厚壁容器制造工艺特点.docx

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1、河南机电高等专科学校毕业论文目 录1 绪 论12 16MnR钢的组织性能和焊接性22.116MnR钢的简介22.216MnR钢的组织性能22.316MnR钢的焊接性32.4材料介绍43 16MnR钢焊接过程中存在的问题及产生的原因73.116MnR钢的焊接裂纹主要是冷裂纹。73.2消除应力裂纹83.3结晶裂纹83.4层状撕裂93.5热影响区性能的变化103.6影响低碳钢焊接性的其他因素104 制定焊接工艺及填写焊接工艺卡片124.1编制焊接工艺124.1.1接头与坡口的设计124.1.2坡口制备134.1.3焊接方法的选择134.1.4焊材的选用134.1.4焊接工艺参数144.1.5 焊接顺

2、序154.1.6 焊前预热154.1.7 焊后热处理164.1.8 焊后检验175 焊接性试验185.1 母材的化学成分分析1852 焊缝成分分析1953 焊缝断口分析19531 宏观分析20532 微观分析20532结果分析22533夹杂物引起焊缝冲击值偏低的机理分析22534 夹杂物的形成机理235.5总结236 焊接工艺评定25结 论26致 谢27参考文献28261 绪 论近几年，许多工程和成套设备中，会遇到较多厚板焊接结构件的制作，例如钢厂台上设备中的回转台、轧制线上的大型梁、柱，锻压设备中横梁、滑块、工作台等，大量的板厚都在100300之间，材质为16MnR或Q235，这些厚板结构件

3、现场使用环境恶劣，要承受很大的冲击载荷，有的工作环境温度较高，还要求承受一定的热疲劳。为了提高经济效益，加强生产进度以及降低成本，通过分析和研究焊接方法和工艺。厚板焊接可以采用的焊接方法有很多。CO2 气保焊、电渣焊、窄间隙焊，还有埋弧自动焊等等。电渣焊虽然焊接效率高，但是其焊缝金属晶粒粗大，焊接接头容易脆化，因此在质量上难以满足要求 。窄间隙焊使用设备复杂，对装配质量要求高，对焊工素质、工艺要求严格，其变形控制量难以掌握。埋弧自动焊在打底层焊接上存在清渣较难，焊前准备工作时间较长，焊接过程中焊缝对中难度大，,而且对平位置、长直焊缝才能体现它的高效率 。对于形状复杂的焊缝，需要全位置焊接的焊缝

4、，埋弧自动焊无法施焊 。CO2焊由于熔池小、热影响区窄，因此焊后工件变形小，焊缝质量好，并且焊道整齐，焊道接头少。焊丝熔化速度快，生产效率高(焊接速度一般大于30m/h),操作简单，成本较低，并且二氧化碳气体来源广，价格低 。另外，因其为明弧焊可以看清电弧和熔池情况，便于掌握和调整，并且抗氢气孔能力强，对油锈敏感低，操作性能非常强。16MnR钢是我国目前制造压力容器中采用最多的钢号。最常用于制造中低压的压力容器中、型的高压容器，特别是广泛用于制造液化石油气、天然气、液氨、氧气、氮气等球形储罐。16MnR具有良好的机械性能、可焊性和加工工艺性能。一般认为16MnR钢是屈服点为350MPa级的低合

5、金中等强度钢，其可焊性是几种低合金钢压力容器专用钢中最好的一种。因此，用CO2焊接16MnR厚板结构件的前景很大，非常使用。2 16MnR钢的组织性能和焊接性2.1 16MnR钢的简介在板材里，属低合金系列。在低合金的材质里，此种材质为最普通的。Q345过去的一种叫法为：16Mn。Q345是一种钢材的材质。它是低合金钢（C0.2%)，广泛应用于桥梁、车辆、船舶、建筑、压力容器等。Q代表的是这种材质的屈服，后面的345，就是指这种材质的屈服值，在345左右。并会随着材质的厚度的增加而使其屈服值减小。Q345A级，是不做冲击;Q345B级，是20度常温冲击;Q345C级，是0度冲击;Q345D级，

6、是20度冲击;Q345E级，是40度冲击。在不同的冲击温度，冲击的数值也有所不同。Q345的外部执行标准为：GB709，内部执行标准为：GB/T1591-9由于执行标准的原因，此种钢板允许负公差交货。2.216MnR钢的组织性能Q345钢属于低合金高强度结构钢，这种钢具有高强度，高韧性、良好的耐蚀性及良好的焊接性能和冷成型能力，其成分如表l所示。Q345钢一般在热轧状态下使用，它具有良好的综合力学性能、Q345低温时的韧性较好，一40时的冲击功大干等于2 7 J。在有特殊需要时，如为了改善焊接区性能，可进行一次正火处理。Q345钢属16Mn系列钢种，AA-有良好的综合力学性能，低温冲击韧性，冷

