2014 屆畢業(yè)設(shè)計（論文）西安航空職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢 業(yè) 設(shè) 計（論 文）論文題目： 15MnVN 鋼焊接冷裂紋及防止措施研究所屬系部： 航空材料工程系指導(dǎo)老師： 職 稱： 學(xué)生姓名： 班級、學(xué)號: 09104117專 業(yè)： 焊接技術(shù)及自動化西安航空職業(yè)技術(shù)學(xué)院制2012 年 4 月 6 日西安航空職業(yè)技術(shù)學(xué)院2014 屆畢業(yè)設(shè)計（論文）畢業(yè)設(shè)計（論文）任務(wù)書題目： 15MnVN 鋼焊接冷裂紋及防止措施研究任務(wù)與要求：（1）焊接冷裂紋的危害及分類（2）1 5MnVN 鋼化學(xué)成分、基本性能、應(yīng)用（3）形 成 冷 裂 紋 的 基 本 因 素 及 其 作 用（4）防止冷裂紋的措施（5）15MnVN 鋼焊接時層狀撕裂紋形成原因及防止措施時間： 2012 年 2 月 13 日 至 2012 年 4 月 6 日 共 8 周所屬系部： 航空材料工程系 學(xué)生姓名： 學(xué) 號：09104117專業(yè)： 焊接技術(shù)及自動化指導(dǎo)單位或教研室： 航空材料工程系焊接技術(shù)及自動化系焊接教研室指導(dǎo)教師： 職 稱：助 西安航空職業(yè)技術(shù)學(xué)院制2012 年 2 月 13 日2014 屆畢業(yè)設(shè)計（論文）摘要焊接是大型安裝工程建設(shè)中的一項關(guān)鍵工作，其質(zhì)量的好壞、效率的高低直接影響工程的安全運行和制造工期。結(jié)合工程建造期間的施工管理經(jīng)驗，在人員、設(shè)備材料、標(biāo)準(zhǔn)文件和環(huán)境等方面加強(qiáng)焊接管理，有針對性地采取嚴(yán)格措施，可確保焊接質(zhì)量優(yōu)良，確保優(yōu)質(zhì)焊接工程的實現(xiàn)。關(guān)鍵詞：焊接 安全 焊接質(zhì)量2014 屆畢業(yè)設(shè)計（論文）AbstractWelding engineering construction of large installation is one of the key work, its quality is good or bad, efficiency directly affect the safety of the project operation and manufacturing period. Combined with engineering construction during the period of construction management experience, in personnel, equipment materials, standard file and environment and so on strengthening the management of welding, a pointed to adopt strict measures, ensure welding quality, ensure high quality welding engineering realization.Key words ： Welding safety welding quality2014 屆畢業(yè)設(shè)計（論文）目錄1 焊接冷裂紋的危害及分類 .61.1 焊接冷裂紋的危害 .61.2 焊接冷裂紋的分類 .62 15MNVN 鋼的化學(xué)成分、基本性能、應(yīng)用 .72.1 15MNVN 鋼的化學(xué)成分 .72.2 15MNVN 鋼的基本性能、應(yīng)用 .73 冷裂紋的基本特征 .84 15MNVN 鋼形 成 冷 裂 紋 的 基 本 因 素 及 其 作 用 .94. 