Q235与16Mn钢焊接工艺研究.docx
《Q235与16Mn钢焊接工艺研究.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《Q235与16Mn钢焊接工艺研究.docx（33页珍藏版）》请在冰点文库上搜索。
Q235与16Mn钢焊接工艺研究
Q235与16Mn钢焊接工艺研究
摘要
用特殊的不同钢材来制造符合应用的焊接结构，一来可以在不同的施工条件或者工作应用中对焊接材质的更好的应用，二来可以降低特殊珍贵材料的浪费，从而减少不必要的损失，又可以把材料的价值发挥到最大。
而Q235和16Mn钢是比较常见的焊接材料，不仅取材简单性能好，并且在焊接研究有着举足轻重的作用，尤其利用现在已有的焊接设备的情况下，控制熔深熔池和焊缝的形状及其大小。
从而使焊缝的质量大大提高。
在这里我用Q235钢和16Mn钢的焊接的方法及其特性以及焊接时坡口的制备。
焊接要求规定和验捡质量等方面的阐述,还有面的总计焊接技术的要点和现场操作的一些问题。
焊接相对而言是特殊的工种对操作也比较高，特别是在保证焊的结实的前提下使它的结构更加合理受力变形影响更加小。
在次讨论Q235与16Mn钢焊接工艺。
关键词：
焊接工艺焊缝Q235钢16Mn钢
第1章绪论
新技术的发展，新的和成熟的技术，在他的许多常用的钢，在现代社会对我们是重要的材料，可以被看作是一种焊接工业化国家在现代土木工程中常用的不只是在不同的国家使用不同的工作条件的要求，在不同的形状焊接材料部分。
解决维护和焊接工程师，根据评估报告的焊接技术，结合生产条件和生产技术，反映焊接过程的基本设计内容用于生产，技术规范，对生产企业的技术，生产计划，控制计划，组织工作，根据原料供应和技术总焊接生产的准备。
把钢材应用到焊接丝焊设备。
在焊接和检查的基础上，可以解决问题的过程中的焊接质量检验焊接准备生产节奏。
在焊接过程中是一个严重的程序，按照程序，组织和管理在工厂焊接技术的先进经验的交流焊接，焊接，研究的限制。
每个人都必须严格执行，不得改变或忽略。
然而，在意识的发展，科学技术的发展，介绍了焊接时间实践的发展，新技术，新材料，用于制造焊接工人的合理要求。
技术发展的今天，几乎所有的服务在机械，石油化工，交通，能源，冶金，电子，航空业，都和焊接技术是不分的，因此可以说是焊接技术的发展水平和先进的科学技术的现代化，并且焊接在应用与国防军工都发挥着巨大的作用，所以说焊接并不是单纯的对钢材或者焊接性能的研究还是起着国力发展的重要作用。
1.116Mn钢和Q235钢及其物理性质简介
1.1.116Mn钢的物理性质
如图1-1所示16Mn钢，其生理特点：
良好的综合机械性能好的成绩，寒冷又炎热的工作条件下作业。
抗腐蚀，拥有d级的韧性。
应用例子：
锅炉压力容器、容器结构、油罐的罐体、桥梁支架、发电站、运输机械结构及其他焊接。
16Mn低合金高强度结构钢标准。
根据GB／t15911988是老品牌.新的国家标准是GB／t15912008在Q345钢（Q345）、Q345A、Q345BQ345E）因为倾向于钢的特点一点，在低压，低温，冬季或夏季焊接结构强度高，在增加高的厚度，以防止裂缝产生的措施，预热后焊接在熔深中，和第二层焊接熔深，当焊接钢板焊接在底板找平，深层焊接，选择一个最终的焊接工艺来焊接16Mn钢。
今天使用的制造过程中16Mn钢的焊接性尤为突出。
16Mn常用规格钢材如表1-1所示。
表1-116Mn常用规格钢材
60*8/10/12/14/16
108*5-10
146*14
38*4-5-6
32*3-8
76*10/12/14/16/18
133*5-10
159*16-20
42*4-5-6
42*4-10
83*10/16/18/20
159*8-10-12
