毕业设计（论文）压力容器用16Mn钢板的焊接工艺评定.doc

毕业设计说明书题目：压力容器用16Mn钢板的焊接工艺评定 姓 名： 学 号： 指导老师: 目 录绪论1摘要3Abstract4第一章 .课题的背景6第1节.概述61.1 压力容器的分类及应用6第2节 压力容器的焊接结构6第二章. 压力容器的设计8第1节 材料选择8第2节 压力容器焊接性能分析102.2.1 裂纹问题102.2.2 脆化问题12第3节 焊接方法及参数的确定（筒体的焊接）142.3.1 焊接接头形式142.3.2 焊缝坡口的选择162.3.3 焊接方法的选择172.3.4 焊接材料的选择19第三章 实验过程 203.1 焊前准备 203.2 焊接操作 203.3 焊后热处理 20 3.4 焊缝机械性能检验 21第四章 实验结果与分析 224.1焊接接头硬度分析224.2焊接接头性能分析234.3焊接接头金相图分析 24第五章 结论与总结 265.1 结论265.2 总结26参考文献27致谢28绪 论机械工业是为所有的工业，农业，国防以及交通运输业提供机器和装备的工业。在实现我国四个现代化的过程中，必须贯彻党的总路线精神，不断解决自行设和制造效能高、寿命长、重量轻、体积小、容量大、成本低的机器和设备的问题。为了完成这一光荣而艰巨的任务，使机械设计与制造能力在短时间内超世界水平，除了必须解决设计与制造和使用的科学。而机械制造中的材料问题，一部分是属于金属材料本身的成分与质量问题，另一部分是属于材料的选用是否适当，在加工处理的工艺上是否发挥了材料的最大潜力的问题。因此，在提高金属材料的产量和质量的同时，还要提高和发挥材料的各种性能，充分挖掘潜力，做到既合实用又节省，只有这样才能达到多，快，好，省建设社会主义的目的。我国解放前合金钢的科学和生产几乎完全是空白点。解放后，我国机械工业的发展速度是世界上前所罕见的。在近2030年间，合金钢的出现和大量的使用，推动了合金钢工业的进程。合金钢由于具有优良的耐蚀性、耐磨性、强韧性和良好的可加工性，外观的精美性，以及无毒无害性，广泛地应用与宇航、海洋、军工、化工、能源等方面，以及日用家具、建筑装潢、交通车辆的装饰上。合金元素多、组织结构复杂且多变给合金钢及耐蚀耐热合金焊接带来很大的困难。焊接接头的性能好坏，直接关系着设备使用的安全性。国内外对合金钢及耐蚀耐热合金的焊接做了大量的研究工作，其焊接性、焊接材料及焊接工艺的研究几乎与母材的研究同步，促进了合金钢及耐蚀耐热合金的发展。有关这方面的研究成果和文献资料虽然很多，但较为系统的还是寥寥无几，在实际工作中，一部分有关的焊接技术人员和焊工，对合金钢及耐蚀耐热合金的焊接知识了解不多，有的甚至直接照搬低合金钢的工艺和方法。虽然我国在这几年在合金钢上的努力有目共睹，但与世界先进国家相比，差距还是很大的。为了尽快弥补这一差距，需要我们现代化的科技人才而我们也需要付出更多。随着社会主义革命和现代化建设事业的迅猛发展以及人们对高品质的生活的要求，合金钢极其相关的技术科学将得到不断地发展和完善。在世界上45的钢的连接是用焊接方法来完成的，手工电弧焊又是我们生活生而中不可缺少的一部分。我做这篇论文就是从手工电弧焊方面来研究16Mn的焊接。主要从材料的力学性能化学成分，和通过焊接性的分析来讨论16Mn的焊接性能。最能直观表现16Mn焊接性能的就是焊接工艺知道书，我们通过焊接工艺指导书的编制来反应16Mn的焊接性能。摘 要钢是我们现代社会中不可缺少的一种材料，它可以看作一个国家工业化水平的标志。钢的产量越高就代表这个国家的工业化水平越高。合金钢是钢中非常重要的一种，由于合金钢具有特殊的使用性能和力学性能，在现在的各行各业中已经被越来越多的使用。在合金钢中16Mn又是其中非常重要的一种，在发达国家每年消耗的合金钢中有70的是合金钢，在我国也达到了65左右。因此开发和使用好16Mn对我国的工业话来说已经越来越重要了。16Mn就是合金钢，我做的这个课题就是探讨16Mn在低温贮罐制造中的性能。低温贮罐是用来储存液N液Ar液态的CO2等低温液体的容器，液态介质的特殊性能就决定了制造材料需要特殊性能，而16Mn就具有这样的性能。低温贮罐在现在的生活、生产中使用已经越来越广泛，因此对16Mn的探讨就显得越来越重要。