17/18課程設(shè)計(jì)(論文)任務(wù)書(shū)學(xué)生姓名專業(yè)材料成型及控制工程班級(jí)學(xué)號(hào)課程設(shè)計(jì)題目換熱器封頭——后水蓋焊接工藝設(shè)計(jì)要求完成的主要工作量1張焊縫圖紙1份設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)材質(zhì)法蘭、側(cè)板均為１6MnR;其余為低合金鋼側(cè)板厚＝1０ｍｍ頂蓋=22.５ｍm隔板=５mm日期2011—1２－26指導(dǎo)教師系（部)審核：`(簽章）目錄前言…………………４1.1６ＭｎＲ和低合金鋼的焊接性分析…………………51．1概述………………51．2低合金高強(qiáng)鋼的焊接……………51.３低合金鋼用焊接材料的選用原則………………６1.4低合金高強(qiáng)度鋼的焊接性………８1。5低合金高強(qiáng)度鋼的焊接工藝…………………112。焊接工藝參數(shù)……………………132．1焊接材料的選擇………………132。2預(yù)熱及焊道間溫度……………１４２.３焊接熱輸入的控制……………142．4焊接后熱及焊后熱處理………15２。5焊接參數(shù)的選擇………………153。工藝流程工序…………………１83.1下料………………183.2焊前清理…………１8３.3組對(duì)焊接…………１83。4焊后清理…………183．7消氫處理…………１83。８焊后檢驗(yàn)…………18３．9缺陷的處理………………………１８4?？偨Y(jié)………………195。參考文獻(xiàn)………………………1９附錄…………………20前言換熱器是將熱流體的部分熱量傳遞給冷流體，使流體溫度達(dá)到工藝流程規(guī)定的指標(biāo)的熱量交換設(shè)備,又稱熱交換器。換熱器是化工、石油、動(dòng)力、食品及其它許多工業(yè)部門(mén)的通用設(shè)備,在生產(chǎn)中占有重要地位。在化工生產(chǎn)中換熱器可作為加熱器、冷卻器、冷凝器、蒸發(fā)器和再沸器等，應(yīng)用更加廣泛。換熱器種類很多，但根據(jù)冷、熱流體熱量交換的原理和方式基本上可分三大類即：間壁式、混合式和蓄熱式。在三類換熱器中，間壁式換熱器應(yīng)用最多.本設(shè)計(jì)為管殼式換熱器封頭-—后水蓋焊接工藝設(shè)計(jì)。管殼式（又稱列管式)換熱器是管殼式換熱器主要有殼體、管束、管板和封頭等部分組成，殼體多呈圓形，內(nèi)部裝有平行管束或者螺旋管,，管束兩端固定于管板上。在管殼換熱器內(nèi)進(jìn)行換熱的兩種流體,一種在管內(nèi)流動(dòng),其行程稱為管程;一種在管外流動(dòng),其行程稱為殼程。管束的壁面即為傳熱面。管子的型號(hào)不一，過(guò)程一般為直徑１６mm２0mm或者２５mm三個(gè)型號(hào),管壁厚度一般為1ｍm，1。5mｍ，2mｍ以及2．５ｍm。進(jìn)口換熱器，直徑最低可以到８ｍｍ,壁厚僅為0.６mｍ。大大提高了換熱效率，今年來(lái)也在國(guó)內(nèi)市場(chǎng)逐漸推廣開(kāi)來(lái)。管殼式換熱器，螺旋管束設(shè)計(jì)，可以最大限度的增加湍流效果，加大換熱效率。內(nèi)部殼層和管層的不對(duì)稱設(shè)計(jì)，最大可以達(dá)到4.6倍.這種不對(duì)稱設(shè)計(jì)，決定其在汽—水換熱領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用。最大換熱效率可以達(dá)到14０0０w/m２。ｋ,大大提高生產(chǎn)效率,節(jié)約成本。同時(shí)，由于管殼式換熱器多為金屬結(jié)構(gòu)，隨著中國(guó)新版GMＰ的推出，不銹鋼3１6Ｌ為主體的換熱器，將成為飲料,食品，以及制藥行業(yè)的必選.編者20１１-1２－２6１。16MnR和低合金鋼的焊接性分析１。1概述低合金鋼是在碳素鋼的基礎(chǔ)上添加一定量的合金化元素而成，其合金元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)一般不超過(guò)5％，用以提高鋼的強(qiáng)度并保證其具有一定的塑性和韌性，或使鋼具有某些特殊性能,如耐低溫、耐高溫或耐腐蝕等。常用來(lái)制作焊接結(jié)構(gòu)的低合金鋼可分為高強(qiáng)度鋼、低溫用鋼、耐腐蝕用鋼及珠光體耐熱鋼四種。