课程设计**（说明书）
课程：焊接工艺学课程设计。
题目：16mn钢焊接性试验设计。
院、 系： 材化学院
学科专业： 金属材料工程
学生： 李博
学号： 110306106
校对： 刘庆
指导教师： 王喜锋
2024年 11月。
目录。1．前言 - 1 -
2.焊接工艺 - 1 -
2.1 16mn的焊接特点 - 1 -
2.2 焊接方法及焊丝的确定 - 2 -
2.3 焊接接头、坡口及焊缝位置确定 - 2 -
2.3.1 焊接接头确定 - 2 -
2.3.2 坡口类型选择 - 2 -
2.3.3 焊缝的位置 - 2 -
2.4 焊接条件 - 3 -
3.焊后检测 - 4 -
3.1 无损检测 - 4 -
3.1.1 焊缝外观检验 - 4 -
3.1.2 x射线检测 - 4 -
3.2 焊接接头综合力学性能试验 - 4 -
4.总结 - 4 -
4.1 16mn焊接性分析 - 4 -
4.1.1 裂纹问题 - 5 -
4.1.2脆化问题 - 6 -
参考文献 - 6 -
16mn钢是具有高强度、高韧性和耐腐蚀等优良特性的低合金高强钢，是我国低合金高强钢中用量最多、产量最大的钢种，广泛用于制造桥梁、船舶、车辆、锅炉、高压容器、输油输气管道、大型钢结构等。鉴于16mn钢在我国工业和国民经济建设中的重要性，而16mn钢的焊接又是16mn钢应用中必不可少的一道工艺技术，因此16mn钢的焊接工艺规程进行研究设计对实践应用意义重大。其化学成分见：
表1.1，其机械性能见：表1.
2。表1.1 16mn的化学成分。
表1.2 16mn的机械性能。
本实验主要通过手工电弧焊对厚度为4mm的16mn板材进行焊接，对其焊接性及焊接特点进行探索，根据国家的一系列标准对其制定出与之适应的实验方案及流程，进而分析16mn的焊接性能。
16mn钢是在q235钢基础上加入约1％的锰，使屈服点提高了35％左右。16mn钢淬硬倾向比q235钢稍大些，在低温下或在大刚性、大厚度结构上进行小工艺参数、小焊道的焊接时，就有可能出现淬硬组织或裂纹。因此，大厚度、低温条件下焊接时应进行适当的预热。
16mn可采用手工电弧焊、埋弧自动焊、二氧化碳气体保护焊等焊接方法。由16mn钢的冷裂纹倾向较大，应选用低氢型的焊接材料，同时考虑到焊接接头应与母材等强度的原则，选用e5015型电焊条。焊条按说明书的要求烘焙后，放入保温桶内，随用随取。
酸性焊条与碱性焊条不准混杂使用。
焊条化学成分见表（%）
表2.2.1 16mn焊接材料的选用。
a 接头形式：对接接头、角接接头、t字形接头、搭接接头。
b 接头形式确定：由于此次实验是板材焊接，一般采用对接接头。
坡口类型主要有i形、v形、u形和x形等。i形坡口主要用于厚度为1mm--6mm钢板的焊接；v形坡口主要用于厚度为3mm--26mm钢板的焊件；u形坡口主要用于厚度为20mm--60mm钢板的焊接；x形坡口主要用于厚度为12mm--60mm钢板的焊接。此次实验是厚度为4mm钢板的焊接，故采v形坡口采用60°坡口角度，坡口间隙2mm。
须便于装配和施焊，焊缝位置必须具有足够的操作空间以满足焊接时运条的需要；要有利于减少焊接应力与变形，尽量减少焊缝数量，简化焊接工艺和提高结构的强度和刚度。同时，焊缝布置应尽可能对称布置，以减小变形；焊缝的布置应避免密集、交叉，焊缝交叉或过分集中会造成接头部位过热，增大热影响区，使组织恶化，性能严重下降。两条焊缝间距一般要求大于3倍板厚；要便于焊接和检验。
1）焊接设备：ws7-400手工电弧焊焊机，采用直流反接。
2）焊件：16mn钢板两块，每块板件长×宽×厚为115㎜×40㎜×4 mm。
3）焊接材料：e5015型电焊条，直径为4mm。焊条焊前经450℃烘干，保温1～2h后放在焊条保温筒内，随用随取。
焊条直径与工件厚度之间关系的参考数据，见表2.4.1。
表2.4.1 焊条直径与工件厚度的关系
4）焊接工艺参数见：表2.4.2。