在这篇论文中我会着重为大家阐述16Mn在低温压力容器制造中的焊接性能，力学性能，使用性能和焊接工艺。在这篇论文中我会通过一个焊接性试验来探讨16Mn在低温压力容器中的各项性能。我的这个试验就是规格为6×150×300mm的两块16Mn扳水平对接焊接方法就是手工电弧焊。针对这个试验做出完整的焊接工艺评定，并且根据评定要求对式样做相应的无损检验和力学性能的检验，从而来判定16Mn的各项性能。关键词：焊接性能 力学性能 使用性能 焊接工艺AbstractSteel is indispensable to our modern society of a kind of material, it can be seen as a symbol of national industrialization level. The output of steel as the representative of the country industrialized level is higher. Steel alloy is one of the most important in steel, the alloy steel with special performance and mechanical properties, now in all walks of life in the has been more and more used. In the 16Mn steel is very important one among them, in developed countries consumed every year 70% of the alloy steel is alloy steel, in our country have also reached 65%. So the development and use of good 16Mn of our country's industry words have more and more important.16Mn is alloy steel, I do this topic is discussed in the low temperature storage tank 16Mn production of performance. Low temperature storage is used to store a liquid N、 liquid Ar、 liquid CO2 and other low temperature of the liquid containers, liquid medium the special performance to manufacture materials need special properties, and 16Mn has such performance. Low temperature storage tanks in the present life, has been more and more widely used in production, so the 16Mn discussion becomes more important. In this paper I will focus on this for all 16Mn in the fabrication of the low temperature pressure vessels welding performance, mechanical properties, the use of performance and welding process. In this paper I will pass a test to explore the weldability 16Mn of the low temperature pressure vessels of the performance. This test is a specification of 6 x 150 x 300 mm of two pieces of 16Mn pull level