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度为40cm/min时焊缝中部金相组织(100um)a)不完全正火区b)过热区c)焊缝区d)熔合区e)正火区兰州工业学院毕业设计(论文)22图a)的组织为经过相变的细小铁素体与珠光体混杂组织，以及未发生相变的铁素体；图b)的组织为片状先共析铁素体和黑灰色的珠光体；图c)的组织为粗大的先共析铁素体沿一次柱状晶界分布，晶内为细密的针状铁素体和珠光体(黑色)；图d)的组织为粗大的珠光体以及沿晶界分布的先共析铁素体，图e)的组织为细小的铁素体和珠光体，且均匀混合分布。图2.9焊接速度为20cm/min时焊缝中部金相组织(100um)a)不完全正火区b)过热区c)焊缝区d)熔合区e)正火区兰州工业学院毕业设计(论文)23图a)的组织为经过相变的细小铁素体与珠光体混杂组织，以及未发生相变的铁素体；图b)的组织为片状先共析铁素体和黑灰色的珠光体；图c)的组织为粗大的先共析铁素体沿一次柱状晶界分布，晶内为细密的针状铁素体和珠光体(黑色)；图d)的组织为粗大的珠光体以及沿晶界分布的先共析铁素体，图e)的组织为细小的铁素体和珠光体，且均匀混合分布。图2.10焊接电流122A时焊缝中部金相组织(100um)a)不完全正火区b)过热区c)焊缝区d)熔合区e)正火区兰州工业学院毕业设计(论文)24图a)的组...
&&&&&&&&.兰州工业学院毕业设计（论文）题目16Mn在不同焊接参数下对焊缝组织的影响系别材料工程系专业焊接技术及自动化班级焊接技术及自动化10姓名学号指导教师（职称）日期1兰州工业学院毕业设计（论文）任务书材料工程系届焊接技术及自动化专业毕业设计（论文）任务书毕业设计（论文）题目金属材料焊接接头的组织与性能对比课题内容性质科学研究课题来源性质教师收集的结合生产实际的课题实验校内（外）指导教师职称工作单位及部门联系方式胡春霞助教材料工程系2867483&&&&&&&&一、题目说明（目的和意义）：毕业设计是本专业教学过程的最后一个重要环节，也是培养学生分析问题和解决问题能力的主要方法，通过毕业设计，要求学生全面综合运用所学基本理论，基本技能和生产实践知识；学习系统地综合运用所学的知识和技能解决实际工程问题的本领，巩固和加深对所学知识的理解，并且通过毕业设计的实践扩大和补充知识，使认识提高到一个新的水平。&&&&&&&&通过毕业设计的实践，培养调查研究的习惯和工作能力，练习查阅资料和有关标准，查阅工具书或参考书，合理选择实验方法、实验设备，正确操作、分析，并能以实验分析过程和毕业论文表达设计的思想和结果。&&&&&&&&通过毕业设计，不但要提高解决具体问题的独立工作能力，而且应建立正确的设计和科研思想，加强思想性，牢固树立实事求是和严肃认真的工作态度。&&&&&&&&二、设计（论文）要求（工作量、内容）：&&&&&&&&1、总要求：要求每个学生根据给定的毕业设计题目独立完成焊材制备，焊接材料、方法及设备的选择，焊接操作，金相试样的制备、腐蚀、观察与图片收集，焊缝形状、质量、力学性能的测试等实验工作量，根据文献及相关的理论知识对实验结果进行分析总结，并得出结论,根据结论可进行相应的补充实验，完成毕业设计论文一份，毕业设计完成后进行答辩。&&&&&&&&2、给定的条件和要求：实验设备类型、种类齐全；实验药品齐全；查阅文献，明确毕业设计的意义及目的；严格按照标准及操作规程进行实验。&&&&&&&&3、确定总体方案：分析国内外金属材料焊接的发展和趋势，了解毕业设计任务书给定的条件和用途，可到工厂进行调研、了解焊接结构制造的经验，进行毕业设计可行性分析和论证，最后确定总体方案，并编制技术路线图。&&&&&&&&注：技术路线图在论文中要以图表形式出现。&&&&&&&&4、具体要求&&&&&&&&（1）母材准备：1）获取母材的材料2）对母材进行切割处理3）母材的焊前清理、打磨24）母材的坡口设计、加工（参考国标）5）焊缝位置的选择（尽可能平焊）（2）焊接方法的选择：根据母材的种类（碳钢、合金钢、不锈钢、有色金属等）选择相应的焊接方法（焊条电弧焊、埋弧焊、CO2气体保护焊、熔化极氩弧焊、TIG焊等）。&&&&&&&&（3）焊接设备的选择根据焊接方法选择相应型号的焊接设备并记录设备型号，并对焊接设备能进行较熟练的操作，对同一种类的焊接设备可采用不同型号进行试焊，对焊缝成形的结果进行比较以确定最佳的焊接设备。&&&&&&&&（4）焊接材料的选择根据母材的种类（碳钢、合金钢、不锈钢、有色金属等）选择相应的焊接材料（焊条、焊丝、焊剂、保护气体等）。&&&&&&&&（5）施焊做好安全防护工作，严格按照操作规程施焊（6）金相试样的制备及观察1）待试样完全冷却后选择焊缝的相应位置截取试样，将毛边磨去做好金相试样制备的准备；2）熟练掌握金相制备的方法，能够熟练操作金相磨制设备，配置相应的腐蚀液，掌握金相腐蚀的技巧；3）熟练操作金相显微镜，能够借助金相显微镜判断金相试样的磨制、腐蚀程度，并能运用金相显微镜拍摄金相照片，并能进行相应的分析。&&&&&&&&（7）力学性能测试能够根据国家标准制定试样尺寸，可对试样进行硬度和拉伸性能的测量，其中按同一种方法焊接出来的焊缝的拉伸试样数量为3个，取平均值。&&&&&&&&（8）实验结果分析根据以上实验过程结果进行判断、分析，能够判断出金相组织的种类、力学性能的好坏，并分析可能的影响因素。&&&&&&&&（9）毕业论文一份，外文翻译一篇，幅面大小为A4，全部由计算机打印。&&&&&&&&5、撰写毕业设计论文包括内容：封面、任务书、摘要、、论文正文、总结论、致谢、参考文献、英文翻译（原文+中文翻译）等。&&&&&&&&应阐述整个毕业设计内容，要突出重点和特色，图文并茂，文字通畅。&&&&&&&&毕业论文的页数不少于20页（20页内不含英文翻译，幅面大小为A4，全部由计算机打印）。&&&&&&&&6、试样的要求：实验试样要符合相应国家标准。&&&&&&&&7、论文撰写格式、装订顺序及要求依毕业设计（论文）规范。&&&&&&&&三、进度表日期内容31周3.5周1.5周毕业设计共6周，安排如下：&&&&&&&&1、文献查阅及方案论证1周&&&&&&&&（1）调查研究、搜集和查阅资料（0.5周）（2）总体设计方案的拟定和论证（0.5周）2、实验过程3.5周&&&&&&&&（1）实验前期准备（0.5周）（2）试样制备（0.5周）（3）实验操作、实验记录（2周）（6）结果分析并得出结论（0.5周）3、撰写毕业设计论文1.5周完成日期2013.&&&&&&&&1.11答辩日期～四、主要参考文献、资料、设备和实习地点及翻译工作量：[1]王宗杰.熔焊方法及设备.北京：机械工业出版社，2007年11月.[2]英若采.熔焊原理及金属材料焊接.北京：机械工业出版社，2009年12月.[3]邓洪军.焊接结构生产.北京：机械工业出版社，2012年1月.[4]英若采.熔焊原理及金属材料焊接.北京：机械工业出版社，2009年12月.[5]刘世荣.金属学与热处理.北京：机械工业出版社，1997年6月.[6]丁德全.金属工艺学.北京：机械工业出版社，2008年4月.[7]杨应龙.17MnNiVNbRe钢焊接性能研究.压力容器，]胡义祥.金相检验实用技术.北京：机械工业出版社，2012年6月.[9]机械工业理化检测人员技术培训和资格鉴定委员会.金相检验.北京：中国计量出版社，2011年3月.[10]杨立军.材料连接设备及工艺.北京：机械工业出版社，2009年1月.[11]宗培言.焊接结构制造技术与装备.北京：机械工业出版社，2010年1月.[12]周浩僧.焊接结构生产及装备.北京：机械工业出版社，2008年8月.[13]贾安东.焊接结构与生产.北京：机械工业出版社，2010年1月.[14]熊腊森.焊接工程基础.北京：机械工业出版社，2011年7月.[15]张文钺.焊接冶金学.北京：机械工业出版社，2008年6月.[16]李亚江.焊接冶金学——材料焊接性.北京：机械工业出版社，2010年10月.[17]方洪渊.焊接结构.北京：机械工业出版社，2010年9月.4[18]陈裕川.焊接工艺设计与实例分析.北京：机械工业出版社，2010年1月.[19]伍玉娇.金属材料学.北京：北京大学出版社，2011年8月.[20]付华，张光磊.材料性能学.北京：北京大学出版社，2010年9月.[21]覃耀春.金属学与热处理.北京：机械工业出版社，2011年6月.[22]胡义祥.周玉.北京：机械工业出版社，2011年6月.指导教师签字教研室主任签字主管系领导签字年月日年月日年月日注：本任务书要求一式两份，一份系部留存，一份报教务处实践教学科。&&&&&&&&I摘要随着工业和科学技术的不断发展，16Mn的应用在国防、航空、化工及电子等部门的应用越来越普遍。&&&&&&&&但是在16Mn广泛应用的同时，起连接作用的则是焊接。&&&&&&&&因此，16Mn的焊接便变得尤为重要。&&&&&&&&虽然16Mn的焊接已经很普遍，然而，随着工业生产的发展，对焊接技术提出了多种多样的要求。&&&&&&&&如对焊接产品的使用方面，提出了动载、强韧、高压、高温、低温和耐蚀等项要求；从焊接产品结构形式上，提出了焊接厚壁零件到精密零件的要求；从焊接材料的选择上，提出了焊接各种黑色金属和有色金属的要求。&&&&&&&&因此，通过研究16Mn薄板在不同的焊接参数下的焊接性、金相组织。&&&&&&&&找到16Mn薄板较为优异的焊接工艺，如焊接速度、焊接电流、焊接电压、焊缝宽度等。&&&&&&&&为以后16Mn的焊接提供规范，从而最大程度的发挥16Mn的优良特点，使其更好的服务于社会。&&&&&&&&本次设计对16Mn焊条电弧焊处理下的的工件进行切割取样、磨制金相、再用腐蚀剂进行腐蚀、最后拍取焊缝的金相照片，通过这一系列的工作，对在不同焊接参数下所获得的焊缝组织形态进行分析，最后确定出较为优异的的焊接工艺。&&&&&&&&即当焊条直径为3.2mm时、焊接电流为112A、焊接速度40cm/min时的焊接工艺较为优异。&&&&&&&&关键词：16Mn薄板；焊接参数；金相组织IIAbstractAsthedevelopmentofindustryandscienceandtechnology.Theapplicationof16Mnintheapplicationofmorecommondefense,aerospace,chemicalandelectronicsectormoreand.Butinthewideapplicationof16Mnatthesametime,playstheconnectionroleiswelding.Therefore,16Mnweldingbecomesparticularlyimportant.Althoughthe16Mnweldinghasbeenverycommon,withthedevelopmentofindustrialproduction,putforwardvariousrequirementsonweldingtechnology.Suchastheuseofweldingproducts,putforwarddynamic,robust,highpressure,hightemperature,lowtemperatureandcorrosionandotherrequirements；fromtheproductstructureform,theweldingofthickwallpartsandprecisionpartsrequirements；fromthechoiceofweldingmaterial,theweldingofferrousandnon-ferrousmetalsdemand.Therefore,throughthestudyof16Mnthinplateindifferentweldingwelding,microstructureparameters.Findthe16Mnprocessofsheetweldingisexcellent,suchasweldingspeed,weldingcurrent,weldingvoltage,weldingseamwidth.Specificationforwelding16Mn,soastomaximizethefinefeaturesof16Mn,makeitbetterservethesociety.Thedesignof16Mnarcweldingprocessoftheworkpiececutting,grindingmetallographicsample,thenthecausticcorrosion,finallytakingtheweldmetallographicphotos,throughaseriesofwork,carriesontheanalysistotheshapeofweldmicrostructureobtainedunderdifferentweldingconditions,theweldingprocessismoreexcellenttodeterminethe.Whentheweldingcurrent,weldingspeedfor112A40cm\/minweldingprocessismoreexcellentelectrodediameteris3.2mm.KeyWords:The16Mnsheet；weldingparameters；microstructure1绪论.............................................................................................................................................1&&&&&&&&1.1低合金钢的概述...................................................................................................................1&&&&&&&&1.1.1低合金钢的分类、性能及用途.....................................................................................1&&&&&&&&1.1.2.低合金钢的应用和发展.................................................................................................2&&&&&&&&1.1.3低合金钢的发展.............................................................................................................41.2典型钢种16Mn介绍...........................................................................................................51.2.116Mn的简介..................................................................................................................51.2.216Mn的化学成分..........................................................................................................51.2.316Mn的力学性能..........................................................................................................61.2.416Mn的热处理状态及金相组织..................................................................................61.2.516Mn的焊接性分析......................................................................................................71.316Mn的焊接.........................................................................................................................91.3.116Mn焊接方法的确定..................................................................................................91.3.2焊接材料的选择............................................................................................................91.3.3焊接工艺要点..............................................................................................................101.3.4焊接顺序......................................................................................................................101.3.5焊后检验......................................................................................................................111.4研究的背景及意义............................................................................................................112实验过程与结果分析...............................................................................................................132.1实验材料、工艺及设备....................................................................................................132.&&&&&&&&1.1实验材料.......................................................................................................................132.2加工工艺及实验设备.........................................................................................................132.2.1焊接方法.......................................................................................................................132.2.2实验设备.......................................................................................................................132.2.3焊接参数......................................................................................................................132.2.4坡口加工、装备及焊接...............................................................................................142.3实验方案及检测分析方法................................................................................................152.3.1实验方案.......................................................................................................................152.3.2实验检测分析方法.......................................................................................................162.4金相检验............................................................................................................................162.4.1对焊接金相试样切取的基本要求...............................................................................172.4.2试样的切取...................................................................................................................172.4.3试样的磨制...................................................................................................................172.4.4试样的抛光...................................................................................................................172.4.5浸蚀...............................................................................................................