7、冲压性及切削性均好，可以制造大型船舶，铁路车辆，桥梁，管道等承受负荷的焊接结构，这就要求其不仅有好的力学性能，还要有好的焊接性。Q 3 4 5钢焊接后焊缝的化学成分及焊接接头的力学性能见表2，从表中可以看出，焊缝的化学成分与母材的相近，焊接接头的抗拉强度较高，但韧性较低，硬度高于母材。其焊缝金属的显微组织呈柱状晶分布，晶界处为铁素体，晶内为素氏体和针、块状分布的铁素体。冷却时，由于向外散热，故使焊缝的熔融金属沿热扩散方向结晶而获得柱状晶，此时，先共析的铁素体沿柱状品界析出，由于温度较高，且冷速又稍快，因此组织呈过热特征，但随后的冷却过程中，奥氏体因过冷度较大，而转变为索氏体组织。焊缝组织下方为

8、融合区，此处融合情况良好；过热区的显微组织为针状或块状分布的铁素体和素氏体，此处品粒粗大，呈魏氏组织。这是该区加热温度高，奥氏体晶粒显著长大，冷却后得到粗大的过热组织，使冲击韧性降低；重结晶区组织为晶粒细小的铁素体和珠光体，由于加热温度超过了A C 3，所以铁素体和珠光体已全部转化为奥氏体，又由于加热温度较低，奥氏体晶粒未显著长大，因此在空气中冷却以后会得到均匀细小的铁素体和珠光体；母材的显微组织为铁素体和珠光体呈带状分布。Q 3 4 5钢无热裂纹倾向，其焊接接头热影响区没有出现裂纹，其焊缝的化学成分与母材的相近，焊接接头的抗拉强度、硬度较高，但韧性较低，其焊接接头的过热区形成了魏氏组织，容易

9、产生脆化，构成了接头的薄弱环节，这时易以小线能量焊接，在过热区获取板条马氏体，韧性会达到改善。2.3 16MnR钢的焊接性16MnR钢是实际工业设计和生产中应用非常广泛的机械结构之一，主要用于工程结构焊接。通过对Q 3 4 5钢的焊接工艺分析，在焊接过程中应根据实际应用场合选择合适的焊接材料、焊接工艺以及焊接方法。同时还应注意在焊接过程中容易出现的问题，应考虑到各方面的因素做好防止措施，正确施焊，确保优良的焊接质量。所有这些都对我们更好地利用Q 3 4 5工程结构钢提供了现实依据。16MnR钢的热切割性能与低碳钢相近，气割边缘淬硬层很（1mm）,电弧气刨切口边缘没有明显的增碳层，切割后不必加工

10、而直接焊接。16MnR钢可以顺利地进行冷弯与机械切割，由于屈服点比低碳钢高，冷压成型时回弹力较大，在冷弯、冷剪、冷矫时，压力应选的大些，同时弯曲半径不能过小。 16MnR钢加热到800以上可以进行各种压热成型，一般加热温度为10001100，终压温度为750850。经热压后力学性能无明显的变化，一般不再需要进行热处理。16MnR钢也可以用加热矫正变形。实践表明，火焰矫正的加热温度最好控制在700800之间，不宜超过900。火焰矫正后可以空冷也可以水冷，性能无明显的差别。 16MnR钢的焊接性较好，一般不需要预热。由于钢中有一定量的合金元素，碳当量高于Q235钢，但一般不超过0.40%；另外，淬

11、硬性应大于Q235钢因此当结构刚性较大或在低温下施工时，应适当预热，预热温度见表1。表1 16MnR钢的预热温度钢牌号板厚/mm不同气温下的预热温度/16MnR16一下-10以上不预热；-10以下 100150 1624-5以上不预热；-5以下 100150 2510以400以上不预热； 0以下10015040以上一律预热 100150 16MnR钢采用焊条电弧焊时，一般选用E50XX型焊条。焊接重要结构（如压力容器），应选用碱性焊条（E5015，E5016）。对小厚度和坡口角度小或要求不高的产品，也可选用E42XX型的碳钢焊条（E4215，E4216）。16MnR：合金元素总量在5%以下，屈

12、服强度在275Mpa以上，具有良好的焊接性、耐蚀性和成形性的低合金高强度结构钢。16MnR钢一般都是热轧状态供货、不需要热处理，特别是厚度小于20mm的钢板，其机械性能都很高，故一般都是热压以后直接使用。对于较厚的板材为了改善钢材的塑性、低温冲击韧性或冷压成型等加工性能。有时也采用正火处理后使用从而提高了钢材的屈服强度和低温冲击韧性，降低了临界转变温度，同时也改变了加工成型及可焊性。2.4材料介绍 16MnR化学成分如表2（%）：表2 16MnR化学成分元素CMnSiPSAlVNbTi含量0.21.0-1.60.550.0350.0350.0150.02-0.150.015-0.060.02-

