应力状态。大量的试验表明，当含 氢量高时，焊接接头在低应力的条件下便能产生裂纹，而含氢量低 时，则需要在更高的应力下才能产生裂纹，如果此时焊接接头也处 在较低的应力水平时，则在较长的时间内也可产生裂纹。这

24、就是所 谓冷裂具有延迟特征的基本原因，延迟时间的长短与焊接接头的含 氢量、应力大小、应力集中的程度以及钢种的淬硬倾向大小等有 关。焊接接头所承受的应力是比较复杂的：由于局部加热而引起的不均匀的热应力；加热冷却时由于组织转变所产生的相变应力；由于制造因素所引起的附加应力，如焊件的自重、焊件的反 弹性作用、冷却过程中其他焊道的收缩、焊缝的位置和施焊的顺序 以及对焊件的夹紧程度等都会使焊接接头承受不同的应力 0以上焊接接头所承受的这三种应力是任何结构熔焊所不能避免 的，它们都受到被焊工件刚度条件的拘束，故统称为拘束应力。目 前，普遍米用拘束度 (K)综合表示这三种应力的大小，板厚小于 50mm时，拘

25、束度的计算可采用如下公式：K = Ki 5式中Ki表示板厚拘束度系数，N/ (mm2 mm) ； S为板厚 (mm)o长焊缝Ki-400,定位短焊缝Ki-700。因为塔吊拉杆是由 两个槽钢拼焊在一起而成的，所以属于长焊缝，故Ki取400,拉杆壁厚S以5.5mm为例，所以塔吊拉杆的拘束度：K =4005.5 =2200N /(mm mm )用试验方法测定出不产生裂纹的临界拘束度为Kc，则可用以下条件作为评定冷裂纹敏感性的依据：-9 -哈尔滨理工大学专科生毕业论文- -KcaKKyK不产生裂纹；产生裂纹03.3本章小结本章首先简单分析了焊接裂纹的危害，然后说明了16Mn钢中热裂纹、再热裂纹和层状撕

26、裂不会出现的原因，最后详细论述了被 焊钢种的淬硬倾向、焊接接头的含氢量和结构的拘束应力对焊接冷 裂纹的影响。第4章16Mn钢塔吊拉杆焊接冷裂纹防止措施焊制无冷裂纹的焊接接头是一项关键而复杂的技术，他将直接 关系到塔吊拉杆的工作可靠性，对塔吊的安全工作有着至关重要的 作用。为提高塔吊拉杆焊接接头的抗冷裂性，可从焊接冶金和焊接 工艺两方面采取相应的措施。4.1防止16Mn钢焊接冷裂纹的冶金措施16Mn钢含少量的磷，磷对焊缝产生结晶裂纹的危害性较大，应 严格控制焊缝中磷的含量。对于16Mn钢来说，防止其焊接冷裂纹的冶金措施主要是要选择合适的焊接材料，控制氢的含量，获得良 好的焊缝填充金属。4.1.1

27、合理选配焊缝填充金属16Mn钢焊接时，采用熔敷金属强度低于母材的焊接材料，能大 大地提高焊接接头的抗冷裂性。当选用低强度焊接材料时，必然会 提出接头的强度能否满足等强度要求的问题。抗拉强度600MPa焊缝金属和接头拉伸试验结果的对比，对此作了肯定回答。见图4-1。虽然低强度焊缝金属的抗拉强度为 480MPa,即只达到母材标称抗拉 强度的80%，但小尺寸接头抗拉试样的抗拉强度高达550MPa。当宽B低强度 鬱等强度图4-1焊缝金属和接头拉伸试 验结果全焊缝金属拉伸试样 小尺寸接头拉伸试样 宽板接头拉伸试样1-2-3-度为8倍接头板厚的宽板试 样作拉伸试验时，接头的抗 拉强度竟超过了母材的标称 抗

28、拉强度600MPa。这种强化 现象归因于焊缝两侧强度较 高的母材产生了塑性拘束效 应。显然，一个重要前提 是，焊缝金属的强度与母材 强度不能相差太大。接头爆 破试验证明，当焊缝金属强度 与母材强度之比大于0.75时， 即能保证接头的强度。16Mn 钢的抗拉强度为470-620MPa, 所以焊缝金属的最低抗拉强度应为 352MPa。哈尔滨理工大学专科生毕业论文4.1.2严格控制焊缝氢的含量焊缝金属的含氢量与冷裂缝的敏感性有直接关系。严格控制氢 的来源是降氢的重要途径，不论焊接材料是药皮、粉末焊剂、保护 气体或是焊丝，都必须注意去除填充金属中的水分。选择焊接材料 时应选择抗裂性好的低氢焊条（E50