1 形 成 冷 裂 紋 的 基 本 因 素 及 其 作 用 .94.1.1 15MnVN 鋼形 成 冷 裂 紋 的 基 本 因 素 及 其 作 用 .94.2 基 本 因 素 的 作 用 .104.2.1 焊接冷裂紋的形態(tài)和特征 .104.2.2 防止延遲裂紋的措施 .104.2.3 脆化 .115 防止冷裂紋的措施 .125.1 選擇冷裂紋敏感性低的材料 .125.2 嚴(yán)格控制氣孔的來源 .125.2.1 產(chǎn)生的原因 .125.2.2 氣孔的預(yù)防措施 .125.3 焊前預(yù)熱 .135.3.1 分析 15MnVN 鋼焊接的工藝性 .135.3.2 坡口制備 .155.3.3 焊接方法選用 .155.3.4 焊接位置與焊槍角度 .165.3.5 預(yù)熱溫度及焊接線能量 .165.3.6 焊接參數(shù) .165.4 焊后熱處理 .175.4.1 熱裂紋 .175.4.2 冷裂紋 .185.4.3 脆化 .195.4.4 氣孔 .196. 層狀撕裂紋形成原因及防止措施 .206.1 破口形式及焊接順序 .206.2 焊接要求 .21總結(jié) .23致謝 .24參考文獻(xiàn) .252014 屆畢業(yè)設(shè)計（論文）1 焊接冷裂紋的危害及分類1.1 焊接冷裂紋的危害高強(qiáng)鋼的焊接冷裂紋一般都是在焊后的冷卻過程中出現(xiàn),在 Ms 點附近或 200-300 的溫度區(qū)間產(chǎn)生的.冷裂紋大多數(shù)具有一定的延時性,即它是一種延遲裂紋,一般是在有載荷的使用過程中產(chǎn)生的,裂紋發(fā)生之前有一段潛伏期,然后是裂紋的擴(kuò)展,最后發(fā)生.1.2 焊接冷裂紋的分類冷裂紋多發(fā)生在具有缺口效應(yīng)的焊接熱影響區(qū)或有物理化學(xué)不均勻性的氫聚集的局部地帶。焊道下裂紋一般為微小的裂紋，之 1 中，形成于距焊縫邊界約0.10.2mm 的熱影響區(qū)中,這個部位沒有應(yīng)力集中,但常具有粗大的馬氏體組織且發(fā)生在氫含量較高的情況下,裂紋走向大體與焊接平行,且不顯露于表面.焊根裂紋和焊趾裂紋起源于應(yīng)力集中的缺口部位,粗大的馬氏體組織區(qū).焊根裂紋有的沿?zé)嵊绊憛^(qū)發(fā)展,有的則轉(zhuǎn)入焊縫內(nèi)部.橫向裂紋常起源于淬硬傾向較大的合金鋼焊縫邊界，尺寸不大但?？娠@露于邊界2 15MnVN 鋼的化學(xué)成分、基本性能、應(yīng)用2.1 15MnVN 鋼的化學(xué)成分15MnVN 鋼是碳素結(jié)構(gòu)鋼，其等級分 ABCD 四級，從左往右質(zhì)量依次提高。表 3- 1 15MnVN 鋼的化學(xué)成分 化學(xué)成分（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）（%）Si S P牌號等級 C MnA 0.140.22 0.300.65 0.050B 0.120.20 0.300.70 0.0450.045Q235C 0.18 0.350.800.300.040 0.040D 0.17 0.035 0.0352.2 15MnVN 鋼的基本性能、應(yīng)用2014 屆畢業(yè)設(shè)計（論文）15MnVN 的塑性好、焊接性好強(qiáng)度低。