13、0.216MnR力学性能如表3（%）：表3 16MnR力学性能机械性能指标伸长率（%）试验温度0抗拉强度MPa屈服点MPa数值522J34b（470-650）s（324-259）16MnR机械性能如表4：表4 16MnR机械性能钢材厚度或至直径（mm）屈服强度s(MPa)抗拉强度b(MPa)延伸率s(%)冷淬实验180不小于16355221d=2a1725335019d=3a2636314819d=3a3850294819d=3a55100方、圆板284819d=3a16MnR刚的可焊性含碳量为0.12%、锰1.31.6%、硅0.40.6%属于低碳硅钢。16MnR钢可焊性实验结果(分为4点)：

14、a、用手弧焊和自动焊在常温下焊接的16MnR钢对接接头焊接热影响区一般不出现淬硬组织。b、常温下焊接的T型接头，当焊脚不小于6，且为连接焊缝时，焊接热影响区一般均不出现马氏体组织而是少量的贝氏体、珠光体和铁素体的混合组织、综合性能良好。最高硬度小于HV350，其中焊脚愈大，最高硬度值愈底。c、常温下焊接16MnR钢T型接头的小焊脚短焊缝（如焊脚4mm，焊缝长度小于100mm），当板厚大于16mm时，焊接热影响区一般将出现马氏体，即淬硬组织。d、相同焊接温度下，增大焊接电流时，冷却速度慢，则组织较好，硬度较低。3 16MnR钢焊接过程中存在的问题及产生的原因钢的焊接性主要取决于化学成分，钢中元素

15、对焊接性影响最大的是碳。热轧及正火钢属于非热处理强化钢，碳及合金元素的含量都比较低，总体来看焊接性较好。但随着合金元素的增加和强度的提高，焊接性变差。焊接问题主要来自两方面：焊接裂纹与热影响区母材性能下降。3.1 16MnR钢的焊接裂纹主要是冷裂纹大量研究结果表明，对钢材来说冷裂纹形成的温度大体在100-100之间，具体温度随母材与焊接条件而不同。冷裂纹多产生于有淬硬倾向的低合金高强度钢和中、高碳钢的焊接接头。裂纹大多在热影响区，通常发源于熔合区，有时也出现在高强度钢和钛合金的焊缝中。形成冷裂纹的三个基本因素：(1)氢的影响 导致接头产生冷裂纹的氢主要是扩散氢。实验证明，随着焊缝中扩散氢含量的

16、增加，冷裂纹率较高。例如，用含有较多有机物的焊条进行焊接，出现大量的焊道下裂纹；而用低氢型焊条焊接时，则未出现或很少出现焊道下裂纹。近年来，一些学者在显微镜下观察弯曲试件的断裂情况时，还观察到在裂缝尖端附近有氢气泡析出。扩散氢含量还影响延迟裂纹延时的长短，扩散氢含量越高，延时越短。 (2)钢种的淬硬倾向 一般来说，钢种淬硬倾向越大，则接头中出现马氏体的可能性越大，则越容易产生冷裂纹。当材料一定时，随冷却速度不同，接头的组织将相应改变，冷速越高，马氏体的含量越高，导致裂纹率上升。 (3)焊接接头的拘束应力 焊接接头的拘束应力，包括接头在焊接过程中因加热不均匀所承受的热应力、相变应力、结构自身几何

17、因素所决定的内应力。三个方面的应力都是不可避免的，由于都与拘束条件有关而统称为拘束应力。拘束应力的作用是形成冷裂纹的重要因素之一，在其他条件一定时，拘束应力达到一定数值就会产生开裂。低碳钢中加入了较多的提高淬透性的合金元素，提高过冷奥氏体的稳定性，因此在焊接条件下，一般不会发生珠光体转变，容易得到马氏体和贝氏体。马氏体属淬火组织，但由于含碳量低，仍保持较高的韧性。而且这类钢的Ms点比较高，如果在Ms点附近的冷速比较低，Ms点后就形成一次“自回火”过程，使韧性得到改善，而且避免产生冷裂纹。反之，若在Ms点附近的冷速较高，比能实现“自回火”，在焊接应力的作用下就很可能产生冷裂纹。因此，从防止冷裂纹

18、的角度考虑，焊接低碳钢时，希望高温时冷速较高，而在Ms点附近的冷速要低些。低碳钢对扩散H比较敏感，当对H控制不严时，冷裂纹敏感性还是相当高的。3.2消除应力裂纹焊后焊件在一定温度范围内再次加热时，由于高温与残余应力的共同作用而产生的晶间裂纹，称为消除应力裂纹，又叫再热裂纹。经大量实验研究确认，消除应力裂纹的产生是由于晶界优先滑动而导致微裂发生并扩展所致。即焊后再热时，在残余应力松弛过程中，粗晶区应力集中部位的晶界滑动变形量超过了该部位的塑性变形能力，就会产生消除应力裂纹。防止消除应力裂纹的措施：（1）选用对消除应力裂纹敏感性低的母材；（2）选用低强高塑性的焊接材料；（3）控制结构钢性与焊接残余