表2.4.2 焊接参数。
5） 焊前接头清洁要求：在坡口或焊接处两侧30mm范围内影响焊缝质量的毛刺，油污，水，铁锈等脏物及氧化皮，必须清洁干净。
6）进行焊接操作。
所有焊缝全部进行检查，主要发现焊缝外形尺寸上的偏差、焊缝表面的缺陷及焊后的清理情况。
1）焊缝不允许低于工件表面及裂缝，未熔合等缺陷存在。
2）全部焊接缺陷允许进行修补，修补后应打磨光顺。
原理：x射线照相法探伤是利用x射线在物资中的衰减规律和射线能使某些物质产生荧光、光化作用的特点，将射线穿过被探工件照射到x射线胶片上使胶片感光，再经过暗室处理，得到反映工件内部情况的照相底片，利用这种底片在强光灯上分析，从而判断被探工件内部质量。
1）拉伸试验：按gb/t2651-2008进行。
2）弯曲试验：按gb/t2653-2008进行。
3）宏观金相检验：按gb/t19869.1-2005进行，使用4%的硝酸酒精溶液作腐蚀液，检验焊接接头的裂纹和焊接缺陷。
材料的焊接性和材料的其他性能一样，主要取决于它的化学成分，并随着刚才强度级别和合金元素的改变而发生变化。通常包括两方面内容：其一是结合性能，即在一定焊接工艺条件下，一定的金属对形成焊接缺陷的敏感性，对于16mn，主要是裂纹问题；其二是使用性能即在一定焊接工艺条件下，金属焊接接头对使用要求的适应性，对于16mn，主要是脆化问题。
16mn钢含碳量少，含锰量多，它主要是通过合金元素的固溶强化来获得高的强度，由于其塑性好，因而常在热轧条件下供货，其组织为铁素体和珠光体。
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。
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。
冷裂纹： 16mn淬硬倾向，由于其含碳量低，故在淬火时，冷却速度不是太快，就会得到低碳马氏体组织，或是铁素体（f）+珠光体（p）组织，这些组织硬度不高，其淬硬倾向小，只有在冷却速度快时，才会的到高碳马氏体，则有一定的淬硬性。含氢量焊接时，焊缝中的氢主要**于焊接材料中的水分、焊接破口中铁锈、油污、以及环境中的湿度等。
对于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，大部分氢会从焊缝中扩散逸出；同时，焊缝冷却时，其组织向铁素体转变，溶解度降低，又有部分氢逸出。因而到最后，焊缝中的残余氢量就不足以形成冷裂纹。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所形成的的应力。
拘束度与板厚有关，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，冷却速度适当的条件下是不会出现冷裂纹的，只有在板厚（40mm以上）太大，冷却速度较快的条件下，才会出现冷裂纹倾向，不够我们可以通过焊前适当的预热等措施来预防。
再热裂纹：从钢材的化学成分考虑，由于热轧钢中不含强碳化物形成元素，因此对再热裂纹不敏感，而且还可以通过提高预热温度和焊后立即后热等措施来防止再热裂纹的产生。
过热区脆化：热轧钢焊接时近缝区中被加热到100℃以上粗晶区，易产生晶粒长大现象，是焊接接头中塑性最差的部位，往往会承受不住应力的作用而破坏。防止过热区脆化的措施是提高冷却速度，尤其是提高奥氏体最小稳定性范围内的冷却速度，缩短在这一温度区间停留时间，减少或防止奥氏体组织的出现，以提高钢的冲击韧度，而且为防止过热区粗晶脆化，也不宜采用过大线能量。
热应变脆化：热应变脆化是由于焊接过程中热应力产生塑性变形使位错增殖，同时诱发氮碳原子快速扩散聚集在位错区，出现热应变脆化。16mn这类钢具有一定得热应变脆化倾向，焊接时消除热应变脆化的有效措施是焊后退火处理。
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