１6MnR是普通低合金鋼,是鍋爐壓力容器專用鋼，鍋爐壓力容器的常用材料.它的強(qiáng)度較高、塑性韌性良好.常見(jiàn)交貨狀態(tài)為熱軋或正火.屬低合金高強(qiáng)度鋼，含Mn量較低。１.２低合金高強(qiáng)鋼的焊接其中高強(qiáng)度鋼應(yīng)用最廣泛，按鋼材的屈服強(qiáng)度及使用時(shí)的熱處理狀態(tài)又可分以下三種：ａ。在熱軋、控冷控軋及正火(或正火加回火)狀態(tài)下焊接和使用,屈服強(qiáng)度為295~49０ＭPa的低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼。ｂ。在調(diào)質(zhì)狀態(tài)下焊接和使用的，屈服強(qiáng)度為49０～９80Mpa的低碳低合金調(diào)質(zhì)鋼。ｃ。w(Ｃ)為０.2５～０。50％,屈服強(qiáng)度為8８０～11７6Mｐa的中碳調(diào)質(zhì)鋼。標(biāo)準(zhǔn)中鋼的分類是按照鋼的力學(xué)性能劃分的.鋼的牌號(hào)由代表屈服點(diǎn)的漢語(yǔ)拼音字母Q、屈服點(diǎn)數(shù)值、質(zhì)量等級(jí)符號(hào)三個(gè)部分按順序排序排列。按照鋼的屈服強(qiáng)度，低合金高強(qiáng)度鋼分5個(gè)強(qiáng)度等級(jí),分別是29５ＭPa、３４５MPa、390ＭPａ、42０ＭＰa及4６0ＭＰａ。每個(gè)強(qiáng)度等級(jí)又根據(jù)沖擊吸收功要求分成Ａ、B、C、D、Ｅ、5個(gè)質(zhì)量等級(jí),分別代表不同的沖擊韌性要求。低合金高強(qiáng)鋼中w（Ｃ）一般控制在0．20%以下，為了確保鋼的強(qiáng)度和韌性，通過(guò)添加適量的Mｎ、Mo等合金元素及Ｖ、Nb、Ti、Al、等微合金化元素，配合適當(dāng)?shù)能堉乒に嚮驘崽幚砉に噥?lái)保證鋼材具有優(yōu)良的綜合力學(xué)性能。由于低合金高強(qiáng)度鋼具有良好的焊接性、優(yōu)良的可成形性及較低的制造成本,因此,被廣泛地用于壓力容器、車輛、橋梁、建筑、機(jī)械、海洋結(jié)構(gòu)、船舶等制造中,已成為大型焊接結(jié)構(gòu)中最主要的結(jié)構(gòu)材料之一.低合金高強(qiáng)鋼的強(qiáng)化機(jī)理與碳素鋼不同,碳素鋼主要通過(guò)鋼中的碳含量形成珠光體、貝氏體和馬氏體來(lái)達(dá)到強(qiáng)化;而低合金高強(qiáng)鋼的強(qiáng)化主要是通過(guò)晶粒細(xì)化、沉淀硬化及亞結(jié)構(gòu)的變化來(lái)實(shí)現(xiàn).屈服強(qiáng)度為２95~3９0ＭPａ的低合金鋼大多屬于熱軋鋼,是靠合金元素錳的固溶強(qiáng)化獲得高強(qiáng)度。如Q3４5,當(dāng)Ｑ３４5鋼作為低溫壓力容器用鋼或厚板結(jié)構(gòu)時(shí)，為改善低溫韌性，也可在正火處理后使用。Q345、Q390等微合金化低合金鋼是在Ｑ34５鋼基礎(chǔ)上，加入少量可細(xì)化晶粒和沉淀強(qiáng)化的Nｂ(0．015%~０.06％)或V(０。０２%~0.20%)。這些鋼在熱軋狀態(tài)下性能不穩(wěn)定,正火處理使其晶粒細(xì)化和碳化物均勻彌散析出，從而獲得高的塑性和韌性。所以Q345、Q３90鋼在正火狀態(tài)下使用更為合理。屈服強(qiáng)度大于390ＭPa的低合金鋼一般需要在正火或正火加回火狀態(tài)下使用，如Q４2０等.正火處理后形成的碳、氮化合物以細(xì)小質(zhì)點(diǎn)從固溶體沉淀析出,在提高鋼材強(qiáng)度的同時(shí)，保證具有一定的塑性和韌性。隨著鋼材強(qiáng)度的進(jìn)一步提高,鋼中需要加入一定量Ｍo，Mo不僅可以細(xì)化組織、提高強(qiáng)度，而且還可提高鋼材的中溫性能。低合金高強(qiáng)度鋼按其用途還可分為：鍋爐用鋼、管線用鋼、容器用鋼、造船用鋼及橋梁用鋼等,此外，在正火鋼中，還有具有良好的抗層狀撕裂性能Z向鋼，主要用于海上采油平臺(tái)、核反應(yīng)堆及潛艇等大型厚板結(jié)構(gòu)。１.３低合金鋼用焊接材料的選用原則1．）根據(jù)產(chǎn)品對(duì)焊縫性能要求選擇焊接材料。高強(qiáng)鋼焊接時(shí),一般應(yīng)選擇與母材強(qiáng)度相當(dāng)?shù)牟牧?