一、母材材质及技术情况
16MnR即为Q345C，常作为在锅炉压力容器用钢。即在Q235钢的基础上
加了1﹪的锰使屈服强度提高35﹪。16MnR属于低碳锰钢。CE=﹪﹪。焊接性能良好。
1.材质性能分析
（1）化学性能分析：表1 表1 16MnR 钢化学成分(%)
成分 含量 C Si — Mn P S ≤ Ni - Cr -
（2）力学性能分析：表2 表2 16MnR 力学成分
σb(Mpa) 510-640 σs(Mpa) ≥345 δ5（%） ≥21 冲击试验 温度\\ 20 Akv\\J 31 6-16 板厚\\mm （3）焊接性分析 16MnR含碳量<%.碳当量CE=﹪﹪，焊接性能良好，焊接时一般不需要预热，但环境温度较低（<-10℃）要进行适当的预热。焊后根据具体情况进行焊后热处理。
二、焊接材料及技术情况
JB/T4709-2007中规定焊接材料包括：焊条，焊丝，焊带，气体，电极等。
由于焊接方法为SMAW。因此只需要选择焊条即可。 根据母材的成分，力学性能等选择焊接材料。由于16MnR 的σb≥510σs≥345，可选择焊条J422（E4013）,J507(E5015)。 因为选择焊条一方面要与母材等强度如表3所示，另一方面还要考虑焊接工艺性如：引弧的难易，脱渣性，成形性，稳弧性，及除氧，除氢，去硫，去磷等能力。
综合考虑后选择J507(E5015)焊条。此焊条由大桥焊条厂生产。
表3 E5015焊条熔敷金属的力学成分
σb(Mpa) σs(Mpa) δ（%） ψ断面收缩率（%） Ak(J*cm^2) 240 三、焊前准备
1.坡口的选择与制备
(1)坡口的选择：由于板厚为12mm,焊接方法为SMAW等焊接条件.选择V形坡口。
(2)坡口制备方法：应根据工件尺寸，形状，加工条件综合考虑。目前有剪切，气割，刨边，车削，碳弧气刨等方法制备坡口。考虑到坡口形式，加工质量和成
本，选择气割加工坡口。焊接坡口要求：间隙b=2-3mm，钝边P=2/mm，坡口角度60°+2
2.焊接区域的清理
(1)焊前对坡口及附近10mm的油，锈，水等污物清理干净。E5015焊接时清理要彻底。否则极易产生气孔和裂纹。
(2)清理方法：①机械清理 a.钢丝刷 b.砂轮磨 c.喷丸处理 ②化学法 a.汽油除油 b。酸除氧化皮 c.碱除油 ③必要时用氧-乙炔焰烘烤处理。
由于焊件为300x150x12的板材，所以选择钢丝刷或化学法处理。 3.焊条烘干
虽然焊条出厂前已经高温烘干，考虑到焊条长期储存和运输中受潮，为确保焊接质量，焊条焊前需要烘干。一般酸性焊条取70℃—150℃保温，碱性焊条取300℃—400℃保温2h.温度太低达不到除水的目的，温度过高引起药皮开裂。烘干一般不两次。 4.工件的装配定位
焊前的装配定位主要使工件定位对正，保证装配间隙大小和延接头长度均匀，保证焊接质量和降低制造成本有很大的影响。可以用夹具和定位焊将它们固定才进行正式焊接。定位焊时由于焊道短，冷却快，比较容易产生焊接缺陷。 5.焊接预热
预热是指焊前对工件整体或局部进行加热的工艺。预热的主要目的是降低焊接接头冷却速度，改善组织和性能，减小应力等。工件是否需要预热根据工件结构，材质和尺寸而定。一般情况下16MnR不需要预热。但是如果结构刚性大，应力集中，环境温度低时则需要预热150°C。常见16Mn预热情况如下表：4
表4：16Mn钢预热情况如下 -10℃以下 预热100℃<16mm 高于-10℃ 不预热 -150℃ 高于-50℃ 不预热 -50℃以下 预热100℃16-24mm -150℃ 高于0℃ 不预热 0℃以下 预热100℃25-40mm -150℃ >40mm 预热100℃-150℃ 预热100℃-150℃ 工件预热一般用火焰加热，工频加热，电阻加热和红外线加热。考虑的成本和加工条件选择火焰加热。
四、焊接设备及焊接设备的选用
1.焊条电弧焊的设备包括焊接电源，焊钳和电缆。焊接工具包括焊钳，面罩，
护目镜及保温筒。
（1）焊接电源额定电流20—500A。要求：具有陡降的外特性，良好的动特性。合适的电流调节范围。
（2）弧焊电源有：① 弧焊变压器BX1—330，它结构简单，成本的，维修方便，效率高成本低，没有磁偏吹。② 弧焊整流器AX—320，它在国内应用较广引弧容易，性能柔和，电弧稳定等性能。 我们选E5015，选择AX—320.
