【文章內(nèi)容簡介】 t2為復層金屬厚度（ mm）。 復合板的伸長率δ 5（％）應不小于基材規(guī)定值。復合板的抗剪強度τ b應不小于 100MPa。復層厚度大于 3mm 不做抗剪切強度試驗，用冷彎試驗檢 測復合強度。 通過對 BFe3011 與 16MnR 特征及范圍初步分析，將為本畢業(yè)設計以后的內(nèi)容打下基礎，接下來我們將對 BFe3011/16MnR 復合板的焊接工藝進行更深一步的研究，從而制作出 BFe3011/16MnR 復合板焊接工藝卡。 河南機電高等?？茖W校畢業(yè)論文 5 2 材料焊接性 焊接性概念 焊接性是指在一定 焊接 條件下，是否易于獲得優(yōu)良焊接接頭的能力 稱為焊接性或可焊性。它取決于焊縫產(chǎn)生裂紋、氣孔等傾向。焊接性能好的材料易于用一般的 焊接方法 和工藝焊接，焊接時不易產(chǎn)生裂紋、氣孔等缺陷，焊縫接頭有一定的 力學性能 。 低碳鋼 有較好的可焊性， 高碳鋼 較差， 鑄鐵 則更差。高碳鋼也具有較好的可焊性，鑄鐵的可焊性也不差，隨著社會的發(fā)展， 焊條 的種類也隨之增加，對于高碳鋼與鑄鐵也有相應的高碳鋼焊條，還有那些相應的特種焊條。 焊接性能包括兩方面的內(nèi)容： ① 接合性能：金屬材料在一定焊接工藝條件下，形成焊接缺陷的敏感性。決定接合性能 的因素有：工件材料的物理性能，如熔點、導熱率和膨脹率，工件和焊接材料在焊接時的化學性能和冶金作用等。當某種材料在焊接過程中經(jīng)歷物理、化學和冶金作用而形成沒有焊接缺陷的焊接接頭時，這種材料就被認為具有良好的接合性能。② 使用性能：某金屬材料在一定的焊接工藝條件下其焊接接頭對使用要求的適應性，也就是焊接接頭承受載荷的能力，如承受靜載荷、沖擊載荷和疲勞載荷等，以及焊接接頭的抗低溫性能、高溫性能和抗氧化、抗腐蝕性能等。 金屬材料焊接性的好與壞首先取決于材料本身的化學成分 ,比如鋼的含碳量及合金含量的高低等。并且它還與焊 接結(jié)構(gòu)的復雜程度 ,剛性大小 ,所采取的焊接材料與焊接方法 ,指定的工藝條件和焊接結(jié)構(gòu)所處的使用環(huán)境等都有密切的關系。通過我的多年工作實踐中摸索 ,我體會到影響焊接性的因素主要有這么四個方面：一是材料因素 :它即包括鋼材本身的化學成分 ,又包括所選用的焊接材料的化學成分 (包括焊條、焊絲、焊劑、保護氣體等 )；二是工藝因素 :它包括從選擇焊接方法和制定合理的工藝措施兩方面來影響焊接性。焊接性的好與差是相對而言的 ,我們通過選擇合適的焊接方法和合理的工藝措施是可以相對改善和提高焊接性能的；三是構(gòu)件類型因素 :它包括焊接結(jié)構(gòu)和焊接接 頭的形式 ,剛度及應力狀態(tài)等 ,其將直接影響接頭的力學性能及產(chǎn)生缺陷的傾向；四是使用要求因素 :就是焊接結(jié)構(gòu)的使用條件對焊接性的限制。它包括結(jié)構(gòu)在高溫、低溫下 ,在腐蝕介質(zhì)中 ,在動、靜載荷交變載荷等條件下工作時 ,對焊接性的限制。 金屬 焊接性能的好壞主要取決于它的化學組 成、金相組織及其力學性能。因此接下我們將分別對 16MnR 與 BFe3011的化學成分、金相組織及其力學性能進行分析。 16MnR 焊接性 化學成分 16MnR 鋼是 Q345 級的低合金高強度結(jié)構(gòu)用鋼，是生產(chǎn)中應用最廣的鋼材料。