【正文】 所選的焊接方法是焊條電弧焊，考慮到要觀察不同的焊接參數(shù)(如電流)，因此選用帶數(shù)顯的逆變式直流電弧焊機(jī)。找到 16Mn 的最佳焊接工藝，如焊接速度、焊接電流、 、焊接電壓、焊縫寬度等。通過焊接檢驗(yàn)，可以在生產(chǎn)過程中及時發(fā)現(xiàn)和解決零部件的質(zhì)量問題，避免焊接結(jié)構(gòu)的整體報(bào)廢，保證焊接結(jié)構(gòu)的制造質(zhì)量，防止不合格產(chǎn)品出廠，減少材料和工時的浪費(fèi)，降低生產(chǎn)成本。焊縫的連接有以下四種情況，中間接頭、相背接頭、相向接頭和分段退焊接頭。定位點(diǎn)固焊應(yīng)選用與焊接同類型的焊接材料，也可選用強(qiáng)度等級稍低的焊條或焊絲。表 16Mn 焊 接 材 料 的 選 用 [2]焊 條 氣 體 保 護(hù) 焊 埋 弧 焊 電 渣 焊型 號 牌 號保護(hù)氣體焊 絲 焊 絲 焊 劑 焊 絲 焊 劑E5001 E5003E5015E5016E5015GE5018E5028J503,J502,J507,J506,J507GR,J507RH,J506Fe,J507Fe,J507Fe16CO2ER491ER502,6,7GHS50YJ5021,YJ502R1YJ5071,YJ507Ni1YJ507TiB1不 開 坡 口 對接H08A,H08E中 厚 板 開 坡口 對 接H08MnAH10Mn2H10MnSiHJ430HJ431SJ501SJ502SJ301H08MnMoAH10Mn2H10MnSiHJ431HJ360 焊接工藝要點(diǎn)焊接坡口的幾何尺寸和制備方法，直接影響焊接接頭的質(zhì)量和經(jīng)濟(jì)性。焊縫的化學(xué)成分和性能與母材溶入量(熔合比)有關(guān)，而焊縫組織與冷卻速度有很大關(guān)系。當(dāng)母材尺寸規(guī)格確定后，為了防止焊接過程中出現(xiàn)氣孔，必須重視焊前試板的清理工作，如采用低氫型堿性焊條(E501E5016 型焊條)，則更應(yīng)加強(qiáng)焊前清理。對于 16 Mn 來說，其本身含有一定的固溶氮，化學(xué)成分中又沒有強(qiáng)氮化合物形成元素可與氮結(jié)合為氮化物，因而具有一定的熱應(yīng)變脆化傾向。蘭州工業(yè)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)9合理選擇層狀撕裂敏感性小的鋼材，改善接頭形式以減輕鋼板 Z 向所承受的應(yīng)力應(yīng)變，在滿足產(chǎn)品使用要求的前提下選用強(qiáng)度級別較低的焊接材料及采用預(yù)熱和降氫等輔助措施，有利于防止層狀撕裂的發(fā)生。目前，普遍采用拘束度(R)綜合表示這種應(yīng)力的大小，拘束度的計(jì)算可采用如下公式： R=K1δ ()式中：K 1—板厚拘束度系數(shù)，N/(㎜ 2)；δ—板厚, ㎜。所以在正常情況下，16 Mn 鋼是不會出現(xiàn)結(jié)晶裂紋的。而 16Mn 的碳及合金元素的含量都比較低，總體來說焊接性較好，在焊接過程中一般不會產(chǎn)生缺陷。要求提高沖擊韌性以及板厚時，也可在正火狀態(tài)下使用。在 16Mn 基礎(chǔ)上加入少量 V（ωV=%～%） 、Nb( ωNb=%～%)、Ti(ωTi=% ～%)等，利用 V、Nb、Ti 的碳化物和氮化物的析出可進(jìn)一步提高鋼的蘭州工業(yè)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)6強(qiáng)度，細(xì)化晶粒，如 Q34Q390 等 [3]。3)采取控制軋制細(xì)化晶粒，將終軋溫度降低至 740～780℃(A r3 附近)，并使在 900℃以下的形變量達(dá)到 65%以上。我國在發(fā)展低碳索氏體鋼方面做了大量的工作，取得快速發(fā)展并成功地應(yīng)用于導(dǎo)彈、火箭蘭州工業(yè)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)5等國防工業(yè)中。這是因?yàn)樨愂象w的轉(zhuǎn)變溫度較高(大于 300℃)，可使組織應(yīng)力得到充分消除，而且體積效應(yīng)較小，不易出現(xiàn)焊接脆性。 