................182.4.6金相照片的拍制...........................................................................................................182.5实验结果分析.....................................................................................................................182.5.1金相组织分析...............................................................................................................282.5.2对比分析.......................................................................................................................312.6本章小结.............................................................................................................................31结论...........................................................................................................................................33致谢...........................................................................................................................................34参考文献...................................................................................................................................35外文文献及译文?????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????36兰州工业学院毕业设计(论文)11绪论&&&&&&&&1.1低合金钢的概述低合金钢是一类可焊接的低碳低合金工程结构用钢，钢中合金元素总的质量分数不超过5%(一般不超过3%)。&&&&&&&&&&&&&&&&1.1.1低合金钢的分类、性能及用途低合金钢按GB/T1《钢分类》规定分类如下：按质量等级分类，可分为普通质量低合金钢、优质低合金钢、特殊低合金钢。&&&&&&&&按主要性能分类，主要分为低合金高强度结构钢(简称低合金高强钢)、低合金耐候钢、低合金专业用钢等，以及其他低合金钢。&&&&&&&&&&&&&&&&（1）低合金高强度结构钢1)用途及性能特点低合金高强度结构钢是结合我国资源条件(钢中主要加入锰，这是我国富有的元素)而发展起来的优质低合金钢之一。&&&&&&&&应用低合金高强钢的目的，是减轻焊接结构的重量，节约材料和缩短焊接工期。&&&&&&&&使焊接产品和结构不但经济，而且可以提高生产效率和使用性能。&&&&&&&&低合金钢焊接产品和结构的可靠性和安全性是特别值得关注的。&&&&&&&&由于产品质量的不断地提高和生产成本的降低，被广泛用于建筑、桥梁、船舶、车辆、铁道、高压容器及大型军事工程等方面。&&&&&&&&低合金高强度结构钢具有良好的综合力学性能，焊接性及低温韧性、冷冲压及切削性均好；良好的耐大气、海水、土壤腐蚀的能力；良好的焊接性和冷成形性能；加工性能与低碳钢相近，变形抗力低，热轧后不会因冷却而产生裂纹。&&&&&&&&2)成分特点一般低合金高强度结构钢含碳量为0.1%～0.25%，以保证具有良好的塑性、韧性、焊接性和冷变形能力；合金元素总的质量分数ω(Me)＜3%。&&&&&&&&以Mn为主加元素，Si的含量较普通碳钢高，常辅加Cu、Ti、V、Nb、P等合金元素，有时也加入微量稀土元素。&&&&&&&&3)热处理特点低合金高强度结构钢一般在热轧和正火状态下使用，不需要进行专门的热处理。&&&&&&&&(2)低合金耐候钢我国列入国家标准的耐候钢有焊接结构用耐候钢和高耐候性结构钢。&&&&&&&&焊接结构用耐候钢的牌号由“Q+数字+NH”组成。&&&&&&&&其中“Q”是“屈”字汉语拼音首字母，数字表示最低屈服点数值，字母“NH”是“耐候”两字的汉语拼音首字母，牌号后缀以质量等级代号(C、D、E)。&&&&&&&&如Q355NHC，表示屈服点σs≥355MPa，质量等级为C级的焊接结构用耐候钢。&&&&&&&&兰州工业学院毕业设计(论文)2高耐候性结构钢牌号也是由“Q+数字+GNH”组成。&&&&&&&&与焊接结构用耐候钢不同的是，此处的字母“GNH”是“高耐候”三字的汉语拼音首字母，含Cr、Ni的高耐候钢牌号后缀以代号L。&&&&&&&&如Q345GNHL。&&&&&&&&(3)低合金专业用钢低合金专业用钢种类很多，有锅炉、压力容器用钢、船舶用钢、桥梁用钢、汽车用钢、农机用钢、建筑用钢和矿山用钢等[1]。&&&&&&&&&&&&&&&&1.1.2.低合金钢的应用和发展&&&&&&&&（1）提高低合金高强钢性能的途径提高低合金高强钢性能的途径包括：合金强化、组织强化(如淬火+回火)、控轧控冷工艺(TMCP)、淬火+自回火控制轧制(QST)。&&&&&&&&新的冶炼技术的进步，促进了新一代钢中的诞生。&&&&&&&&1)合金强化通过在钢中加入合金元素的固溶强化、析出强化、细晶强化，提高钢板的强度和韧性；通过正火细化晶粒、均匀组织，进一步提高钢板的塑性和韧性。&&&&&&&&2)组织强化(如淬火+回火)轧制后加热温度超过相变温度30～50℃，经水冷后生成的淬火饱和固溶体为不稳定组织，强度和硬度都很高。&&&&&&&&随后进行回火可使淬火固溶体分解软化，达到对钢材塑性和韧性的要求。&&&&&&&&工艺上称该工序为“调质处理”。&&&&&&&&3)控轧控冷工艺(TMCP)严格控制钢板的冷却过程，在接近或低于铁素体开始生成的温度(Ar3,910℃)下完成终轧。&&&&&&&&控轧指在更低的温度下停轧，抑制高温奥氏体晶粒长大；控冷即轧后立即加快冷却速度，即避免晶粒长大，又提高形核率，产生强韧性更高的细小贝氏体或针状铁素体，通过细化晶粒显著改善钢的强韧性。&&&&&&&&传统的细晶粒钢，其晶粒直径小于100μm，而TMCP钢的晶粒可达到10～50µm，超细晶粒钢的晶粒直径可达0.1～10µm，其显微组织和力学性能不能从热处理获得。&&&&&&&&超均匀性是指成分、组织、性能的均匀一致，并强调组织均匀的主导作用。&&&&&&&&这种轧制工艺可以使钢材在较低的碳当量下获得较高的强度，且焊接性好。&&&&&&&&新一代钢铁材料的特色是：超洁净度、超均匀性、超细晶粒。&&&&&&&&在不增加甚至在降低碳及合金元素的条件下，强度和寿命提高1倍(超洁净是指刚中S+P+O+N+H总含量＜0.01%)。&&&&&&&&4)淬火+自回火控制轧制(QST)淬火后利用钢截面中部的温度散热进行回火，实质是控轧控冷工艺(TMCP)的特殊应用。&&&&&&&&经过这种工艺处理的钢材，其强度高而焊接性好。&&&&&&&&(2)低合金高强钢的应用科学的发展以及技术的进步，使焊接结构设计向高参数、轻量化及大型化发展。&&&&&&&&低合金钢由于性能优异和经济效益显著，在焊接结构中得到越来越广泛的应用。&&&&&&&&低合金高强钢兰州工业学院毕业设计(论文)3近30年来受到世界各国的普遍关注，并仍将成为今后20～30年材料发展的基本方向。&&&&&&&&目前世界钢产量中有70%以上属于工程结构用钢，而工程结构用钢中60%以上属于低合金钢。&&&&&&&&由于国民经济各行业使用的工程结构用钢对钢材性能的要求越来越高，因而低合金钢的发展相当迅速，所占比例还将不断提高。&&&&&&&&1)普通低合金钢的应用普通钢结构指一般用途的各种钢结构，如建筑、桥梁和车辆等，这类钢统称为普通低合金结构钢。&&&&&&&&其中大部分是C-Mn、C-Mn-V、C-Mn-Nb和C-Mn-V-Nb钢。&&&&&&&&对于抗拉强度在600MPa以下的钢，一般为热轧状态下供货。&&&&&&&&对于强度级别较高或对冲击韧性有特殊要求的钢材，应以正火状态或调质状态供货。&&&&&&&&对于利用沉淀强化机制提高合金强度的低合金钢，必须以正火状态供货。&&&&&&&&为了保证钢材具有良好的焊接性，钢中的碳含量控制在0.2%以下。&&&&&&&&因为含碳量越高，越容易产生淬硬组织，即裂纹。&&&&&&&&热轧状态的结构钢按下式计算的碳当量(%)，一般不应超过0.44%。&&&&&&&&Ceq=ω(C)+ω(Mn)/6+ω(Si)/24+ω(Ni)/40+ω(Cr)/5+ω(Mo)/9+ω(V)/14（&&&&&&&&1.1）碳当量高于0.44%时，在12mm试板上单道焊缝热影响区的最高硬度超过350HV时应采用预热焊接。&&&&&&&&当低合金钢用于桥梁、海上建筑和起重机械等重要焊接结构时，应根据结构的最低工作温度提出冲击韧性的要求。&&&&&&&&对于在大气温度环境下工作的低合金结构钢，冲击吸收功(0℃,却贝V形缺口冲击试样)至少应达到27J的最低要求。&&&&&&&&低合金钢焊接结构的零部件通常需要经过加工成形—焊接—焊后热处理等工序，这就要求钢材具有良好的工艺性能。&&&&&&&&工艺性能包括金属的焊接性，切削性能，冷、热加工性能，热处理性能，可锻性，组织稳定性及大截面的淬透性等。&&&&&&&&在考虑材料成本的同时还应考虑材料加工、焊接难易程度不同对制造成本的影响。&&&&&&&&2)低合金调质钢的应用低合金调质钢是指屈服强度为490～980MPa，在调质状态下供货使用，属于热处理强化钢。&&&&&&&&它既有高的强度，又有较好的塑性和韧性，可以直接在调质状态下使用。&&&&&&&&低合金调质钢的广泛应用，在工业生产和国防建设的各个领域取得了十分明显的经济和社会效益。&&&&&&&&这类钢强度高、韧性好，为节约钢材和减轻焊接结构自重创造了条件。&&&&&&&&对于车辆、船舶、工程机械等运行结构，由于减轻自重，可以节约能源、提高运载能力和工作效率。&&&&&&&&采用焊接性好的低合金调质高强度钢可促进工程结构向大型化、轻量化和高效能方向发展。&&&&&&&&由于壁厚减薄，重量减轻，从而减少焊接工作量，为野外施工、吊装创造了条件。&&&&&&&&这类钢强韧性和综合性能好，可以大大提高设备的耐用性，延长其使用和寿命。&&&&&&&&抗拉强度700MPa的低合金调质高强度钢具有较好的缺口冲击韧性，可用于在低温下服役的焊接结构，如露天煤矿的大型挖掘机及电动轮自卸车等。&&&&&&&&抗拉强度800MPa的低合金调质高强度钢主要用于工程机械、矿山机械的制造中，如推土机、工程起重机、重型汽车和牙轮钻机等。&&&&&&&&抗拉强度1000MPa以上的低合金调质高强度钢主要用于工程机械高强耐磨件、核动力装置及航海、航天装备上。&&&&&&&&兰州工业学院毕业设计(论文)4&&&&&&&&1.1.3低合金钢的发展具有铁素体+珠光体组织的低合金钢，经过固溶强化和沉淀强化，在保证具有较好的综合力学性能的条件下，其屈服强度最高可达470MPa。