它只比 Q235 號鋼多加入約 1%的 Mn,屈服強度卻提高了 40%～ 50%，而且冶煉、加河南機電高等專科學校畢業(yè)論文 6 工性能和焊接性能都較好，所以普遍用于制造各種焊接結(jié)構(gòu)和壓力容器。 16MnR鋼的化學成分（熔煉分析， %）應符合表 1 的規(guī)定。 表 21 16MnR 鋼的化學成分（熔煉分析， %） 鋼號 C Mn Si S P 16MnR 力學性能 在厚板焊接時，由于板厚的增加，其焊接性會逐漸變差，尤其是當板厚達到80mm 以上時，常會在焊接過程中出 現(xiàn)未熔合、未焊透、夾渣、氣孔、變形和開裂等缺陷。因此，大厚度板材焊接防止開裂缺陷是要解決的最突出問題。 16MnR力學性能如表 2 表 22 16MnR 力學性能 板厚（ mm） 抗拉強度 σb (MPa ） 屈服強度 σs (MPa ） 伸長率（ %） 沖擊韌性值 αkv (J/cm2 冷彎試驗180℃ 316 510640 ≥345 ≥21 ≥31 d=2a ＞ 1636 490620 ≥325 ≥21 ≥31 d=2a ＞ 3660 470600 ≥305 ≥21 ≥31 d=3a ＞ 60100 460590 ≥285 ≥20 ≥31 d=3a ＞ 100120 450580 ≥275 ≥20 ≥31 d=3a 此次試驗所研究的是管與板的焊接，管為 16MnR,規(guī)格Φ 25 3，因此將選用表 2 中板厚 316mm 相應的數(shù)據(jù)。 金相組織 16MnR(HIC)鋼由于具有抗氫致開裂能力 , 在石油石化和其他領域中得到廣泛的應用 , 其中用在含有 H2和濕 H2S 介質(zhì)的壓力容器和反應器等設備上 , 具有獨特的優(yōu)越性。但是 , 鋼的晶粒度和各種缺陷將直接影響其力學性能 , 筆者研究在正火 +回火 +PWHT 條件 下 16MnR(HIC)和 16Mn 鋼中夾雜物的形態(tài)、分布和晶粒度等級情況，從而得出如下圖所示的 16MnR(HIC)金相組織圖。 16MnR(HIC)鋼的晶粒度等級 ( 9 級 )高于 16Mn 鋼晶粒度等級 ( 7. 5 8 級 )。一般地 , 在一定的含碳量范圍內(nèi) , 隨著奧氏體中碳含量的增加 , 晶粒長大傾向增加。此外 , 鋼的原始組織越細 , 碳化物彌散越大 , 則奧氏體的晶粒越細小。與河南機電高等專科學校畢業(yè)論文 7 粗珠光體相比較 , 細珠光體易于獲得細小而均勻的奧氏體晶粒度。細化晶粒不但可以提高鋼的強度 , 而且可以提高鋼的塑性和韌性 , 鋼的強度與晶粒直徑的平方根成反比。 圖 21 16MnR(HIC)金相組織 焊接缺陷 16MnR 鋼的焊接性是很好的，但是由于它是高強度的，其強度越高，越易產(chǎn)生淬硬相，從而影響其焊接性。在焊接時，主要會出現(xiàn)以下幾方面問題： 區(qū)脆化 ①產(chǎn)生部位 熱影響區(qū)中被加熱到 1100 ℃以上直至熔點以下的區(qū)域，即焊接熱影響區(qū)的過熱區(qū)。②產(chǎn)生原因 16MnR 在焊接時，采用了過大的焊接線能量焊接，粗晶區(qū)將因晶粒長大或出現(xiàn)魏氏組織等而降低韌性；線能量過小時焊接，會因為粗晶區(qū)組織中馬氏體比例的增大，降低了韌性。③防止措施在焊接時，選用 適當?shù)木€能量。 2. 熱應變脆化 ① 產(chǎn)生部位焊接接頭熔合區(qū)及最高加熱溫度低于 Ac1 的亞臨界熱影響區(qū)。 ② 產(chǎn)生原因 16MnR 屬于 CMn 系的低合金鋼，這類鋼自由氮含量較高，一般認為熱應變脆化現(xiàn)象是由于氮、碳原子聚集在位錯周圍，對位錯造成釘軋作用引起的。