168*18-20
51*3.5-5-6-9
57*3.5-12
89*10/16/20/25
168*8-10
180*20、24-25
54*4.5-5-8
63.5*4-12
95*10/14/18/25
180*8-10
194*21-25
57*3.5-4-5-6-10
74*4-16
108*8/12/15/20
194*8-10
203*22-26
60*4-5-8-10
89*4-20
114*10/16/20/25
203*12-16
219*22-25-27
76*4-6-8-12
108*4-30
140*16/20/25/30
219*8-12
245*22-27
89*4.5-6-8-10
133*5-30
133*12/18/25/30
219*14-16
245*38-40
109*4.5-6-8-10
139*8-40
159*10/15/20/30
245*8-10-16
273*22-25-27
133*6-8-10-12
168*6-40
168*8/10/16/18
273*8-12-16
273*30-36-40
159*6-8-10
180*10-40
180*10/18/20/30
273*22-25-30
299*30-40
168*6-8-9-10
194*8-40
194*10/20/30/40
299*8-12-16
299*25
219*8-10-12-16
219*6-30
203*10/20/30/40
325*10-16-18
325*18/20/30
219*18.20
273*8-50
219*18/25/30/50
351*10-12
377*20/25/35
273*8-10-12-16
299*10-55
273*16/2025/30
377*10-12-16
402*25/30
273*18-20-22
325*9-60
20/30/40/5016-55
377*22-25-30
402*45
325*10-14-16-18
355.6*10-30
351*20/30/40/50
402*16-18
426*20/25
325*20-25-30
377*10-60
377*22/25/30/60
426*12-14-16
426*42
351*10-16-18
402*12-30
402*36/48
450*10-12-25
450*30
377*12-16-20
426*11-60
406*30/35/40
508*10-12-25
406*12-40
457*10-30
426*36/40/60
530*12-20-25
426*12-40
508*10-25
450*35/55/60
610*12-20-33
457*12-40
530*12-30
530*40/50/60
630*10-20-33
530*12-30
610*10-35
560*30/40/60
720*10-20-30
630*12-40
630*10-30
如图1-116Mn钢
1.1.2Q235钢的物理性质
Q235钢是碳钢板的通用钢材，Q235指的是材料的屈服极限和弯曲限度的材料在235mpa.在外界条件下使的材料形状发生改变，如果要降低了材料的屈服值，是从它的含碳量，来降低Q235的屈服值。
如图1-2所示。
其综合性能，Q235钢材具有良好的结合力，塑性及焊接性能，被广泛应用于建筑工程也用于棒材生产车间或建筑塔、桥梁结构、车辆生产、船舶容器，所以也被广泛应用于机械零件上产及加工。
图1-2Q235钢
1.216Mn钢化学成分，基本性能
16Mn钢化学成分如表1-2所示
表1-26Mn钢化学成分
GB700-1988
GB/T8162-2008
钢号
C
Mn
Si
C
Mn
Si