19、应力；（4）工艺方面的措施：预热 焊后及时进行后热 控制焊接线能量低碳钢中大都含有Cr、Mo、V、Nb、Ti、B等提高消除应力裂纹敏感性的元素，其中作用最大的是V，其次是Mo，因而二者共存时情况最严重。一般认为Mo-V钢，特别是Cr-Mo-V钢对消除应力裂纹的敏感性最高，Mo-B钢、Cr-V钢也有一定的敏感性。不同成分的钢对消除应力裂纹敏感的温度不尽相同，焊接时可通过降低退火温度、进行适当预热或后热等措施，防止消除应力裂纹。低碳钢一般采用先进的技术冶炼，对杂质控制严格，抗层状撕裂能力较好，目前尚未发现层状撕裂的报导。3.3结晶裂纹结晶裂纹又叫凝固裂纹，主要产生于焊缝凝固过程中。当冷却到固相温度

20、附近时，由于凝固金属的收缩，残余液体金属不足而不能及时填充，在应力作用下发生沿晶界开裂。结晶裂纹主要产生在含杂质（S、P、C、Si）偏高的碳钢、低合金钢以及单相奥氏体钢、镍基合金与某些铝合金焊缝中。一般沿焊缝树枝状晶的交界处发生和扩展。常见于焊缝中心沿焊缝长度扩展的纵向裂纹，有时也分布在两个树枝晶粒之间。结晶裂纹表面无金属光泽，带有氧化颜色，焊缝表面的宏观裂纹中往往填满焊渣。 16MnR中含碳量较低，并含有一定的锰，MnS比值一般可以达到防止结晶裂纹的要求。在若母材化学成分反常，如碳和硫同时居上限或严重偏析，则有产生结晶裂纹的可能。在这种情况下，应采取必要的防止措施。根据图1-1所示碳、硫和锰

21、对结晶裂纹的影响曲线可知，为了防止结晶裂纹，（1）应提高焊缝含锰的同时降低碳、的含量，（2）调整焊接参数已得到抗裂能力较强的焊缝成形系数，（3）焊接时选用超低碳焊丝，并从工艺上降低熔合比。（4）调整冷却速度，（5）调整焊接顺序，降低拘束应力。 图1-1焊缝中C、Mn、S含量对结晶裂纹的影响3.4层状撕裂 层状撕裂主要与钢的冶金质量、板厚、焊接接头形式和Z向应力有关，与钢的强度并无直接的关系。一般认为，钢中的含硫量与断面收缩率是衡量抗层状撕裂能力的主要判断依据。当冷却到固相温度附近时，由于凝固金属的收缩，残余液体金属不足而不能及时填充，在应力作用下发生沿晶界开裂。3.5热影响区性能的变化（1）过

22、热区脆化 16MnR的过热区脆化程度与含碳量有关，当含碳量在下限（c=0.12%0.14%）时，过热区韧性随线能量E的增加而下降。这是因为线能量的增加，时奥氏体晶粒的粗化更严重，冷却后会出现魏氏组织，因此，适当降低线能量有助于提高韧性。这时，即使冷速较大而出现淬火组织。但低碳马氏体仍有较高的韧性。造成脆化的主要原因是因为出现马氏体，应控制线能量，降低冷速。（2）热应变脆化 它是由固溶的氮引起的。16MnR钢焊接厚韧脆转变温度比焊前提高53，消除热应变脆化的有效措施时进行焊后热处理。3.6影响低碳钢焊接性的其他因素低碳钢中含碳较低。含锰、硅又少，所以，通常情况不会因焊接而引起严重硬化组织和淬火组

23、织，这种钢材的塑性和冲击韧性度优良，焊成的接头韧性和冲击韧度也很好，焊接时一般不需要预热。控制层间温度和后热，焊后也不必采用热处理改善组织，可以说整个焊接过程不需要特殊的工艺措施，其焊接性良好，可以采用各种焊接方法焊接，但遇到下述情况，低碳钢的焊接性也会不好，焊接时出现困难。 1）低碳钢母材不合格，含碳、硫过高，焊接时可能出现裂纹，尤其是遇到下列情况，如角焊缝、对接多层焊第一道焊道、整个板面采用单面焊单层焊缝和大间隙对接第一道焊缝等。 2）采用旧冶炼方法生产的低碳转炉钢。因含氮高，杂质较多，冷脆性和实效敏化感性大，焊接接头质量低，焊接性较差。因此，转炉冶炼低碳钢不能用于重要的结构件。国内目前生

