西安工大焊接工艺课程设计报告

XI`AN TECHNOLOGICAL UNIVERSITY 课程设计报告

2017年1月5日

课程名称：焊接工艺课程设计

西安工业大学课程设计任务书

院（系）：材化学院专业：金属材料工程班级：邓紫棋学生姓名：邓紫棋

一、课程设计题目： 13MnNiMoNbR钢焊接工艺评定实验

二、课程设计工作自 2016 年 12 月 26 日起至 2017年 1 月 6 日止

三、课程设计进行地点：教1-102

四、课程设计的内容：

1、课题背景和意义：掌握焊接工艺评定试验方案制定基本内容及方法

2、设计的主要内容及技术指标：（1）详细工艺方案制定

（2）焊接参数

（3）相关工艺措施

3、设计的基本要求及进度安排：

（1）12月26日焊接设计主要内容及方法，进度安排（4课时）

(2) 12月26日～1月1日查找资料，独立完成方案，老师答疑。

（3）1月2日～1月6日详细设计及撰写论文（说明书）

（4）1月6日答辩

4、课程设计（报告）的工作量要求：

①论文字数： 2000～5000

②参考文献篇数：5

5、参考文献书名或期刊、期号：《焊接手册》1～3卷机械工业出版社，2001

《焊接数据资料手册》北京：机械工业出版社，1994

韩文亚，《13MnNiMoNbR》埋弧焊焊缝性能研究》，电焊机，2013.06

田文珍，《压力容器高强钢焊接工艺研究》，焊接技术，2002，02

王淑华，《13MnNiMoNbR高强钢的焊接》，焊工之友，2008.06

指导教师：邓紫棋

学生签名：邓紫棋

题目：13MnNiMoNbR钢焊接工艺评定设计

1前言

13MnNiMoNbR钢强度级别较高，且产品母材较厚，焊接性能较差，焊接时容易产生缺陷。为保证产品的顺利制造，避免焊接裂纹的产生，制定合理的焊接工艺就显得格外重要。本实验主要探索13MnNiMoNbR在选用H10Mn2NiMoA焊丝匹配SJ101 焊剂条件下的埋弧焊。在焊接试验中先进行了13MnNiMoNbR的焊接性及焊接特点分析，进而根据实验板材厚度确定坡口类型、焊接电流、焊接电压等。

2 13MnNiMoNbR钢焊接性及焊接特点

2.1 13MnNiMoNbR 概述及性能特点

实验材料13MnNiMoNbR是中低温压力容器用钢板，广泛应用于石油、化工、电站,锅炉等行业,用于制作反应器、换热器、分离器、球罐、油气罐、液化气罐、核能反应堆压力壳、锅炉汽包、液化石油气瓶、水电站高压水管、水轮涡壳等设备及构件。其化学成分如表1，其机械性能如表2。

表1 13MnNiMoNbR的化学成分

表2 13MnNiMoNbR常温下的机械性能

2.2 13MnNiMoNbR的焊接性分析

按照国际焊接学会碳当量计算公式计算出13MnNiMoNbR钢的碳当量为0.573%。这说明13MnNiMoNbR钢仍具有一定的冷裂倾向,需要采取必要的工艺措施，从13MnNiMoNbR钢焊接连续转变图(CCT图)可知,其过热区易形成贝氏体或马氏体组织。随着焊接周期的增大,13MnNiMoNbR钢过热区奥氏体转变的主要组织为贝氏体,可见应该在焊接工艺中采取预热、后热等工艺措施。

3焊接工艺设计

3.1 焊接方法及焊丝的确定

对13MnNiMoNbR高强度钢，选用H10Mn2NiMoA焊丝匹配 SJ101 焊剂条件下的埋弧焊。焊丝成分如表3。

表3 焊丝成分

3.2焊接接头、坡口及焊缝位置确定

3.2.1焊接接头确定

接头形式一般有对接接头、角接接头及T字形接头、搭接接头。如下图1：

图1

由于板厚仅10mm，故本实验采取对接接头。

3.2.2坡口类型选择：

坡口类型主要有I形、V形、Y形、U形和X形等。V形坡口主要用于厚度为6 mm-30mm钢板的焊件，该坡口加工方便；由于此次实验选用板厚为10mm，所以选择开V形坡口。

3.2.3 焊缝的位置：

为便于装配和施焊，两条焊缝间距一般要求大于3倍板厚.