，必須綜合考慮焊縫金屬的韌性、塑性及強(qiáng)度.只要焊縫強(qiáng)度或焊接接頭的實(shí)際強(qiáng)度不低于產(chǎn)品要求即可。焊縫金屬?gòu)?qiáng)度過(guò)高，將導(dǎo)致焊縫韌性、塑性以致抗裂性能的下降,從而降低焊接結(jié)構(gòu)生產(chǎn)及使用的安全性,這對(duì)與焊接接頭的韌性要求高,且基材的抗裂性差的低合金鋼結(jié)構(gòu)的焊接尤為重要.海洋工程、超高強(qiáng)鋼殼體及壓力容器選用的焊接材料，還應(yīng)保證焊縫金屬具有相應(yīng)的低溫、高溫及耐蝕等特殊性能。2。）選擇焊接材料時(shí),還要考慮工藝條件的影響ａ。坡口和接頭形式的影響采用同一焊接材料焊同一鋼種時(shí)，如過(guò)坡口形式不同,則焊縫性能各異。如用HＪ43１焊劑進(jìn)行Ｑ345鋼埋弧焊不開(kāi)坡口直邊對(duì)接焊時(shí)，由于母材溶入焊縫金屬較多，此時(shí)采用合金成分較低的H０８A焊絲配合HJ43１,即可滿足焊縫力學(xué)性能要求;但如焊接Q３4５鋼厚板開(kāi)坡口對(duì)接接頭時(shí),如仍用H08-HJ4３１組合，則因母材熔合比小，而使焊縫強(qiáng)度偏低，此時(shí)應(yīng)采用合金成分較高的Ｈ08ＭｎA(yù)、H10Ｍn2等焊絲與HJ４31組合。角接接頭焊接時(shí)冷卻速度要大于對(duì)接接頭，因此Q34５鋼角接時(shí)，應(yīng)采用合金成分較低的H08Ａ焊絲與HJ43１焊劑組合,以獲得綜合力學(xué)性能較好的焊縫金屬；如采用合金成分偏高的H08ＭnA或Ｈ１０Ｍn２焊絲，則該角焊縫的塑性偏低。b．焊后加工工藝的影響對(duì)于焊后經(jīng)受熱卷或熱處理的工件，必須考慮焊縫金屬經(jīng)受高溫?zé)崽幚砗髮?duì)其性能的影響。應(yīng)保證焊縫熱處理后仍具有所要求的強(qiáng)度、塑性和韌性，如厚壁壓力容器筒節(jié)需要熱卷方法成形，熱卷溫度一般要求達(dá)到或高于正火溫度。這時(shí)筒節(jié)縱縫將隨著經(jīng)受正火處理，一般正火處理后焊縫強(qiáng)度要比焊態(tài)時(shí)低，因此對(duì)于在焊后要經(jīng)受正火處理的焊縫,應(yīng)選用合金成分較高的焊接材料.如焊件焊后要進(jìn)行消除應(yīng)力熱處理，一般焊縫的強(qiáng)度要降低，這時(shí)也應(yīng)選用合金成分較高的焊接材料。對(duì)于焊后經(jīng)受冷卷或冷沖壓的焊件，則要求焊縫具有較高的塑性。３。）對(duì)于厚板、拘束度大及冷裂傾向大的焊接結(jié)構(gòu)應(yīng)選用超低氫焊接材料，以提高抗裂行能，降低預(yù)熱溫度。厚板、大拘束度焊件，第一層打底焊縫容易產(chǎn)生裂紋,此時(shí)可選用強(qiáng)度稍低、塑性、韌性良好的低氫或超低氫焊接材料。4.)對(duì)于重要的焊接產(chǎn)品如海上采油平臺(tái)、壓力容器及船舶等，為確保產(chǎn)品使用的安全性，焊縫應(yīng)具有優(yōu)良的低溫沖擊韌性和斷裂韌度，應(yīng)選用高韌性材料，如高堿度焊劑、高韌性焊絲、焊條、高存度的保護(hù)氣體并采Ar+CＯ2混合氣體保護(hù)焊等。5。）為提高生產(chǎn)率可選用高效鐵粉焊條、重力焊條、高熔敷率的藥芯焊絲及高速焊劑等，立角焊時(shí)可用立向下焊條,大口徑管接頭可用高速焊劑，小口徑管接頭可用底層焊條。6。)改善衛(wèi)生條件在通風(fēng)不良的產(chǎn)品中焊接時(shí)(如船艙、壓力容器等）,宜采用低塵低毒焊條。對(duì)于重要的焊接產(chǎn)品，焊接材料初步選定后,應(yīng)根據(jù)相應(yīng)產(chǎn)品的工藝規(guī)程進(jìn)行評(píng)定，檢測(cè)焊縫金屬的力學(xué)性能、抗裂性、耐腐蝕性以及焊條、焊絲和焊劑的焊接工藝性能，經(jīng)考核所選的焊接材料滿足所焊產(chǎn)品的技術(shù)要求后，方可用于產(chǎn)品的焊接。1。4低合金高強(qiáng)度鋼的焊接性低合金高強(qiáng)度鋼含有一定量的合金元素及微合金化元素，其焊接性與碳鋼有差別，主要是焊接熱影響區(qū)組織與性能的變化對(duì)焊接熱輸入較敏感，熱影響區(qū)淬硬傾向增大，對(duì)氫致裂紋敏感性較大，含有碳、氮化合物形成元素的低合金高強(qiáng)度鋼還存在再熱裂紋的危險(xiǎn)等。