低合金鋼的發(fā)展具有鐵素體+珠光體組織的低合金鋼，經(jīng)過固溶強(qiáng)化和沉淀強(qiáng)化，在保證具有較好的綜合力學(xué)性能的條件下，其屈服強(qiáng)度最高可達(dá) 470MPa。這類鋼強(qiáng)度高、韌性好，為節(jié)約鋼材和減輕焊接結(jié)構(gòu)自重創(chuàng)造了條件。當(dāng)?shù)秃辖痄撚糜跇蛄骸⒑Ｉ辖ㄖ推鹬貦C(jī)械等重要焊接結(jié)構(gòu)時，應(yīng)根據(jù)結(jié)構(gòu)的最低工作溫度提出沖擊韌性的要求。其中大部分是 CMn、CMnV、CMnNb 和 CMnVNb 鋼。4)淬火 +自回火控制軋制(QST) 淬火后利用鋼截面中部的溫度散熱進(jìn)行回火，實(shí)質(zhì)是控軋控冷工藝(TMCP) 的特殊應(yīng)用。控軋指在更低的溫度下停軋，抑制高溫奧氏體晶粒長大；控冷即軋后立即加快冷卻速度，即避免晶粒長大，又提高形核率，產(chǎn)生強(qiáng)韌性更高的細(xì)小貝氏體或針狀鐵素體，通過細(xì)化晶粒顯著改善鋼的強(qiáng)韌性。(3) 低合金專業(yè)用鋼低合金專業(yè)用鋼種類很多，有鍋爐、壓力容器用鋼、船舶用鋼、橋梁用鋼、汽車用鋼、農(nóng)機(jī)用鋼、建筑用鋼和礦山用鋼等 [1]。3)熱處理特點(diǎn)低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼一般在熱軋和正火狀態(tài)下使用，不需要進(jìn)行專門的熱處理。(1) 低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼1)用途及性能特點(diǎn)低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼是結(jié)合我國資源條件(鋼中主要加入錳，這是我國富有的元素)而發(fā)展起來的優(yōu)質(zhì)低合金鋼之一。應(yīng)用低合金高強(qiáng)鋼的目的，是減輕焊接結(jié)構(gòu)的重量，節(jié)約材料和縮短焊接工期。(2) 低合金耐候鋼我國列入國家標(biāo)準(zhǔn)的耐候鋼有焊接結(jié)構(gòu)用耐候鋼和高耐候性結(jié)構(gòu)鋼。(1) 提高低合金高強(qiáng)鋼性能的途徑提高低合金高強(qiáng)鋼性能的途徑包括：合金強(qiáng)化、組織強(qiáng)化(如淬火+回火)、控軋控冷工藝(TMCP)、淬火+ 自回火控制軋制(QST)。傳統(tǒng)的細(xì)晶粒鋼，其晶粒直徑小于 100μm，而 TMCP 鋼的晶粒可達(dá)到 10～50181。經(jīng)過這種工藝處理的鋼材，其強(qiáng)度高而焊接性好。對于抗拉強(qiáng)度在 600MPa 以下的鋼，一般為熱軋狀態(tài)下供貨。對于在大氣溫度環(huán)境下工作的低合金結(jié)構(gòu)鋼，沖擊吸收功(0℃ ,卻貝 V 形缺口沖擊試樣)至少應(yīng)達(dá)到 27J 的最低要求。對于車輛、船舶、工程機(jī)械等運(yùn)行結(jié)構(gòu)，由于減輕自重，可以節(jié)約能源、提高運(yùn)載能力和工作效率。若希望獲得強(qiáng)度更高的低合金鋼，就要考慮獲得其他類型的基體組織，因而發(fā)展了低碳貝氏體型低合金鋼、低碳索氏體型低合金鋼、針狀鐵素體型低合金鋼、低碳馬氏體型低合金鋼。(2) 低碳索氏體型低合金鋼提高低合金鋼強(qiáng)度的另一途徑是采用低碳低合金鋼淬火獲得低碳馬氏體，然后進(jìn)行高溫回火，獲得低碳回火索氏體組織。(3) 發(fā)展針狀鐵素體型低合金鋼為了滿足在北方嚴(yán)寒條件下工作的大直徑石油和天然氣輸出管道用鋼的需要，目前世界各國正在發(fā)展針狀鐵素體型低合金鋼，并通過軋制獲得良好的強(qiáng)韌化效果。在每道軋制后用噴霧快冷，以防止碳化物從奧氏體中析出而減弱時效強(qiáng)化效果 [2]。 16Mn 的化學(xué)成分由于 16Mn 屬于低合金結(jié)構(gòu)鋼。例如，為了改善綜合性能，特別是厚板的沖擊韌性，16Mn 可進(jìn)行 900～920℃正火處理，正火后強(qiáng)度略有降低，但塑性、韌性(特別是低溫沖擊韌性)有所提高。因此，在焊前不需要預(yù)熱，焊后也不需要熱處理。