【正文】 個相互聯(lián)系的條件引起的：一個是殘余應(yīng)力松弛時在應(yīng)力集中部位引起的實際塑性變形,另一個是應(yīng)力集中部位產(chǎn)生裂紋的臨界變形能力。塑性變形與接頭的拘束度﹑殘余應(yīng)力大小以及應(yīng)力集中程度有關(guān)。晶界的偏析對晶界的聚合強度影響很大，而晶內(nèi)沉淀相的析出硬化對晶內(nèi)的蠕變抗力有很大影響。 產(chǎn)生再熱裂紋傾向判斷利用英國Winkinson等人提出的熱裂紋敏感性判定計算公式:計算得出:=一般認(rèn)為，0時，就有可能產(chǎn)生再熱裂紋。 熱影響區(qū)的脆化15CrMoR鋼中的主要合金元素Cr和Mo顯著提高了鋼的淬硬性,Mo的作用比Cr約大50倍。在焊接過程中,熱輸入過小時,易出現(xiàn)過硬組織。兩者明顯降低了焊縫金屬及熱影響區(qū)的塑韌性。熱影響區(qū)的最高加熱溫度分布，決定了熱影響區(qū)的寬度及離熔合線不同距離各點的基本組織狀態(tài)。(2)過熱區(qū)此區(qū)的金屬處于過熱狀態(tài)，過熱區(qū)的溫度范圍是處于固相線以下到1100C左右，在這樣高的溫度下，奧氏體晶粒發(fā)生嚴(yán)重長大，冷卻后獲得晶粒粗大的過熱組織。(3)正火區(qū)此區(qū)的溫度范圍約在l000C一Ac3之間，相當(dāng)于熱處理時的正火處理，組織一般為均勻而細小的鐵素體，上面有碳化物沉淀析出。(4)不完全正火區(qū)焊接時溫度范圍處Ac3或Acm線以上的熱影響區(qū)，該區(qū)域只有一部分組織發(fā)生相變重結(jié)晶的過程，而其他一部分未發(fā)生重結(jié)晶的鐵素體則發(fā)生晶粒長大，因此，這區(qū)域的組織存有很大的不均勻性，一部分是均勻細小的鐵素體和珠光體，另一部分則是粗大的鐵素體。圖31 熱影響區(qū)四個組織的特征 熱影響區(qū)的軟化15CrMoR的焊接接頭，在焊前預(yù)熱和焊后熱處理的工藝措施下，熱影響區(qū)可能出現(xiàn)硬度和強度明顯下降的“軟化區(qū)”。 回火脆化鉻鉬鋼及其焊接接頭在370—565℃溫度區(qū)間長期運行過程中,由于P、As、Sb和Sn沿晶界發(fā)生的擴散偏析會產(chǎn)生脆變現(xiàn)象,應(yīng)嚴(yán)格控制鋼中的P,As,Sb,Sn等雜質(zhì),同時降低焊縫金屬中的Si,Mn等元素的含量,是解決回火脆性的有效措施。(2)減少焊接接頭的含氫量必須嚴(yán)格控制氫的侵入，如對焊件、焊絲要嚴(yán)格清除油和銹、低氫焊條在焊前應(yīng)嚴(yán)格烘干，以降低焊縫的焊氫量。 再熱裂紋產(chǎn)生的防止措施為防止再熱裂紋的產(chǎn)生,應(yīng)采取如下措施:(1)在保證焊縫熱強性的前提下,將V、Ti、Nb、P、As、Sb和Sn的含量控制在最低的容許范圍內(nèi). (2),焊絲選用H13CrMo15A+HJ250G,焊條選用E5515—B1。(4)采用較小熱輸入的焊接工藝和方法,減小焊接過熱區(qū)寬度,細化晶粒。通過上述15CrMoR鋼的焊接性分析可以得知,15CrMoR鋼的焊接性稍差。4 擬定焊接工藝 焊接方法的確定15CrMoR鋼焊接時可以用各種焊接方法焊接，不同的焊接方法對產(chǎn)品質(zhì)量無顯著的影響。生產(chǎn)中常用的焊接方法有手工電弧焊、埋弧焊、鎢極氣體保護電弧焊、二氧化碳氣體保護焊和電渣焊等。它是以外部涂有涂料的焊條作電極和填充金屬，電弧是在焊條的端部和被焊工件表面之間燃燒。熔渣的更重要作用是與熔化金屬產(chǎn)生物理化學(xué)反應(yīng)或添加合金元素，改善焊縫金屬性能?？梢詰?yīng)用于維修及裝配中的短焊縫的焊接，特別是可以用于難以達到的部位的焊接。