只有在掌握各種不同低合金高強(qiáng)度鋼焊接性特點(diǎn)和規(guī)律的基礎(chǔ)上，才能制訂正確的焊接工藝，保證低合金高強(qiáng)度鋼的焊接質(zhì)量.１）焊接熱影響區(qū)組織和性能依據(jù)焊接熱影響區(qū)被加熱的峰值溫度不同，焊接熱影響區(qū)可分為熔合區(qū)（１35０～１４5０℃）、粗晶區(qū)（1000～１３00℃)、細(xì)晶區(qū)（800～100０℃）、不完全相變區(qū)（7０0～８00℃）及回火區(qū)(500～700℃）。不同部位熱影響區(qū)組織與性能取決于鋼的化學(xué)成分和焊接時(shí)加熱和冷卻的速度。對(duì)于某些低合金高強(qiáng)鋼,如果焊接冷卻速度控制不當(dāng)，焊接熱影響區(qū)局部區(qū)域?qū)a(chǎn)生淬硬或脆性組織，導(dǎo)致抗裂性或韌性降低.低合金高強(qiáng)度鋼焊接時(shí),熱影響區(qū)中被加熱到1100℃以上的粗晶區(qū)及加熱溫度為700～80０℃的不完全相變區(qū)是焊接接頭的兩個(gè)薄弱區(qū)。熱軋鋼焊接時(shí),如果焊接熱輸入過(guò)大，粗晶區(qū)將因晶粒嚴(yán)重長(zhǎng)大或出現(xiàn)魏氏組織等而降低韌性；如果焊接熱輸入過(guò)小，由于粗晶區(qū)組織中馬氏體比例增大而降低韌性。正火鋼焊接時(shí)，粗晶區(qū)組織性能受焊接熱輸入的影響更為顯著。焊接熱影響區(qū)的不完全相變區(qū),在焊接加熱時(shí)，該區(qū)域內(nèi)只有部分富碳組元發(fā)生奧氏體轉(zhuǎn)變,在隨后的焊接冷卻過(guò)程中，這部分富碳奧氏體將轉(zhuǎn)變成高碳孿晶馬氏體，而且這種高碳馬氏體的轉(zhuǎn)變終了溫度(Mf）低于室溫,相當(dāng)一部分奧氏體殘留在馬氏體島的周圍,形成所謂的M－A組元。Ｍ－A組元的形成是該區(qū)域的組織脆化的主要原因.防止不完全相變區(qū)組織脆化的措施是控制焊接冷卻速度，避免脆硬的馬氏體產(chǎn)生.焊接熱影響區(qū)軟化是控軋控冷鋼焊接時(shí)遇到的主要問(wèn)題,當(dāng)采用埋弧焊、電渣焊及閃光對(duì)焊等高熱輸入焊接工藝方法時(shí)，控軋控冷鋼焊接熱影響區(qū)軟化問(wèn)題變得非常突出.焊接熱影響區(qū)的軟化使焊接接頭強(qiáng)度明顯低于母材，給焊接接頭的疲勞性能帶來(lái)?yè)p害.另外,焊接熱輸入還影響控軋控冷鋼熱影響區(qū)的組織和韌性，當(dāng)采用較小的熱輸入焊接時(shí)，由于焊接冷卻速度較快，焊接熱影響區(qū)獲得下貝氏體組織,具有較優(yōu)良的韌性,而隨著焊接熱輸入的增加,焊接冷卻速度降低，焊接熱影響區(qū)獲得上貝氏體或側(cè)板條鐵素體組織，韌性顯著降低。２）熱應(yīng)變脆化在自由氮含量較高的Ｃ—Mｎ系低合金鋼中,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)，常常有熱應(yīng)變脆化現(xiàn)象。一般認(rèn)為，這種脆化是由于氮、碳原子聚集在位錯(cuò)周圍,對(duì)位錯(cuò)造成釘扎作用所造成的。熱應(yīng)變脆化容易在最高加熱溫度范圍２00～400℃的亞臨界熱影響區(qū)產(chǎn)生。如有缺口效應(yīng),則熱應(yīng)變脆化更為嚴(yán)重，熔合區(qū)常常存在缺口性質(zhì)的缺陷，當(dāng)缺陷周圍受到連續(xù)的焊接熱應(yīng)變作用后,由于存在應(yīng)變集中和不利組織，熱應(yīng)變脆化傾向就更大，所以熱應(yīng)變脆化也容易發(fā)生在熔合區(qū)。在《國(guó)產(chǎn)低合金結(jié)構(gòu)鋼Q345和Q4２0焊接區(qū)熱應(yīng)變脆化研究》論文中分析了Q３45和Q42０鋼的熱應(yīng)變脆化,發(fā)現(xiàn)Q345鋼具有較大的熱應(yīng)變脆化傾向。分析認(rèn)為，Q420鋼中的Ｖ與N形成氮化物，從而降低熱應(yīng)變脆化傾向，而Q3４5鋼中不含有氮化物形成元素。試驗(yàn)還發(fā)現(xiàn),有熱應(yīng)變脆化的Q345鋼經(jīng)６00℃×1h退火處理后,韌性得到很大恢復(fù)。3)冷裂紋敏感性焊接氫致裂紋(通常稱焊接冷裂紋或延遲裂紋)是低合金高強(qiáng)度鋼焊接時(shí)最容易產(chǎn)生,而且是危害最為嚴(yán)重的工藝缺陷，它常常是焊接結(jié)構(gòu)失效破壞的主要原因。