(2) 冷裂紋大量的生產(chǎn)實(shí)踐和理論研究表明，鋼種的淬硬傾向、一定的含氫量和足夠的拘束應(yīng)力是焊接時產(chǎn)生冷裂紋的三大主要因素。由上式可見，拘束度與材料板厚有很大關(guān)系，板厚越大，所造成的拘束度也越大，則拘束應(yīng)力也就越大，因而我們只要選擇合適的板厚，就可以控制拘束應(yīng)力。而對于 16 Mn 來說，其本身雜質(zhì)與有害元素含量控制嚴(yán)格，所以只要我們控制其板材厚度與選擇合適焊接工藝，其層狀撕裂是可以減少或避免的?？梢酝ㄟ^焊后600℃、1h 的退火處理來恢復(fù) 16 Mn 的韌性。焊前使用的清理方法不限，但最好能用角向磨光機(jī)打磨，效率較高，效果也比較好。采用同樣的焊接材料，由于熔合比或冷卻速度不同，所得焊縫的性能有很大差別。在設(shè)計(jì)低合金結(jié)構(gòu)鋼接頭的坡口時應(yīng)注意以下兩點(diǎn)：蘭州工業(yè)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)11(1)避免采用無法焊透或局部焊透的坡口形式，因?yàn)楹缚p根部的缺口往往是各種焊接裂紋的起源區(qū)。定位焊的順序應(yīng)能防止過大的拘束、允許工件有適當(dāng)?shù)淖冃?，焊點(diǎn)或點(diǎn)固焊縫應(yīng)對稱均勻分布。(3) 收尾(熄弧)焊縫的收尾是指一條焊縫完成后如何收弧(熄弧)。同時焊后檢驗(yàn)可以評定焊接結(jié)構(gòu)生產(chǎn)中新材料、新方法焊接工藝的優(yōu)劣，選擇出最佳焊接工藝，從而促進(jìn)和保障焊接技術(shù)的應(yīng)用，進(jìn)一步提高產(chǎn)品質(zhì)量 [7]。為以后 16Mn 的焊接提供一個規(guī)范，從而最大程度的發(fā)揮 16Mn 的優(yōu)良特點(diǎn)，使其更好的服務(wù)于社會。(2) 切割設(shè)備本次實(shí)驗(yàn)所用的切割設(shè)備是 DK7740 型數(shù)控電火花線切割機(jī)床。因此，點(diǎn)固時在板材兩端各留 30mm，然后進(jìn)行點(diǎn)固，定位焊長度為 10～15mm，具體見圖 。蘭州工業(yè)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)1716Mn 不同焊接參數(shù)下組織研究16Mn 鋼的物理特性16Mn 鋼的焊接性分析16Mn 鋼的可焊性 16Mn 鋼的淬硬傾向 16Mn 鋼焊接常見缺陷16Mn 鋼的焊接工藝設(shè)計(jì)焊接方法的選用焊接材料的選用坡口形狀的 選用焊接參數(shù)的選擇16Mn 鋼的焊接金相組織分析結(jié)論圖 實(shí) 驗(yàn) 技 術(shù) 路 線蘭州工業(yè)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)18 實(shí)驗(yàn)檢測分析方法本實(shí)驗(yàn)采用顯微組織觀察的分析方法。沿焊縫縱向?qū)⒃嚇觾啥烁鹘厝∫欢危虚g截取一段。因?yàn)閽伖鈺r間過長會使試樣表面產(chǎn)生變形層，拋光面在顯示劑浸蝕下會出現(xiàn)腐蝕坑，影響組織觀察。(2) 試樣的浸蝕浸蝕時，將配制好的硝酸酒精溶液取少許盛放在蒸發(fā)皿中，手拿試樣輕輕地在蒸發(fā)皿中蘸取少許試劑(控制時間在 8s 左右)，待清楚顯示出熔合線后即可用清水沖洗，然后用無水酒精清洗，最后用電吹風(fēng)機(jī)吹干后就可在顯微鏡下觀察 [12]。m)a)不 完 全 正 火 區(qū) b)過 熱 區(qū) c)焊 縫 區(qū) d)熔 合 區(qū) e)正 火 區(qū)蘭州工業(yè)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)23圖 a)的 組 織 為 經(jīng) 過 相 變 的 細(xì) 小 鐵 素 體 與 珠 光 體 混 雜 組 織 ， 以 及 未 發(fā) 生 相 變 的 鐵 素 體 ； 圖 b)的 組 織 為 片 狀 先 共 析 鐵 素 體 和 黑 灰 色 的 珠 光 體 ； 圖 c)的 組 織 為 粗 大 的 先 共 析 鐵 素 體 沿 一 次 柱 狀 晶界 分 布 ， 晶 內(nèi) 為 細(xì) 密 的 針 狀 鐵 素 體 和 珠 光 體 (黑 色 )； 圖 d)的 組 織 為 粗 大 的 珠 光 體 以 及 沿 晶 界 分 布的 先 共 析 鐵 素 體 ， 圖 e)的 組 織 為 細(xì) 小 的 鐵 素 體 和 珠 光 體 ， 且 均 勻 混 合 分 布 。