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正文內(nèi)容

用焊條電弧焊制作表面裂紋缺陷的工藝試驗畢業(yè)論文(編輯修改稿)

2025-07-21 05:59 本頁面
 

【文章內(nèi)容簡介】 奧氏體晶界開裂。根據(jù)所焊金屬的材料不同(低合金高強鋼、不銹鋼、朱鐵、鋁合金和某些特種金屬等),產(chǎn)生熱裂紋的形態(tài)、溫度區(qū)間和主要原因也各有不同。根據(jù)產(chǎn)生的原因,熱裂紋可分為結晶裂紋、液化裂紋和多變化裂紋三類。1)結晶裂紋結晶裂紋又稱凝固裂紋,是在焊縫凝固過程的后期形成的,是焊接生產(chǎn)中最為常見的熱裂紋之一。結晶裂紋只產(chǎn)生在焊縫中,多呈縱向分布在焊縫中心,也有呈弧形分布在焊縫中心線兩側,而且這些弧形裂紋與焊波呈垂直分布??v向裂紋通常較長、較深,而弧形裂紋較短、較淺。弧坑裂紋也屬結晶裂紋,它產(chǎn)生于焊縫的收尾處。由于是在高溫下產(chǎn)生的,多數(shù)結晶裂紋的斷口上可以看到氧化的色彩,掃描電鏡下觀察結晶裂紋的斷口具有典型的沿晶界開裂特征,斷口晶粒表面光滑。2)液化裂紋在母材近縫區(qū)或多層焊的前一焊道因受熱作用而在液化晶界上形成的焊接裂紋稱液化裂紋。液化裂紋是在高溫下的晶界斷裂。如圖2。近縫區(qū)的液化裂紋圖2液化裂紋分布近縫區(qū)上的液化裂紋多發(fā)生在母材向焊縫凸進去的部位,該處熔合線向焊縫側凹進去而過熱嚴重。液化裂紋多為微裂紋,尺寸很小,個別達1mm。主要出現(xiàn)在合金元素較多的高強鋼、不銹鋼和耐熱合金的焊件中。3)多邊化裂紋焊接時在金屬多邊化晶界上形成的一種熱裂紋稱為多邊化裂紋。它是由于在高溫時塑性很低而造成的,又稱為高溫低塑性裂紋。這種裂紋多發(fā)生在純金屬火單相奧氏體焊縫中,個別也出現(xiàn)在熱影響區(qū)中。其特點是:①在焊縫金屬中裂紋的走向與一次結晶方向并不一致,常以任意方向貫穿于樹枝狀結晶中;②裂紋多發(fā)生在重復受熱的多層焊層間金屬及熱影響區(qū)中,其位置并不靠近熔合區(qū);③裂紋附近常伴隨有再結晶晶粒出現(xiàn);④斷口無明顯的塑性變形痕跡,呈現(xiàn)高溫塑性開裂特征。(3)再熱裂紋厚板焊接結構,并采用含有某些沉淀強化合金元素的鋼材,在進行消除應力熱處理或在一定溫度下服役的過程中,在焊接熱影響區(qū)粗晶部位發(fā)生的裂紋稱為再熱裂紋。由于這種裂紋是在再次加熱過程中產(chǎn)生的,因此稱為再熱裂紋,又稱為“消除應力處理裂紋”。再熱裂紋多發(fā)生在低合金高強度鋼、珠光體耐熱鋼、奧氏體不銹鋼和某些鎳基合金的焊接熱影響區(qū)粗晶部位。再熱裂紋的敏感溫度,根據(jù)不同的鋼種約在550~650℃。這種裂紋具有沿晶開裂的特點,但在本質(zhì)上與結晶裂紋不同。(4)層狀撕裂當焊接大型后壁結構時,如果在鋼板厚度方向受到較大的拉伸應力,就可能在鋼板內(nèi)部出現(xiàn)沿鋼板軋制方向發(fā)展的具有階梯狀的裂紋,這種裂紋稱為層狀撕裂。層狀撕裂常出現(xiàn)在T形接頭和十字接頭中,對接接頭中很難出現(xiàn)。但當在焊趾和焊根處由于冷裂紋的誘導也會出現(xiàn)層狀撕裂。層狀撕裂不發(fā)生在焊縫上,只產(chǎn)生于熱影響區(qū)或母材金屬的內(nèi)部,一般在鋼材表面尚難以發(fā)現(xiàn)。由焊趾或焊根冷裂紋誘發(fā)的層狀撕裂,有可能在這些部位暴露于金屬表面。從焊接接頭斷面上可以看到,層狀撕裂和其他裂紋的明顯不同是呈階梯狀形態(tài),裂紋是由基本平行軋制表面的平臺和大體垂直于平臺的剪切壁兩部分組成。