docking welding method is manual arc welding. According to the test make full of welding procedure qualification, and according to the evaluation of style of the corresponding requirements do nondestructive examination and mechanical properties of inspection, and to determine 16Mn of various performance.Key word : Welding performance Mechanics performance Welding craft Operational performance.第一章 课题的背景第1节.概述1.1压力容器的分类及应用1按工艺用途分类（1）反应压力容器：用于完成介质的物理、化学反应。（2）换热压力容器：用于完成介质的热量交换。（3）分离压力容器：用于完成介质的流体压力平衡和气体净化分离等。（4）储存压力容器：用于盛装生产用的原料气体、液体、液化气体等。2 按设计压力分类（1）低压容器（代号L），0.1MPaP1.6MPa。（2）中压容器（代号M），1.6MPaP10MPa。（3）高压容器（代号H），10MPaP100MPa。（4）超高压容器（代号U），P100MPa。本课题我们讨论的是按设计压力分类的低压容器，即压力范围为0.1MPaP1.6MPa（代号L）的容器。第2节 压力容器的焊接结构压力容器的结构形式虽然很多，但最基本的结构就是一个密闭的焊接壳体。根据压力容器壳体的受力特点，最适合的形状是球形，但球形容器制造相对比较困难，成本高，因此在工业生产中，中、低压容器多数采用圆筒形结构。圆筒形容器由筒体、封头、法兰、密封元件、开孔接管以及支座等六大部件组成，并通过焊接构成一个整体。 一般用途的压力容器工作压力低，焊接结构比较简单。如载货汽车的刹车储气筒，采用Q235钢材制成。筒体由钢板弯制，纵向焊缝采用埋弧焊一次完成，两封头采用冲压成形工艺，封头与筒体之间采用对接接头。为了保证焊接质量，在焊缝底部设置残留垫板（又称衬环）。对于大型储存容器，在结构上和设计上有许多特别的地方。如铁路运输是有产品用的油罐。油罐承受的内压力不高，但在运输车辆起动和刹车时有较大的惯性力，因此要求罐体应有适当的厚度，以保证其刚度。油罐罐体一般用低碳钢制造，筒体由上下两部分组成，上半部分占整个筒体的3/4，由812mm厚的钢板成形后拼焊而成。筒体下部分占1/4，要求有较大的刚度，采用较厚的钢板弯制。筒体上下两部分用对接焊缝连接。封头为椭圆封头，热压成形，与筒体之间采用对接焊缝连接。第二章 压力容器的设计第1节 材料选择压力容器所用的材料一般为碳钢、低合金钢和合金钢，含碳量一般规定0.25%。压力容器用钢必须满足使用条件下的力学性能要求，主要包括强度和塑韧性的要求。压力容器用钢要求室温下的冲击韧性60-70J/cm2 ,-40时的冲击韧性为35-40J/cm2 （U型坡口）。压力容器所用的材料都应有供应厂商完整的质量证明书。初步选择Q235和16MnR进行对比。Q235：普通碳素结构钢，是一种钢材的材质。Q代表的是这种材质的屈服度，后面的235就是这种材质的屈服值，在235MP左右。并会随着材质的厚度的增加而使其屈服值减小。由于含碳量适中，综合性能较好，强度、塑性和焊接性等性能得到较好的配合，用途广泛。常用于制作钢筋或厂房房架、高压输电铁塔、桥梁、车辆、锅炉、容器、船舶等，也大量用作对性能要求不高的机械零件。 化学成分见下表2-1与力学性能见下表2-2表2-1 Q235的化学成分 牌号等级化学成分（质量分数）（%）CMnSiSPQ235A0.140.220.300.650.300.0500.045B0.120.200.300.700.045C0.180.350.800.0400.040D0.170.0350.035表2-2 Q235的力学性能牌号拉力强度MPa屈服点MPa伸长率（%）Q2353755002352616MnR：强度级别为343Mpa，在热轧或正火状态下使用。