m)a)不 完 全 正 火 區(qū) b)過 熱 區(qū) c)焊 縫 區(qū) d)熔 合 區(qū) e)正 火 區(qū)蘭州工業(yè)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)27圖 a)的 組 織 為 經(jīng) 過 相 變 的 細(xì) 小 鐵 素 體 與 珠 光 體 混 雜 組 織 ， 以 及 未 發(fā) 生 相 變 的 鐵 素 體 ； 圖 b)的 組 織 為 片 狀 先 共 析 鐵 素 體 和 黑 灰 色 的 珠 光 體 ； 圖 c)的 組 織 為 粗 大 的 先 共 析 鐵 素 體 沿 一 次 柱 狀 晶界 分 布 ， 晶 內(nèi) 為 細(xì) 密 的 針 狀 鐵 素 體 和 珠 光 體 (黑 色 )； 圖 d)的 組 織 為 粗 大 的 珠 光 體 以 及 沿 晶 界 分 布的 先 共 析 鐵 素 體 ， 圖 e)的 組 織 為 細(xì) 小 的 鐵 素 體 和 珠 光 體 ， 且 均 勻 混 合 分 布 。焊縫熔池完全結(jié)晶之后，得到的組織通常叫一次組織，對大多數(shù)鋼來說是高溫奧氏體。②側(cè)板條鐵素體(Ferrite Side Plate，簡稱 FSP) 側(cè)板條鐵素體的形成溫度約在700～550℃之間。從本質(zhì)上來講，細(xì)晶鐵素體是介于鐵素體和貝氏體之間的轉(zhuǎn)變產(chǎn)物，所以又叫做貝氏鐵素體。按轉(zhuǎn)變溫度不同，貝氏體又分為上貝氏體(B 上 )與下貝氏體(B 下 )。① 板條馬氏體板條馬氏體是在奧氏體晶粒內(nèi)部形成的馬氏體板條，其特征是條與條之間有一定角度，因此通常出現(xiàn)在低碳低合金鋼焊縫中，因而又稱為低碳馬氏體。而且在普通光學(xué)顯微鏡下，熔合區(qū)與焊縫母材之間及熔合區(qū)與粗大的過熱區(qū)之間很難看出明晰的境界加以區(qū)別，但焊縫與過熱區(qū)之間則有明顯差別，在焊接接頭的宏觀腐蝕中，熔合區(qū)常呈現(xiàn)為線狀，表現(xiàn)為焊縫的輪廓線，即所謂熔合線。黑灰色塊區(qū)則為珠光體組織，由于該區(qū)晶粒粗大，并出現(xiàn)了魏氏組織，其性能尤其是韌性很差。上面所討論的熱影響區(qū)幾個地段，焊接時所經(jīng)歷的峰值溫度都超過了相變點(diǎn) Ac1，都全部或部分地發(fā)生了相變重結(jié)晶過程，在普通的光學(xué)顯微鏡都可以觀察到明顯的組織特征。5)藍(lán)脆區(qū)藍(lán)脆區(qū)所經(jīng)歷的峰值溫度約為 200?500℃，因此時強(qiáng)度略有升高，塑性、韌性下降(尤以 200?300℃)為甚，金屬表面呈現(xiàn)藍(lán)色的名。對焊縫金相組織有進(jìn)一步的了解。還在論文的撰寫和排版等過程中提供熱情的幫助。最后，感謝參加論文評審和答辯的各位老師的辛勤勞動！蘭州工業(yè)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)36參考文獻(xiàn)[1] 1 ：機(jī)械工業(yè)出版社， [2]：冶金工業(yè)出版社， 2～18[3]—，[4]，[5]文申柳， 的焊接性分析 .中西南十省區(qū)( 市)焊接學(xué)會聯(lián)合會第九屆年會論文(1)2[6]，2022(5).79[7]，高等教育出版社，2022(2).1[8]，2022(1).1[9]，2022(1).32[10]，1999(10).281[11]， 2022(12).131[12]， 2022(8).15中國焊接 2022 年 3 月第 19 卷第一*池強(qiáng)，劉迎來，吉玲康和王鵬，管材研究所中國石油天然氣集團(tuán)公司，西安，710065。最后，通過本次實(shí)驗(yàn)建立起了 16Mn 薄板焊條電弧焊焊接及制樣較完整的系統(tǒng)，并且較系統(tǒng)的分析了焊接試樣的金相組織，最終經(jīng)多次實(shí)驗(yàn)確定了厚度為 5mm 的 16Mn 薄板