&&&&&&&&若希望获得强度更高的低合金钢，就要考虑获得其他类型的基体组织，因而发展了低碳贝氏体型低合金钢、低碳索氏体型低合金钢、针状铁素体型低合金钢、低碳马氏体型低合金钢。&&&&&&&&另外，还可通过控制轧制方法来获得较高强度的低合金钢。&&&&&&&&&&&&&&&&（1）发展低碳贝氏体型低合金钢低碳贝氏体型低合金钢的主要特点是使大截面的结构件在热轧空冷(正火)条件下，获得单一的贝氏体组织。&&&&&&&&发展贝氏体型低合金钢的主要冶金措施是向钢中加入能显著推迟珠光体转变而对贝氏体转变影响很小的元素，从而保证热轧空冷(正火)条件下获得下贝氏体组织。&&&&&&&&目前，贝氏体型低合金钢多采用Mo0.5%+B0.003%为基本成分，以保证得到贝氏体组织，此外加入Mn、Cr、V等元素是为了进一步提高钢的强度及综合性能。&&&&&&&&这些元素的作用是：1)产生固溶强化作用；2)降低贝氏体转变温度，使形成的贝氏体及其析出的碳化物更加细小；3)强烈推迟C-曲线中的珠光体转变，进一步提高贝氏体的淬透性；4)提高回火稳定性(Mo和V最有效)。&&&&&&&&低碳贝氏体型低合金的焊接性能很好。&&&&&&&&这是因为贝氏体的转变温度较高(大于300℃)，可使组织应力得到充分消除，而且体积效应较小，不易出现焊接脆性。&&&&&&&&(2)低碳索氏体型低合金钢提高低合金钢强度的另一途径是采用低碳低合金钢淬火获得低碳马氏体，然后进行高温回火，获得低碳回火索氏体组织。&&&&&&&&以保证钢材具有良好的综合力学性能和焊接性能。&&&&&&&&生产这种钢有一定困难，因为钢材在淬火时容易变形，所以钢板和型钢必须在专用淬火设备上进行淬火处理，而截面厚度大的钢板不易完全淬透。&&&&&&&&与热轧或正火状态使用的铁素体+珠光体型普通低合金钢不同，低碳索氏体型低合金钢的强度主要取决于碳含量及钢的回火稳定性。&&&&&&&&所选用的合金元素及其含量应保证具有足够的淬透性、较高的回火稳定性和良好的焊接性能。&&&&&&&&低碳索氏体型低合金钢易于焊接，焊前不预热，具有良好的焊接性能。&&&&&&&&低碳索氏体型低合金钢已经在工程机械、重型载重车辆、桥梁、水轮机及舰艇等方面得到应用。&&&&&&&&我国在发展低碳索氏体钢方面做了大量的工作，取得快速发展并成功地应用于导弹、火箭等国防工业中。&&&&&&&&(3)发展针状铁素体型低合金钢为了满足在北方严寒条件下工作的大直径石油和天然气输出管道用钢的需要，目前世界各国正在发展针状铁素体型低合金钢，并通过轧制获得良好的强韧化效果。&&&&&&&&针状铁素体钢控制轧制后可使屈服强度σs达到490MPa以上，而脆性转变温度在-100℃以下。&&&&&&&&而且其兰州工业学院毕业设计(论文)5焊接性能相当良好，可以用普通电弧焊进行焊接。&&&&&&&&针状铁素体型低合金钢的典型成分是：ω(C)=0.06%、ω(Mn)=1.6%～2.2%、ω(Si)=0.01%～0.4%、ω(Mo)=0.25%～0.40%、ω(Nb)=0.04%～0.10%、ω(Al)约为0.05%、ω(N)≤0.01%、ω(S)≤0.02%、ω(P)≤0.02%。&&&&&&&&针状铁素体型低合金钢合金化的主要特点是，一是采用较低的碳含量(0.04%～0.08%)；二是主要用Mn、Mo、Nb元素进行合金化；三是对V、Si等元素以及N、S含量加以适当限制。&&&&&&&&研制针状铁素体型低合金钢的着眼点在于：1)通过轧制后冷却时形成的非平衡针状铁素体(实际上是无碳贝氏体)，提供大量的位错亚结构，为以后碳化物的弥散析出创造条件，并可保证钢管在原板成形时有较大的加工硬化效应，以防止强度降低。&&&&&&&&2)利用Nb(C、N)为强化相，使之在轧制后的冷却过程中，以及在575～650℃时效时从铁素体中弥散析出造成弥散强化，可使基体屈服强度σs提高70～140MPa，但又相应使脆性转变温度提高约8～19℃，为此需要采取相应的补救措施。&&&&&&&&3)采取控制轧制细化晶粒，将终轧温度降低至740～780℃(Ar3附近)，并使在900℃以下的形变量达到65%以上。&&&&&&&&在每道轧制后用喷雾快冷，以防止碳化物从奥氏体中析出而减弱时效强化效果[2]。&&&&&&&&1.2典型钢种16Mn介绍1.2.116Mn的简介16Mn是常见低合金高强度结构钢中的热轧钢，也被称为Q345钢。&&&&&&&&只是一个是牌号(Q345是牌号)，一个是钢号(16Mn只是其中的一种)。&&&&&&&&当被称为Q345时，“Q”代表的是这种材质的屈服强度，后面的345，就是指这种材质的最低屈服点数值，在345MPa左右。&&&&&&&&并会随着材质的厚度的增加而使其屈服值减小。&&&&&&&&它是我国于20世纪50年代(1957年)研制生产和应用最广泛的热轧钢(在此之前，一些大型钢结构多采用铆接，用于焊接施工的大型结构用钢主要依靠进口)，用于南京长江大桥和我国第一艘万吨远洋货轮。&&&&&&&&我国低合金钢系列中的许多钢种是在16Mn基础上发展起来的。&&&&&&&&在16Mn基础上加入少量V（ωV=0.03%～0.20%）、Nb(ωNb=0.01%～0.05%)、Ti(ωTi=0.10%～0.20%)等，利用V、Nb、Ti的碳化物和氮化物的析出可进一步提高钢的强度，细化晶粒，如Q345、Q390等[3]。&&&&&&&&1.2.216Mn的化学成分由于16Mn属于低合金结构钢。&&&&&&&&而低合金结构钢中合金元素总的质量分数一般不超过5%，以提高钢的强度并保证其具有一定的塑性和韧性。&&&&&&&&16Mn的化学成分见表&&&&&&&&1.1。&&&&&&&&兰州工业学院毕业设计(论文)6表&&&&&&&&1.116Mn化学成分：(GB/T)[4]化学成分(质量分数)/%CMnSiPSVNbTiAlCrNi≤0.201.00～1.60≤0.55≤0.045≤0..200.015～0.060.02～0.20———1.2.316Mn的力学性能16Mn的强度级别为345MPa，在热轧或正火状态下使用，综合力学性能，焊接性及低温韧性、冷冲压及切削性均好，与Q235相比，ωMn由0.65%提高到1.00%～1.06%。&&&&&&&&并加入微量V、Nb、Ti等元素，强度提高近50%，耐大气腐蚀性能提高20%～38%，低温冲击韧性也比Q235钢优越，但缺口敏感性较碳钢大。&&&&&&&&16Mn的力学性能见表1.2。&&&&&&&&表1.216Mn的力学性能[4]屈服强度σs/MPa抗拉强度σb/MPa伸长率/%冲击吸收功AKV/J≥343≥490≥21≥341.2.416Mn的热处理状态及金相组织16Mn的金相组织为细晶粒铁素体+珠光体组织，金相组织如图&&&&&&&&1.1所示，其中白色为铁素体、黑色为珠光体，铁素体与珠光体沿轧制变形方向交替成带状分布一般在热轧状态下使用。&&&&&&&&要求提高冲击韧性以及板厚时，也可在正火状态下使用。&&&&&&&&例如，为了改善综合性能，特别是厚板的冲击韧性，16Mn可进行900～920℃正火处理，正火后强度略有降低，但塑性、韧性(特别是低温冲击韧性)有所提高。&&&&&&&&图&&&&&&&&1.116Mn在轧制状态下的金相组织16Mn也可以进行退火处理或调质处理。&&&&&&&&16Mn钢正火和退火处理的温度分别为900℃兰州工业学院毕业设计(论文)7水淬+650℃回火。&&&&&&&&16Mn钢临界点为：Ac1755℃，Ac3875℃，Ar3803℃，Ar1640℃，Ms386℃。&&&&&&&&1.2.516Mn的焊接性分析钢的焊接性是指钢材对焊接加工的适应性，即在一定的焊接条件下，获得优质焊接接头的难易程度。&&&&&&&&一是工艺性能，钢材对形成焊接缺陷的敏感性；二是使用性能，使接头具有与母材相当的力学性能和加工工艺性能。&&&&&&&&由于钢的焊接性主要取决于化学成分。&&&&&&&&而16Mn的碳及合金元素的含量都比较低，总体来说焊接性较好，在焊接过程中一般不会产生缺陷。&&&&&&&&因此，在焊前不需要预热，焊后也不需要热处理。&&&&&&&&本课题选用的16Mn采用平板对接焊，熔池主要受到电弧作用力、熔池金属重力和熔池金属表面张力的作用，当熔池金属体积、质量和熔宽一定时，熔池深度取决于电弧的大小，熔深和电弧力又与焊接电流相关，熔宽由电弧电压决定。&&&&&&&&熔池体积越大，表面张力也越大，当表面张力不能平衡电弧作用力和熔池金属重力时，会造成熔池烧穿，而且在焊接过程中局部受到加热和冷却作用，使焊件产生不均匀的应力和应变，当焊缝的纵向缩短对薄板边缘产生的应力超过一定值时，会产生较严重的波浪变形，影响工件的外形质量。&&&&&&&&16Mn的焊接性具体体现在以下几个方面。&&&&&&&&&&&&&&&&（1）热裂纹热裂纹是在焊接高温下产生的，其中危害最严重的是结晶裂纹，由于结晶裂纹是在结晶后期，由低熔点物质所形成的液态薄膜而引发的。&&&&&&&&它与焊缝金属的成分，主要是碳、硫、镍、锰等元素有密切关系。&&&&&&&&从表&&&&&&&&1.1得知，16Mn含碳量低，含锰量较高，硫和磷控制严格，它的M/S较高，因而具有良好的抗结晶裂纹性能。&&&&&&&&所以在正常情况下，16Mn钢是不会出现结晶裂纹的。&&&&&&&&(2)冷裂纹大量的生产实践和理论研究表明，钢种的淬硬倾向、一定的含氢量和足够的拘束应力是焊接时产生冷裂纹的三大主要因素。&&&&&&&&下面也从这三方面分析16Mn的冷裂纹倾向。&&&&&&&&1)淬硬倾向16Mn由于其含碳量低，故在淬火时，如冷却速度不是太快，就会得到低碳马氏体组织，或者是铁素体+珠光体组织，由于这些组织的硬度不高，因而其淬硬倾向小，只有在冷却速度较快时，才会得到高碳马氏体组织，则有一定的淬硬倾向。&&&&&&&&2)含氢量焊接时，焊缝中的氢主要来源于焊接材料中的水分、焊件坡口处的铁锈、油污以及环境湿度等。&&&&&&&&对16Mn来说，只要板厚不太大且冷却速度控制得当，由于焊接温度高,增强了氢的活动能力，使大部分氢会从焊缝中扩散逸出；同时，当焊缝冷却时其组织会由奥氏体向铁素体等转变，由于氢在奥氏体中的溶解度大大高于在铁素体中的溶解度，又会有部分氢逸出。&&&&&&&&因而到最后，焊缝中的残余氢含量就不足以形成冷裂纹。&&&&&&&&3)拘束应力兰州工业学院毕业设计(论文)8焊接时，焊缝中的应力主要包括热应力、组织应力和由于自身拘束条件所造成的应力。&&&&&&&&目前，普遍采用拘束度(R)综合表示这种应力的大小，拘束度的计算可采用如下公式：R=K1δ(1.2)式中：K1—板厚拘束度系数，N/(㎜2)；δ—板厚,㎜。&&&&&&&&由上式可见，拘束度与材料板厚有很大关系，板厚越大，所造成的拘束度也越大，则拘束应力也就越大，因而我们只要选择合适的板厚，就可以控制拘束应力。&&&&&&&&综上所述，16Mn钢在板厚不是太大，冷却速度适当的情况下是不会出现冷裂纹的，只有在板厚(40mm以上)太大，冷速较快的情况下，才有出现冷裂纹的倾向，不过，我们可以通过焊前适当预热等措施来预防。&&&&&&&&(3)再热裂纹再热裂纹是由于钢中含有Cr、Mo、V、Nb等强碳化物形成元素，以及存在一定的残余应力，并在焊后进行再次加热的情况下产生的。&&&&&&&&由表&&&&&&&&1.1可知，16Mn不含强碳化物形成元素，在热轧状态下供货，焊后一般不进行热处理，因而对再热裂纹不敏感。&&&&&&&&(4)层状撕裂层状撕裂的产生，与钢材的合金成分没有直接关系，仅与冶炼、轧制工艺及杂质的含量和分布有关。&&&&&&&&从Z向拘束力考虑，层状撕裂与板厚有关，一般板厚在16mm以下就不易产生层状撕裂；从钢材本身来说，钢中的片状硫化物与层状硅酸盐或大量成片地密集于同一平面内的氧化物夹杂都使Z向塑性降低，导致层状撕裂的产生，其中层片状硫化物的影响最为严重。