表 3-2 Q235 鋼的基本性能牌號 拉力強(qiáng)度 MPa 屈服點 MPa 伸長率（%）15MnVN 375500 235 2615MnVN 鋼低碳優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼(w C0.60)多以型鋼供貨，具有較高的強(qiáng)度、硬度、彈性和耐磨性，而塑性、韌性較低，切削加工性中等，焊接性能不佳，淬火開裂傾向較大，主要用于制造耐磨零件、彈簧和鋼絲繩等，如凸輪、軋機(jī)軋輥及減振彈簧、座墊彈簧等，其中 65 鋼是一種常用的彈簧鋼3 冷裂紋的基本特征對循環(huán)載荷作用下 15MnVN 鋼的顯微組織變形、微觀裂紋的萌生和短裂紋擴(kuò)展過程進(jìn)行了研究。結(jié)果表明 ,在孔邊應(yīng)力集中處 ,顯微組織的變形是不均勻的 ,其主要集中在鐵素體晶粒內(nèi)。在循環(huán)載荷作用下 ,晶內(nèi)滑移帶與晶界相互作用 ,形成晶界微裂紋。微裂紋合并形成短裂紋。裂紋尖端塑性區(qū)內(nèi)晶粒同樣經(jīng)歷裂紋的萌生和擴(kuò)展過程。在短裂紋范圍內(nèi) ,裂紋的擴(kuò)展過程有很大的隨機(jī)性。分析結(jié)果表明 ,短裂紋的擴(kuò)展過程符合對數(shù)正態(tài)分布焊縫和熱影響區(qū)均可出現(xiàn)冷裂紋，主要發(fā)生在低合金鋼、中合金鋼、中碳鋼、高碳鋼、鈦及鈦合金的焊接接頭中。焊道下裂紋、焊趾裂紋、焊根裂紋為熱影響區(qū)縱裂紋。焊道下裂紋常平行于焊縫長度方向，并向熱影響區(qū)擴(kuò)展，不一定貫穿表面；焊根裂紋產(chǎn)生在根附近或根部未焊透等缺口部位；焊趾裂紋和根部裂紋主要由于缺口導(dǎo)致應(yīng)力集中而發(fā)生。擴(kuò)散氫的存在進(jìn)一步促使裂紋2014 屆畢業(yè)設(shè)計（論文）4 15MnVN 鋼形 成 冷 裂 紋 的 基 本 因 素 及 其 作 用4. 1 形 成 冷 裂 紋 的 基 本 因 素 及 其 作 用4.1.1 15MnVN 鋼形 成 冷 裂 紋 的 基 本 因 素 及 其 作 用 15MnVN 綱是 低 碳 鋼 ， 由于低碳鋼含碳量低，錳、硅含量也少，所以，通常情況下不會因焊接而產(chǎn)生嚴(yán)重硬化組織或淬火組織。低碳鋼焊后的接頭塑性和沖擊韌度良好，焊接時，一般不需預(yù)熱、控制層間溫度和后熱，焊后也不必采用熱處理改善組織，整個焊接過程不必采取特殊的工藝措施，焊接性優(yōu)良。但在少數(shù)情況下，焊接時也會出現(xiàn)困難：（1）采用舊冶煉方法生產(chǎn)的轉(zhuǎn)爐鋼含氮量高，雜質(zhì)含量多，從而冷脆性大，時效敏感性增加，焊接接頭質(zhì)量降低，焊接性變差；（2）沸騰鋼脫氧不完全，含氧量較高，P 等雜質(zhì)分布不均，局部地區(qū)含量會超標(biāo)，時效敏感性及冷脆敏感性大，熱裂紋傾向也增大；（3）采用質(zhì)量不符合要求的焊條，使焊縫金屬中的碳、硫含量過高，會導(dǎo)致產(chǎn)生裂紋。如某廠采用酸性焊條焊接 15MnVN 綱鋼時，因焊條藥皮中錳鐵的含碳量過高，會引起焊縫產(chǎn)生熱裂紋；（4）某些焊接方法會降低低碳鋼焊接接頭的質(zhì)量。如電渣焊，由于線能量大，會使焊接熱影響區(qū)的粗晶區(qū)晶粒長得十分粗大，引起沖擊韌度的嚴(yán)重下降，焊后必需進(jìn)行細(xì)化晶粒的正火處理，以提高沖擊韌度；總之，低碳鋼是屬于焊接性最好、最容易焊接的鋼種，所有焊接方法都能適用于低碳鋼的焊接。作用：（1）1 5MnVN 鋼屬于奧氏體不銹鋼，其組織為奧氏體（A)加 3-5 鐵素體（F ） 。它具有良好的塑性和高溫、低溫性能。它在焊接熱循環(huán)的作用下，主要顯示出以下基本要求： 焊接過程中采用小的線能量輸入，減小熱影響區(qū)范圍，加快焊縫及熱影響區(qū)的冷卻速度對不銹鋼的焊接是有益的。 用 15MnVN 鋼焊接時導(dǎo)熱系數(shù)小，存在過熱區(qū)，也容易造成熱影響區(qū)的晶粒長大。焊縫高溫停留時間過長，在高溫狀態(tài)下 Cr 和 C 形成化合物，在高溫區(qū)就形成了貧鉻層，也會導(dǎo)致焊縫的枝晶傾向加劇。