一般易于在 200400℃最高加熱溫度范圍的亞臨界熱影響區(qū)產(chǎn)生。 ① 冷裂紋正火鋼由于含有少量的合金元素較多，淬硬傾向有所增加。強度級別及碳當量較低的正火鋼，冷裂傾向還不大，但隨正火鋼碳當量及板厚的增加，其淬硬傾向也隨之增大。采取控制線能量，降低含氫量、預熱和及時 后熱等措施可以防止冷裂紋的產(chǎn)生。 ② 熱裂紋正火鋼焊接時熱裂傾向一般比較小，但有時會在焊縫中出現(xiàn)熱裂紋，這與正火鋼 C、 S、 P等有害元素含量偏多有關。減小母材在焊縫中的熔合比，增大焊縫形狀系數(shù)（即焊縫寬度與厚度之比），有利于防止焊縫金屬的熱裂紋。 ③ 層狀撕裂具有角接頭或丁字接頭的厚板焊接結(jié)構(gòu)，在鋼材厚度方向承受較大的拉伸應力時，可能沿鋼材軋制方向發(fā)生階梯狀撕裂，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 向所承受的應力應變，在滿足客戶使用要求的前提下，選用強度較低焊接材料或預堆焊低強焊縫；采用預熱及降氫 的措施，都有利于防止層狀撕裂。 河南機電高等?？茖W校畢業(yè)論文 8 BFe3011 焊接性 化學成分 鐵白銅 ,牌號： BFe3011 ,標準： GB/T 44231992, BFe3011 鐵白銅為結(jié)構(gòu)銅鎳合金 ， 有良好的力學性能 ， 在海水、淡水和蒸氣中具有高的耐蝕性，但可切削性較差。 管材的化學成分的仲裁分析方法按 GB/T 5l21 的規(guī)定進行 ，其化學成分如表 23 中所示 表 23 BFe3011 化學成分（ %） 牌號 Ni+Co Fe Mn Zn Si Pb BFe3011 29～ 32 ～ ～ ≤ ≤ ≤ 牌號 S C P Sn Cu 雜質(zhì) BFe3011 ≤ ≤ ≤ ≤ 余量 ≤ 力學性能 BFe3011 規(guī)格狀態(tài)及力學性能如下表所示， 表 24 BFe3011 狀態(tài)規(guī)格 牌號 狀態(tài) 規(guī)格 /mm 厚度 寬度 長度 BFe3011 R 7～ 6 ≤ 2020 ≤ 4000 M、 Y ～ 10 ≤ 600 ≤ 1500 表 25 BFe3011 力學性能 牌號 狀態(tài) 厚度 /mm 抗拉強度 σ/MPa .伸長率δ /% ≥ BFe3011 M ～ 10 370 20 Y 530 3 河南機電高等?？茖W校畢業(yè)論文 9 金相組織 按 JB4708— 2020 規(guī)定進行金相檢驗，包括宏觀檢驗和微觀組織觀察。宏觀檢驗要求焊縫根部應焊透。焊縫金屬和熱影響區(qū)不得有裂紋和未熔合。采用輝光光譜儀分析焊縫成分，用光學顯微鏡和 SEM 觀察試樣組織。如下圖所示 圖 22 BFe3011 金相組織 焊接缺陷 白銅由于具有其獨特的物理性能，因此它的焊接性也不同于鋼，焊接的主要問題是易產(chǎn)生焊接裂紋、易產(chǎn)生氣孔 等。 銅及銅合金中存在氧、硫、磷、鉛等雜質(zhì)元素。焊接時，銅能與它們分別生成熔點為 2 7 0 176。 C 的（ Cu+B i），熔點為 3 2 6 176。 C 的（ Cu+Pb ），熔點為 1 0 6 4 176。 C 的（ Cu+Cu2O），熔點為 1 0 6 7 176。 C 的（ Cu+Cu2S），等多種低熔點共晶，它們在結(jié)晶過程中分布在樹晶間或晶界處，使銅或銅合金具有明顯的熱脆性。 銅合金時，氣孔出現(xiàn)的傾向比低碳鋼要嚴重得多。所形成