&&&&&&&&因此，硫含量和Z向断面收缩率是评定钢材层状撕裂敏感性的主要指标。&&&&&&&&合理选择层状撕裂敏感性小的钢材，改善接头形式以减轻钢板Z向所承受的应力应变，在满足产品使用要求的前提下选用强度级别较低的焊接材料及采用预热和降氢等辅助措施，有利于防止层状撕裂的发生。&&&&&&&&而对于16Mn来说，其本身杂质与有害元素含量控制严格，所以只要我们控制其板材厚度与选择合适焊接工艺，其层状撕裂是可以减少或避免的。&&&&&&&&(5)脆化1)过热区脆化过热区脆化主要产生在被加热到1100℃以上直至熔点以下的区域，它的产生原因与钢材成分及强化方式有关。&&&&&&&&对16Mn钢来说，当碳含量偏于下限(0.12%～0.14%)时，由于其本身含碳量少，又是通过固溶强化方式来获得较好的强度和韧性的，因而其脆化倾向小。&&&&&&&&只有当焊接线能量过大时，会导致过热区奥氏体晶粒严重粗化，冷却时生成魏氏组织，这时才会出现脆化现象。&&&&&&&&而当含碳量偏于上限(0.20%)时，此时不仅线能量过大会因形成魏氏组织而脆化，而且当线能量偏低、冷速过大时还会因形成高碳马氏体而发生脆化。&&&&&&&&因此只要我们控制16Mn钢的成分与线能量，其过热区脆化也是可以减少或避免的。&&&&&&&&2)热应变脆化一般认为热应变脆化发生于一些固溶N含量较高的低碳钢和强度级别不高的低合钢中，主要是由于氮、碳原子聚集在位错周围，对位错造成钉轧作用引起的，特别易于在200～400℃加热温度范围的亚临界热影响区产生，如焊前已经存在缺口时，这种脆化就变得更兰州工业学院毕业设计(论文)9为严重。&&&&&&&&对于16Mn来说，其本身含有一定的固溶氮，化学成分中又没有强氮化合物形成元素可与氮结合为氮化物，因而具有一定的热应变脆化倾向。&&&&&&&&可以通过焊后600℃、1h的退火处理来恢复16Mn的韧性。&&&&&&&&综合以上分析，我们知道在裂纹方面，16Mn对热裂纹、再热裂纹和层状撕裂不敏感，只有当板材厚度过大，且冷却过快时对冷裂纹有一定的敏感性；在脆化方面，16Mn有一定的热应变脆化现象，对过热区脆化不敏感。&&&&&&&&在生产实际中，我们只要通过一些简单的焊接工艺就可以解决16Mn中由于部分原因对焊接性带来的不利影响。&&&&&&&&因而，总的来说，16Mn具有优良的焊接性，这正是它广泛用于各种焊接结构中的一个重要原因[5]。&&&&&&&&1.316Mn的焊接1.3.116Mn焊接方法的确定16Mn的焊接对焊接方法的选择无特殊要求，采用的焊接方法包括：焊条电弧焊、埋弧自动焊、气体保护焊(如CO2焊、MIG/MAG焊)、电渣焊等。&&&&&&&&可根据焊接产品的结构、板厚、使用性能要求及生产条件等选择，其中，焊条电弧焊、埋弧自动焊、CO2气体保护焊、混合气体保护焊是16Mn常用的焊接方法。&&&&&&&&1.3.2焊接材料的选择母材的下料采用机械切割，即用剪板机剪切。&&&&&&&&当母材尺寸规格确定后，为了防止焊接过程中出现气孔，必须重视焊前试板的清理工作，如采用低氢型碱性焊条(E5015、E5016型焊条)，则更应加强焊前清理。&&&&&&&&焊前使用的清理方法不限，但最好能用角向磨光机打磨，效率较高，效果也比较好。&&&&&&&&像16Mn这种低合金钢选择焊接材料时必须考虑两方面的问题：一是不能有裂纹等焊接缺陷；二是能满足力学性能要求。&&&&&&&&选择焊接材料的依据是保证焊缝金属的强度、塑性和韧性等力学性能与母材相匹配。&&&&&&&&16Mn一般是根据强度级别选择材料，不要求与母材同成分，其要点如下：&&&&&&&&（1）选择与母材力学性能匹配的相应级别的焊接材料。&&&&&&&&从力学性能“等强匹配”的角度选择焊接材料，一般要求焊缝的强度与母材等强或稍低于母材。&&&&&&&&焊缝中的碳含量不应超过0.14%，其他合金元素要求低于母材中的含量，以防止裂纹及焊缝强度过高。&&&&&&&&(2)考虑熔合比和冷却速度的影响。&&&&&&&&焊缝的化学成分和性能与母材溶入量(熔合比)有关，而焊缝组织与冷却速度有很大关系。&&&&&&&&采用同样的焊接材料，由于熔合比或冷却速度不同，所得焊缝的性能有很大差别。&&&&&&&&因此，焊条或焊丝成分应考虑到板厚和坡口形式的影响。&&&&&&&&薄板焊接时熔合比较大，应选用强度稍低的焊接材料，厚板深坡口则相反。&&&&&&&&(3)考虑焊后热处理对焊缝力学性能的影响。&&&&&&&&当焊缝强度余量不大时，焊后热处理(如消除应力退火)后焊缝强度有可能低于要求。&&&&&&&&因此，对于焊后要进行正火处理的焊缝，应选兰州工业学院毕业设计(论文)10择强度高一些的焊接材料。&&&&&&&&具体见表1.3。&&&&&&&&表1.316Mn焊接材料的选用[2]焊条气体保护焊埋弧焊电渣焊型号牌号保护气体焊丝焊丝焊剂焊丝焊剂E15E-GE3,J502,J507,J506,J507GR,J507RH,J506Fe,J507Fe,J507Fe16CO2ER49-1ER50-2,6,7GHS-50YJ502-1,YJ502R-1YJ507-1,YJ507Ni-1YJ507TiB-1不开坡口对接H08A,H08E中厚板开坡口对接H08MnAH10Mn2H10MnSiHJ430HJ431SJ501SJ502SJ301H08MnMoAH10Mn2H10MnSiHJ431HJ焊接工艺要点焊接坡口的几何尺寸和制备方法，直接影响焊接接头的质量和经济性。&&&&&&&&在设计低合金结构钢接头的坡口时应注意以下两点：&&&&&&&&（1）避免采用无法焊透或局部焊透的坡口形式，因为焊缝根部的缺口往往是各种焊接裂纹的起源区。&&&&&&&&(2)尽量减少焊缝的横截面积，以降低接头的焊接应力，同时也可减少焊接材料的消耗量。&&&&&&&&坡口加工可采用机械加工，其加工精度较高，也可采用火焰切割或碳弧气刨。&&&&&&&&对强度级别较高、厚度较大的钢材，经过火焰切割和碳弧气刨的坡口应用砂轮仔细打磨。&&&&&&&&在坡口两侧约20mm范围内，应严格去除水分、油污和锈蚀等。&&&&&&&&焊接件的装配间隙不能过大，避免强力装配定位。&&&&&&&&为防止定位焊焊缝开裂，要求定位焊焊缝应有足够的长度(一般不小于50mm)，对厚度较薄的板材不小于4倍板厚。&&&&&&&&定位点固焊应选用与焊接同类型的焊接材料，也可选用强度等级稍低的焊条或焊丝。&&&&&&&&定位焊的顺序应能防止过大的拘束、允许工件有适当的变形，焊点或点固焊缝应对称均匀分布。&&&&&&&&定位焊所用的焊接电流可稍大于焊接时的焊接电流。&&&&&&&&1.3.4焊接顺序&&&&&&&&（1）引弧电弧焊时，引燃焊接电弧的过程叫做引弧。&&&&&&&&焊条电弧焊通常采用接触引弧法，它是先将焊条与工件接触形成短路，再拉开焊条引燃电弧的方法。&&&&&&&&根据操作手法不同又可分为：直击引弧法和划擦引弧法。&&&&&&&&本次实验操作采用划擦引弧法，如图1.2所示。&&&&&&&&兰州工业学院毕业设计(论文)11图1.2焊条的引弧(2)焊缝的焊接由于受焊条长度的限制，焊缝前后两端出现连接接头是不可避免的，但焊缝接头应力求均匀，防止产生过高、脱节、宽窄不一致等缺陷。&&&&&&&&焊缝的连接有以下四种情况，中间接头、相背接头、相向接头和分段退焊接头。&&&&&&&&(3)收尾(熄弧)焊缝的收尾是指一条焊缝完成后如何收弧(熄弧)。&&&&&&&&焊接结束时，如果将电弧突然熄灭，则焊缝表面留有凹陷较深的弧坑，会降低焊缝收尾处的强度，并容易引起弧坑裂纹。&&&&&&&&过快拉断电弧，液体金属中的气体来不及逸出，还容易产生气孔等缺陷。&&&&&&&&为克服弧坑缺陷，常用的收尾方法有反复收尾法、划圈收尾法和转移收尾法。&&&&&&&&其中最常用的收尾法是反复收尾法[6]。&&&&&&&&1.3.5焊后检验焊后检验就是将通过检测、试验、测量、调查等方法所获取的焊接产品性能指标或数据与其使用要求、相关标准等检验依据进行比较的过程。&&&&&&&&通过焊接检验，可以判断焊接产品质量的优劣及焊接产品在制造过程中所用材料、工艺是否恰当。&&&&&&&&通过焊接检验，可以在生产过程中及时发现和解决零部件的质量问题，避免焊接结构的整体报废，保证焊接结构的制造质量，防止不合格产品出厂，减少材料和工时的浪费，降低生产成本。&&&&&&&&同时焊后检验可以评定焊接结构生产中新材料、新方法焊接工艺的优劣，选择出最佳焊接工艺，从而促进和保障焊接技术的应用，进一步提高产品质量[7]。&&&&&&&&1.4研究的背景及意义在现代工业中，金属是不可缺少的重要材料，尤其是16Mn这种较为普遍且价格低廉的低合金钢得到了广泛应用。&&&&&&&&例如高速行驶的汽车、火车、载重万吨至几十万吨的轮船、耐腐耐压的化工设备以及宇宙飞行器等。&&&&&&&&在这些工业产品的制造过程中，需要把各种各样加工好的零件按设计要求连接起来制成产品，焊接就是将这些零件连接起来的一种加工方法。&&&&&&&&然而，随着工业生产的发展，对焊接技术提出了多种多样的要求。&&&&&&&&如对焊接产品的使用方面，提出了动载、强韧、高压、高温、低温和耐蚀等项要求；从焊接产品结构形式上，提出了焊接厚壁零件到精密零件的要求；从焊接材料的选择上，提出了焊接各种黑色金属兰州工业学院毕业设计(论文)12和有色金属的要求[8]。&&&&&&&&因此，通过研究16Mn在不同的焊接参数下的焊接性、金相组织。&&&&&&&&找到16Mn的最佳焊接工艺，如焊接速度、焊接电流、、焊接电压、焊缝宽度等。&&&&&&&&为以后16Mn的焊接提供一个规范，从而最大程度的发挥16Mn的优良特点，使其更好的服务于社会。&&&&&&&&兰州工业学院毕业设计(论文)132实验过程与结果分析2.1实验材料、工艺及设备2.&&&&&&&&1.1实验材料&&&&&&&&（1）本实验选用的原材料为16Mn薄板，具体尺寸为长×宽×高＝150mm×50mm×5mm。&&&&&&&&(2)选用焊条型号为J507型。&&&&&&&&直径为φ3.2mm。&&&&&&&&该焊条具体性能见表2.1。&&&&&&&&表2.1J507型焊条的化学成分及力学性能[8]熔敷金属化学成分(质量分数)/%力学性能(不小于)CMnSiSP其它σb/MPaσs/MPaδ5/%AKV/J(-30℃)≤0.12≤1.60≤0.75≤0.035≤0.040—≥490≥400≥22≥272.2加工工艺及实验设备2.2.1焊接方法在本次实验中，由于要测在不同焊接参数下焊缝金相组织的变化。&&&&&&&&因此，选用最常见的焊条电弧焊进行焊接。&&&&&&&&2.2.2实验设备&&&&&&&&（1）焊接设备由于所选的焊接方法是焊条电弧焊，考虑到要观察不同的焊接参数(如电流)，因此选用带数显的逆变式直流电弧焊机。&&&&&&&&(2)切割设备本次实验所用的切割设备是DK7740型数控电火花线切割机床。&&&&&&&&(3)试样制备设备本次实验所用试样制备设备有MP-2型预磨机、MP-2型磨抛机。&&&&&&&&(4)检测设备本次实验所采用的检测设备有CMM-55Z型金相显微镜。&&&&&&&&2.2.3焊接参数兰州工业学院毕业设计(论文)14本实验所采用的焊接参数见表2.2。&&&&&&&&表2.2焊接参数焊缝空间位置坡口形式焊件序号焊件厚度/mm焊接电压/V焊条直径/mm焊接电流/A焊接速度平对接焊缝I形15mm22～28V3.2mm10230cm/mincm/min440cm/min2.2.4坡口加工、装备及焊接在本次实验中，由于所选材料的厚度较薄。&&&&&&&&因此，可以不用开坡口。&&&&&&&&预留装配间隙1～2mm。&&&&&&&&在点固焊时由于母材长度较短。&&&&&&&&因此，点固时在板材两端各留30mm，然后进行点固，定位焊长度为10～15mm，具体见图2.1。