29、16）和碱性焊剂（431），焊丝选择H08MnA、H10MnSi、H10Mn2Si等低氢焊丝。同时，还必须保证防 止氢从外部侵入，即仔细烘干焊条焊剂，注意环境湿度，普通低氢 焊条应在350C，超低氢焊条应在 400450C烘干2h，并应妥善保 存，最好在保温箱内保存，随用随取，以防吸潮。对焊丝与钢板坡 口附近的铁锈，油污等应该仔细清理。对于熔炼焊剂，因为经过高 温熔炼，故含水分较少，焊前一般 250C烘干保温2h即可，烧结焊 剂，特别是粘结焊剂，应制造之后密封存放，开封之后应立即使 用，不能存放过久，否则会吸潮。4.2防止16Mn钢焊接冷裂纹的工艺措施4.2.1拟定合理的焊接参数焊接方法的选择

30、16Mn钢塔吊拉杆焊接方法的选择应根据 16Mn的强度、拉杆的 形状、接头形式、车间现有的设备和产品技术条件的要求等，从接 头的质量和经济性方面作综合的全面考虑。从防止焊接冷裂纹来 看，总是希望采用氢含量最低的那种焊接方法。大量实验清楚的表 明实芯焊丝CO2气体保护焊及A叶CO2混合气体保护焊属于低氢及 超低氢焊接方法。这一方面是因为保护气体中的水分含量很低，且 容易通过预处理去除；另一方面，CO2和Ar+C02混合气体是氧化性 气体，能与氢离子结合成不溶于液态金属的0H根和水蒸气。由于焊缝金属的氢含量很低，这种焊接方法与埋弧焊和焊条电弧焊相 比，可适当降低焊前的预热温度。对于某些构件和施工条

31、件，甚至 可取消焊前的预热。因此，C02气体保护焊和A叶C02混合气体保护 焊对于16Mn钢塔吊拉杆，不失为一种相当经济合理的焊接方法。焊接热输入的确定焊接热输入曾以线能量（KJ/cm）来表征，它决定了焊缝和热影响 区的冷却速度，由此也决定了这些区域的淬硬程度，氢的扩散速度 以及焊接接头的残余应力水平，并最终影响到接头的冷裂倾向。试 验表明，随着焊接热输入的增加，冷却时间以正比关系延长。通过 增加焊接热输入延长热影响区的冷却时间，对提高接头的抗冷裂性 将产生有利的作用。在某些施工条件下，尤其是对于预热设施不足-12 -哈尔滨理工大学专科生毕业论文- -或难以预热的焊件，可利用提高焊接热输入来降

32、低预热温度，甚至 取消焊前预热9。焊接工艺参数的选择在保证焊透的前提下，应选择较小的电流值，l=500A650A。电弧电压影响焊道的熔宽，为增大焊缝形状系数，改善熔池金属的 结晶方向，电压值宜偏大，U=34V37V。焊接速度影响熔池的高温 停留时间和冷却速度。为了充分排除熔池杂质并降低冷却速度，采 用慢速焊接，V=380mm/min。焊接顺序的影响焊接顺序影响到焊接区温度场的分布，接头的残余应力水平和 应力集中程度，其内容包括多道焊缝施焊过程的连续性、焊道层次 的排列、单层焊道最大长度、相互重叠焊道和搭接焊道施焊的间隔 时间。考虑到塔吊拉杆的形状尺寸特性，应注意以下几种焊接顺 序：因为焊缝较短

33、，所以至少应连续焊 2层，组装的拉筋板焊缝 和定位焊缝也不例外；在坡口内焊接填充焊道时，应先焊接靠近坡口侧壁的焊道， 使次层焊道的焊接热对该焊道热影响区产生调质热处理的作用。最 理想的焊接顺序是使焊道彼此重叠，次层焊道的热循环基本上覆盖 了前层焊道的过热区；对于盖面层焊缝，可在最后焊道侧补焊一条回火焊道，待焊 缝冷却后，可将此焊道用砂轮修磨掉。4.2.2焊前准备及预热焊前准备塔吊拉杆的壁厚较厚，坡口应采用气割加工并用砂轮打磨。对 焊缝有要求的受力焊缝应选择X型坡口双面焊，提高焊缝形状系数，坡口角度应大些，以降低结晶裂纹的产生倾向。焊条和焊剂在 使用前要严格烘干，以去除药皮和焊剂中的水分。此外，

