400t水泥罐焊接工艺技艺---16Mn---手工电弧焊+埋弧自动焊.doc
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第1章 绪 论1.1 焊接结构的概论 400吨水泥罐，罐体纵焊缝和环焊缝的焊接工艺材质为16Mn 图1.1 罐体结构示意图1.2 焊接方法的选择 如图纵焊缝用埋弧焊水平位置焊接环焊缝用悬挂式埋弧焊机焊接 通常来讲，厚板环焊缝和长度较长的纵焊缝多采用埋弧焊进行焊接罐体支架等部位多采用手工电弧焊进行焊接下面是对埋弧焊和手工电弧焊的一些介绍：1.2.1 埋弧焊原理及应用1 、 埋弧焊工作原理埋弧焊是以连续送进的焊丝作为电极和填充金属焊接时，在焊接区域的上面覆盖一层颗粒状焊剂，电弧在焊剂层下面燃烧，将焊丝端部和局部母材熔化形成焊缝埋弧焊机结构如图1-2所示31 图1.2 埋弧焊示意图型号 MZ-1000 电源电压 380V 50Hz 次级受载电压 初级 69～86V 焊接电流 400～1200A 焊丝直径 3～6mm 焊丝输送速度（电弧电压 30 伏时） 0.5～2m/min 焊接速度 15～70m/h 自动焊机装置 可移式 焊机头以小车垂直轴可旋转 ±90° 焊机头横向位移 0～60mm 焊机头在焊缝垂直面上的向前倾斜角 45 ° 焊机头在焊缝垂直面上的侧面倾斜角 45 ° 焊机头在垂直方向的位移 65mm 焊接电流的调节方法 远距离控制 焊缝平面的最大允许倾斜角 10 ° 焊丝盘可容纳焊丝重量 12kg 焊剂斗可容纳焊剂容量 12L 焊车重量 （不包括焊丝及焊剂） 65kg BX2-1000 型焊接变压器 初级电压 380V 50Hz 1 额定负载持续率 60% 额定输入容量 76KVA 额定初级电流 196A 额定焊接电流 1000A 次级空载电压 69-78V 额定工作电压 44V 重量 560kg MZ-1000 自动埋弧焊机系熔剂层下自动焊接的设备，它配用交流焊机作为电弧电源，它适用于水平位置或与水平位置倾斜不大于10度的各种有、无坡口的对接焊缝、搭接焊缝和角焊缝。
与普通手工弧焊相比，具有生产效率高、焊缝质量好，节省焊接材料和电能，焊接变形小及改善劳动条件等突出优点 焊剂的作用：埋弧焊焊剂的作用与焊条药皮相似，埋弧焊过程中，熔化焊剂产生的渣和气，一方面可以保护焊缝金属，防止空气污染；另一方面还可以起到脱氧和掺合金的作用，与焊丝配合改善焊缝金属的化学成分和力学性能；再则还可以使焊缝金属缓慢冷却1 、 埋弧焊的特点 （1）埋弧焊的主要优点1）所用的焊接电流大，比手工电弧焊要大4～6倍，具体比较如表1-3所示加上焊剂和熔渣的隔热作用，热效率较高，熔深大，工件的坡口可小一点，减少了填充金属量单丝埋弧焊在工件不开坡口的情况下，一次可熔透20㎜；表1.1 焊条电弧焊与埋弧焊的焊接电流、电流密度比较焊条（焊丝）直径（mm）焊条电弧埋弧焊焊接电流（A）电流密度（A/mm2）焊接电流（A）电流密度（A/mm2）250～6516～25200～40063～125380～13011～18350～60050～854125～20010～16500～80040～635190～25010～18700～100030～502）由于焊接电流大，所以焊接速度就可以快，以厚度8～10㎜的钢板对接焊为例，单丝埋弧焊速度可达50～80㎝/min，而手工电弧焊则不超过10～13㎝/min；3）焊剂的存在不仅能隔开熔化金属与空气的接触，而且使熔池的金属凝固变慢，液体金属与熔化的焊剂间有较多时间进行冶金反应，使焊缝中气孔与裂纹等可能的缺陷减少，焊剂还可以向焊缝金属补充一些合金元素，提高焊缝金属的力学性能；4）在有风的环境中焊接时，埋弧焊的保护效果比其它电弧焊方法好；5）在自动焊时，焊接行走速度、焊丝的送进速度及电流大小等焊接参数可通过自动调节保持稳定，减少了焊接质量对焊工技术水平的依赖程度；6）劳动条件较好，没有电弧光辐射。
2）埋弧焊的主要缺点1） 由于采用颗粒状焊剂进行保护，故一般只适用于平焊和角焊位置；2） 不能直接观察电弧与坡口的相对位置，需要采用焊缝自动跟踪装置，否则容易焊偏；3） 埋弧焊使用电流较大，电弧的电场强度较高，电流小于100A时电弧稳定性较差，因此不适于焊厚度小于1㎜的薄板1.2.2 埋弧焊的应用由于埋弧焊熔深大、生产率高、机械化操作的程度高，因而适于焊接中厚板结构的长焊缝在造船、锅炉与压力容器、桥梁、起重机械、铁路车辆、工程机械、重型机械、冶金机械、核电站结构、海洋钻探、重武器制造等各种部门有着广泛的应用，也是当今焊接生产中最普遍使用的焊接方法之一随着焊接冶金技术和焊接材料生产的发展，埋弧焊已广泛应用于碳钢、低合金结构钢和不锈钢的焊接由于熔渣可以降低接头的冷却速度，故某些高强度结构钢、高碳钢等也可采用埋弧焊 1.2.3 手工电弧焊的特点： 设备简单，可用成本较低的交流或直流焊接电源1）.灵活方便，可用焊接各种位置、各种厚度和形状的焊件2）.焊条品种齐全，可供焊接不同的钢材选用3）.焊接质量主要取决于焊工的熟练程度和焊条的质量1.3 母材的化学成分及焊接性 所选母材为16Mn，属于热轧钢，其组织为铁素体+珠光体，主要通过Mn，Si的固溶强化作用提高强度。