&&&&&&&&图2.1焊前点固[9]在本次实验中，由于所选试板的尺寸较短，因此选用中间接头法。&&&&&&&&焊接时焊条角度与工件保持80°～90°的夹角。&&&&&&&&且板厚较薄，故采用单面焊双面成型的方法，即只焊一层，具体见图2.2。&&&&&&&&图2.2焊缝的焊接[10]焊后焊缝形状见图2.3。&&&&&&&&兰州工业学院毕业设计(论文)15图2.3不同焊接参数焊接后的焊缝2.3实验方案及检测分析方法2.3.1实验方案本实验技术路线如图2.4所示。&&&&&&&&兰州工业学院毕业设计(论文)16图2.4实验技术路线2.3.2实验检测分析方法本实验采用显微组织观察的分析方法。&&&&&&&&在焊接后的试件上取样，试样经抛光、腐蚀后对焊接区的显微组织进行观察与分析，并使用CMM-55Z型显微镜对其进行拍照。&&&&&&&&2.4金相检验16Mn不同焊接参数下组织研究16Mn钢的物理特性16Mn钢的焊接性分析16Mn钢的可焊性16Mn钢的淬硬倾向16Mn钢焊接常见缺陷16Mn钢的焊接工艺设计焊接方法的选用焊接材料的选用坡口形状的选用焊接参数的选择16Mn钢的焊接金相组织分析结论兰州工业学院毕业设计(论文)172.4.1对焊接金相试样切取的基本要求&&&&&&&&（1）试样切取过程中不得采用加热方法，以免造成显微组织变化或出现假组织。&&&&&&&&(2)应切下完整的焊接接头试样，尽可能保证试样上、下表面平行，所有要观察的视场内其凸凹度不能超过光学显微镜的景深。&&&&&&&&(3)试样表层不能有明显磨痕、加工硬化、非金属夹杂物剥落或其它使组织模糊的表面层。&&&&&&&&(4)显蚀方法得当、深浅适中、组织清晰[11]。&&&&&&&&2.4.2试样的切取在本课题中，切取的焊接试样主要是要观察焊缝的金相组织，通过观察金相组织的变化来判断不同焊接参数(不同焊接电流、不同焊接速度)对金相组织的影响。&&&&&&&&具体切取见图2.5。&&&&&&&&沿焊缝纵向将试样两端各截取一段，中间截取一段。&&&&&&&&尺寸规格为30mm×20mm×5mm。&&&&&&&&图2.5焊缝取样示意图2.4.3试样的磨制本次实验由于试样较多，因此采用机械磨制，砂纸采用水砂纸。&&&&&&&&首先从粗颗粒号砂纸(80#、240#)开始，逐步换用细颗号砂纸(400#、600#、800#、1200#、2000#)，每换一道砂纸须消除前道砂纸的痕迹，试样垂直转换90°再进行下一道砂纸的磨制。&&&&&&&&砂纸打磨应注意保证试样磨面平整，不能把观察表面磨成鼓肚状，影响金相观察。&&&&&&&&2.4.4试样的抛光兰州工业学院毕业设计(论文)18抛光时，手拿试样要轻、要稳，垂直于细磨的磨痕方向抛磨，抛至试样表面已去除磨痕时即可。&&&&&&&&抛光时间3～5min为宜。&&&&&&&&因为抛光时间过长会使试样表面产生变形层，抛光面在显示剂浸蚀下会出现腐蚀坑，影响组织观察。&&&&&&&&2.4.5浸蚀本次实验试样的浸蚀采用化学试剂显蚀。&&&&&&&&将抛光后的试样用水冲洗，并同时用脱脂棉擦净磨面，然后用滤纸吸取磨面上多余的水，用吹风机吹干后用显微镜检查磨面上是否有划痕、水迹等，同时证明未经过浸蚀的试样是无法分析组织的。&&&&&&&&经检查合格后的试样可以放在浸蚀剂中浸蚀。&&&&&&&&&&&&&&&&（1）浸蚀液的配制浸蚀液选用最常见的4%硝酸酒精溶液。&&&&&&&&先在量筒中量取4mL硝酸(分析纯硝酸，质量分数为69%)，再用量筒量取96mL无水酒精。&&&&&&&&先将量好的硝酸放置在烧杯中，再将量好的酒精用玻璃棒引流缓慢注入到烧杯中，然后用玻璃棒轻轻搅拌。&&&&&&&&最后将配制好的硝酸酒精溶液装在棕色瓶中，在棕色瓶上贴上标签，以备下次使用。&&&&&&&&(2)试样的浸蚀浸蚀时，将配制好的硝酸酒精溶液取少许盛放在蒸发皿中，手拿试样轻轻地在蒸发皿中蘸取少许试剂(控制时间在8s左右)，待清楚显示出熔合线后即可用清水冲洗，然后用无水酒精清洗，最后用电吹风机吹干后就可在显微镜下观察[12]。&&&&&&&&2.4.6金相照片的拍制拍制金相照片时，将磨制好的试样轻放在显微镜物镜上，调整显微镜直到能清晰观察到试样显微组织时为止，最后对其进行拍照。&&&&&&&&2.5实验结果分析最后拍制的金相照片如图2.6、图2.7、图2.8、图2.9、图2.10、图2.1&&&&&&&&1、图2.12、图2.13、图2.14所示。&&&&&&&&兰州工业学院毕业设计(论文)19图2.6焊接速度为40cm/min时焊缝尾部的金相组织(100µm)a)不完全正火区b)过热区c)焊缝区d)熔合区e)正火区兰州工业学院毕业设计(论文)20图a)的组织为经过相变的细小铁素体与珠光体混杂组织，以及未发生相变的铁素体；图b)的组织为片状先共析铁素体和黑灰色的珠光体；图c)的组织为粗大的先共析铁素体沿一次柱状晶界分布，晶内为细密的针状铁素体和珠光体(黑色)；图d)的组织为粗大的珠光体以及沿晶界分布的先共析铁素体，图e)的组织为细小的铁素体和珠光体，且均匀混合分布。&&&&&&&&图2.7焊接速度为20cm/min时焊缝中部的金相组织(100µm)a)不完全正火区b)过热区c)焊缝区d)熔合区e)正火区兰州工业学院毕业设计(论文)21图a)的组织为经过相变的细小铁素体与珠光体混杂组织，以及未发生相变的铁素体；图b)的组织为片状先共析铁素体和黑灰色的珠光体；图c)的组织为粗大的先共析铁素体沿一次柱状晶界分布，晶内为细密的针状铁素体和珠光体(黑色)；图d)的组织为粗大的珠光体以及沿晶界分布的先共析铁素体，图e)的组织为细小的铁素体和珠光体，且均匀混合分布。&&&&&&&&图2.8焊接速度为40cm/min时焊缝中部金相组织(100µm)a)不完全正火区b)过热区c)焊缝区d)熔合区e)正火区兰州工业学院毕业设计(论文)22图a)的组织为经过相变的细小铁素体与珠光体混杂组织，以及未发生相变的铁素体；图b)的组织为片状先共析铁素体和黑灰色的珠光体；图c)的组织为粗大的先共析铁素体沿一次柱状晶界分布，晶内为细密的针状铁素体和珠光体(黑色)；图d)的组织为粗大的珠光体以及沿晶界分布的先共析铁素体，图e)的组织为细小的铁素体和珠光体，且均匀混合分布。&&&&&&&&图2.9焊接速度为20cm/min时焊缝中部金相组织(100µm)a)不完全正火区b)过热区c)焊缝区d)熔合区e)正火区兰州工业学院毕业设计(论文)23图a)的组织为经过相变的细小铁素体与珠光体混杂组织，以及未发生相变的铁素体；图b)的组织为片状先共析铁素体和黑灰色的珠光体；图c)的组织为粗大的先共析铁素体沿一次柱状晶界分布，晶内为细密的针状铁素体和珠光体(黑色)；图d)的组织为粗大的珠光体以及沿晶界分布的先共析铁素体，图e)的组织为细小的铁素体和珠光体，且均匀混合分布。&&&&&&&&图2.10焊接电流122A时焊缝中部金相组织(100µm)a)不完全正火区b)过热区c)焊缝区d)熔合区e)正火区兰州工业学院毕业设计(论文)24图a)的组织为经过相变的细小铁素体与珠光体混杂组织，以及未发生相变的铁素体；图b)的组织为片状先共析铁素体和黑灰色的珠光体；图c)的组织为粗大的先共析铁素体沿一次柱状晶界分布，晶内为细密的针状铁素体和珠光体(黑色)；图d)的组织为粗大的珠光体以及沿晶界分布的先共析铁素体，图e)的组织为细小的铁素体和珠光体，且均匀混合分布。&&&&&&&&图2.11焊接电流102A时焊缝中部金相组织(100µm)a)不完全正火区b)过热区c)焊缝区d)熔合区e)正火区兰州工业学院毕业设计(论文)25图a)的组织为经过相变的细小铁素体与珠光体混杂组织，以及未发生相变的铁素体；图b)的组织为片状先共析铁素体和黑灰色的珠光体；图c)的组织为粗大的先共析铁素体沿一次柱状晶界分布，晶内为细密的针状铁素体和珠光体(黑色)；图d)的组织为粗大的珠光体以及沿晶界分布的先共析铁素体，图e)的组织为细小的铁素体和珠光体，且均匀混合分布。&&&&&&&&图2.12焊接电流122A时焊缝尾部金相组织(100µm)a)不完全正火区b)过热区c)焊缝区d)熔合区e)正火区兰州工业学院毕业设计(论文)26图a)的组织为经过相变的细小铁素体与珠光体混杂组织，以及未发生相变的铁素体；图b)的组织为片状先共析铁素体和黑灰色的珠光体；图c)的组织为粗大的先共析铁素体沿一次柱状晶界分布，晶内为细密的针状铁素体和珠光体(黑色)；图d)的组织为粗大的珠光体以及沿晶界分布的先共析铁素体，图e)的组织为细小的铁素体和珠光体，且均匀混合分布。&&&&&&&&图2.13焊接电流为102A时焊缝尾部金相组织(100µm)a)不完全正火区b)过热区c)焊缝区d)熔合区e)正火区兰州工业学院毕业设计(论文)27图a)的组织为经过相变的细小铁素体与珠光体混杂组织，以及未发生相变的铁素体；图b)的组织为片状先共析铁素体和黑灰色的珠光体；图c)的组织为粗大的先共析铁素体沿一次柱状晶界分布，晶内为细密的针状铁素体和珠光体(黑色)；图d)的组织为粗大的珠光体以及沿晶界分布的先共析铁素体，图e)的组织为细小的铁素体和珠光体，且均匀混合分布。&&&&&&&&图2.14焊接电流为112A、焊接速度为30cm/min时焊缝中部金相组织(100µm)a)不完全正火区b)过热区c)焊缝区d)熔合区e)正火区兰州工业学院毕业设计(论文)28图a)的组织为经过相变的细小铁素体与珠光体混杂组织，以及未发生相变的铁素体；图b)的组织为片状先共析铁素体和黑灰色的珠光体；图c)的组织为粗大的先共析铁素体沿一次柱状晶界分布，晶内为细密的针状铁素体和珠光体(黑色)；图d)的组织为粗大的珠光体以及沿晶界分布的先共析铁素体；图e)的组织为细小的铁素体和珠光体，且均匀混合分布。&&&&&&&&2.5.1金相组织分析焊接接头包括焊缝区、熔合区以及热影响区。&&&&&&&&其中热影响区又包括过热区、正火区以及不完全正火区。&&&&&&&&各区域的组织分析如下：&&&&&&&&（1）焊缝区焊缝金属经历了从液态冷却到室温的全过程。&&&&&&&&焊缝熔池完全结晶之后，得到的组织通常叫一次组织，对大多数钢来说是高温奥氏体。&&&&&&&&在凝固后的继续冷却过程中，高温奥氏体还要发生固态相变，又称二次结晶，得到的组织称为二次组织。&&&&&&&&二次组织是在一次组织的基础上转变而成的，二次组织及性能取决于焊缝的化学成分和冷却条件。&&&&&&&&对于16Mn这种低合金钢来说，焊缝区发生的固态相变主要分为以下几种。&&&&&&&&1)铁素体转变低合金钢焊缝中的铁素体转变随温度不同而具有不同形态，并对焊缝性能有明显的影响。&&&&&&&&目前较为公认的有以下四种类型：①先共析铁素体(ProeutectoidFerrite，简称PF)先共析铁素体是焊缝冷却到较高温度(大约在770～680℃之间)时，从奥氏体晶界析出的，所以又叫做粒界铁素体(GrainBoundaryFerrite，简称GBF)。&&&&&&&&当高温停留时间较长、冷速较低时，先共析铁素体数量增加。&&&&&&&&当先共析铁素体数量较少时，以细条状或不连续网状分布于晶界，较多时成块状。&&&&&&&&②侧板条铁素体(FerriteSidePlate，简称FSP)侧板条铁素体的形成温度约在700～550℃之间。&&&&&&&&它在奥氏体晶界的先共析铁素体侧面以板条状向晶内伸长，侧板条铁素体的析出抑制了焊缝金属的珠光体转变，因而扩大了贝氏体转变的范围。&&&&&&&&③针状铁素体(AcicularFerrite,简称AF)针状铁素体的形成温度约为500℃左右。&&&&&&&&它以针状在原奥氏体晶内分布。&&&&&&&&针状铁素体组织具有优良的韧性。&&&&&&&&冷速越高，针状铁素体越细，韧性越高。&&&&&&&&④细晶铁素体(FineGrainFerrite，简称FGF)细晶铁素体在奥氏体晶内形成，转变温度一般在500℃以下。