Q235A
0.14-0.22
0.25-0.65
0.30
≦0.22
≦1.40
0.35
Q235B
0.12-0.26
0.25-0.70
≦0.20
Q235C
≦0.18
0.35-0.80
≦0.20
Q235D
≦0.17
Q235钢材抗拉强度是钢的化学成分最重要的是，碳、锰、磷、硅、在必要的情况下，除了在前三部分元素磷、硫和其他两个一般被认为是不好的,在Q235钢材里面，硫会使钢材发生了塑性和韧性下降发生冷脆现象。
1.316Mn钢和Q235钢的焊接性分析
1.3.116Mn钢焊接性分析
焊接性总的来说良好，虽然合金元素含量和碳含量比较低。
可是正是有这些合金元素在里面，焊接时操作不当会出现热影响区脆化、热应变脆化还有焊接热裂纹产生等。
如果想保证其质量就要严格遵守焊接工艺和掌握低合金钢的焊接特点。
（1）热影响区脆化
如果输入的热量过大，就会出现不完全相变区，魏氏体出现，并且晶粒受过热的影响降低韧性，影响结构的稳定性。
但是当出现马氏体同样降低焊接区域的韧性，这是由于焊接热输入过小造成。
当马氏体和魏氏体时，应控制焊接时的温度，并且适当的选择焊接时的冷却速度，预热度和热输入，这样才能在根本处消除氢致裂纹的产生。
（2）热应变脆化
在最高加热温度200到400度会出现热应变的亚临界热影响区，并且还伴有缺口效应。
这种现象是热和应变一起作用出现的。
是氮、碳原子形成错位聚集在周围，所形成的动态应变时效。
当不利于焊缝产生的这些组织聚集在一起，并且加之热应变作用后，使脆化更加严重。
实验研究发现在退火温度在600度每小时的时候会大大减少热应变脆化的危害，并且会提高焊缝区域的韧性。
（3）热裂纹
由于16Mn钢的猛含量比较高，而碳和硫的含量比较少。
在许多焊接中如压力容器的焊接，还有靠近坡口的出的多层多道焊接，就会出现热裂纹，虽然别处焊接热裂纹比较少。
这种热裂纹可以采用高含量锰和硫的焊接材料，并增加焊缝宽度与焊缝高度的比值，这样才能从根本防止16Mm钢出现的热裂纹。
如图1-3热裂纹。
图1-3焊接热裂纹
（4）再热裂纹
由于焊缝中有P、Sn、Sb、As等元素，会出现在热裂纹，在热裂纹又叫做消除应力裂纹，是在热处理后出现的裂纹，出现在粗晶区属于沿晶断裂。
所以在做热处理消除热裂纹的同时注意不让再热裂纹产生。
（5）氢致裂纹
氢致裂纹又叫作延迟裂纹或者叫冷裂纹，他出现在焊后一段时间或者很长一段时间，是16Mn钢在焊接过程中对焊缝危害最大一种裂纹。
其危害性在于不知道什么时候工件时效，并且在检验时很难发现氢致裂纹。
有时候在冷却到200度以下产生，有时候焊后一段时间或者很长时间产生。
当使16Mn钢快速冷却时，或者工件太过于厚时，就会出现淬硬的马氏体，来增大氢致裂纹的产生。
在防止氢致裂纹是首先防止氢元素的进入，控制好焊接输入量，前期的预热加之后期后热。
才能保证减少16Mn钢在焊接时比较少的出现氢致裂纹。
如图1-4。
图1-4冷裂纹
（6）层状撕裂倾向
由于在厚板焊接和需要熔透的角焊接中受焊接方向承受太多拉伸应力，所以会出现层状撕裂倾向。
1.3.2Q235钢焊接性分析
一般情况下焊接时，由于Q235钢的碳、锰、硅含量比较少，所以不用采用特殊的焊接工艺就可以实施焊接。
并且整个钢材的冲击韧性和塑形也比较好，因为热影响区基本不会出现严重的硬化组织或淬火组织。
相对来说减少焊后热处理带来的麻烦。
即使Q235钢焊接时产生的裂纹可能性小，韧性优良，可焊接时存在焊接接头的强度、弯曲性、冲击性能、疲劳、和腐蚀等性能不合格。
中国由于工厂比较多，鱼龙混杂即使满足了Q235钢中氧、氮、硫、磷的含量，可是在实际操作中由于氮含量过高导致冷脆增加从而发生焊接接头的韧性脆化。
当硫、磷在焊接中局部聚集导致在钢中元素分布不均匀，出现冷脆和时效敏感增大。