综合力学性能、焊接性及低温韧性、冷冲压及切削性均好，与Q235相比强度提高50%，耐大气腐蚀性能提高20%-38%,低温冲击韧性也比Q235钢优越，价廉，应用广泛。用于各种大型船舶、车辆、桥梁、管道、锅炉、压力容器、石油贮藏、矿山机械、电站设备、厂房钢架等承受动载荷的焊接。 化学成分见下表2-3与力学性能见下表2-4表2-3 16Mn的化学成分牌号化学成分(质量分数)(%)CSiMnPSCrMoV16MnR0.12-0.200.20-0.601.20-1.600.0300.030-表2-4 16Mn的力学性能牌号拉力强度MPa屈服点MPa伸长率(%)16MnR490-67032021Q235和16MnR都具有良好的综合性能和焊接性能，但16MnR的强度比Q235的高，冲击韧性也比Q235的优越，而且耐大气腐蚀性也好，价格也便宜。所以，综合考虑，选择16MnR。16MnR的性能参数见表2-5表2-5 16Mn的拉伸性能与冲击性能钢号拉伸性能冲击性能板厚/mm状态s/MPab/MPa5/%弯曲180º温度/冲击功Aku/J时效冲击16MnR6-16热轧或热处理345510-65521d=2a室温27第2节 压力容器(16Mn)焊接性能分析2.2.1 裂纹问题（1）焊接冷裂纹大量的生产实践和理论研究表明。钢种的淬硬倾向一定的含氢量和足够的拘束应力是焊接时产生冷裂纹的三大主要因素。下面也从这三方面分析16Mn的冷裂纹倾向。淬硬倾向 16Mn由于其含碳量低，故在淬硬时，如冷却速度不是太快，就会得到低碳马氏体组织，或者是铁素体+珠光体组织，由于这些组织硬度不高，因而其淬硬倾向小，只有在冷却速度较快时，才会得到高碳马氏体组织，则有一定的淬硬倾向。含氢量 焊接时，焊缝中的氢主要来源于焊接材料中的水分、焊件坡口处的铁锈、油污以及环境湿度等。对16Mn来说，只要板厚不太大且冷却速度控制得当，由于焊接温度高，增强了氢的活动能力，使大部分氢会从焊缝中扩散逸出；同时，当焊缝冷却时，其组织会从奥氏体向铁素体转变，由于氢在奥氏体中的溶解度大大高于在铁素体中的溶解度，又会有部分氢逸出。因而到最后，焊缝中的残余氢量就不足于形成冷裂纹。拘束应力 焊接时，焊缝中的应力主要包括热应力、组织应力和由于自身拘束条件所造成的应力。目前，普遍采用拘束度（R）综合表达这三种应力的大小，拘束度的计算可采用如下公式：R=K1式中：1-板厚拘束度系数，N/(2.)； -板厚，mm.由上式可见，拘束度与材料板厚有很的关系，板厚越大，所造成的拘束度也越大，则拘束应力也就越大，因而我们只要选择合适的板厚，就可以控制拘束应力。综上所述，16Mn钢在板厚不是太大，冷却速度适当的情况下是不会出现冷裂纹的，只有在板厚（40mm以上）太大、冷却速度较快的情况下，才会出现冷裂纹倾向，不过，我们可以通过焊前适当预热等措施来预防。（2）焊接热裂纹 焊接热裂纹是在焊接高温下产生的，其中危害最严重的是结晶裂纹由于结晶裂纹是在结晶后期，有低熔点物质所形成的也太薄膜而引发的。它与焊缝金属的成分，主要是碳、硫、镍、锰等元素有密切关系。从表2-3得知，16Mn含碳量低，含锰量高，硫和磷控制严格，它的Mn/S较高，因而具有良好的抗结晶裂纹性能。所以在正常情况下，16Mn钢是不会出现结晶裂纹的。（3）消除应力裂纹（再热裂纹）再热裂纹是由于钢中含有Mo、Cr、V、Nb等强碳化物形成元素，以及存在一定的残余应力，并在焊后再次进行加热的情况下产生的。由表2-3可知，16Mn不含强碳化物形成元素，在热轧状态下供货焊后一般不进行热处理，因而对再热裂纹不敏感。（4）层状撕裂层状撕裂的产生，与钢材的合金成分没有直接关系紧与冶炼、轧制工艺及杂质的含量和分布有关。从Z向拘束力考虑，撕裂与板厚有关，一般板厚在16mm以下就不容易产生层状撕裂；从钢材本身来说钢中的片状硫化物与层状硅酸盐或大量成片地密集于同一平面内的氧化铝夹杂物都能导致Z向塑性的降低和层状撕裂的产生。而对于16Mn来说，其本身杂质与有害元素含量控制严格，所以我们只要控制其板材厚度与选择合适焊接工艺，层次撕裂是可以减少或避免的。2.2.2 脆化问题（1）过热区脆化过热区脆化主要产生在被加热到1100以上区域它的产生原因与钢材成分及强化方式有关。