焊接時，在焊接區(qū)的上面覆蓋一層顆粒狀焊劑，電弧在焊劑層下燃燒，將焊絲端部和局部母材熔化形成焊縫。熔渣浮在金屬熔池的表面，一方面可以保護焊縫金屬，防止空氣的污染，并與熔化金屬產(chǎn)生物理化學(xué)反應(yīng)，改善焊縫金屬的成分及性能；另一方面還可以使焊縫金屬緩慢冷卻。與手弧焊相比，其最大的優(yōu)點是焊縫質(zhì)量好，焊接速度高。而且多數(shù)采用機械化焊接。由于熔渣可降低接頭冷卻速度，故某些高強度結(jié)構(gòu)鋼、:①由于埋弧焊是依靠顆粒狀焊劑堆積形成保護條件，因此主要適用于水平焊縫。③只適用于長焊縫的焊接。本設(shè)計的研究對相為厚板壓力容器，板厚為50mm。采用手工電弧焊打底能保證第一層焊縫的力學(xué)性能，之后用電弧氣刨清根（一方面能達到清理的目的，另一方面還能達到開坡口的目的，節(jié)省了資源，同時也提高了工作效率），然后采用埋弧焊焊接，以提高生產(chǎn)效率，這樣能夠在滿足產(chǎn)品性能要求的同時最大限度的降低生產(chǎn)成本。每一組帶焊接后，應(yīng)在對面焊接對應(yīng)的焊縫。焊接的時候，由于開的是X型坡口，焊接的寬度逐漸加大，所以焊接的的道數(shù)也逐漸增多，焊接的方法與之前的焊接方法相同。15CrMoR屬于低合金鋼,主要用于制造各類中低壓壓力容器等受力構(gòu)件，要求焊接接頭具有足夠的強度，適當(dāng)?shù)那?，足夠的韌性和低的時效敏感性，既具有與產(chǎn)品技術(shù)條件相適應(yīng)的力學(xué)性能。如中溫強度、耐大氣腐蝕等。一般來說，焊縫金屬的強度是較易保證的，關(guān)鍵在于保證強度的同時獲得良好的塑性和韌性。為了消除冷卻速度高對性能帶來的不利影響，必須調(diào)整焊縫的化學(xué)成分。熔敷金屬中ωC低于母材即可保證焊縫與母材等強。因此，在選擇焊條時的主要依據(jù)是保證焊縫與母材的強度級別相匹配。②選用高溫塑性高于母材的焊材。相比之下,熔煉型焊劑的擴散氫含量高,冷裂紋的傾向會較高,故選擇CHF603H08CrMoA作為與15CrMoR匹配的埋弧焊焊接材料是比較適當(dāng)?shù)?。?1 焊絲、熔敷金屬化學(xué)成分及機械性能焊絲牌號焊劑牌號焊絲的化學(xué)成分(%)CMnSiCrMoS≤P≤H08CrMoACHF603焊絲牌號焊劑牌號熔敷金屬的化學(xué)成分(%)CMnSiCrMoH08CrMoACHF603～～～～～焊絲牌號焊劑牌號熔敷金屬的機械性能σb(MPa)δ5(%)Akv(J)H08CrMoACHF603430～60022～2454再對手工電弧焊的焊材選擇:JB/T4709推薦的焊材為R307,熔敷金屬擴散氫含量≤6mL/100g(GB/T51181995低合金鋼焊條[H]量的規(guī)定)。因此在手工電弧焊焊材方面,我們選R307B。坡口形式和尺寸的選擇，主要根據(jù)被焊板材的厚度、焊接方法接頭的力學(xué)和冶金性能要求，以及施工條件等。(2)焊接的可焊性 可焊性是選擇坡口形式的重要原則之一。對不能翻轉(zhuǎn)的構(gòu)件或內(nèi)徑較小的容器、轉(zhuǎn)子及軸類零件的對接焊縫，為了避免大量的仰焊和不能或不便從內(nèi)側(cè)施焊，易采用V型或U型坡口。因此，從坡口加工的難易程度出發(fā)，能采用V型坡口或雙V型坡口就不易采用U型或雙U型坡口等加工工藝較復(fù)雜的坡口類型。(5)焊接變形易于控制 采用不適當(dāng)?shù)钠驴谛问饺菀桩a(chǎn)生較大的焊接變形，如果坡口形適宜，工藝合理，則可有效地減小焊接變形。但隨著罕見厚度增加，焊接電流不能無限提高。本焊件厚度為50mm,屬較厚焊件，可開X形坡口，坡口帶鈍邊。