低合金高強(qiáng)度鋼焊接時(shí)產(chǎn)生的氫致裂紋主要發(fā)生在焊接熱影響區(qū)，有時(shí)也出現(xiàn)在焊縫金屬中。根據(jù)鋼種的類型、焊接區(qū)氫含量及應(yīng)力水平的不同，氫致裂紋可能在焊后２00℃以下立即產(chǎn)生，或在焊后一段時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生。大量研究表明,當(dāng)?shù)秃辖鸶邚?qiáng)度鋼焊接熱影響區(qū)中產(chǎn)生淬硬的M或M+B+Ｆ組織時(shí),對(duì)氫致裂紋敏感；而產(chǎn)生B或B+F組織時(shí)，對(duì)氫致裂紋不敏感。熱影響區(qū)最高硬度可被用來(lái)粗略的評(píng)定焊接氫致裂紋敏感性。對(duì)一般低合金高強(qiáng)度鋼，為防止氫致裂紋的產(chǎn)生,焊接熱影響區(qū)硬度應(yīng)控制在３50ＨV以下。熱影響區(qū)淬硬傾向可以采用碳當(dāng)量公式加以評(píng)定。強(qiáng)度級(jí)別較低的熱扎鋼,由于其合金元素含量少，鋼的淬硬傾向比低碳鋼稍大。如Ｑ３45鋼、15MnV鋼焊接時(shí)，快速冷卻可能出現(xiàn)淬硬的馬氏體組織，冷裂傾向增大。但由于熱軋鋼的碳當(dāng)量比較低，通常冷裂傾向不大。但在環(huán)境溫度很低或鋼板厚度大時(shí)應(yīng)采取措施防止冷裂紋的產(chǎn)生?？剀埧乩滗撎己亢吞籍?dāng)量都很低，其冷裂紋敏感性較低。除超厚焊接結(jié)構(gòu)外，490MPａ級(jí)的控軋控冷鋼焊接，一般不需要預(yù)熱。正火鋼合金元素含量較高，焊接熱影響區(qū)的淬硬傾向有所增加.對(duì)強(qiáng)度級(jí)別及碳當(dāng)量較低的正火鋼，冷裂傾向不大.但隨著強(qiáng)度級(jí)別及板厚的增加，其淬硬性及冷裂傾向都隨之增大，需要采取控制焊接熱輸入、降低含氫量、預(yù)熱和及時(shí)后熱等措施，以防止冷裂紋的產(chǎn)生。4）熱裂紋敏感性與碳素鋼相比，低合金高強(qiáng)度鋼的w（Ｃ）、w（Ｓ）較低，且w（Mｎ）較高，其熱裂紋傾向較小.但有時(shí)也會(huì)在焊縫中出現(xiàn)熱裂紋，如厚壁壓力容器焊接生產(chǎn)中，在多層多道埋弧焊焊縫的根部焊道或靠近坡口邊緣的高稀釋率焊道中易出現(xiàn)焊縫金屬熱裂紋；電渣焊時(shí)，如母材含碳量偏高并含Nb時(shí)，電渣焊焊縫可能出現(xiàn)八字形分布的熱裂紋。另外，焊接熱裂紋也常常在低碳的控軋控冷管線鋼根部焊縫中出現(xiàn)，這種熱裂紋產(chǎn)生的原因與根部焊縫基材的稀釋率大及焊接速度較快有關(guān)。采用Mn：Si含量較高的焊接材料，減小焊接熱輸入，減少母材在焊縫中的熔合比，增大焊縫成形系數(shù)(即焊縫寬度與高度之比）,有利于防止焊縫金屬的熱裂紋。５)再熱裂紋敏感性低合金鋼焊接接頭中的再熱裂紋亦稱消除應(yīng)力裂紋，出現(xiàn)在焊后消除應(yīng)力熱處理過(guò)程中。再熱裂紋屬于沿晶斷裂，一般都出現(xiàn)在熱影響區(qū)的粗晶區(qū)，有時(shí)也在焊縫金屬中出現(xiàn).其生產(chǎn)與雜質(zhì)元素Ｐ、Sn、Ｓb、As在初生奧氏體晶界的偏聚導(dǎo)致的晶界脆化有關(guān),也與V、Ｎｂ等元素的化合物強(qiáng)化晶內(nèi)有關(guān)。6）層狀撕裂傾向大型厚板焊接結(jié)構(gòu)(海洋工程、核反應(yīng)堆及船舶等）焊接時(shí),如在鋼材厚度方向承受較大的拉伸應(yīng)力,可能沿鋼材軋制方向發(fā)生階梯狀的層狀撕裂。這種裂紋常出現(xiàn)于要求熔透的角接接頭或丁字接頭中。選用抗層狀撕裂鋼；改善接頭型式以減緩鋼板Z向的應(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(jí)別較低的焊接材料或采用低強(qiáng)焊材預(yù)堆邊;采用預(yù)熱及降氫等措施都有利于防止層狀撕裂。1.５低合金高強(qiáng)度鋼的焊接工藝1）焊接方法的選擇低合金高強(qiáng)度鋼可采用焊條電弧焊、熔化極氣體保護(hù)焊、埋弧焊、鎢極氬弧焊、氣電立焊、電渣焊等所有常用的熔焊及壓焊方法焊接.