对16Mn钢来说，当碳含量偏于下限（0.12%0.14%）时，由于其本身含碳量少，又是通过固溶强化方式来获得较好的强度和韧性的，因而其脆化倾向小。只有当焊接线能量过大时，会导致过热区奥氏体晶粒严重粗化，冷却时产生魏氏组织，这时才会出现脆化现象。而当含碳量偏于上限（0.2%）时，此时不仅线能量过大会因此形成魏氏组织而脆化因而只要我们控制16Mn钢的成分与线能量，其过热区脆化也是可以减少或避免的。（2）热应变脆化一般认为热应变脆化发生于一些固溶氮含量高的低碳钢和强度级别不高的低合金钢中，主要是由于氮，碳原子聚集在位错周围，对位错造成钉扎作用引起的，特别易于在200400加热温度范围内的亚临界热影响区产生，如焊前已经存在缺口时，这种脆化就变得更加严重。对于16Mn来说，其本身含有一定的固溶氮，化学成分中又没有强氮化物形成元素可与氮结合为氮化物，因而具有一定的热应变脆化倾向。综合以上分析，我们知道在裂纹方面，16Mn对热裂纹、再热裂纹和层段撕裂不敏感，只有当板材厚度过大，且冷却过快时对冷裂纹有一定的敏感性；在脆化方面，16Mn有一定的热应变脆化现象，对过热区脆化不敏感。在实际生产中，我们只要通过一些简单的焊接工艺就可以解决16Mn中由于部分原因对焊接性带来的不利影响。因而，总的来说，16Mn具有优良的焊接性，这正是它广泛用于各种焊接结构中的一个重要原因。经过对16MnR钢的焊接性进行分析，得出以下结论：16MnR钢板可装配成各种不同的焊接接头，适合不同位置焊接，且焊接工艺和技术要求相对简单。焊前一般不需要预热。塑性和冲击韧性良好，焊接接头产生冷裂纹或热裂纹的倾向小，适合各类大型结构和受压容器。16MnR钢，对焊接电源设备没有特殊要求，交直流弧焊机都可以焊接；对焊接材料也无特殊要求，酸性、碱性焊条和焊剂都可以使用。第3节 焊接方法及参数的确定（筒体的焊接）研究对象选择厚度为6mm的钢板焊接低压容器的筒体。2.3.1 焊接接头形式（如表2-6所示）（1）对接接头两板件断面通过焊接形成135°-180°夹角，这样的接头称为对接接头。对接接头是各种接头中应力分布最均匀、最省材料的接头形式。（2）搭接接头两板件部分重叠起来进行焊接所形成的接头称为搭接接头。搭接接头的应力分布极不均匀，疲劳强度较低，不是理想的接头形式。但是搭接接头的焊前准备和装配工作比较简单，所以在受力较小的焊接结构中仍能得到广泛的应用。（3）T形（十字）接头将一个焊件的断面与另一个焊件的表面构成直角或近似直角，并用角焊缝连接起来的接头称为T形（十字）接头。这类接头能承受各种方向的外力和力矩的作用。（4）角接接头两板件断面构成30°-135°夹角的焊接接头称作角接接头。角接接头多用于箱形构件。表2-6 焊接的接头形式名称接头形式基本尺寸适用范围标注代号备注对接接头手工电弧焊d234b0+11+1薄板拼接,筒体纵、环焊缝d340a60°±5°b用于根部间隙较大且无法用机械方法加工坡口的容器环焊缝d6101226a45°±5°35°±5°b7+18+1P1±12-1筒体内无法焊接，但是允许衬垫板的焊缝注：一般不推荐使用尺寸由施焊者自定d1660a55°±5°b2+1P2±1钢板拼接，筒体的纵焊缝d309092150b6°±2°4°±2°b1+1P2+1R6+1钢板拼接，筒体的纵焊缝d3060a65°±5°b10°±2°b2+1P2±1H10+2厚壁筒体的环焊缝，多用于筒体内径DN<600mm的单面焊接2.3.2焊缝坡口的选择当压力容器的板厚超过一定厚度时，为了保证压力容器的焊缝全部焊透又无缺陷，应将钢板接头处开各种形状的坡口。坡口的形状和尺寸取决于被焊材料和所采用的焊接方法。压力容器的筒体内壁焊接起来比较困难，因为要装液体或气体，所以必须保证内壁的光滑和无毛刺，从而保证所装物质的纯净。经分析，为了得到更好的焊缝质量和更方便的操作，宜选用单面V型坡口进行焊接。2.3.3焊接方法的选择 在压力容器制造中，焊接方法主要根据被焊材料、接头厚度、焊缝位置和坡口形式选择。目前，常用的焊接方法有手工电弧焊、埋弧自动焊、CO2气体保护焊等。下面就对这几种焊接方法进行比较，选出最适合16Mn的焊接方法。1.埋弧焊：（1）.生产效率高这是因为，一方面焊丝导电长度缩短，电流和电流密度提高，因此电弧的熔深和焊丝熔敷效率都大大提高。