16MnR钢(板厚12mm)焊条电弧焊焊接工艺评定及焊接工艺要点

16MnR钢（板厚12mm）焊条电弧焊焊接工艺评定及焊接工艺 一、母材材质及技术情况

16MnR即为Q345C，常作为在锅炉压力容器用钢。即在Q235钢的基础上加

了1﹪的锰使屈服强度提高35﹪。16MnR属于低碳锰钢。CE=0.34﹪-0.49﹪。焊接性能良好。 1.材质性能分析 （1）化学性能分析：表1 表1 16MnR 钢化学成分(%) 成分 C Si Mn P S Ni Cr

含量 0.12-0.20 0.20—0.55 1.20-1.90 ≤0.045 ≤0.045 - -

（2）力学性能分析：表2 表2 16MnR 力学成分 σb(Mpa) σs(Mpa) δ5（%） 冲击试验 板厚\mm 温度\ Akv\J 510-640 ≥345 ≥21 20 31 6-16

（3）焊接性分析 16MnR含碳量<2.5%.碳当量CE=0.34﹪-0.49﹪，焊接性能良好，焊接时一般不需要预热，但环境温度较低（<-10℃）要进行适当的预热。焊后根据具体情况进行焊后热处理。 二、焊接材料及技术情况

JB/T4709-2007中规定焊接材料包括：焊条，焊丝，焊带，气体，电极等。

由于焊接方法为SMAW。因此只需要选择焊条即可。 根据母材的成分，力学性能等选择焊接材料。由于16MnR 的σb≥510σs

≥345，可选择焊条J422（E4013）,J507(E5015)。 因为选择焊条一方面要与母材等强度如表3所示，另一方面还要考虑焊接工艺性如：引弧的难易，脱渣性，成形性，稳弧性，及除氧，除氢，去硫，去磷等能力。 综合考虑后选择J507(E5015)焊条。此焊条由大桥焊条厂生产。 表3 E5015焊条熔敷金属的力学成分

σb(Mpa) σs(Mpa) δ（%） ψ断面收缩率（%） Ak(J*cm^2) 517.4 413.3 31.53 74.5 240

三、焊前准备 1.坡口的选择与制备 (1)坡口的选择：由于板厚为12mm,焊接方法为SMAW等焊接条件.选择V形坡口。 (2)坡口制备方法：应根据工件尺寸，形状，加工条件综合考虑。目前有剪切，气割，刨边，车削，碳弧气刨等方法制备坡口。考虑到坡口形式，加工质量和成本，选择气割加工坡口。焊接坡口要求：间隙b=2-3mm，钝边P=2/mm，坡口角度60°+2 2.焊接区域的清理 (1)焊前对坡口及附近10mm的油，锈，水等污物清理干净。E5015焊接时清理要彻底。否则极易产生气孔和裂纹。 (2)清理方法：①机械清理 a.钢丝刷 b.砂轮磨 c.喷丸处理 ②化学法 a.汽油除油 b。酸除氧化皮 c.碱除油 ③必要时用氧-乙炔焰烘烤处理。 由于焊件为300x150x12的板材，所以选择钢丝刷或化学法处理。 3.焊条烘干 虽然焊条出厂前已经高温烘干，考虑到焊条长期储存和运输中受潮，为确保焊接质量，焊条焊前需要烘干。一般酸性焊条取70℃—150℃保温1.5h，碱性焊条取300℃—400℃保温2h.温度太低达不到除水的目的，温度过高引起药皮开裂。烘干一般不两次。 4.工件的装配定位 焊前的装配定位主要使工件定位对正，保证装配间隙大小和延接头长度均匀，保证焊接质量和降低制造成本有很大的影响。可以用夹具和定位焊将它们固定才进行正式焊接。定位焊时由于焊道短，冷却快，比较容易产生焊接缺陷。 5.焊接预热 预热是指焊前对工件整体或局部进行加热的工艺。预热的主要目的是降低焊接接头冷却速度，改善组织和性能，减小应力等。工件是否需要预热根据工件结构，材质和尺寸而定。一般情况下16MnR不需要预热。但是如果结构刚性大，应力集中，环境温度低时则需要预热150°C。常见16Mn预热情况如下表：4 表4：16Mn钢预热情况如下