(5)應力腐蝕裂紋焊接接頭在一定溫度下受腐蝕介質(zhì)和拉伸應力共同作用而產(chǎn)生的裂紋稱為應力腐蝕裂紋。在石油、化工、冶金、能源和海洋工程中許多焊接結構都是在各種腐蝕介質(zhì)下長期工作,而這些結構焊后常存在較大的殘余應力,工作過程中工作應力也較大,最容易產(chǎn)生應力腐蝕裂紋。應力腐蝕裂紋斷口為典型的脆性斷口。一般情況下,低碳鋼、低合金鋼、鋁合金、等多為沿晶斷裂,β黃銅呈穿晶斷裂。對于奧氏體不銹鋼的斷裂性質(zhì)因腐蝕介質(zhì)不同而有所不同,在硝酸和硝酸鹽中為沿晶斷裂,在硫化氫水溶液中呈穿晶斷裂,在硫酸、亞硝酸中呈穿晶+沿晶的混合斷裂,在海水、河水、堿溶液中呈穿晶或穿晶+沿晶的混合斷裂。由應力腐蝕而引起的斷裂是在沒有明顯宏觀變形、無任何征兆的情況下發(fā)生的,破壞具有突發(fā)性。裂紋往往深入到金屬內(nèi)部,一旦發(fā)生很難修復,有時只好整臺設備報廢。因此,在焊接過程中必須高度重視。 Q235焊接制作表面裂紋方案的確定通過我們和指導老師的探討,總結出以下情況可能出現(xiàn)表面裂紋:(1)當材料一定時,隨冷卻速度不同,接頭的組織將相應改變,冷卻速度越高,馬氏體的含量越高。焊后焊縫用水快速冷卻,接頭組織的馬氏體含量增大,而馬氏體對冷裂紋率的影響如圖3所示。圖3 馬氏體含量與冷卻速度的關系及其對熱影響區(qū)冷裂紋率的影響圖3可以看出,冷卻速度越快,產(chǎn)生表面裂紋率越大。因此焊后將Q235板立即放入水中急速冷卻,可能產(chǎn)生表面裂紋。(2)Z308屬于鑄鐵焊條,鑄鐵焊條由于含碳量高,組織不均勻,強度低,塑性極差,屬于可焊性差的材料,用Z308焊條焊接Q235鋼板蓋面焊時,可能產(chǎn)生表面裂紋。(3)由表一和表二可以看出,焊接材料和母材中都加入了錳元素,在多數(shù)情況下錳是防止結晶裂紋有效的元素。但與銅共存時,錳與銅相互作用促使晶間偏析嚴重,從而易導致結晶裂紋。因此在焊接完填充層后,在焊縫中加入銅,可能產(chǎn)生表面裂紋。由上可知,焊后用水冷卻、焊接材料用Z30焊縫中加銅均有可能產(chǎn)生裂紋。由于焊后水冷和用Z308焊條比較簡單,所以我們初步定的方案是先嘗試這兩種方法。經(jīng)過討論,我們決定用J507打底和填充,蓋面一半用J507,另一半用Z308,如圖6所示。圖6方案焊縫分布圖4 方案的實施 制定焊接工藝綜上所述各類原因,首先我們選定的方案是焊后急冷法(焊后放入水中急冷)和鑄鐵焊條(Z308)焊填充、蓋面焊。表7焊接工藝卡如下:表7 焊接工藝卡焊接材料Q235焊接說明牌號尺寸烘干溫度烘烤時間1焊前清理。J507350℃2h2焊接。J507Φ4350℃2h3焊后立即水冷。Z308150℃1h4焊后清理。惰性氣體: / % / l/min焊后熱處理/焊 接 規(guī) 范 參 數(shù)焊接方法層次電源種類電源極性焊接材料規(guī)格電流(A)電壓(V)速度(cm/min)SMAW1直流反J50710522261416SMAW2直流反J507Z3084170120222614161416SMAW3直流反J507Z3084160120222614161416預熱溫度預熱保溫方法層間溫度編制謝猛審核史維琴批準史維琴共 1 頁//250℃第 1 頁 焊接(1)焊前準備1)試板 厚為12mm的Q235B鋼板,尺寸為12mm300mm100mm,60176。V形坡口,如圖4所示。圖4板厚為12mm的V形坡口試板2)焊材 堿性焊條在350~400℃烘干2h;鑄鐵焊條在150℃烘干1h。3)焊前清理 焊前需將坡口面和靠近坡口上、下兩側20mm內(nèi)的鋼板上的油、銹、水分及
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