mn钢双丝埋弧焊工艺及性能研究

mn钢双丝埋弧焊工艺及性能研究内容摘要：

接速度；使衬垫和母材贴紧；调整电流电压为适当值；调整电极位置等。 (6)焊瘤 电流过大；焊接速度过慢；电压太低等。 防止措施：降低电流；加快焊接速度；提高电压等。 ****毕业设计（论文） 6 16Mn 钢简介 16Mn 钢属于合金结构钢，合金结构钢是用作机械零件和各种工程构件并含有一种或数种一定量的合金元素的钢。 16Mn 钢为热轧钢，热轧钢的屈服强度一般为 294~343MPa，它属于 C~Mn 和 C~Mn~Si 系钢种，有时用 V、 Nb 代替部分 Mn，以达到细化晶粒和沉淀强化的作用，热轧钢的强化机理是固溶强化。 16Mn 钢是热轧及正火钢中最典型的钢种，我国许多低合金钢都是在 16Mn 基础上发展起来的。 16Mn 钢的冷加工性能良好，允许冷冲压和进行切削加工。 16Mn 钢允许热冲压，加热温度为 1000~1100℃ ，终压温 度为 750~850℃ 该钢冲压后的强度、塑性变化均不大，并且允许热矫正、火焰切割、碳弧气刨等。 这类钢格便宜，而且具有较为满意的综合力学性能和加工工艺性能。 因此，这种钢在各国都得到了普遍的应用。 这类钢的基本成分为： C=%， Si=%， Mn=%。 它具有良好的焊接性和缺口韧性，它的屈服强度受到了一定的限制。 这类钢在热轧状态下使用时的屈服强度一般限制在 343MPa 的水平。 16Mn 钢属于低碳热轧钢，是含有锰和硅的低合金高强度结构钢，它比 Q235 型的低碳钢只多加些锰，但其强度却增加 35%左右。 此钢种虽具 有良好的焊接性，但由于它含有一定量的碳和锰等元素，焊接时的淬硬倾向比 Q235 碳钢稍大些，冷裂倾向也就稍大。 在气温较低的情况下，或在焊件刚度和板厚都比较大的结构上焊接时，如果选用较小的热输入焊接一些短焊缝 (或焊脚尺寸较小的角焊缝 )，焊接接头中就有可能产生淬硬组织或冷裂纹。 16Mn 钢的应用 低合金高强钢中 W(C)一般控制在 ％以下，为了确保钢的强度和韧性，通过添加适量的 Mn、 Mo 等合金元素及 V、 Nb、 Ti 等微合金元素，配合适当的轧制工艺或热处理工艺来保证钢材具有优良的综合力学性能。 由于低合金高 强钢具有良好的焊接性、优良的可成形性及较低的制造成本，因此，被广泛地用于压力容器、车辆、桥梁、建筑、机械、海洋结构、船舶等制造中，已成为大型焊接结构中最主要的结构材料之一。 16Mn 钢在****毕业设计（论文） 7 这类钢中又是产量较大的钢种，其应用之广泛可见。 低合金高强钢的强化机理与碳素钢不同，碳素钢主要通过钢中碳含量形成珠光体、贝氏体和马氏体来达到强化；而低合金高强钢的强化主要是通过晶粒细化、沉淀硬化及亚结构的变化来实现。 当 16Mn 钢作为低温压力容器或厚板结构时为改善低温韧性，也可在正火处理后使用。 16Mn 钢可采用焊条电弧焊、熔化极 气体保护焊、埋弧焊、钨极氩弧焊、气电立焊、电渣焊等所有常用的熔焊及压焊方法焊接。 具体选用何种焊接方法取决于所焊产品的结构、板厚、对性能的要求及生产条件等。 其中焊条电弧焊、埋弧焊、实心焊丝及药芯焊丝气体保护电弧焊是常用的焊接方法。 ****毕业设计（论文） 8 第 2 章 实验材料、试验方法及设备 焊接工艺及实验方法 焊接材料 首先用 DKM280AZ 数控线切割机床将 16Mn 钢板加工成 500 20020mm 母材，共 12 件。 备用 H08MnA 焊丝 10 公斤，其直径为 4mm， SJl01焊剂 10 公斤。 焊前准备 本研究所用的焊接试样均采用刨边机制作钝边 8mm 的 V 形接头坡口，坡口角度为 60176。 ，坡口形式如下图 21 所示。 焊前将接头周围坡口两侧各30mm 范围内的铁锈、油污及脏物等杂质进行清理，使其露 出金属光泽。 因为焊剂的作用是要保护焊接金属和参加冶金反应，应使其在使用时尽量保持干燥、无杂物，所以在使用之前将焊剂放在烘烤箱中，在 350℃条件下烘干并保温 2 小时。 图 21 坡口形式及尺寸 焊接方法 采用对接双面焊接工艺，焊件的装配间隙≤ lmm，为了防止焊接过程中焊件移位，焊前在焊件背面点焊足够长的焊缝以进行定位。 双丝埋弧焊时前导焊丝使用直流，后续焊丝使用交流，前丝和后双丝的间距在焊接时****毕业设计（论文） 9 根据需要来调整，焊丝间夹角约 10176。 双丝埋弧焊接过程中，前丝和后丝使用的焊接电流共同决定了热输入大小，最终 决定焊接接头的组织形态和性能。 