1.3.1 16Mn力学性能 表1.2 16Mn力学性能牌号拉力强度MPa屈服点MPa伸长率(%)16Mn490-67032021 由表1.2可知，16Mn韧性和塑性较好，具有良好的加工性1.3.2 16Mn的化学性能 表1.3 16Mn的化学成分牌号化学成分(质量分数)(%)CSiMnP≤S≤CrMoV16Mn0.12-0.200.20-0.601.20-1.600.0300.030---1.3.3 16Mn的焊接性分析 ㈠ 焊接裂纹（1）焊接冷裂纹大量的生产实践和理论研究表明钢种的淬硬倾向一定的含氢量和足够的拘束应力是焊接时产生冷裂纹的三大主要因素下面也从这三方面分析16Mn的冷裂纹倾向①淬硬倾向 16Mn由于其含碳量低，故在淬硬时，如冷却速度不是太快，就会得到低碳马氏体组织，或者是铁素体+珠光体组织，由于这些组织硬度不高，因而其淬硬倾向小，只有在冷却速度较快时，才会得到高碳马氏体组织，则有一定的淬硬倾向②含氢量 焊接时，焊缝中的氢主要来源于焊接材料中的水分、焊件坡口处的铁锈、油污以及环境湿度等对16Mn来说，只要板厚不太大且冷却速度控制得当，由于焊接温度高，增强了氢的活动能力，使大部分氢会从焊缝中扩散逸出；同时，当焊缝冷却时，其组织会从奥氏体向铁素体转变，由于氢在奥氏体中的溶解度大大高于在铁素体中的溶解度，又会有部分氢逸出。
因而到最后，焊缝中的残余氢量就不足于形成冷裂纹③拘束应力 焊接时，焊缝中的应力主要包括热应力、组织应力和由于自身拘束条件所造成的应力目前，普遍采用拘束度（R）综合表达这三种应力的大小，拘束度的计算可采用如下公式：R=K1式中：1---板厚拘束度系数，N/(㎜2.㎜)； --板厚，mm.由上式可见，拘束度与材料板厚有很的关系，板厚越大，所造成的拘束度也越大，则拘束应力也就越大，因而我们只要选择合适的板厚，就可以控制拘束应力综上所述，16Mn钢在板厚不是太大，冷却速度适当的情况下是不会出现冷裂纹的，只有在板厚（40mm以上）太大、冷却速度较快的情况下，才会出现冷裂纹倾向，不过，我们可以通过焊前适当预热等措施来预防2）焊接热裂纹 焊接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，有低熔点物质所形成的也太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2-3得知，16Mn含碳量低，含锰量高，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）消除应力裂纹（再热裂纹）再热裂纹是由于钢中含有Mo、Cr、V、Nb等强碳化物形成元素，以及存在一定的残余应力，并在焊后再次进行加热的情况下产生的。
由表2-3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4）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紧与冶炼、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以下就不容易产生层状撕裂；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，所以我们只要控制其板材厚度与选择合适焊接工艺，层次撕裂是可以减少或避免的㈡ 脆化问题（1）过热区脆化过热区脆化主要产生在被加热到1100℃以上区域它的产生原因与钢材成分及强化方式有关对16Mn钢来说，当碳含量偏于下限（0.12%～0.14%）时，由于其本身含碳量少，又是通过固溶强化方式来获得较好的强度和韧性的，因而其脆化倾向小只有当焊接线能量过大时，会导致过热区奥氏体晶粒严重粗化，冷却时产生魏氏组织，这时才会出现脆化现象而当含碳量偏于上限（0.2%）时，此时不仅线能量过大会因此形成魏氏组织而脆化因而只要我们控制16Mn钢的成分与线能量，其过热区脆化也是可以减少或避免的。
2）热应变脆化一般认为热应变脆化发生于一些固溶氮含量高的低碳钢和强度级别不高的低合金钢中，主要是由于氮，碳原子聚集在位错周围，对位错造成钉扎作用引起的，特别易于在200～400℃加热温度范围内的亚临界热影响区产生，如焊前已经存在缺口时，这种脆化就变得更加严重对于16Mn来说，其本身含有一定的固溶氮，化学成分中又没有强氮化物形成元素可与氮结合为氮化物，。