具體選用何種焊接方法取決于所焊產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)、板厚、堆性能的要求及生產(chǎn)條件等。其中焊條電弧焊、埋弧焊、實(shí)心焊絲及藥芯焊絲氣體保護(hù)電弧焊是常用的焊接方法。對(duì)于氫致裂紋敏感性較強(qiáng)的低合金高強(qiáng)度鋼的焊接，無(wú)論采用那種焊接工藝，都應(yīng)采取低氫的工藝措施.厚度大于100mｍ低合金高強(qiáng)度鋼結(jié)構(gòu)的環(huán)形和長(zhǎng)直線焊縫，常常采用單絲或雙絲載間隙埋弧焊。當(dāng)采用高熱輸入的焊接工藝方法,如電渣焊、氣電立焊及多絲埋弧焊焊接低合金高強(qiáng)度鋼時(shí)，在使用前應(yīng)對(duì)焊縫金屬和熱影響區(qū)的韌性能夠滿足使用要求.２）焊接材料的選擇低合金高強(qiáng)度鋼焊接材料的選擇首先應(yīng)保證焊縫金屬的強(qiáng)度、塑性、韌性達(dá)到產(chǎn)品的技術(shù)要求,同時(shí)還應(yīng)該考慮抗裂性及焊接生產(chǎn)效率等.由于低合金高強(qiáng)度氫致裂紋敏感性較強(qiáng)，因此,選擇焊接材料時(shí)應(yīng)優(yōu)先采用低氫焊條和堿度適中的埋弧焊焊劑。焊條、焊劑使用前應(yīng)按制造廠或工藝規(guī)程規(guī)定進(jìn)行烘干.為了保證焊接接頭具有與母材相當(dāng)?shù)臎_擊韌性,正火鋼與控軋控冷鋼焊接材料優(yōu)先選用高韌性焊材，配以正確的焊接工藝以保證焊縫金屬和熱影響區(qū)具有優(yōu)良的沖擊韌性。3)焊接熱輸入的控制焊接熱輸入的變化將改變焊接冷卻速度,從而影響焊縫金屬及熱影響區(qū)的組織組成，并最終影響焊接接頭的力學(xué)性能及抗裂性。屈服強(qiáng)度不超過(guò)500ＭＰa的低合金高強(qiáng)度鋼焊縫金屬,如能獲得細(xì)小均勻針狀鐵素體組織，其焊縫金屬則具有優(yōu)良的強(qiáng)韌性。而針狀鐵素體組織的形成需要控制焊接冷卻速度.因此為了確保焊縫金屬的韌性，不宜采用過(guò)大的焊接熱輸入。焊接操作上盡量不用橫向擺動(dòng)和挑弧焊接，推薦采用多層窄焊道焊接。熱輸入對(duì)焊接熱影響區(qū)的抗裂性及韌性也有顯著的影響。低合金高強(qiáng)度熱影響區(qū)組織的脆化或軟化都與焊接冷卻速度有關(guān)。由于低合金高強(qiáng)度鋼的強(qiáng)度及板厚范圍都較寬，合金體系及合金含量差別較大,焊接時(shí)鋼材的狀態(tài)各不相同，很難對(duì)焊接熱輸入作出統(tǒng)一的規(guī)定。各種低合金高強(qiáng)度鋼焊接時(shí)應(yīng)根據(jù)其自身的焊接性特點(diǎn)，結(jié)合具體的結(jié)構(gòu)形式及板厚,選擇合適的焊接熱輸入。與正火或正火加回火鋼及控軋控冷鋼相比，熱軋鋼可以適應(yīng)較大的焊接熱輸入。含碳量較低的熱軋鋼（09Mn2、09MｎNb等)以及含碳量偏下限的16Mn鋼焊接時(shí)，焊接熱輸入沒(méi)有嚴(yán)格的限制.因?yàn)檫@些鋼焊接熱影響區(qū)的脆化及冷裂紋傾向較小.但是，當(dāng)焊接含碳量偏上限的1６Mn鋼時(shí),為降低淬硬傾向，防止冷裂紋的產(chǎn)生,焊接熱輸入應(yīng)偏大一些。碳及合金元素含量較高、屈服強(qiáng)度為４9０MPa的正火鋼,如18MnMｏNb等。選擇熱輸入時(shí)既要考慮鋼種的淬硬傾向,同時(shí)也要兼顧熱影響區(qū)粗晶區(qū)的過(guò)熱傾向。一般為了確保熱影響區(qū)的韌性，應(yīng)選擇較小的熱輸入，同時(shí)采用低氫焊接方法配合適當(dāng)?shù)念A(yù)熱或及時(shí)的焊后消氫處理來(lái)防止焊接冷裂紋的產(chǎn)生.控冷控軋鋼的含碳量和碳當(dāng)量均較低，對(duì)氫致裂紋不敏感，為了防止焊接熱影響區(qū)的軟化，提高熱影響區(qū)韌性，應(yīng)采用較小的熱輸入焊接，使焊接冷卻時(shí)間t8／5控制在1０ｓ以內(nèi)為佳。4）預(yù)熱及焊道間溫度預(yù)熱可以控制焊接冷卻速度，減少或避免熱影響區(qū)中淬硬馬氏體的產(chǎn)生,降低熱影響區(qū)硬度,同時(shí)預(yù)熱還可以降低焊接應(yīng)力,并有助于氫從焊接接頭的逸出。因此，預(yù)熱是防止低合金高強(qiáng)度鋼焊接氫致裂紋產(chǎn)生的有效措施。