并且很容易形成液化裂纹，和热裂纹。
（1）焊接接头的强度过低
有可能在焊接时参与脱氧的合金元素相对比较多，这就减少了焊接时或者缓冷时融合区只有少量的和金元素，所以导致强度过低，还有就是焊接热影响区的软化有关。
（2）出现脆硬组织
脆硬组织的出现主要由于焊接时碳含量高于太多，当环境因素和温度因素的影响下，板材在冷却时温度过快就会导致出现脆硬组织，从而使焊缝区的韧性下降产生裂纹。
（3）层状撕裂
层状撕裂主要出现在厚的钢板上，因为板材太厚导致检验时并不能完全检验出其硫化物与氧化物的均匀性，这样一来焊接时并不知道那个地方的元素含量多少导致在焊接应力与钢材施加应力作用下出现层状撕裂。
所以说为了减少层状撕裂的出现应重点对厚板中心进行元素分析。
（4）热裂纹
从成份上看产生热裂纹的原因是硫和磷的含量，如果硫磷含量在熔敷金属内含量过高则会出现热裂纹。
还有就是当熔敷金属硫和磷的含量并没有超过标准，那么造成热裂纹的只有母材的硫磷含量过高，所以要减少或者消除热裂纹就要控制好硫磷的含量，无论从熔敷金属还是母材上。
（5）冷裂纹
焊接时热影响区产生的冷裂纹，首先应该想到含氢量上去考虑其次是焊接接头的拘束度这两点去考虑，并采取相应的措施，比如消氢处理来解决和防止冷裂纹的出现。
第二章16Mn钢板与Q235钢板的焊接方法及实验过程
2.116Mn钢与Q235钢手工电弧焊
手工电弧焊由焊条、焊枪、焊机组成如图2-1所示，其特点为
（1）灵活方便：
焊接设备简单好装配而且使用的场所比较广泛，适用于野外、车间和特殊的环境下焊接。
（2）对焊接时坡口装配灵活：
由于手工电弧焊为手工调节焊缝灵活。
即使出现在焊接时坡口开的不均匀也可以及时运用焊接运条使板材合格，所以在有相对误差情况下，手工电弧焊可以更好的调节。
（3）生产效率低浪费严重：
手工电弧焊使用的焊条不能完全将其用完，并且要经常更换焊条浪费时间，生产效率低下。
（4）焊接质量依赖性大：
焊条要与钢板相匹配和焊工师傅的手法及技术上来确定焊缝的优良。
图2-1手工电弧焊设备
2.1.116Mn钢板手工电弧焊
（1）焊条的选择
手工电弧焊焊接时要根据钢材的受力条件、组织成分、力学性能、化学成分来选择焊条既要使焊缝的各各方面的强度略大于母材，可是一旦太高也不好，并且在考虑焊条时来要考虑16Mn钢的抗拉强度。
如表2-1所示16Mn钢选择的焊条。
表2-116Mn钢选择的焊条
钢材牌号
适用焊条型号
GB1591--1988
16Mn
E5003（J502）E5016（J506）
E5001（J503）E5015（J507）
E5018（J506Fe）E5028（J506Fe16）
（2）16Mn钢焊前预热焊后热处理
16Mn钢是不是需要预热首先要从施焊环境温度和钢本身的化学成分考虑。
当温度过低时，比如低于零度时，要将焊缝区域80mm要预热150度左右，才能保证焊缝成型良好，当温度低于30度以下时钢板停止焊接。
另外预热时还要考虑碳当量，经查证16Mn钢的碳当量在0.41左右，所以焊前要进行预热。
预热不仅可以减少冷裂纹的产生，还会减少焊接时出现的内应力。
而焊后热处理则是以改善接头和力学性能为目的，消除焊接时产生的内应力，来提高焊缝的可靠性，并且可以减少焊材的腐蚀能力如表2-2所示。
如表2-216Mn钢预热温度、层间温度、焊后热处理
钢材牌号
预热温度
层间温度
焊后热处理
GB1591--1988
δ≦4mm不预热
δ＞40mm预热温度100℃
不限
600-650℃回火
16Mn
（3）16Mn钢焊接工艺特点
16Mn钢工艺特点一般于他的碳当量有关，上面计算过过16Mn钢的碳当量低于0.41相对来说碳当量比较低。
如表2-3所示。
如表2-316Mn钢焊接工艺特点
牌号
碳当量
焊接特点
工艺措施
16Mm
小于0.41