3.3焊接规范

进行埋弧焊时，焊接电流为550~600 A，电弧电压为30~32 V，焊接速度为40~45cm/min。

4 13MnNiMoNbR钢焊接工艺评定

4.1无损检测

4.1.1 焊缝外观检验

1，焊缝外形尺寸的检查钢结构焊缝的外形尺寸是保证接头强度和质量的重要指标；焊缝的外观成形、焊缝的宽度及余高、焊缝的宽度差、焊缝的直线度、焊缝表面凹凸差等都影响着焊缝的尺寸要求。

2，焊缝缺欠的检查进行外观检查前，必须将焊缝附近母材上所有的飞溅及其它污物清理干净。在清除熔渣时，要注意熔渣的覆盖情况及分布。由这两种情况基本能确定缺欠的位置及性质。所有的焊缝及热影响区附近应无裂纹、焊瘤、夹渣等缺欠，气孔、咬边应符合相关规定，尤其是多层多道焊根部焊道的外观检查尤为重要。对于低合金高强钢焊缝，外观检查常需要进行两次，即焊后检查一次，经15-30天以后再检查一次，目的在于检查是否产生延迟裂纹。对于未填满的弧坑也应特别注意仔细检查，以发现可能出现的弧坑裂纹。

4.1.2 表面裂纹检验

此次试件表面裂纹检查采用渗透检测。其原理是：零件表面被施加含有荧光染料或着色染料的渗透液后，在毛细管作用下，经过一定时间的渗透，渗透液可以渗进表面开口缺陷中；经去除零件表面多余的渗透液和干燥后；再在零件表面施加显象剂；同样，在毛细管作用下，显象剂将吸引缺陷中的渗透液，即渗透液回渗到显象剂中；在一定的光源下（黑光或白光），缺陷处的渗透液痕迹被显示（黄绿色荧光或红色），从而探测出缺陷的形貌及分布状态。

4.1.3 射线检测

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。验收标准为JB/T4730-2005 II级。

4.2焊接接头综合力学性能试样制备

按照此前的焊接方法焊接材料制取焊接板材试样，对焊接试板试样进行必要的处理，对焊接试样进行划分，具体划分位置如图2，按照图中的划分进行焊接力学性能评定分析。

图2

板材大小为44mm*30mm*10mm(除去表层毛边，平整光滑后的尺寸)。长度方向上首末两端舍弃，侧弯试样大小为80mm*20mm*10mm，由于整个板材宽度为30mm，所以截下的试样用砂轮进行表面打磨，使得宽度变为20mm。同法取冲击试样，弯曲试样，硬度试样，金相试样，拉伸试样。

4.3焊接接头综合力学性能试验

4.3.1拉伸试验

按照标准要求，需要做两个横向拉伸，根据标准上的位置取样制样，按照GB/T228规定的方法试验。

4.3.2 弯曲试验

按照标准要求，需要做四个测弯试验，根据标准上的位置取样制样，按照标准GB/T2653-2008进行试验。

（1）试样的余高以机械方法去除，保持母材原始表面，咬边和缺口不能去除。（2）横向侧弯表面存在缺陷时，应以较严重一侧为拉伸面。

（3）影响弯曲试验的三个主要因素是：试样的宽与厚之比，弯曲角度和弯轴直径。（4）试样弯曲到规定角度后，每片试样的拉伸面上，在焊缝和热影响区内任何方向上都不得有长度超过3mm的开裂缺陷，棱角上的裂纹除外，但由于夹渣或其他内部缺陷所造成的开裂应计入。

4.3.3 冲击试验

冲击试验分别取六组试样，焊缝、热影响区、母材分为三组，按GB/T2650-2008分别做冲击试验。

4.3.4熔敷金属试验

对埋弧焊所形成的焊缝分别做在200℃，350℃，370℃温度条件下的熔敷金属试验。

4.3.5硬度试验

按GB/T2654-2008进行，从焊缝到母材区依次打取硬度HRB，每个区域打两个硬度，算出各区域HRB的平均值，与标准值作比较看硬度是否达到标准。

4.3.6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，在金相显微镜下进行观察检验。

参考文献：

1.李亚江，《焊接冶金学》，机械工业出版社，2006.10；

2.王淑华，《13MnNiMoNbR高强钢的焊接》，焊工之友2008.06

3.赵红标，《高强压力容器用钢13MnNiMoNbR焊接工艺研究》，压力容器2001.9

4.田文珍，《压力容器高强钢焊接工艺研究》，焊接技术，2002.02

5.韩文亚，《13MnNiMoNbR埋弧焊焊缝性能的研究》，电焊机，2013.06