<16mm 高于-10℃ 不预热 -10℃以下 预热100℃-150℃ 16-24mm 高于-50℃ 不预热 -50℃以下 预热100℃-150℃ 25-40mm 高于0℃ 不预热 0℃以下 预热100℃-150℃ >40mm 预热100℃-150℃ 预热100℃-150℃

工件预热一般用火焰加热，工频加热，电阻加热和红外线加热。考虑的成本和加工条件选择火焰加热。

四、焊接设备及焊接设备的选用

1.焊条电弧焊的设备包括焊接电源，焊钳和电缆。焊接工具包括焊钳，面罩，

护目镜及保温筒。

（1）焊接电源额定电流20—500A。要求：具有陡降的外特性，良好的动特性。合适的电流调节范围。 （2）弧焊电源有：① 弧焊变压器BX1—330，它结构简单，成本的，维修方便，效率高成本低，没有磁偏吹。② 弧焊整流器AX—320，它在国内应用较广引弧容易，性能柔和，电弧稳定等性能。 我们选E5015，选择AX—320. （3）焊接电源的外等性为陡降带外拖。为保证引弧性，一般空载电压为50—90V。

（4）焊钳作用：夹持焊条和传电流。要求隔热，绝缘。 （5）面罩是防止焊接飞溅，弧光，高温对焊工的伤害。 （6）面罩的要求：耐热不然绝缘好，结构牢靠不漏光。 （7）焊条保温筒：温度在100℃—450℃，使用J507，由于碱性焊条抗水锈能力差易发生气孔和裂纹等缺陷，焊条要随用随取，多烘干的焊条必须放在保温筒里。

五、焊前确定 1.焊接位置： 由于焊件为平板对接，水平固定V形坡口。因此焊接位置只有水平位置。水平位置是最易焊接操作的焊接位置。 2.焊接顺序 分为左焊法和右焊法。处于焊接方便选择左焊法。但右焊法更易观察熔池。 3.焊接道数和层数 12mm板对接焊，无特殊要求选择单层单道焊。 4.点固焊 在装配焊接中为了确保焊件的正确位置而选择点固焊。点固焊是正式焊缝的一部分。对它有严格的要求： （1）根据工件的力学性能和化学性能选择点固段数和每段的长度。16MnR焊接应做两端定位。 （2）所选择的焊条与正式焊缝焊条型号相同，选E5015。 （3）点固焊焊缝短，冷却快。因此定位焊时电流要比焊接时大10% 。 （4δ焊接性好，点固长度不要长。 （5）16MnR焊接后要进行热处理则定位焊也要进行热处理。 （6）定位焊时焊条直径要小一些。 （7）为保证两板焊接后变形过大，错变量不大于1.5mm。

5.反变形 由于焊接是不均匀加热和冷却的过程。焊接结束后会产生焊接残余变形，考虑焊接变形的产生，在焊接前采取反变形的手段可以消除或减弱变形的产生。 （1）所谓反变形都是事先估计一个相反的变形拉斯抵消可能产生的变形。反变形只是预防变形的一种。 （2）预防变形的方法有：①预留加工余量。②合理的装配工艺顺序。③刚性固定法。④合理的焊接顺序。 （3）由于板对接焊易产生变形，固反变形是必要地。常用反变形方法：①锤击法。② 火焰加热法。 六、焊接参数的选择 焊接时为了保证焊接质量而选择的各种物理参数的总称为焊接参数。焊条电弧焊的工艺参数包括：焊条直径，焊接电流，电弧电压，焊接速度，热输入量，焊接层数。 焊接参数的选择直接影响到焊接生产率，焊缝形状和尺寸，焊接质量，融合比(α)和成形系数(C/S)。 1.焊条直径的选择 如表：5 焊条直径也就是焊芯直接。它根据焊缝间隙，焊接位置，接头形式，板厚，焊接热输入来选择。一般打底焊比填充和盖面小。碱性焊条比酸性小。立，仰焊时比平焊时小。如：12mm板打底焊选ø3.2mm，填充，盖面选择ø4.0mm。