碳当量较低，强度也不高，塑性、韧性、焊接性良好。
钢材脆硬倾向小，一般情况下不出现淬硬组织，热影响区最高硬度HV在350以下，稍大于低碳钢
当环境温度较低、板材较厚、接头刚度较大时，焊缝容易产生冷裂纹
1.需要焊缝与母材等强度的焊件，则选用相同级别的焊条
2.焊板厚度增加，其刚度也变大，则预热温度相应提高
3.在施焊现场环境温度小于零度，焊件应预热100--150摄氏度
2.1.2Q235钢板手工电弧焊
（1）焊前预热
由于低碳钢的焊接性能良好，只要硫、磷含量不是太高所以一般并不需要来焊前预热，可是对于不同的焊接产品和环境温度还是需要提前预热的比如表2-4所示。
表2-4Q235钢对不同产品的焊前预热温度
焊接场地环境温度/℃（小于）
焊件厚度（mm）
预热温度（℃）
导管、容器类
柱、架、梁类
0
41～50
50～70
100～150
-10
31～40
31～50
-20
17～30
--
-30
16以下
30以下
（2）焊条的选择
对于普通的结构件选择E4313、E4303、E4301、E4320、E4311等就够焊接的强度韧性等要求，比并且焊接成本相对比较低廉，节约生产成本。
可是对于重要的结构件就要选用E4316、E4315、E5016、E5015等焊条这样才能保障焊接时的稳定性、可靠性。
（3）焊接工艺特点
①手工电弧焊首先要先对板材进行清理，防止油、铁锈等进入焊缝，破坏焊缝的整体性能，尽量减少气孔夹杂的出现。
②对于厚板控制层间温度和回火温度
当Q235板材厚度在50毫米左右时它的层间温度最好控制小于350摄氏度。
当板厚在50毫米到100毫米之间层间温度应该大于100摄氏度。
这两种厚度的板材回火温度都在600到650摄氏度。
③多层多道焊
如果过厚的板材在对接时由于板材过于厚，必须采用多道焊，首先在第一层打底焊时一定要焊透，透过板材0.5毫米就可以了。
然后进行敲渣，可选用钢丝刷，敲渣锤进行敲诈，然后填充最后盖面，盖面一定要注意，不能出现咬边情况，并且最后一层要高于母材厚度，最后清理板材。
2.1.316Mn钢板与Q235钢板手工电弧焊焊接参数
如表2-5所示
表2-516Mn钢板与Q235钢板手工电弧焊焊接参数
焊缝空间位置
焊件厚度或焊脚尺寸（mm）
第一层焊缝
以后各层焊缝
打底焊缝
焊条直径（mm）
焊接电流（A）
焊条直径（mm）
焊接电流（A）
焊条直径（mm）
焊接电流（A）
平对接焊缝
2
2
55～60
----
----
2
55～60
2.5～3.5
3.2
90～120
3.2
90～120
4～5
3.2
100～130
3.2
100～130
4
160～200
4
160～210
5
200～260
5
220～250
5～6
4
160～210
3.2
100～130
4
180～210
＞6
4
160～210
4
160～210
4
180～210
5
220～280
5
220～260
≧12
4
160～210
----
----
5
220～280
仰角焊缝
2
2
50～60
----
----
----
----
3～4
3.2
90～120
5～6
4
120～160
≧7
4
140～160
I行坡口
3.2
90～120
4
140～160
3.2
90～120
4
140～160
4
140～160
2.216Mn钢板与Q235钢板焊条焊接的工艺
一、焊前准备
（1）准备材料:
16Mn钢板，350mmX150mmX12mm;Q235钢板350mmX150mmX12mm;V型坡口60°±5°；钝边量为0～0.5；如图2-2所示
如图2-2焊接板材坡口制备
1.δ为板厚12mm2.α为坡口角度60°±5°
3.P为钝边高度0～0.54.b为装配间隙3.2～4