34、应清除焊 丝和坡口及两侧母材的锈、油和水，减少氢的来源。焊前预热塔吊拉杆的板厚较大在低温下焊接时，应采取焊前预热，以减 少焊件各部分的温差，降低焊后冷却速度，减少残余应力造成的焊 接裂纹。焊前预热对于防止焊接接头中的焊接裂纹十分重要。对于 塔吊拉杆通常采用局部预热，局部预热区的宽度至少是所用板材壁 厚的6倍，但接头每侧的加热宽度不得小于100mm,预热的时间应延长到焊接作业开始，这样预热才能起到预热的效果，预热的温度则应根据被焊钢种的碳含量和碳当量、接头的拘束度和焊接材料的 氢含量水平等加以正确选定。根据大量的实验结果得出，裂纹指数 Pw与焊接前预热温度之间存在下列关系：T =1440Pw-3

35、92C式中Pw为引用焊接接头拘束度的概念修正后的冷裂纹指数，它 的计算公式为：PW = P cm+丄十上60400其中Pcm M（C 户迴）+叭Mn （Cu ZQ泄）+ 砂（BI%）30201510由表2-1可查得16Mn钢的各元素含量，然后根据第四章拘束度（K）的计算公式求出其拘束度，即可确定 16Mn钢的焊前预热温度。4.2.3后热和消氢处理焊件的后热处理和消氢处理是防止焊接接头冷裂纹的重要手 段，主要用于焊前预热还不足以防止冷裂纹和壁厚高拘束度的接头 中，16Mn钢制的塔吊拉杆壁厚并不太厚，拘束度不是非常大， 16Mn钢的焊接性能也较好。并且这种工艺措施不仅需消耗大量的能 能源，还延长了

36、焊接生产周期，因此在 16Mn钢塔吊拉杆的实际生 产过程中极少能用到1004.3本章小结本章根据16Mn钢塔吊拉杆焊接接头中焊接冷裂纹的特点，在 冶金和工艺两个方面对其提出了切实而可行的防止措施。冶金方面 主要包括合理选择焊缝金属和严格控制氢的含量；工艺方面则主要 包括拟定合理的焊接参数、焊前处理和焊后处理第5章16Mn钢塔吊拉杆焊件的质量检测方法对16Mn钢焊接裂纹的检测方法有很多种，但是随着技术的发 展，由于射线检测和超声波检测具有其特有的优点，正在逐步发展 成为应用最为广泛的检测方法。5.1射线探伤射线探伤的方法是利用 X射线、丫射线，它们都是波长很短的 电磁波，习惯上统称为光子。 X射

37、线的波长为0.0010.1mm, 丫射线 的波长为0.00030.1mmo X射线是具有一定能量的高速运动着的电 子，突然被阻止时，伴随电子动能的消失或转化而产生。丫射线是由放射性物质内部原子核的衰变过程产生的。高能 X射线是指射线能 量在1MeV以上的X射线。高能X射线除具有一般的X射线的性 质外，由于其能量很大，因此有不同于一般的X射线，其特性主要表现为：穿透力、灵敏度、透照幅度。丫射线的性质与X射线相似，由于其波长比X射线短，因而射线能量高，具有更大的穿透 力。射线探伤的主要方法：按其显示缺陷的方法不同，可分为射线 照相法探伤、射线荧光屏观察法探伤、射线实时成像法探伤和计算 机断层扫描技

38、术等。底片上裂纹的典型影像是轮廓分明的黑线。其细节特征包括：线 有微小的锯齿，有分叉，粗细和黑度有时有变化，线的端部尖细， 端头前方有时有丝状阴影延伸，如图5-1所示11 o图5-1 （从左往右依次为根部裂纹、横向裂纹、中心裂纹）5.2超声波探伤超声波探伤是利用超声波在物体中的传播、反射和衰减等物理 特性来发现缺陷的一种无损检测方法。主要用于检测金属材料和非 金属材料的内部缺陷。超声波探伤具有成本低、操作方便、检测厚 度大、对人和环境无害等突出优点，但也存在诸如探伤不直观、难 以确定缺陷的性质、评定结果在很大程度上受操作着技术水平和经 验的影响及不能给出永久性记录等缺点。超声波探伤时，裂纹的表

39、现特征为：缺陷回波高度大，波幅 宽，常出现多峰。探头平移时，反射波连续出现，波幅有变动；探 头转动时，波峰有上、下错动现象。521探头的选择探头的选择包括探头形式、频率、晶片尺寸和斜探头K值的选择等。探头形式的选择一般根据工件的形状和可能出现缺陷的部位、方向等条件来选 择探头的形式，使声束轴线尽量与缺陷垂直。直探头主要用于探测 与探测面平行的缺陷，斜探头主要用于探测与探测面成一定角度的 缺陷。所以在检测16Mn钢冷裂纹时应选择斜探头。探头晶片尺寸的选择晶片尺寸大，声束指向性好，能量大且集中，对检测有利。但 同时，又会使近场区长度增加，对检测不利。实际检测中，检测大 厚度工件或检测面积大的工件，