24、产转炉用铝.钛脱氧，钢的质量大为改善。即使这样，这种钢作重要结构之前应对焊接性特别是实效敏感性.冷脆敏感性进行评估，以保证焊接结构质量。 3）低碳沸腾钢。由于沸腾钢脱氧不完全，局部硫磷偏析大，实效敏感性.冷脆敏感性大，焊接热裂纹倾向较大，所以这种钢不宜做承受动载或严寒条件下工作的重要结构。镇静钢脱氧完全，含氧量低，杂质分布较均匀，可用于制造焊接结构。焊接沸腾钢在工艺上应采取必要措施，防止裂纹。 4）焊接方法不当，如埋弧焊热输入大，会使焊接热影响区出现粗晶组织，使热影响区韧性降低；电渣焊的热输入比埋弧焊还要大，热影响区晶粒更加粗大，韧性降低明显，所以低碳钢电渣焊接头焊后通常要经正火处理，细化晶粒

25、，以提高其韧性。4 制定焊接工艺及填写焊接工艺卡片16MnR钢是在正火状态下使用的，综合力学性能和焊接性都比较好。焊接接头的抗拉强度较高，但韧性较低，硬度高于母材其焊缝金属的显微组织呈柱状晶分布，晶界处为铁素体，晶内为索氏体和针、块状分布的铁素体。冷却时，由于向外散热，故使焊缝的熔融金属沿热扩散方向结晶而获得柱状晶，此时，先共析的铁素体沿柱状晶界析出，由于温度较高，且冷速又稍快，因此组织呈过热特征，但随后的冷却过程中，奥氏体因过冷度较大，而转变为索氏体组织。焊缝组织下方为融合区，此处融合情况良好；过热区的显微组织为针状或块状分布的铁素体和索氏体。此处晶粒粗大，呈魏氏组织这是该区加热温度高，奥氏

26、体晶粒显著长大，冷却后得到粗大的过热组织，使冲击韧性降低；重结晶区组织为晶粒细小的铁素体和珠光体。由于加热温度超过了Ac3，所以铁素体和珠光体已全部转化为奥氏体，又由于加热温度较低，奥氏体晶粒未显著长大因此在空气中冷却以后会得到均匀细小的铁素体和珠光体；母材的显微组织为铁素体和珠光体呈带状分布。16MnR钢无热裂纹倾向，其焊接接头热影响区没有出现裂纹,其焊缝的化学成分与母材的相近，焊接接头的抗拉强度、硬度较高，但韧性较低,其焊接接头的过热区形成了魏氏组织，容易产生脆化，构成了接头的薄弱环节,这时易以小线能量焊接,在过热区获取板条马氏体,韧性会达到改善。为了保证焊接质量，防止焊接裂纹或热影响区性

27、能下降，从焊前准备到焊后热处理的各个环节都需要进行严格控制。4.1编制焊接工艺4.1.1接头与坡口的设计 合理的接头设计应使应力集中系数尽可能小，且具有好的可焊到性，并便于焊后检验。为此，应避免将焊缝布置在断面突然变化的部位，并考虑施焊方便，一般来说，对接焊缝比角焊缝更合理，因为后者应力集中系数大，并有明显的缺口效应。同时对接焊缝更便于进行射线或超声波探伤。坡口形式以U形或V形为佳，且应保证焊缝与母材交界处平滑过渡。考虑到V坡口由于焊接填充量大，焊接效率低，并且焊后将产生应力集中和边缘应力，板厚=100mm，所以一般不用双V形坡口，而采用双Y形坡口。坡口形式如图2所示：图2 坡口形式4.1.2

28、坡口制备当采用火焰切割16MnR钢时,应预热100,切割边缘进行表面磁粉探伤。采用碳弧气刨清根或清理缺陷时,应将工件预热150以上,并清除坡口及两侧各2030mm范围内的油污、铁锈、氧化物、熔渣和水分等有害物质。角向磨光机修磨焊口表面的焊渣以及飞溅物。坡口表面进行PT检查。组焊环焊缝时，对丁字口处进行PT探伤检查，确定无缺陷方可进行焊接。4.1.3焊接方法的选择 厚壁压力容器的焊接一般不采用手工电弧焊，多采用单丝或双丝埋弧焊，有时也采用窄间隙焊。用气保焊打底，虽然成本是高了一点，但是它不用清渣，节省了劳动力，也不会产生夹渣等缺陷，所以还是比较划算的。由于埋弧焊生产率高、焊接质量好、焊接成本低，