焊条选用E5015；规格为Ф3.2和Ф4.0焊条焊前350～400℃烘干，并保温两小时，随用随时取。
并将焊件坡口两侧清理至露出金属光泽预留3°～4°反变形，错变量要求≦1mm，组对间隙为上大下小，前端间隙为3.2末端为4mm。
（2）焊接设备：
交、直流弧焊焊机。
采用直流反接。
（3）操作要领：
①打底焊：
在打底焊接时要采用断弧法，并且要求弧坑大小一致，保证下面一个熔池及熔孔在上面一个熔池及溶孔的三分之一处，避免出现气孔。
并通过面罩来改变运条速度。
当焊条还剩30mm到40mm时采用回拉法进行收弧，或者采用热接法进行焊接。
当一根焊条用完时，应在离弧坑下引弧，然后在到弧坑处进行点焊接。
当打底焊焊完时应当填满最后一个弧坑，可采用息弧的形式，操作3～4次即可填满弧坑。
②填充焊：
要使填充焊容易进行，必须清理打底焊时的气孔夹杂，如用钢丝刷清理，或者用碳弧气刨进行修整，还要求接头处打磨平整。
在填充焊时要使焊道平整，首先焊条在坡口处停留的时间要大于焊道的时间，保证坡口两边熔透，并且防止咬边。
如果一根焊条用完。
第二次引弧应在弧坑下面10mm处引弧，在回到上一根焊条的弧坑处进行焊接，不需要压电压，正常施焊即可。
并在施焊时保持焊接速度一致。
③盖面焊：
要使盖面焊的均匀鱼鳞纹美观。
同样的清理填充时留下的夹杂，调底焊接电流，并做到匀速施焊，施焊时注意咬边的发生，在操作时保持锯齿形摆动，让铁水跟着焊条摆动，每侧赠宽0.5～1.5mm，避免未熔合造成应力缺陷。
（4）实验数据
表2-6焊件尺寸参数
焊件尺寸（mm）
坡口角度/（°）
组队间隙/mm
钝边/mm
预留反变形（°）
350mmX150mmX12mm
60°±5°
3.2～4
0～0.5
3°～5°
表2-7焊接工艺参数
焊接层次
名称
焊条直径/mm
焊接电流/A
运条角度/（°）
焊条运动方式
1
打底焊
3.2
100～115
45～50
断弧一点式运条
2
填充焊
3.2
140～145
75～85
连弧锯齿形
3
盖面焊
4
160～165
80～85
连弧锯齿形
2.316Mn钢与Q235钢二氧化碳气体保护焊接
二氧化碳气体保护焊接设备由二氧化碳瓶、测压表、预热装置、焊机、送丝装置、焊枪等组成如图2-3所示。
图2-3二氧化碳气体保护焊设备
其焊接特点：
效率高：
不用像手工电弧焊那样经常更换焊条，而是采用焊丝作为焊接材料以二氧化碳作为保护防止与外界的氧或氢元素相结合。
大大增加了焊接效率。
飞溅大：
由于没有焊渣保护，加上焊接时焊丝与工件反应剧烈，容易形成飞溅，需要做好防护措施，并且对于板材要清理干净。
场地要求：
因为二氧化碳气体保护焊采用的是气体作为保护材料的，所以以对风速的要求很大，并且需要动特性电源所以野外施焊困难，一般常用于工厂。
2.3.116Mn钢二氧化碳气体保护焊
（1）焊丝的选择
16Mn钢属于低合金结构钢，其抗拉级别345（MPa）选用的焊丝相对要求不高基本上用H08Mn2Si和H08Mn2SiA两种焊丝其中H08Mn2SiA使用的比较多，它的焊接性抗裂纹能力也比较好。
（2）焊接工艺特点
对于16Mn钢来说如果板厚并不是很厚一般小于30mm的板厚基本不许要预热，这是在16Mn钢的碳当量小于0.4%作为前提的，如果板厚超过30mm则预热温度要在100～150℃之间，回火温度在600～650℃之间。
当16Mn钢的含碳量比较低的时候，需要过热区有足够的韧性的话，焊接时小的热输入比大的热输入要好。
对于含碳量比较大的16Mn钢为了不产生延迟裂纹不让淬硬倾向加大防止过热区过热。
需要有预热措施和小的热输入量。
（3）特殊要求焊接特点
正常情况下16Mn钢焊接时并不需要回火，但是对于压力容器还有在低温工作是时的焊材就需要回火处理，为了抗应力腐蚀、低温状态下工
升级会员 