但預(yù)熱常常惡化勞動(dòng)條件，使生產(chǎn)工藝復(fù)雜化,不合理的、過(guò)高的預(yù)熱和焊道間溫度還會(huì)損害焊接接頭的性能。因此，焊前是否需要預(yù)熱及合理的預(yù)熱溫度,都需要認(rèn)真考慮或通過(guò)試驗(yàn)確定.預(yù)熱溫度的確定取決于鋼材的成分（碳當(dāng)量）、板厚、焊件結(jié)構(gòu)形狀和拘束度、環(huán)境溫度以及所采用的焊接材料的含量等。隨著鋼材碳當(dāng)量、板厚、結(jié)構(gòu)拘束度、焊接材料的含氫量的增加和環(huán)境溫度的降低,焊前預(yù)熱溫度要相應(yīng)提高。對(duì)于厚板多道多層焊,為了促進(jìn)焊接區(qū)氫的逸出，防止焊接過(guò)程中氫致裂紋的產(chǎn)生,應(yīng)控制焊道間溫度不低于預(yù)熱溫度和進(jìn)行必要的中間消氫熱處理。5)焊接后熱及焊后熱處理1.焊接后熱及消氫處理焊接后熱是指焊接結(jié)束或焊完一條焊縫后，將焊件或焊接區(qū)立即加熱到１５0～２50℃范圍內(nèi),并保溫一段時(shí)間;而消氫處理則是在300~400℃加熱溫度范圍內(nèi)保溫一段時(shí)間。兩種處理的目的都是加速焊接接頭中氫的擴(kuò)散逸出，消氫處理效果比低溫后熱更好。焊后及時(shí)后熱及消氫處理是防止焊接冷裂紋的有效措施之一，特別是對(duì)于氫致裂紋敏感性較強(qiáng)的14MnＭoＶ、1８MnMoNb等鋼厚板焊接接頭,采用這一工藝不僅可以降低預(yù)熱溫度、減輕焊工勞動(dòng)強(qiáng)度，而且還可以采用較低的焊接熱輸入使焊接接頭獲得良好的綜合力學(xué)性能。對(duì)于厚度超過(guò)1０0mm的厚壁壓力容器及其它重要的產(chǎn)品構(gòu)件,焊接過(guò)程中，應(yīng)至少進(jìn)行２～3次中間消氫處理，以防止因厚板多道多層焊氫的積聚而導(dǎo)致的氫致裂紋。2．焊后熱處理熱軋、控軋控冷及正火鋼一般焊后不進(jìn)行熱處理。電渣焊的焊縫及熱影響區(qū)的晶粒粗大，焊后必須進(jìn)行正火處理以細(xì)化晶粒。某些焊成的部件在熱校和熱整形后也需要正火處理。正火溫度應(yīng)控制在鋼材Ac３點(diǎn)以上30～50℃，過(guò)高的正火溫度會(huì)導(dǎo)致晶粒長(zhǎng)大,保溫時(shí)間按１～2min/ｍm計(jì)算。厚壁受壓部件經(jīng)正火處理后產(chǎn)生較高的內(nèi)應(yīng)力,正火后應(yīng)作回火處理。3。消除應(yīng)力處理厚壁高壓容器、要求抗應(yīng)力腐蝕的容器、以及要求尺寸穩(wěn)定性的焊接結(jié)構(gòu)，焊后需要進(jìn)行消除應(yīng)力處理.此外,對(duì)于冷裂紋傾向大的高強(qiáng)鋼，也要焊后及時(shí)進(jìn)行消除應(yīng)力處理。消除應(yīng)力熱處理是最常用的松弛焊接殘余應(yīng)力的方法，該方法是將焊件均勻加熱到Ac1點(diǎn)以下某一溫度,保溫一段時(shí)間后，隨爐冷到300～400℃,最后焊件在爐外空冷.合理的消除應(yīng)力熱處理工藝可以起到消除內(nèi)應(yīng)力并改善接頭的組織與性能的目的。對(duì)于某些含V、Nｂ的低合金鋼熱影響區(qū)和焊縫金屬,如焊后熱處理的加熱溫度和保溫時(shí)間選擇不當(dāng)，會(huì)因碳、氮化合物的析出產(chǎn)生消除應(yīng)力脆化，降低接頭韌性。因此應(yīng)恰當(dāng)?shù)剡x擇加熱制度和加熱溫度，避免焊件在敏感的溫度區(qū)長(zhǎng)時(shí)間加熱。另外消除應(yīng)力熱處理的加熱溫度不應(yīng)超過(guò)母材原來(lái)的回火溫度,以免損傷母材性能。2。焊接工藝參數(shù)２。１焊接材料的選擇低合金鋼用焊接材料包括焊條電弧焊焊條、埋弧焊及電渣焊用焊絲-焊劑組合、氣體保護(hù)焊焊絲及保護(hù)氣體等。根據(jù)換熱器封頭——后水蓋結(jié)構(gòu)以及強(qiáng)度、板厚等限制因素,采用氣體保護(hù)焊為主要施焊方法。焊接材料的選擇首先保證焊縫金屬的強(qiáng)度、塑性、韌性達(dá)到產(chǎn)品的技術(shù)要求,同時(shí)還應(yīng)該考慮抗裂性及焊接生產(chǎn)效率等。由于低合金高強(qiáng)度鋼氫致裂紋敏感性較強(qiáng)，因此,選擇焊接材料時(shí)應(yīng)優(yōu)先采用低氫焊條.