對焊縫質(zhì)量要求較高的焊件，焊前最好用丙酮擦凈坡口表面。可用手工清理，即用鋼絲刷，風(fēng)動和電動砂輪或鋼絲輪進行清除；必要時可用氧乙炔焰烘烤焊接部位，以燒掉焊件表面上的油垢和油漆，并烘干水分。焊件裝配時必須保證焊縫間隙均勻，高低平整不錯邊。定位焊使用R307B焊條定位焊。厚板簡體內(nèi)應(yīng)力大,點固焊時必須預(yù)熱。用R307B焊條點焊,電流可比焊接工藝規(guī)定值大10%20%。 焊接設(shè)備調(diào)整和維護本焊接選用MZ1000型埋弧焊，ZX54002型手工電弧焊。焊機要進行調(diào)試，檢查儀表及各部分動作情況，并按要求調(diào)好預(yù)定焊接參數(shù)。無誤后再按焊機的操作順序進行焊接操作。埋弧焊焊劑應(yīng)嚴(yán)格清理，焊絲表面的油銹及拔絲用的潤滑劑都要清理干凈，以免污染焊縫成出氣孔?；厥蘸竸┮^篩清除焊渣等雜質(zhì)后才能使用。表42 焊條烘干工藝焊接材料母材強度級別σS/MPa烘干溫度/186。由于15CrMoR屬于低合金珠光體耐熱鋼焊接性較差，需進行焊前預(yù)熱和焊后熱處理。同時也減少焊縫及熱影響區(qū)的淬硬程度，提高了焊接接頭的抗裂性。均勻地局部預(yù)熱或整體預(yù)熱，可以減少焊接區(qū)域被焊工件之間的溫度差。預(yù)熱可以降低焊接結(jié)構(gòu)的拘束度，對降低角接接頭的拘束度尤為明顯，隨著預(yù)熱溫度的提高，裂紋發(fā)生率下降。另外，預(yù)熱溫度在鋼材板厚方向的均勻性和在焊縫區(qū)域的均勻性，對降低焊接應(yīng)力有著重要的影響。如果預(yù)熱不均勻，不但不減少焊接應(yīng)力，反而會出現(xiàn)增大焊接應(yīng)力的情況。以減小焊接時工件的溫度梯度及焊后冷卻速度，從而減小或避免產(chǎn)生淬硬組織，有利于氫的析出，防止冷裂紋產(chǎn)生。電加熱帶放置在外側(cè)焊縫處，內(nèi)側(cè)用巖棉進行保溫。 焊后熱處理在下列的情況下要求進行焊后熱處理。(2)厚壁壓力容器為了防止由于焊接時在厚度方向存在溫差，而形成三向應(yīng)力場所導(dǎo)致的脆性破壞，焊后應(yīng)進行消除應(yīng)力退火。(4)對可能發(fā)生應(yīng)力腐蝕開裂或要求尺寸穩(wěn)定的產(chǎn)品，焊后應(yīng)進行消應(yīng)力退火。對于低合金耐熱鋼來說，焊后熱處理的目的不僅是消除焊接應(yīng)力，而且更重要的是改善金屬組織，降低焊縫及熱影響區(qū)硬度，提高接頭的高溫蠕變強度和組織穩(wěn)定性，達到提高接頭的綜合力學(xué)性能的目的。溫度的確定：各國制造法規(guī)對15CrMoR的焊后熱處理溫度要求不一，JB／T4709－2000推薦溫度為≥600℃，其它規(guī)范推薦為640～680℃，為此分別做了（620177。40）℃溫度下熱處理焊接接頭的力學(xué)性能檢測結(jié)果見表33。40550，600，580510，520，525110，98，9295，90，85180，185，170620177。為此產(chǎn)品的熱處理溫度選定在（620177。為避免15CrMoR在370～565℃這一溫度帶出現(xiàn)材料韌性下降的現(xiàn)象，降溫過程中在400℃以下要加快冷卻速度。圖41 熱處理工藝焊接接頭的后熱處理——消氫處理，后熱處理又稱為焊后消氫處理（焊后立即進行）,其作用是降低焊縫中的擴散氫含量,從而減少焊件在整體消除應(yīng)力熱處理之前焊縫產(chǎn)生冷裂紋的傾向。 焊接工藝參數(shù)的選擇正確選擇焊接工藝參數(shù)是獲得高生產(chǎn)率和高質(zhì)量焊縫的先決條件。