&&&&&&&&细晶铁素体通常形成于含有细化晶粒元素(如Ti、B等)的焊缝金属中。&&&&&&&&从本质上来讲，细晶铁素体是介于铁素体和贝氏体之间的转变产物，所以又叫做贝氏铁素体。&&&&&&&&如果在更低的温度转变时(约450℃)，可转变为上贝氏体。&&&&&&&&应当说明，焊接条件下影响组织转变的因素很多，往往是多种组织同时存在，有时可能得到珠光体、贝氏体，甚至马氏体。&&&&&&&&2)珠光体转变焊接条件下的固态相变属于非平衡相变，一般情况下，低合金钢焊缝中很少会发生珠光体转变，只有在冷却速度很低的情况下，才能得到少量的珠光体。&&&&&&&&3)贝氏体转变兰州工业学院毕业设计(论文)29当冷却速度较高或过冷奥氏体更稳定时，珠光体转变被抑制而出现贝氏体转变。&&&&&&&&贝氏体转变属于中温转变，发生在550℃～Ms之间。&&&&&&&&由于温度较低，此时的合金元素已不能扩散，只有碳原子尚能扩散。&&&&&&&&因此，奥氏体分解就具有高温扩散相变与低温无扩散相变的综合特征。&&&&&&&&按转变温度不同，贝氏体又分为上贝氏体(B上)与下贝氏体(B下)。&&&&&&&&上贝氏体转变温度在550～450℃之间，显微组织呈羽毛状，本质是板条状铁素体中间夹有碳化物。&&&&&&&&下贝氏体转变温度在450℃～Ms之间，显微组织呈针状，针与针之间有一定角度。&&&&&&&&不同形态的贝氏体在性能上亦有明显的差别。&&&&&&&&上贝氏体的韧性差，而下贝氏体的韧性相当好。&&&&&&&&4)马氏体转变过冷奥氏体保持在Ms点以下，就会发生扩散型的马氏体转变。&&&&&&&&马氏体实质上是碳在α-Fe中的过饱和固溶体，借助与过饱和的碳而强化。&&&&&&&&按含碳量的不同，又可分为板条马氏体与片状马氏体。&&&&&&&&①板条马氏体板条马氏体是在奥氏体晶粒内部形成的马氏体板条，其特征是条与条之间有一定角度，因此通常出现在低碳低合金钢焊缝中，因而又称为低碳马氏体。&&&&&&&&低碳马氏体不仅强度较高，而且具有优良的韧性。&&&&&&&&②片状马氏体片状马氏体一般出现于含碳量较高(ωC≥0.40%)的焊缝中，它的特征是马氏体相互不平行，有些可贯穿整个奥氏体晶粒。&&&&&&&&片状马氏体又称为高碳马氏体。&&&&&&&&它的硬度高而且很脆，因此不希望焊缝中出现这种组织。&&&&&&&&在以上金相组织图片中，多数焊缝区组织中有铸造特征，粗大的先共析铁素体（白色）沿一次柱状晶晶界分布，晶内为细密的针状铁素体与珠光体（黑色）。&&&&&&&&(2)熔合区熔合区是母材向焊缝金属过渡的区域，所经历的焊接热循环峰值温度处于固、液相线之间，又称为半熔化区或过渡区。&&&&&&&&熔合区由于是过渡区宽度只有若干个晶粒，相当狭窄，一侧为焊缝，另一侧为处于粗大的过热区组织的前沿。&&&&&&&&而且在普通光学显微镜下，熔合区与焊缝母材之间及熔合区与粗大的过热区之间很难看出明晰的境界加以区别，但焊缝与过热区之间则有明显差别，在焊接接头的宏观腐蚀中，熔合区常呈现为线状，表现为焊缝的轮廓线，即所谓熔合线。&&&&&&&&由于熔合区范围狭窄，有时甚至不易辨别，故对焊接接头的质量影响不大。&&&&&&&&(3)热影响区对于16Mn热影响区的组织及性能分析如下(见图2.14)。&&&&&&&&兰州工业学院毕业设计(论文)30图2.1416Mn钢焊接接头热影响区各部分的组织变化Ⅰ.熔合区Ⅱ.过热区Ⅲ.正火区Ⅳ.不完全正火区Ⅴ.再结晶区Ⅵ.蓝脆区1)过热区过热区焊接时所经历的峰值温度处在固相线与奥氏体晶粒迅速长大温度TG之间。&&&&&&&&在这样的高温下，钢材处于过热状态，奥氏体晶粒易于发生严重的长大现象，从而在冷却后获得晶粒粗大的、甚至出现魏氏组织的所谓过热组织。&&&&&&&&过热区存在有典型的魏氏组织。&&&&&&&&所谓魏氏组织是指当焊缝在高温停留时间较长而冷却速度又较高时，铁素体从奥氏体晶粒内部沿一定方向析出，以长短不一的针状或片状直接插入珠光体晶粒之中，而形成的组织。&&&&&&&&在该区中粗大的奥氏体晶界上分布着片状的或针状的先共析铁素体，即魏氏组织铁素体，并由晶界向晶内生长。&&&&&&&&黑灰色块区则为珠光体组织，由于该区晶粒粗大，并出现了魏氏组织，其性能尤其是韧性很差。&&&&&&&&常常是焊接接头的最薄弱地区。&&&&&&&&2)正火区正火区所经历的峰值温度范围在奥氏体晶粒迅速长大温度TG(1100℃)之下，铁素体、珠光体转变为奥氏体的相变温度Ac3之上。&&&&&&&&焊接热循环中金属在此温度范围内加热时将转变成晶粒细小的奥氏体，然后在空气中冷却得到均匀细密的铁素体和珠光体，相当于热处理是的正火组织，因而得名正火区。&&&&&&&&在该区晶粒明显小于过热区，而且铁素体与珠光体均匀混合分布，因此这个区域性能较好，甚至超过母材。&&&&&&&&3)不完全正火区兰州工业学院毕业设计(论文)31不完全正火区所经历的峰值温度范围处于Ac1～Ac3之间。&&&&&&&&由金属学可知，金属在Ac1～Ac3范围内加热时只有一部分组织发生相变重结晶过程。&&&&&&&&因此不完全正火区的焊后金相组织是在没有发生相变的粗大铁素体周围，聚集着经过重结晶分解的细密铁素体和珠光体，其金属组织不均匀，晶粒大小不一，力学性能自然也不太高。&&&&&&&&上面所讨论的热影响区几个地段，焊接时所经历的峰值温度都超过了相变点Ac1，都全部或部分地发生了相变重结晶过程，在普通的光学显微镜都可以观察到明显的组织特征。&&&&&&&&但母材中距离焊缝更远的地区，虽然所经历的峰值温度低于相变点，但仍有发生性能改变，以至超显微的组织变化。&&&&&&&&因此对热影响区还可划分出再结晶区与蓝脆区。&&&&&&&&4)再结晶区母材在经过冷加工导致塑性变形时，将发生晶粒破碎，等轴晶变成非等轴晶等过程。&&&&&&&&从而使强度升高，塑性、韧性下降。&&&&&&&&当这样的母材经受焊接，其热影响区的某一地段所经历的峰值温度处于再结晶开始温度至Ac1之间时，金属将因受热再结晶而使遭受破坏的晶粒生长成为新的等轴晶，力学性能得到恢复。&&&&&&&&这一地段也从而得名再结晶区。&&&&&&&&如果母材焊前未遭受冷加工变形，或虽遭受冷加工变形但已经再结晶或重结晶，组织性能自然不再发生变化。&&&&&&&&5)蓝脆区蓝脆区所经历的峰值温度约为200?500℃，因此时强度略有升高，塑性、韧性下降(尤以200?300℃)为甚，金属表面呈现蓝色的名。&&&&&&&&蓝脆的机理尚不十分清楚，或可认为是由于固溶体有超显微析出的时效过程所致。&&&&&&&&2.5.2显微组织对比分析通过对比图2.5和图2.6以及图2.7和图2.8并将它们分别与图2.13对比发现在焊接电流相同的条件下，焊接速度增大时，使熔池中心的温度梯度下降很多，使熔池中心的成分过冷加大，在焊缝中心晶粒度增大，使晶粒得到细化，即针状体素体含量增多，有效地增加焊缝的强度；同时由于焊接速度的增加，使焊接过程中的高温停留时间缩短。&&&&&&&&使过热区的晶粒来不及长大，从而使过热区范围减少，则产生焊接缺陷的来源减少；且使正火区的范围增大，从而提高了焊接接头的力学性能。&&&&&&&&通过对比图2.9和2.10以及图2.11和图2.12并将它们分别与图2.13对比发现在焊接速度相同的条件下，随着焊接电流的减小焊缝区的晶粒度增大，是由于焊接电流减小时，焊接热输入减小，减小了焊缝在高温区停留的时间，从而使焊缝区的成分过冷加大，在焊缝中心晶粒度增大，使晶粒得到细化，从而有效的改善焊接接头的力学性能。&&&&&&&&2.6本章小结&&&&&&&&（1）了解并熟悉掌握16Mn薄板的焊接及其工艺。&&&&&&&&(2)熟练掌握了金相试样的制备过程，并对金相显微镜的使用有一定程度的了解。&&&&&&&&兰州工业学院毕业设计(论文)32(3)熟悉了金相组织的分析过程。&&&&&&&&对焊缝金相组织有进一步的了解。&&&&&&&&兰州工业学院毕业设计(论文)33结论本文通过对16Mn薄板不同参数的焊接，以及对在不同焊接参数下焊缝试样的制备及其显微组织的对比观察与分析发现，当其它焊接参数相同的情况下增大焊接速度或减小焊接电流都能起到细化晶粒的作用，从而改善焊缝的力学性能。&&&&&&&&最后，通过本次实验建立起了16Mn薄板焊条电弧焊焊接及制样较完整的系统，并且较系统的分析了焊接试样的金相组织，最终经多次实验确定了厚度为5mm的16Mn薄板焊条电弧焊时的焊接工艺规范见表3.1。&&&&&&&&表3.1焊接工艺规范焊条直径焊接电流焊接电压焊接速度φ3.V40cm/min兰州工业学院毕业设计(论文)34致谢历时将近两个多月的时间终于将这篇论文写完，在论文的写作过程中遇到了无数的困难，都在同学和老师的帮助下度过了。&&&&&&&&尤其要强烈感谢我的论文指导老师—胡春霞老师，她对我进行了无私的指导和帮助，不厌其烦的帮助进行论文的修改和改进。&&&&&&&&另外，在校图书馆查找资料的时候，图书馆的老师也给我提供了很多方面的支持与帮助。&&&&&&&&以及在焊接操作工程中焊接操作老师也给我提供了很大帮助。&&&&&&&&在此向帮助和指导过我的各位老师表示衷心的感谢！感谢我的同学和朋友，是他们在此期间分担了大量工作。&&&&&&&&还在论文的撰写和排版等过程中提供热情的帮助。&&&&&&&&同时我还要感谢家人对我的鼓励和支持，正是他们的理解、关爱、支持和鼓励使我不断进取的动力。&&&&&&&&最后，感谢参加论文评审和答辩的各位老师的辛勤劳动！兰州工业学院毕业设计(论文)35参考文献[1]凌爱林.金属学与热处理.第1版.北京：机械工业出版社，]李亚江.高强钢的焊接.北京：冶金工业出版社，[3]李亚江.焊接冶金学—材料焊接性.机械工业出版社，]陈裕川.焊接工艺设计与实例分析.机械工业出版社，]文申柳，易小平.16Mn的焊接性分析.中西南十省区(市)焊接学会联合会第九届年会论文集.中国贵州贵阳.2006&&&&&&&&（1）2[6]金禧德.金工实习第三版.高等教育出版社，[7]魏延宏.焊接检验，高等教育出版社，[8]雷世明.焊接方法与设备.机械工业出版社，2010&&&&&&&&（1）.1[9]王新民.焊接技能实训.机械工业出版社，2011&&&&&&&&（1）.32[10]陈祝年.焊接设计简明手册.机械工业出版社，1[11]吴金杰.焊接冶金学及金属材料焊接.大连理工大学出版社，1[12]吴兴文.金相分析技术实验教程.武汉理工大学出版社，中国焊接2010年3月第19卷第一*池强，刘迎来，吉玲康和王鹏，管材研究所中国石油天然气集团公司，西安，710065。&&&&&&&&吉玲康，西安交通大学，材料科学与工程学院，西安，710049。&&&&&&&&作者池强，邮箱：chiq@tgrc.org1译文X80管线钢纵向埋弧焊焊接时的感应加热性能池强，刘迎来，吉玲康，王鹏摘要在本文中通过对φ1219mm×22mm的X80管线钢加热弯曲采用局部感应加热和完全感应加热并在回火后得到弯曲，以及对X80管线钢纵向埋弧焊感应加热的效果进行了研究。&&&&&&&&结果表明，通过局部感应加热制造的X80弯曲时的拉伸强度和屈服比在未淬火直线的切线值高于该淬火的区域。&&&&&&&&该直线切线的强度和韧性不完全匹配的弯曲区域，因为该直线切线的韧性是低于弯曲区域。&&&&&&&&通过感应加热，能有效地提高管焊缝的韧性，在一定程度上的降低拉伸强度和屈服比。&&&&&&&&完全感应加热使得匹配的属性之间的直线的切线和弯曲区域是合理的，因此它是一个制造X80感应弯曲的最佳的方法。&&&&&&&&关键词：感应弯曲，X80管线钢，回火，焊缝0介绍据估计在中国，到2010年，消费者将有机会获得至少90000亿立方米的天然气。&&&&&&&&为了适应这一需求，需要建造更多的天然气管道。&&&&&&&&为了减少管道建设成本和增加管线的运输能力，具有高强度大口径钢管的使用在天然气管道将成为一种趋势。