（一般不开坡口单面一次熔深可达20mm）另一方面由于焊剂和熔渣的隔热作用，电弧上基本没有热的辐射散失和飞溅，虽然用于熔化焊剂的热量损耗有所增大，但总的热效率仍然大大增加。（2）.焊缝质量高 熔渣隔绝空气的保护效果好，焊接参数可以通过自动调节保持稳定，对焊工技术水平要求不高而且焊缝成分稳定，机械性能比较好。（3）.劳动条件好 除了减轻手工焊操作的劳动强度外，它没有弧光辐射，这是埋弧焊的独特优点。2.CO2保护焊： （1）.CO2的穿透能力强，厚板焊接时可增加破口的钝边和减小破口；焊接电流密度大,故焊丝熔化率高；焊后一般无需清渣，所以CO2焊的生产率比焊条电弧高1-3倍。（2）.CO2气体来源广，价格便宜，而且电能消耗少，故使焊接成本降低。通常CO2焊的成本只有埋弧焊或焊条电弧焊的4050。（3）.可实现全位置焊接，并且对于薄板、中厚板甚至厚板都能焊接。由于电弧加热集中，工件受热面积小，同时CO2气流有较强的冷却作用，所以焊接变形小，特别适宜薄板焊接。（4）.对铁锈敏感性小，焊缝含氢量少，抗裂纹能力好。（5）.飞溅较大，并且焊缝表面成形较差。（6）.电弧的气氛有较强的氧化性，不能焊接易氧化的金属材料。抗侧风能力差，室外作业需有防风措施。（7）.焊接弧光较强，特别是大电流焊接时，要注意操作人员防弧光辐射保护。缺点：由于CO2气体本身具有较强的氧化性，因此在焊接过程中会引起合金元素烧损，产生气孔和引起较强的飞溅，特别是飞溅问题，虽然从焊接电源、焊丝材料和焊接工艺上采取了一定的措施，但至今未能完全消除，这是CO2焊的明显不足之处。3.手工电弧焊： 设备简单，可用成本较低的交流或直流焊接电源。（1）.灵活方便，可用焊接各种位置、各种厚度和形状的焊件。（2）.焊条品种齐全，可供焊接不同的钢材选用。（3）.焊接质量主要取决于焊工的熟练程度和焊条的质量。焊接方法应根据焊接结构、制造要求以及对焊接接头质量的影响及所具有的焊接设备条件灵活选择，通过综合考虑，16Mn的焊接采用手工电弧焊。电源种类：交流电（交流电比较普遍，增强了实际操作中的灵活性） 。2.3.4 焊接材料的选择 压力容器的焊接材料的选用必须保证焊缝性能不低于母材，尤其是焊缝的韧性指标是选材考虑的重点。根据各项查的应选J427或J426 型焊条（交流电源）J506或J507（直流电源）。此处我们用J426型焊条。焊接工艺参数如下表2-7和表2-8所示：表2-7 平对接各层焊缝的焊接工艺参数焊缝空间位置坡口形式焊件厚度（mm) 第一条焊缝 其他各层焊缝 封底焊缝平对接焊缝单面V 形56焊条直径（mm)焊接电流（A)焊条直径（mm)焊接电流（A)焊条直径（mm)焊接电流（A)4200-2204200-2204200-220表2-8 交流电源焊接时的焊接工艺参数电源焊条焊接位置前倾/(°）侧倾/(°）交流J406平焊10-1580-90 第三章 实验过程本实验采用两个工件，工件进行焊后热处理，工件不进行焊后热处理。并对实验结果加以比较。由上一章我们已经知道，焊接方法选用手工电弧焊。3.1焊前准备（1）坡口加工采用热切割时应注意防止母材边缘形成一定深度的淬硬层，这种低塑性的淬硬层往往成为冷加工的开裂源。（2）焊前必须消除焊接区钢板表面的水分，坡口表面的氧化膜、锈斑、油脂以及其他污物。（3）焊接材料在使用前应按生产厂家推荐的规范进行烘干。（4）装配定位焊缝必须采用与正式焊缝同一类型的焊条。3.2 焊接操作（1）起弧：先在试板上调好电流，直至所需电流为止。一切正常后在压板上划擦引弧，待电弧稳定燃烧后引至坡口处中心尽量压低电弧，并稳弧1-2秒，当管口发出电弧击穿后立即进行正常运条。（2）运条：采用直线运条法。3.3 焊后热处理 为改善压力容器焊接区的性能和消除焊接残余应力等有害影响，对焊接区及其有关部位在金属相变温度点以下充分均匀加热，然后又均匀冷却以进行消除应力和退火。焊后热处理是保证压力容器焊接接头性能的一个非常重要的环节。本实验采用600-640回火，保温40分钟来消除应力。3.4焊缝机械性能检验（1）根据GB2649-1989焊接接头试样标准取样，把工件和工件制成拉伸式样一、二（如图3-1下图左和3-2下图右所示）。 图3-1 工件 图3-2 工件（2）加工成无余高的拉伸试样后，分别在洛氏硬度机上从焊缝中心相热影响区打硬度，并记录相应数值，并分析.