40、为发现远距离的缺陷及提高检测效 率，常用大晶片探头；而对于薄工件或表面曲率较大的工件检测， 宜选用小晶片探头。由于塔吊拉杆的壁厚并不太大，所以应选用小 晶片探头。频率的选择频率是制定检测工艺的重要参数之一。频率高，检测灵敏度和 分辨力均提高，声束指向性好，这些对检测有利。但同时，频率高 又使近场区长度增大，衰减大，且频率高对工件表面粗糙度要求亦 高，这些对检测不利。实际检测中，检测频率的选择应根据工件的 技术要求、材料状态及表面粗糙度等因素综合加以考虑。一般在保 证检测灵敏度的前提下尽可能选用较低的频率。16Mn钢的焊接裂纹晶粒较为细小，宜选用较高频率，常用 2.55.0MHz。探头K值的选择

41、当工件厚度较小时，应选用较大的 K值，以便增加一次波的声程，避免近场区检测。当工件厚度较大时，应选择较小的K值，以减少声程过大引起的衰减，便于发现深度较大处的缺陷。因为塔吊 拉杆的壁厚较小所以应该选择较大的 K值。522耦合剂的选择在探头与工件表面之间施加的一层透声介质称为耦合剂。耦合 剂的作用之一是排除探头与工件之间的空气，使超声波能有效地进 入塔吊拉杆的焊接接头中，之二是减少探头的摩擦，达到检测的目 的。超声波检测中常用的耦合剂有机油、甘油、水、化学浆糊等。 由于机油的黏度、流动性、附着力适当，对工件无腐蚀，价格也不 贵，因此在16Mn钢塔吊拉杆焊接接头冷裂纹的超声波检测中采用 机油作为耦

42、合剂。5.2.3检测仪的调节在实际检测中，为了在确定的探测范围内发现规定大小的缺 陷，并对缺陷定位和定量，就必须在探测前调解好仪器的扫描速度 和灵敏度。扫描速度的调节仪器示波屏上时基扫描线的水平刻度值T与实际声程X的比例关系，即1：/=1： n称为扫描速度。检测前必须调节扫描速度，以便 在规定范围内发现缺陷并对缺陷定位。斜探头检测时扫描速度的调 节方法有声程、水平、深度三种方法。塔吊拉杆一般厚度不是很 大，所以通常采用水平调节法。水平调节法是使示波屏水平刻度值T与缺陷的水平距离I成比例，即T：l =1：n，这时示波器水平刻度值 直接显示缺陷的水平投影距离。检测灵敏度的调节检测灵敏度是指在确定的

43、探测范围内发现规定大小缺陷的能 力。一般根据产品技术要求或有关标准确定。可通过调节仪器上的“增益”、“衰减器”等灵敏度旋钮来实现。调整检测灵敏度的目的 在于发现工件中规定大小的缺陷，并对缺陷定量。灵敏度太低，容 易漏检，灵敏度太高，示波屏上杂波多，对缺陷的判定困难。调整检测灵敏度的常用方法有试块调整法和工件底波调整法两 种。在对16Mn钢塔吊拉杆焊缝检测时一般采用试块调整法，它是 根据工件对灵敏度的要求选择相应的试块，将探头对准试块上的人 工缺陷，调整仪器上的有关灵敏度按钮，使示波屏上人工缺陷的最 高回波达基准波高，这时灵敏度就调好了。5.2.4缺陷位置的测定测定缺陷在工件中的位置称为缺陷定位

44、。一般可根据示波屏上 缺陷波的水平刻度值与扫描速度来对缺陷进行定位。斜探头检测法 分为直射法和一次波反射法。直射法为超声波不经底面反射而直接 对准缺陷的检测方法；一次波反射法为声波只在底面反射一次而对 准缺陷的检测方法。用斜探头检测时，缺陷在探头前方下面，其位 置可用射入点至缺陷的水平距离If和缺陷到检测面的垂直距离 df两 个参数来描述，如图5-2所示。由于16Mn钢塔吊拉杆检测时按水平 调节扫描速度，直射法检测时，缺陷在工件中的水平距离If和深度df为nTfdf =K一次反射法检测时，缺陷在工件中的水平距离 If和深度df为If = nfndf F-K式中If缺陷在工件中的水平距离，mm； df缺陷在工件中的深度，mm ； T缺陷波前沿所对水平刻度值； n检测仪调节比例系数； L检测厚度，mm； K 探头K值。1JS,41II0.5S1.5S