29、劳动条件好，能很好的焊接厚钢板。4.1.4焊材的选用选择焊接材料最重要的原则就时保证焊缝金属的性能，使之满足产品的技术要求，从而保证产品在服役中正常运行。热轧及正火钢主要用于制造受力构件，要求焊接接头具有足够的强度，适当的屈强比，足够的韧性和低的时效敏感性，即具有与产品技术条件相适应的力学性能。采用手工电弧焊打底、填充，焊条J507 3.2mm；埋弧焊时，选择焊丝还应考虑融合比和焊剂对焊缝成分的影响，用埋弧焊继续进行填充、盖面，焊丝H10MnSiA 6mm，焊剂SJ101。埋弧焊用的焊丝要严格清理，焊丝表面的油、锈及拔丝用的润滑剂都要清理干净，以免污染焊缝产生气孔。一般焊剂须在250温度下烘干

30、，并保温12h。不同的焊接方法的配合见表5。表5 不同的焊接方法的配合钢号焊条型号焊条牌号埋弧焊电渣焊CO2气体保护焊焊丝焊剂焊丝焊剂16MnRE50型J50不开坡口对接H08A中板开坡口对接H08MnA,H10Mn2厚板深坡口对接 H10Mn2HJ431H08MnMoAHJ431HJ360H08Mn2SiAHJ3504.1.4焊接工艺参数 在焊接时，焊接参数的选用直接影响到接头的性能。为了防止热影响区脆化和产生冷裂纹，所选线能量应保证冷却速度在最佳范围内。实际生产中确定线能量的步骤是，首先通过实验确定所焊钢材保证韧性的最大线能量，然后根据用此线能量焊接时的冷裂纹倾向确定是否需要预热。焊接工艺

31、具体参数如下：（1）打底焊手工电弧焊的焊接参数：焊条直径3.2mm，焊接电压2325V，焊接电流90105A，焊接速度911m/h。（2）填充焊埋弧焊的焊接参数：第一、二层焊接时：焊丝直径6mm，焊接电流10501150A，焊接电压3840 V，焊接速度2225 m/h。中间层焊接时：焊丝直径6mm，焊接电流10001100A，焊接电压3840 V，焊接速度1620 m/h。盖面焊接时：焊丝直径5mm，焊接电流800840A，焊接电压3638V，焊接速度2428 m/h。4.1.5 焊接顺序焊接时，应先焊完里侧，由于用CO2焊打底所以不用清根，然后再焊外侧，应保证焊接时的层间温度在150250

32、范围内，然后按照焊接工艺卡片上的顺序进行焊接，并保证焊缝的致密性和全焊性。4.1.6 焊前预热 焊前预热是防止冷裂纹，改善接头性能的主要措施。预热温度受母材强度、焊条类型、坡口形式、环境温度等因素的影响，并可利用其中有关经验公式进行初步估算。对于此设计预热温度应大于150,预热范围要大于焊接区150 mm以上,层间温度150250。预热主要是防止裂纹，同时还具有一定的改善性能作用。预热温度的确定是比较复杂的，取决于以下因素：A:材料的化学成分。如果CE0.4时,基本无淬硬倾向,一般情况下不必预热。由于钢中有一定的合金元素，碳当量高于Q235钢，但一般不超过0.40%；另外淬硬倾向大于Q235钢

33、，因此当结构刚性较大或在低温下施工时，应适当预热，预热温度见表6。表6 预热温度板厚mm不同气温下的预热温度板厚mm不同气温下的预热温度16以下-10以上不预热；-10以下10015025400以上不预热0以下1001501624-5以上不预热-5以下10015040以上一律预热100150而利用下面的公式也可以对预热温度进行一下估算： T0(预热温度)=1400Pc-392B:与含氢量有关。含氢量越高,裂纹产生的倾向越大，要求预热温度也越高所以酸性焊条所需的预热温度比低氢型的高。即使同样是低氢型焊条，还与它的烘干温度有关。4.1.7 焊后热处理焊后热处理是压力容器制造工艺过程中重要的工艺环节

34、,对厚壁压力容器更是如此。焊后热处理的目的是: 1)松弛焊接残余应力及稳定结构形状和尺寸;2)软化热影响区,提高焊缝金属的塑性及断裂韧性;3)提高抗应力腐蚀的能力; 4)释放焊缝金属中的有害气体氢气,防止延迟裂纹的产生。16MnR钢的热切割性能与低碳钢相近，气割边缘淬硬层很窄（1mm），电弧气刨切口边缘没有明显的增碳曾，切割后可不必加工而直接焊接。16MnR钢可以顺利地进行冷弯与机械切割，由于屈服点比低碳钢高，冷压成形时回弹力较大，在冷弯、冷剪、冷矫时，压力应选的大些，同时弯曲半径不能过小。筒节冷弯时，若D140，为消除冷作硬化，观后应进行600650的消除应力退火。16MnR钢加热到800以