前丝和后丝的作用不尽相同，一般前丝的电流较大而电压较小，决定焊道的熔透深度；后丝电流较小而电压较大，可保证一定的熔宽和焊缝成形。 1)在不同焊接电流，相同焊接速度、电压情况下焊接： 2)不同焊接速度，相同焊接电流、电压情况下焊接； 3)不同焊丝间距，相同焊接电流、电压情况下焊接。 实验方法 金相实验 工件焊接接头的焊缝与母材热影响区的性能与其金相组织密切相关，而接头的金相组织决定于母材成分与采用的焊接工艺。 人们往往从接头金相组织来推测接头的性能并判断选用的焊接 工艺包括焊接方法、焊接参数与焊接材料是否合理。 本实验首先选用线切割方法将焊件切割成 10mm 40mm 20mm 规格的试样，分组编号后，用金相砂纸打磨每个试样焊接接头横截面，磨好后，用 抛光机进行抛光使表面光亮，然后将金相试样用 4％的硝酸酒精溶液腐蚀，腐蚀完后，采用 OLYMPUS— TOKYO 型金相显微镜对接头金属各区组织进行观察。 硬度测试 硬度是指材料抵抗另一种硬物体压入其内的能力，即受压时抵抗局部塑性变形的能力，有多种试验方法和表示方式，主要有布氏硬度、洛氏硬度、维氏硬度和显微硬度试验 方法。 而硬度试验的目的是为了测定焊缝金属、母材金属和热影响区各区域的硬度，从而用来估算接头各区的强度。 采用显微硬度试验方法。 实验前先将试样表面打磨平整后，用 4％的硝酸酒精溶液腐蚀，以保证分清焊接接头金属各个区域，然后再用 型显微硬度计测量焊缝硬度，施加载荷 F=，从母材向焊缝中心金属方向测试硬度，测试试样如图 22 所示。 ****毕业设计（论文） 10 图 22 显微硬度试样图 拉伸实验 焊接接头力学性能的测试及用其作为强度设计的依据和进行安全评估比较复杂，主要原因是焊接接头形状不连续性、焊接缺陷、 焊接残余应力、焊接变形以及焊接接头各区的组织结构和性能的不均匀性。 除上述力学性能不均匀外，接头各部分的其他物理性能有时也可能存在较大差别。 这些都经常导致焊接接头力学性能测试结果的较大分散性，甚至对相同接头，由于测试细节上的不同，不同的测试者之间也可能得出具有显著差别的实验结果。 本实验的目的是测试焊接接头的力学性能，采用接头横向拉伸试样，拉伸试样的选取如图 23 所示。 图 23 拉伸试样截取示意图 根据上述，因焊接时采用双面焊工艺，所以每一个焊接接头取四个试样，取测试结果的平均值，以保证测试出的焊接接 头力学性能的合理性。 ****毕业设计（论文） 11 横向拉伸试验按 GB/T2651— 89《焊接接头拉伸试验方法》进行。 按 GB/T265189《焊接接头拉伸试验方法》的规定，本实验选用板形拉伸试样，试样切取采用冷加工方法，试样尺寸如图 所示。 图 24 板形拉伸试样图 实验设备 本试验所用主要设备是 型双丝埋弧焊机。 辅助设备有DKM280AZ 数控线切割机床、 B81120A 9M 刨边机、 XZYH— 60 型焊剂烘干机。 ****毕业设计（论文） 12 第 3 章 焊接工艺参数对焊接接头力学性能的影响 焊接工艺参数对焊接接头显微硬度的影响 热轧钢的淬硬倾向比低碳钢的较大一些，随着钢材强度级别的提高，合金元素的增加，淬硬倾向也在逐渐增大。 一般而言，随着硬度的增大，钢材的强度提高，塑性、韧性下降，冷裂纹倾向增大。 因此，可通过测定焊接热影响区的最高硬度来评定钢材的淬硬倾向和冷裂敏感性，从而间接地估计热影响区的力学性能。 本试验使用 HVS1000 型显微硬度计测量焊接接头金属断面的硬度，施加载荷为 F=，从母材区向焊缝中心金属方向测试硬度。 其中这三个区域平均的测点间距为 ，在每点的上下方向再测两点，三点取一个平均值作为所测点的硬度 值。 用 HVS1000 型显微硬度仪对焊接接头横截面进行硬度测试，施加载荷为。 测试方向是从母材区到焊缝区中心。 图 31 分别为焊接电流在 800A、 700A 和 650A 焊接所得接头的硬度分布曲线，我们分别表示为试样 l、试样 2 和试样 3．从图上可以看出，试样1 和试样 2 焊接接头金属的硬度峰值均出现在焊接热影响区，而试样 3 的硬度峰值出现在焊缝区：随着焊接电流的增大，焊接热影响区的硬度值越来越高，焊缝区的硬度值却越来越低。 试样 l 和试样 2 焊接接头金属的硬度峰值均出现在焊接热影响区，而试样 3 的硬度峰值出现在焊缝区是 因为试样 l 焊接热影响区出现了脆而硬的显微组织魏氏体，试样 2 焊接热影响区出现了强度较高的针状铁素体，而其焊缝金属组织为片状先共析铁素体和少量珠光体，所以两者。