本課題研究的材料是15CrMoR，主要采用的焊接方法是手弧焊和埋弧焊。 焊條種類、牌號及電源的種類的選擇實際工作中主要是根據(jù)母材的種類、強度指標(biāo)、接頭剛度和工作環(huán)境條件選擇焊條。15CrMoR鋼是壓力容器專業(yè)用鋼,它要求焊接接頭具有一定的強度、塑性和韌性，所以此處選用R307B焊條。通常根據(jù)焊條類型決定焊接電源的種類，低氫鈉型焊條應(yīng)采用采用直流反接。但選用大直徑焊條或焊絲時需要的焊接電流較大，容易引起燒穿、焊縫成形不良等缺陷。表44給出了選用焊條及焊絲直徑的推薦值。表44 焊條及焊絲直徑與焊件厚度的關(guān)系焊件厚度( mm)234～56～12≥13焊條直徑( mm)22～～42～～6由于母材板厚為50mm，故焊條和焊絲的直徑分別選為4mm和5mm。焊接電流主要影響焊縫的熔深，對焊縫寬度和余高影響不大。實驗結(jié)果表明，在電弧熱和電阻熱的共同作用下，焊條剩余部分的溫度與長度成反比，焊條剩余部分越短，溫度越高。C時較好。故應(yīng)根據(jù)焊條剩余部分的藥皮溫度確定焊接電流的上限。選擇焊接電流應(yīng)考慮的因素很多，如焊條直徑、藥皮類型、工件厚度、接頭形式、焊接位置和焊道層次等?？筛鶕?jù)焊條直徑先任選一個焊接電流進行試焊，在焊接過程中觀察熔池的變化情況，液態(tài)熔渣和鐵水的分離情況，飛濺的大小，焊條是否發(fā)紅，焊縫成形是否良好，焊后脫渣性是否好等因素來選擇焊接電流。 焊接線能量的確定選擇焊接線能量及其相關(guān)參數(shù)的基本原則是，在保證質(zhì)量的前提下盡可能提高生產(chǎn)率，降低生產(chǎn)成本。由此，手工電弧焊的線能量控制在11～20 kJ/cm。 焊接電壓、焊接速度及焊道層數(shù)的選擇由以上選定的焊接參數(shù)、母材厚度及生產(chǎn)率、經(jīng)濟效益考慮確定焊接電壓、焊接速度及焊道層數(shù)。綜合考慮選取手工電弧焊的焊接電壓和焊接速度分別為21～25V、3～4m/h。焊道層數(shù)為10層，第1層為手工電弧焊打底，其它9層為埋弧焊。表4—6 焊接工藝參數(shù)母材牌號：15CrMoR；δ=50mm焊接方法手工電弧焊埋弧自動焊焊材R307BCHF603+H08CrMoA焊條（焊絲）直徑4 mm5 mm焊層1層9層預(yù)熱及層間溫度預(yù)熱：150～180℃。20℃，保溫2h 5 制定焊接工藝指導(dǎo)書焊 接 工 藝 指 導(dǎo) 書單位名稱：河南機電高等專科學(xué)校 批準(zhǔn)人簽字：焊接工藝指導(dǎo)書編號：0501 日期： 焊接工藝評定報告編號：0502焊接方法：手工電弧焊+埋弧焊 機械化程度（手工、自動、自動）：手工、半自動焊接接頭：對接坡口形式：X形坡口墊板（材料及規(guī)格）：焊劑墊 其它：—應(yīng)當(dāng)用簡圖、施工圖、焊縫代號或文字說明接頭形式、坡口尺寸、焊縫層次和焊接順序母材：15CrMoR類別號：Ⅲ組別號：Ⅲ—2 與類別號：Ⅲ 組別號：Ⅲ—2 相焊 或標(biāo)準(zhǔn)號：GB755 鋼號：15CrMoR 與標(biāo)準(zhǔn)號：GB755 鋼號：15CrMoR 相焊母材： 壁厚范圍：δ=50mm對接焊縫：√ 角焊縫：—組合焊縫：— 焊縫金屬：—其它：—焊接材料：焊條類別：E5515B2 其它：—焊條標(biāo)準(zhǔn)：GB/T511895 牌號：R307B填充金屬尺寸：㎜焊絲、焊劑牌號：H08CrMoA CHF603焊劑商標(biāo)名稱：— 焊條（焊絲）、熔敷金屬化學(xué)成分（質(zhì)量分?jǐn)?shù)） C SiMn P S CrNi MoVTi——— 注：對每一種母材與焊