35、上可以进行各种热压成形，一般加热温度为10001100，终压温度为750850.经热压后力学性能无明显变化，一般不进行热处理。16MnR钢也应用加热矫正变形。实践表明。火焰矫形的加热温度最好控制在700800之间，不易超过900.火焰矫正厚可以空冷，也可以水冷，性能无明显差别。焊后热处理规范见表7。表7 焊后热处理规范钢号焊后热处理规范电弧焊电渣焊16MnR600650退火900930正火600650回火具体措施： （1）焊后工件立即进行后热处理,其温度为300450,保温时间4 h6 h。（2）压力容器主体结构在消除应力热处理后,进行580620保温,保温时间6 h8 h。4.1.8 焊后检

36、验对焊缝进行100%超声波探伤检查,要求达到级标准,并进行25%的射线复探,达到级标准。管板接头应进行磁粉探伤。合格后修磨至焊缝圆滑。产品试板各项技术参数指标应符合16MnR钢母材的保证值或图纸的技术要求。5 焊接性试验5.1 母材的化学成分分析 以16MnR钢作为试板母材，母材的化学成分如表1所示。首先对试板进行埋弧自动焊，焊后按国家标准GB26491 989，从每块试板上取3个冲击试样，组成一组，如图l所示，共做5组；然后按国家标准GBT 26501989，对焊缝进行常温V型缺口夏比冲击试验。试验结果如表2所示国家标准要求焊缝常温冲击吸收功大于27 J，而由表2可知，5组试样中的第3组和第

37、5组试样的冲击平均值达不到国家标准要求。16MnR的化学成分见表8。 表8 16MnR的化学成分图3 冲击式样的取样方法表 9 试件冲击吸收功52 焊缝成分分析从焊接的角度分析，影响冲击韧性的因素很多，如母材、焊丝与焊剂的成分、焊接工艺参数(包括电流、电压 、焊速 、热输入等)、焊缝中的气孔与夹杂，以及焊后热处理是否合适等1。由表1可见，母材的化学成分基本符合国家标准规定；为分析冲击值与焊接工艺参数的关系，适当改变焊接时的，I、U、 等参数，发现对焊缝冲击值的影响不是很大；通常焊接环境不同，焊缝的质量也会有很大差异，如当环境潮湿时，焊缝中会增氢，使冲击韧性降低，为此，对焊缝断口做测氢试验，发现

38、焊缝中氢的质量分数并未超标。在特定的焊接工艺下，焊缝的力学性能在一定程度上取决于焊缝的化学成分。对试样焊缝进行化学成分分析，由表3可见，除了第5组试样的w(C)较高外，其他元素的质量分数基本符合焊缝成分要求；计算焊缝的碳当量，见表3，发现差别不大，故碳当量也不是主要原因。因此，仅从焊缝成分分析，不能找出引起冲击值偏低的真正原因。焊缝化学成分及碳当量见表10。表10 焊缝化学成分及碳当量53 焊缝断口分析531 宏观分析用肉眼和放大镜观察各组试样断口特征，可以发现：第1、2组试样断口颜色较灰暗，呈凹凸不平状，边缘剪切唇非常明显；第4组试样断口颜色较第1组的白亮，断口四周同样存在剪切唇；第3、5组

39、试样宏观断口较其他组试样平整，颜色也更亮一些，边缘剪切唇较小，图2为典型断口宏观照片。532 微观分析从宏观的角度只能观察其断裂方式，仍不能得出造成冲击值偏低的原因。为此，采用扫描电镜对断口进行微观分析。a电镜扫描形貌分析用XL30扫描电镜分析断口微观形貌。从断口SEM低倍照片可以看出，各组试样在纤维区均为韧窝状断口，但第1、2、4组试样的断口韧窝面积要大于第3、5组试样的。因此就可从断口形貌上解释不合格试样冲击值低于合格试样的原因：韧窝面积大时，裂纹在扩展过程中沿曲折的路径扩展，耗费的能量较大。比较第2组合格试样与第3组不合格式样的SEM高倍照片(见图3)，可以看出，两者的断口都是由韧窝和解

40、理组成，即为准解理断裂。但前者断口上的韧窝面积较大，后者韧窝面积较小。从不合格试样的断口SEM照片可以看出，断口中含有明显的河流花样，沿着河流的流向可以找到裂纹起始于晶粒内部，这与文献2中指出的：“通常，准解理断裂源于晶粒内部的空洞、夹杂物、第二相粒子等”相符。图4 端口宏观照片20（a） 第二组合格试样 （b） 第三组不合格试样图5 试样断口SEM照片400b金相分析图4所示为上述不合格的焊缝试样剖面，经打磨、抛光后在显微镜下拍摄的试样焊缝区照片。从图中可以非常明显观察到夹杂物的存在，且夹杂物的形状主要呈三角或尖角状，表现出显著的聚集氧化物的特征2故可初步断定造成16MnR钢埋弧焊焊缝冲击韧