因此要求盡量選擇線能覺輸入較小的焊接方法。 由于導(dǎo)熱系數(shù)小而線膨脹系數(shù)大，自由焊態(tài)下焊接易產(chǎn)生較大的變形，選用能量集中，熱影響區(qū)窄的焊接方法能在一定程度上減少焊接變形。（2）1 5MnVN 鋼的含碳量很小，在加上它屬于高合金鋼碳當(dāng)量法對它焊接性2014 屆畢業(yè)設(shè)計（論文）能的估算是不怎么準(zhǔn)確的。因此我們不用碳當(dāng)量對它的焊接性進(jìn)行分析。（3）1 5MnVN 鋼屬于奧氏體不銹鋼，這類鋼有具有交高的變形能兩種母材自身的問題：珠光體鋼：冷裂紋、脆化等；奧氏體鋼：熱裂紋等。特殊問題：（1）母材對焊縫的稀釋，引起焊縫組織與性能的變化珠光體鋼母材的溶入，將稀釋填充金屬，引起其成分與組織的變化。（2）形成凝固過渡層在靠近珠光體鋼一側(cè)熔合線的焊縫金屬中，會形成一層與內(nèi)部焊縫金屬成分不同的過渡層。過渡層中的高硬度馬氏體組織會使脆性增加，塑性顯著降低，形成低塑性帶，從而降低了焊接結(jié)構(gòu)的可靠性。（3）形成碳遷移過渡層在焊接或焊后加熱（熱處理或高溫運行）時，碳從珠光體母材通過熔合區(qū)向焊縫擴(kuò)散，在靠近熔合區(qū)的珠光體母材上形成一個軟化的脫碳層，而在靠近熔合區(qū)的奧氏體焊縫中形成硬度較高的增碳層。（4）接頭應(yīng)力狀態(tài)復(fù)雜局部加熱引起的熱應(yīng)力、兩種鋼的熱膨脹系數(shù)不同引起的殘余應(yīng)力（熱處理無法消除此應(yīng)力） 。4.2 基 本 因 素 的 作 用4.2.1 焊接冷裂紋的形態(tài)和特征冷裂紋形態(tài) 焊道下裂紋：在焊道下的熱影響區(qū)內(nèi)形成的焊接冷裂紋，常平行于熔合線發(fā)展 ；焊指裂紋：沿應(yīng)力集中的焊址處形成的冷裂紋，在熱影響內(nèi)擴(kuò)展； 焊根裂紋：沿應(yīng)力集中的焊縫根部所形成的冷裂紋，向焊縫或熱影響發(fā)展。 特征：無分支、穿晶開裂、斷口表面無氧化色。最主要、最常見的冷裂紋為延遲裂紋（即在焊后延遲一段時間才發(fā)生的裂紋-因為氫是最活躍的誘發(fā)因素，而氫在金屬中擴(kuò)散、聚集和誘發(fā)裂紋需要一定的時間）。延遲裂紋的產(chǎn)生原因 焊接接頭存在淬硬組織，性能脆化； 擴(kuò)散氫含量較高，使接頭性能脆化，并聚集在焊接缺陷處形成大量氫分子，造成非常大的局部壓力；（氫是誘發(fā)延遲裂紋的最活躍因素，故有人將延遲裂紋又稱氫致裂紋） 存在較大的焊接拉應(yīng)力。 2014 屆畢業(yè)設(shè)計（論文）4.2.2 防止延遲裂紋的措施 選用堿性焊條，減少焊縫金屬中氫含量、提高焊縫金屬塑性； 減少氫來源棗焊材要烘干，接頭要清潔（無油、無銹、無水）； 避免產(chǎn)生淬硬組織棗焊前預(yù)熱、焊后緩冷（可以降低焊后冷卻速度）； 降低焊接應(yīng)力棗采用合理的工藝規(guī)范，焊后熱處理等； 焊后立即進(jìn)行消氫處理（即加熱到 250，保溫 26 左右，使焊縫金屬中的擴(kuò)散氫逸出金屬表面）。4.2.3 脆化 a 在一定溫度條件下出現(xiàn)的脆性，溫度條件改變后，脆性自行消失，或者在一定溫度條件下，經(jīng)一定時間后出現(xiàn)的脆性。這種情況下，金屬的組織變化不明顯。有冷脆性，熱脆性，紅脆性及回火脆性。b 由于應(yīng)力的反復(fù)作用，介質(zhì)的浸蝕以在高溫下長期工作后，金屬組織改變引起的脆化現(xiàn)象。這種脆性無法消除或要通過一定的特殊方法消除。如氫脆。影響因素：a 化學(xué)成分 含 C 量，鉻錳鉬磷等；b 保溫時間 不同鋼產(chǎn)生熱脆性所需的保溫時間不同；c 熱處理 調(diào)質(zhì)處理可阻止熱脆性產(chǎn)生。5 防止冷裂紋的措施5.1 選擇冷裂紋敏感性低的材料冷拔無縫鋼管的軸向