表5 焊条直径的选择 工件厚度/mm 2 3 4-5 6-12 >13

焊条直径/mm 2 3.2 3.2-4 4-5 4-6 2.焊接电流的选择 如表：6 焊接电流根据焊条直径，接头形式，焊接位置，层数来选择。 焊接电流选择时：若电流过大易产生焊穿和咬边，增大了工件的变形和金属的蒸发，飞溅大，使管接头处组织和性能发生变化。如果焊接电流过小则焊接不稳，造成未焊透和未融合，夹杂，成形不美观，不利于溶滴的过度。在相同的条件下平位置大于其他位置，E5015所用电流小于E4303。 表6 焊条电流与焊条直径的关系 电流/A 25-40 40-65 50-80 100-130 160-210 200-270 260-300 直径/mm 1.6 2.0 2.5 3.2 4 5 6 3.焊接层数的选择 工件越厚层数越多，但为保证焊缝塑性和其他力学性能不能太厚一般根据板厚δ=12mm，和焊条直径d=4.0mm来确定。即n=δ/d。12mm板对接选择三层如：图3 图3 焊接层数

4.焊接电压的选择 SMAW焊接电压由弧长界定。弧长过长电弧电压高，此时对熔池的保护不好，焊接成型不好，冶金不充分，易产生缺欠。电弧短时电弧电压底，对焊缝质量和溶滴过度东有利。因此焊接时尽量选择短弧焊。立，仰焊时电弧电压比平焊小。碱性焊条电压比酸性焊条电压小.一般根据U=(0.25—0.5)d选择。 5.焊接速度 焊接过程中焊接速度要均匀，一般焊接速度与焊接电流，电弧电压相匹配。一方面焊接速度影响焊缝的成型：焊缝宽度（C） 焊缝余高（h） 焊缝深度（s）。另一方面影响影响工件焊透情况和是否焊穿。焊接速度大时融化能力不够造成未焊透，飞溅和夹杂。焊接速度过慢时，高温停留时间长，热影响区大，焊接接头晶粒粗大，同时使管子变形，错变量大。 综上所述，16MnR在进行SMAW焊接时选择工艺参数如下表7。

表7 16MnR 焊接参数

焊条型号 焊接层数 焊接电流/A 焊条直径/mm 焊接次序 电源极性 E5015 打底 85-100 3.2 1 直流反接 填充 160-210 4.0 2 盖面 160-210 4.0 1 七、操作要点及注意事项

1.引弧

焊接前引燃电弧的过程叫做引弧。引弧常用接触法。 （1）划擦法：此法引弧可靠，引弧易掌握，但有划痕。引弧时在焊接起点前10mm处，引燃后将焊条提起2—4mm. （2）直击法：焊条与工件垂直撞击，电弧引燃后将其迅速提起2—4mm，此法引弧不可靠 但无划痕。 选用E5015焊条最好选择划擦法，因其对焊缝有预热的作用保证焊缝熔深正常并消除气孔和裂纹。 2.运条 焊条相对于焊缝所做的各种运动的综合叫做运条。它包括三种运动即：（1）沿焊条轴向运动。（2）沿焊缝轴向运动（3）沿焊缝径向摆动。 常用运条方式有月牙型，直线型和锯齿型，根据焊接位置和板厚我选择直线型和月牙型。 3.收尾 在焊条电弧焊中收位有特殊的要求，收尾不好会产生弧坑，裂纹，气孔。常用的收尾方法有：（1）划圈法-适用厚板。（2）回焊收尾法-适用碱性焊条。