41、性偏低的原因是焊缝中存氧化物夹杂。c夹杂物能谱分析为进一步分析夹杂物的来源及其产生机理，对夹杂物的成分进行能谱分析将不合格试样置于扫描电镜下，选择图4中A、 、C三处的夹杂物，用EDAX能谱仪对试样中的夹杂物进行定量分析表4所示为A、B、C三处夹杂物的化学成分，由表4可知，夹杂物的主要化学成分为O、AI、Mg、Ca、Fe等元素，三处的w(O)都达到40左右，除此以外w(A1)最高，其次是w(Ca)、w(Mg)、w(Fe)、w(Si)。由此可知，断口中所含夹杂物为氧化物或复合型氧化物。图6 不合格试样焊缝夹杂物分布400表11 夹杂物成分分析532结果分析通常，焊丝、焊剂及母材夹层在冶金反应过程

42、中生成的氧化物等，在熔池快速凝固条件下会残留在焊缝金属中形成夹杂物。有些细小、均匀分布的夹杂物如TiO等在钢铁焊缝中作为固态相变形核剂可以促进焊缝金属中针状铁素体的形成，细化组织，改善焊缝金属的韧性和塑性3 ；但当夹杂物以大颗粒方式存在时，则会降低焊缝金属的塑性和韧性。由以上分析可知，造成16MnR焊缝试样冲击值偏低的原因很有可能是焊缝中存在大颗粒氧化物夹杂。533夹杂物引起焊缝冲击值偏低的机理分析埋弧焊时，焊速很快，熔池凝固时间很短，母材本身存在的或母材与焊接材料发生冶金反应时产生的夹杂物不能及时浮出熔池残留在焊缝内部，成为焊缝中潜在的裂源。夹杂物与焊缝基体之间的热收缩系数相差很大，随着焊缝

43、的冷却，收缩率小的夹杂物与收缩率大的焊缝基体之问就会出现问隙M。夹杂物的存在减小了焊缝的有效受力面积，使焊缝在较小的外力下发生断裂；同时，基体变形与夹杂物变形之间的差异，会在夹杂物与焊缝基体的交界面处产生应力集中，导致基体微裂纹产生。因此，当焊缝中存在比较多的大粒径夹杂物时，会增加焊缝的脆性，降低焊缝的冲击值。534 夹杂物的形成机理从夹杂物的成分分析可以看出，夹杂物主要由AI：O 等氧化物组成，产生氧化物的主要原因是焊缝中氧的质量分数偏高5。根据具体的试验条件分析可知，氧主要来源于焊剂。例如，焊剂HJ431，其化学成分一般为：W(SiO2)=4044，W(MnO)3438，W(AI2O3)4

44、 W(O)=3438，W(CaO)6 ，w(MgO)=5 8，W(CaF )=3 7，W(FeO)18。焊剂HJ431中较多的SiO 和MnO，会使焊缝增氧。16MnR在冶炼时一般采用Al作脱氧剂，Al的活性比较高，母材和焊丝中过剩的Al会与焊剂中的SiO 、MnO等发生化学反应，生成熔点很高的AI 0 ，往往以固态存在于金属溶液中。由结晶动力学可知，在熔池凝固后期，往往会聚集大量的夹杂物，A1：0，容易聚集成大颗粒状同理，对于Mg、Ca等元素，也会有类似情况发生。夹杂物除了可能来源于以上反应外，还可能直接来源于焊剂。因为所采用的HJ431型熔炼焊剂，本身就含有A1：0，、CaO、MgO等氧化

45、物，因不易熔化而直接进入焊缝金属中，成为焊缝中的夹杂物。4.4.无损检测、热处理、压力试验、油漆、包装和运输（1）由于产品厚度较大，射线探伤需采用铱192或钴6O等放射源。（2）按图样、技术条件及相关标准要求进行油漆、 包装和运输，若非卧式容器，热处理时制作的支撑鞍座可用于运输鞍座。当产品直径或长度过大时，应考虑分段运输，并到现场进行组焊、探伤、热处理、压力试验和油漆。5.5总结厚壁结构件制造的关键在于焊接，围绕焊接，现将厚板结构件制造的几个要点总结如下：(1)合理周密的制造方法。 (2)科学可行的焊接工艺。 (3)质量优 良的板材 、焊材。(4)性能稳定的焊接设备及辅助设备。 (5)技能过硬 、责任心强的生产人员。 (6) 良好的下料、坡口加工及纵焊缝的组对质量。焊接质量提高，产品制造周期可大幅提高，否则每出现一次质量缺陷，返修所需工时约24h，(其中包括预热、清除缺陷、打磨坡口、PT检测、清理坡口、预热、 焊接、消氢，以及重新无损检测 UT、RT)；坡口角度增 大或间隙增大时，焊缝填充金属量大大增加，制造工时 及成本增加的同时也加大了出现焊接缺陷的隐患；所以在厚壁结构件造过程中，切不可急于求成，“以质量保进度”的方针必须贯彻。