熔敷金屬抗拉強(qiáng)度不超過(guò)55０MＰa的低合金鋼焊絲一般采用的是Mｎ—Si系焊絲，隨著焊絲熔敷金屬抗拉強(qiáng)度的提高或?yàn)闈M足焊絲的其他特殊使用性能，焊絲需要采用MＮ－Ｍｏ、Mn-Ni、Mn－Ni－Ｍo或Ｍn-Ni-Cr-Ｍo系。在低合金鋼氣體保護(hù)焊焊絲中,添加微量Tｉ、Ｂ、Ａl、Zｒ及RE等微合金化元素可以提高焊縫金屬的韌性及改善焊絲的使用工藝性。查表選取ER５0-６型焊絲，保護(hù)氣體采用Ar+ＣO220％,其抗拉強(qiáng)度≥５０0MPａ,屈服強(qiáng)度≥4２0MPa，伸長(zhǎng)率≥2２%,焊絲直徑選用１．6mm該焊絲與氣體的組合與純ＣO2焊接相比，焊縫成型美觀，飛濺率低，且氣孔率明顯減少。2。2預(yù)熱及焊道間溫度預(yù)熱可以控制焊接冷卻速度，減小或避免熱影響區(qū)中脆硬馬氏體的產(chǎn)生,降低熱影響區(qū)硬度,同時(shí)預(yù)熱還可以降低焊接應(yīng)力,并有助于氫從焊接接頭的逸出。因此，預(yù)熱是防止低合金高強(qiáng)度鋼焊接氫致裂紋產(chǎn)生的有效措施。但預(yù)熱常常惡化勞動(dòng)條件，使生產(chǎn)工藝復(fù)雜化,不合理的、過(guò)高的預(yù)熱和焊道間溫度還會(huì)損害焊接接頭的性能.由于側(cè)板厚度＝１0mｍ,不是過(guò)厚，固不采取預(yù)熱措施。２。3焊接熱輸入的控制焊接熱輸入的變化將改變焊接冷卻速度，從而影響焊縫金屬及熱影響區(qū)的組織組成，并最終影響焊接接頭的力學(xué)性能及抗裂性。屈服強(qiáng)度不超過(guò)500MPａ的低合金高強(qiáng)度鋼焊縫金屬,如果能獲得細(xì)小均勻針狀鐵素體組織，其焊縫金屬則具有優(yōu)良的強(qiáng)韌性。而針狀鐵素體組織的形成需要控制焊接冷卻速度。因此，為了確保焊縫金屬的韌性，不宜采用過(guò)大的焊接熱輸入.焊接操作上盡量不用橫向擺動(dòng)和挑弧焊接，宜采用多層窄焊道焊接。熱輸入對(duì)焊接熱影響區(qū)的抗裂性及韌性也有顯著的影響。低合金高強(qiáng)度鋼熱影響區(qū)組織的脆化或軟化都與焊接冷卻速度有關(guān)。由于低合金高強(qiáng)鋼的強(qiáng)度及板厚范圍都較寬，合金體系及合金含量差別較大，焊接時(shí)鋼材的狀態(tài)各不同,很難對(duì)焊接熱輸入作出統(tǒng)一的規(guī)定。各種低合金高強(qiáng)鋼焊接是應(yīng)根據(jù)其自身的焊接性特點(diǎn),結(jié)合具體的結(jié)構(gòu)形式及板厚,選擇合適的焊接熱輸入。2.４焊接后熱及焊后熱處理1)焊接后熱及消氫處理焊接后熱是指焊接結(jié)束或焊完一條焊縫后，將焊件或焊接區(qū)立即加熱到150-250℃范圍內(nèi),并保溫一段時(shí)間；而消氫處理則是在30０－４00℃加熱溫度范圍內(nèi)保溫一段時(shí)間。兩種處理的目的都是加速焊接接頭中氫的擴(kuò)散逸出，消氫處理的效果比低溫后熱更好.采用這一工藝不僅可以降低預(yù)熱溫度、減輕焊工勞動(dòng)強(qiáng)度，而且還可以采用較低的焊接熱輸入使焊接接頭獲得良好的綜合力學(xué)性能。2）消除應(yīng)力處理厚壁高壓容器、要求抗應(yīng)力腐蝕的容器、以及要求尺寸穩(wěn)定性的焊接結(jié)構(gòu)，焊后需要進(jìn)行消除應(yīng)力處理。此外,對(duì)于冷裂紋傾向大的高強(qiáng)鋼，也要求焊后及時(shí)進(jìn)行消除應(yīng)力處理。消除應(yīng)力熱處理是最常用的松弛焊接殘余應(yīng)力的方法,該方法是將焊件均勻加熱到Ａc１點(diǎn)一下某一溫度，保溫一段時(shí)間后，隨爐冷到3０0-40０℃，最后焊件在爐外空冷.合理的消除應(yīng)力熱處理工藝可以起到消除內(nèi)應(yīng)力并改善接頭的組織與性能的目的。該設(shè)計(jì)中,側(cè)板材質(zhì)為16MnR，厚度為10mｍ,且為非受力元件，固不采取消除應(yīng)力處理，但需采取消氫處理。焊后立即加熱到300-４00℃，保溫2h消氫處理。２。5焊接參數(shù)的選擇構(gòu)件示意圖如下1類焊縫：焊絲直徑：1。６ｍm坡口角度：刨邊機(jī)加工50°±5°底層間隙：2±0。５mm后水蓋的裝備順序裝配順序?yàn)椋海?－—-—吊耳與基座對(duì)接-－-－—-