&&&&&&&&目前，X70管线钢已广泛应用于中国天然气管道项目中。&&&&&&&&从2008年开始，直径1219mmX80管线钢第一次被用在西气东输二线天然气管道项目中。&&&&&&&&感应弯曲被广泛使用在管道的重要连接件中。&&&&&&&&其主要作用是改变管道的设计方向。&&&&&&&&在此制造工序的基础上，弯曲可分为冷弯曲和热弯曲。&&&&&&&&对于钢管热弯曲的制造通常是通过局部感应加热过程实现。&&&&&&&&钢管的热弯曲，无论是纵向埋弧（LSAW）管线或无缝钢管，为了确保产品质量，都需要通过回火调整热弯曲。&&&&&&&&根据西气东输二线天然气管道的需求将直径l219mmX80弯管感应加热，这样大直径、高强度弯曲在中国是第一次。&&&&&&&&目前还没有成熟的研究成果和经验可作参考之用。&&&&&&&&在制造过程中的感应弯曲，热弯曲加工过程中所施加的热循环和随后的回火应用会对钢管的机械性能带来影响，并最终影响感应弯曲。&&&&&&&&在本文中，基于X80管线钢诱导弯曲过程中的质量，局部感应加热过程和完全感应加热过程，是适合用于开发X80φ1219mm×22mm的感应弯曲，感应加热（即感应淬火）温度为950℃左右。&&&&&&&&为了提高弯曲的性质，在650℃回火后进行感应加热对X80直缝埋弧焊管感应加热特性的影响的研究，以及确定大口径X80感应加热弯管的最佳制造工艺。&&&&&&&&1.X80制造业中的感应弯曲&&&&&&&&1.1X80感应加热弯管母材的化学成分中国焊接2010年3月第19卷第一*池强，刘迎来，吉玲康和王鹏，管材研究所中国石油天然气集团公司，西安，710065。&&&&&&&&吉玲康，西安交通大学，材料科学与工程学院，西安，710049。&&&&&&&&作者池强，邮箱：chiq@tgrc.org2制造X80感应弯管的母材的主要化学成分如表1所示，它满足西气东输二线天然气管道的弯曲标准的要求[3]。&&&&&&&&表1母材的化学成分制造X80感应弯曲部分（重量％）元素CSiMnPSCrV+Nb+TiCEPcm含量0...130.1080.22标准值0.05～0.150.10～0.421.50～1.85≤0.022≤0.005≤0.45≤0.15≤0.231.2感应加热过程感应弯曲的结构如图1所示，由中间弯曲和两个直线切线在管弯曲区域面积，管弯曲区域是满足所要求的弯曲角度且与直线相切。&&&&&&&&板与直管连接在铺设管线时，直切线的长度至少应是500mm。&&&&&&&&管线的感应加热过程包括局部感应加热过程和完全感应加热过程。&&&&&&&&局部感应加热过程是一种常见的过程，只是加热感应弯曲的弯曲区域，它已经被使用，所产生的感应加热强度比在中国使用的X70低。&&&&&&&&对于完全感应加热过程，无论是感应弯曲区域还是直线切线区域的加热期间的弯曲，这都使得整个弯曲处于均匀的加热状态。&&&&&&&&图1感应弯曲的状态2.测试结果和分析通过对不同的感应加热弯管制造过程进行测试和研究。&&&&&&&&其中测试内容包括机械性能测试和金相分析。&&&&&&&&通过测试直缝埋弧焊对X80管的感应加热的不同性能影响进行了研究，在感应弯曲试样的取样位置的不同，如表2所示。&&&&&&&&表2不同位置感应弯曲试样的取样试样取样位置取样方向1在金属直切线处横向2在金属弯曲开始区纵向3在金属弯曲挠曲区域纵向4在金属弯曲挠曲区域横向5在金属弯曲拱背处纵向6在金属弯曲拱背处横向7在金属的中性层处横向8在金属弯曲结束区纵向中国焊接2010年3月第19卷第一*池强，刘迎来，吉玲康和王鹏，管材研究所中国石油天然气集团公司，西安，710065。&&&&&&&&吉玲康，西安交通大学，材料科学与工程学院，西安，710049。&&&&&&&&作者池强，邮箱：chiq@tgrc.org39在焊接接头直切线处横向10焊接接头弯曲区域横向2.1拉伸试验拉伸试样取样是从所有采样位置取样，试样是圆棒直径为12.7mm和50mm的试板有效拉伸，在西气东输二线天然气管道的基础上的感应弯曲标准的测试结果进行评估。&&&&&&&&指定的拉伸性能的标准值列于表3。&&&&&&&&通过局部感应加热过程得到的弯曲的拉伸试验结果如图2所示，表明强度在未淬火的直切线的母材是最高的，屈服比超过0.96。&&&&&&&&由于对弯曲起始区和弯曲端部区域的过渡区的感应加热，因而它们的屈服强度是较高的，最终导致屈服比为0.90。&&&&&&&&在平直的切线的焊接接头的拉伸强度为50MPa高于弯曲区。&&&&&&&&表3西气东输二线天然气管道弯曲拉伸性能的标准要求性能抗拉强度/MPa屈服强度/MPa屈服比规定值≥625≥555≤0.94一般来说，通过局部感应加热过程中制造的弯曲强度符合标准要求的西气东输二线天然气管道的弯曲。&&&&&&&&但是，母材的屈服比在未淬火直切线超过标准要求的上限。&&&&&&&&作为一个整体，屈服强度的变化在不同的区域的弯曲过大。&&&&&&&&图2.通过局部感应加热过程制造的感应弯曲的拉伸试验结果图3显示通过完全感应加热过程制造弯曲的拉伸试验结果表明，母材拱背弯曲面积的强度是最高的，并且焊接接头是最低的。&&&&&&&&作为整个加热的结果，强度变化中性层较小，屈服比保持一个稳定和适当的水平。&&&&&&&&拉伸强度和焊接接头直切线减少相匹配在弯曲区域。&&&&&&&&通过完全感应加热过程中制造的弯曲拉伸性能符合西气东输二线天然气管道的感应弯曲标准的要求。&&&&&&&&中国焊接2010年3月第19卷第一*池强，刘迎来，吉玲康和王鹏，管材研究所中国石油天然气集团公司，西安，710065。&&&&&&&&吉玲康，西安交通大学，材料科学与工程学院，西安，710049。&&&&&&&&作者池强，邮箱：chiq@tgrc.org4图3.通过完全感应加热过程制造的感应弯曲的拉伸试验结果2.2简支梁冲击测试冲击试样取样从不同采样的弯曲位置，试样尺寸是10mm×10mm×55m，试验温度为-20℃。&&&&&&&&冲击试验结果示于表4和表5。&&&&&&&&表4通过局部感应加热过程中制造的感应弯曲在-20℃冲击试验的结果试样1号2号4号6号7号8号9号(焊缝)9号(热影响区)10号(焊缝)10号(热影响区)影响单值能源/J平均值073.标准值对于母材，最小的单一值是60J，最小的平均值为90J。&&&&&&&&对于焊缝和热影响区，最小的单一值是50J，最小的平均值为75J。&&&&&&&&表4的结果，表明通过局部感应加热的过程制造弯曲，只有焊缝的直切线不符合冲击性能的要求。&&&&&&&&完全感应加热过程对弯曲韧性的影响符合标准的要求见表5。&&&&&&&&在局部和完全感应加热过程中直切线是否已经淬火，直切线的冲击韧性，弯曲开始区和两个弯曲的弯曲端区是不同的，如图4所示的感应弯曲差异。&&&&&&&&它表明完全感应加热过程中直切线的冲击韧性有明显的提高，即弯曲开始区、弯曲端区。&&&&&&&&表5通过完全感应加热过程中制造的感应弯曲在-20℃冲击试验的结果试样1号2号4号6号7号8号9号(焊缝)9号(热影响区)10号(焊缝)10号(热影响区)影响单值能源/J平均值.中国焊接2010年3月第19卷第一*池强，刘迎来，吉玲康和王鹏，管材研究所中国石油天然气集团公司，西安，710065。&&&&&&&&吉玲康，西安交通大学，材料科学与工程学院，西安，710049。&&&&&&&&作者池强，邮箱：chiq@tgrc.org45217标准值对于母材，最小的单一值是60J，最小的平均值为90J。&&&&&&&&对于焊缝和热影响区，最小的单一值是50J，最小的平均值为75J。&&&&&&&&图4通过不同的工艺制造的弯曲之间的冲击能量的比较2.3微观测试母材和焊缝试样取样从未淬火的直切线和淬火直切线微观测试。&&&&&&&&测试结果见表6和图5—图8。&&&&&&&&两种金属具有相似的显微组织。&&&&&&&&淬火金属的晶粒尺寸与未淬火相比没有大的变化。&&&&&&&&未淬火直切线的焊缝大多是典型的针状铁素体。&&&&&&&&在未淬火直切线的焊缝树枝状晶体还未出现，在感应加热过程中，该区的金属发生奥氏体化，焊缝微观结构得到改善。&&&&&&&&图5母材淬火后的微观结构中国焊接2010年3月第19卷第一*池强，刘迎来，吉玲康和王鹏，管材研究所中国石油天然气集团公司，西安，710065。&&&&&&&&吉玲康，西安交通大学，材料科学与工程学院，西安，710049。&&&&&&&&作者池强，邮箱：chiq@tgrc.org6图6母材未淬火时的微观结构图7焊缝淬火后的微观结构图8焊缝未淬火时的微观结构上述试验结果显示，φ1219mm×22mmx80的机械性能通过感应加热过程中弯曲的变化。&&&&&&&&其主要是直切线的性质，与局部感应加热弯曲相比，完全感应加热弯曲的直切线的屈中国焊接2010年3月第19卷第一*池强，刘迎来，吉玲康和王鹏，管材研究所中国石油天然气集团公司，西安，710065。&&&&&&&&吉玲康，西安交通大学，材料科学与工程学院，西安，710049。&&&&&&&&作者池强，邮箱：chiq@tgrc.org7服强度是热轧板未淬火时直切线的主要性能，强化机制主要是应变硬化和沉淀硬化。&&&&&&&&但在感应加热过程中难以应变，以免影响强度。&&&&&&&&通过适当的感应加热回火过程，屈服强度降低到一个最低程度，不仅满足了X80管线钢的强度要求，但也使得控制的允许范围内的屈服比的冲击强度降低，塑性、韧性得到改善。&&&&&&&&微观测试结果表明，通过采用感应加热过程使焊缝晶粒细化，提高了焊缝的冲击韧性。&&&&&&&&表6感应加热弯管的微观测试结果试样微观结构母材淬火时直切线粒状贝氏体+多边形铁素体+珠光体母材未淬火时直切线粒状贝氏体+多边形铁素体+珠光体焊缝淬火时直切线针状铁素体+粒状贝氏体焊缝未淬火时直切线针状铁素体+粒状贝氏体+多边形铁素体+珠光体3结论&&&&&&&&（1）对于X80通过局部感应加热过程得到的感应弯曲在直切线的强度和韧性不完全匹配，母材及焊缝感应加热弯曲的直切线的冲击韧性、屈服比很难符合西气东输二线天然气管道的标准要求。&&&&&&&&(2)完全感应加热过程可以克服局部感应加热工艺限制的缺点，提高X80的感应弯曲性能。&&&&&&&&西气东输二线天然气管道X80通过完全感应加热制造的弯曲符合标准的要求。&&&&&&&&(3)完全感应加热过程中减少材料的应变硬化强化的效果，基于合适的感应加热和回火过程中，直切线的拉伸性能，弯曲开始区和弯曲结束区的感应弯曲，提高焊缝的晶粒细化，从而提高焊缝的冲击韧性，由于整个感应加热过程中，如同直切线之间的属性弯区域是合理的。&&&&&&&&参考文献[1]于Y.石油和天然气管道在中国的发展现状及前景。&&&&&&&&国际石油经济2007(3)：27-29.(中国)[2]冯YR，陈宏，张进江，等.中国石油天然气集团公司的石油和天然气管道技术的进展及前景展望.石油和天然气的运输，)：1-8.(中国)[3]Q/SYGJX。&&&&&&&&西气东输第二项目感应加热弯管的技术规范。&&&&&&&&2008年.(中国)[4]胡Z.调查大直径厚壁管弯曲采用感应加热的过程.中国机械工程，)：19-22.(中国)
好地发展。致谢首先，我要感谢河南理工大学，感谢经管系对我两年的培养，让我学到了许许多多的知识，感谢各位老师在这两年里对我的关怀与照顾，在此致以我深深的谢意。本论文从选题到最后定稿成文，本校王千红老师一
效性；执行的取费表是否与工程性质相符；费率计算是否正确；价差调整的材料是否符合文件规定。如计算时的取费基础是否正确，是以人工费为基础还是以直接费为基础。对于费率下浮或总价下浮的工程，在结算时特别要注意
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