（3）分别在万能拉伸机上进行拉伸试验。观察宏观断口，并对拉伸数据进行比较，看是否复合要求。（4）制取焊缝区的金相，并用金相显微镜对焊接接头进行金相观察。第四章 实验结果与分析4.1焊接接头硬度分析（热处理工件）如图4-1为焊缝到焊接热影响区的硬度走势图。可以看出过热区是硬度最高的区域。焊缝和母材的硬度相差不大，一般是相近的。熔合线外侧过热区组织粗大，奥氏体晶粒最粗，显微硬度也最高。所以在过热区出现了硬度的峰值。热影响区的硬度在过热区会突然上升，然后再很快将下来，对应高硬度的过热区韧性恰好是个最低值。所以，在熔合线外侧过热区的高硬度是造成热影响区裂缝的必要条件。所以测定热影响区的硬度分布是极为重要的。图4-1 焊缝到焊接热影响区的硬度走势图4.2焊接接头机械性能分析（1）宏观断口观察。肉眼观察可看出经过热处理的式样为韧性断口，而未处理过的则为脆性断口。所以焊后热处理可提高焊缝的韧性。断口在焊接接头处，说明，焊接接头工件最薄弱的地方。正所谓组织影响性能，因为焊接热影响区组织粗大，不均匀，所以此处的强度和韧性都不如工件的其他区域。外加焊接时突然加热，冷却，是工件内部产生应力，有可能产生热裂，微观裂纹等缺陷。是此处更加薄弱。如图1（热处理）和2（未热处理）。图1热处理后的断口 图2 未热处的理断口（2）力学性能比较式样最大载荷43154.2 N，抗拉强度431.542MPa,断裂强度398.312MPa。工件在焊缝区断裂，此数值已达到所规定数值，所以满足要求。式样比性能更好，力学性能指数更高，所以式样也满足要求。可见，焊后热处理对焊缝性能是会有一定影响的。所以，做好焊后热处理很重要。4.3焊接接头金相图分析(热处理工件) 采用GQ-300对焊接接头的金相进行观察。侵蚀剂：4%的硝酸酒精。1-3图放大倍数均为500倍。图1 焊缝组织 图2 熔合区组织图3 母材组织 图4 焊接接头整体样貌注：图1焊缝组织：图中白条状为先共析的铁素体，描绘出焊缝柱状晶原奥氏体晶界。晶体内部为针状铁素体。图2：熔合区组织。焊缝与母材过热区交界。图3：母材组织，珠光体和铁素体。图4：焊接接头整体样貌（放大50倍）。以上图片为所拍金相图。对焊接接头进行了分析。从宏观上看，16MnR热影响区是一个即与母材不同又与焊缝不同的组织区域。这部分区域的组织就是珠光体在热循环过程中形成的细小铁素体与珠光体和原来未发生相变较粗大的铁素体构成的组织。由于有未转变的铁素体，即使发生部分重结晶过程，仍然能看出组织的带状特征。过热粗晶区的性能尤其是冲击韧性最差，韧性差主要归因于奥氏体晶粒粗大的结果。16MnR的过热区组织是先共析铁素体沿晶分布，同时靠近先共析铁素体的三角形黑色组织小区是索氏体组织，从晶界先共析铁素体近处伸展于晶体内的粗大铁素体片为魏氏组织铁素体。晶体内部细小的点状组织为粒状贝氏体组织。16MnR的熔合区是靠近焊缝金属过度区域，与焊缝组织和过热粗大晶粒间也没有明显的界线这个区域温度是金属局部熔化温度，化学成分和组织极不均匀，使这个区域易产生裂缝，夹杂物的熔化再重新分配也造成极不利的影响，是易于造成脆性破坏的发源地。16MnR的正火区也称相变重结晶区，此区域具有细小均匀的组织，所以此区域在性能方面是比较好的，甚至超过母材。正火区一般出现的问题较少。在此试验金相组织中未发现明显的气孔、夹渣等缺陷。 第五章 结论与总结5.1 结论（1）在正确的选材和操作条件下，对16MnR进行手工电弧焊可获得性能良好的焊接接头。（2）根据焊缝质量的要求，不经过清理的坡口焊接得到的焊缝总会产生气孔和裂纹，所以在焊前一定要将坡口清理干净，才会得到质量符合要求焊缝。5.2 总结金属材料的焊接是实际很强的工作，书上是一套，而实际又是一套。这要求我们在现实的学习和工作中要不断的观测，不断的与同学和老师交流，总结分析自已工作中的不足，来提高自已。通过本次试验，让我收获颇多：对焊接材料的使用条件及性能有了初步的了解，对焊接结构、工艺设计的步骤和要求有了初步的了解，通过对制作金相、材料的焊接等实践操作，大大锻炼了自己的动手能力。但在这中间也对发现了自己存在很多的不足。当面对一些复杂的实验问题是还不能很好很快的完成。我将在今后的学习和工作中不断提高、完善、不断地探索。参考文献1 李亚江主编.焊接冶金学材料焊接性