（3）焊接电源的外等性为陡降带外拖。为保证引弧性，一般空载电压为50—90V。
（4）焊钳作用：夹持焊条和传电流。要求隔热，绝缘。 （5）面罩是防止焊接飞溅，弧光，高温对焊工的伤害。 （6）面罩的要求：耐热不然绝缘好，结构牢靠不漏光。
（7）焊条保温筒：温度在100℃—450℃，使用J507，由于碱性焊条抗水锈能力差易发生气孔和裂纹等缺陷，焊条要随用随取，多烘干的焊条必须放在保温筒里。
五、焊前确定 1.焊接位置：
由于焊件为平板对接，水平固定V形坡口。因此焊接位置只有水平位置。水平位置是最易焊接操作的焊接位置。 2.焊接顺序
分为左焊法和右焊法。处于焊接方便选择左焊法。但右焊法更易观察熔池。
3.焊接道数和层数
12mm板对接焊，无特殊要求选择单层单道焊。 4.点固焊
在装配焊接中为了确保焊件的正确位置而选择点固焊。点固焊是正式焊缝的一部分。对它有严格的要求：
（1）根据工件的力学性能和化学性能选择点固段数和每段的长度。16MnR焊接应做两端定位。
（2）所选择的焊条与正式焊缝焊条型号相同，选E5015。
（3）点固焊焊缝短，冷却快。因此定位焊时电流要比焊接时大10% 。 （4δ焊接性好，点固长度不要长。
（5）16MnR焊接后要进行热处理则定位焊也要进行热处理。 （6）定位焊时焊条直径要小一些。
（7）为保证两板焊接后变形过大，错变量不大于1.5mm。 5.反变形
由于焊接是不均匀加热和冷却的过程。焊接结束后会产生焊接残余变形，考虑焊接变形的产生，在焊接前采取反变形的手段可以消除或减弱变形的产生。
（1）所谓反变形都是事先估计一个相反的变形拉斯抵消可能产生的变形。反变形只是预防变形的一种。
（2）预防变形的方法有：①预留加工余量。②合理的装配工艺顺序。③刚性固定法。④合理的焊接顺序。
（3）由于板对接焊易产生变形，固反变形是必要地。常用反变形方法：①锤击法。② 火焰加热法。
六、焊接参数的选择
焊接时为了保证焊接质量而选择的各种物理参数的总称为焊接参数。焊条电弧焊的工艺参数包括：焊条直径，焊接电流，电弧电压，焊接速度，热输入量，焊接层数。
焊接参数的选择直接影响到焊接生产率，焊缝形状和尺寸，焊接质量，融合比(α)和成形系数(C/S)。 1.焊条直径的选择 如表：5
焊条直径也就是焊芯直接。它根据焊缝间隙，焊接位置，接头形式，板厚，焊接热输入来选择。一般打底焊比填充和盖面小。碱性焊条比酸性小。立，仰焊时比平焊时小。如：12mm板打底焊选ø3.2mm，填充，盖面选择ø4.0mm。
表5 焊条直径的选择
工件厚度/mm 焊条直径/mm 2 2 3 4-5 6-12 4-5 >13 4-6 2.焊接电流的选择 如表：6 焊接电流根据焊条直径，接头形式，焊接位置，层数来选择。 焊接电流选择时：若电流过大易产生焊穿和咬边，增大了工件的变形和金属的蒸发，飞溅大，使管接头处组织和性能发生变化。如果焊接电流过小则焊接不稳，造成未焊透和未融合，夹杂，成形不美观，不利于溶滴的过度。在相同的条件下平位置大于其他位置，E5015所用电流小于E4303。
表6 焊条电流与焊条直径的关系 电流/A 直径/mm 25-40 40-65 50-80 100-130 160-210 4 200-270 5 260-300 6 3.焊接层数的选择 工件越厚层数越多，但为保证焊缝塑性和其他力学性能不能太厚一般根据板厚δ=12mm，和焊条直径d=4.0mm来确定。即n=δ/d。12mm板对接选择三层如：图3 图3 焊接层数
4.焊接电压的选择 SMAW焊接电压由弧长界定。弧长过长电弧电压高，此时对熔池的保护不好，焊接成型不好，冶金不充分，易产生缺欠。电弧短时电弧电压底，对焊缝质量和溶滴过度东有利。因此焊接时尽量选择短弧焊。立，仰焊时电弧电压比平焊小。碱性焊条电压比酸性焊条电压小.一般根据U=—d选择。 5.焊接速度
焊接过程中焊接速度要均匀，一般焊接速度与焊接电流，电弧电压相匹配。一方面焊接速度影响焊缝的成型：焊缝宽度（C） 焊缝余高（h） 焊缝深度（s）。另一方面影响影响工件焊透情况和是否焊穿。焊接速度大时融化能力不够造成未焊透，飞溅和夹杂。焊接速度过慢时，高温停留时间长，热影响区大，焊接接头晶粒粗大，同时使管子变形，错变量大。
综上所述，16MnR在进行SMAW焊接时选择工艺参数如下表7。 表7 16MnR 焊接参数 焊条型号 焊接层数 焊接电流/A 焊条直径/mm 焊接次序 电源极性 E5015 打底 填充 盖面 85-100 160-210 160-210 1 2 1 直流反接 七、操作要点及注意事项
1.引弧
焊接前引燃电弧的过程叫做引弧。引弧常用接触法。 （1）划擦法：此法引弧可靠，引弧易掌握，但有划痕。引弧时在焊接起点前10mm处，引燃后将焊条提起2—4mm.
（2）直击法：焊条与工件垂直撞击，电弧引燃后将其迅速提起2—4mm，此法引弧不可靠 但无划痕。
选用E5015焊条最好选择划擦法，因其对焊缝有预热的作用保证焊缝熔深正常并消除气孔和裂纹。 2.运条
焊条相对于焊缝所做的各种运动的综合叫做运条。它包括三种运动即：（1）沿焊条轴向运动。（2）沿焊缝轴向运动（3）沿焊缝径向摆动。
常用运条方式有月牙型，直线型和锯齿型，根据焊接位置和板厚我选择直线型和月牙型。 3.收尾
在焊条电弧焊中收位有特殊的要求，收尾不好会产生弧坑，裂纹，气孔。常用的收尾方法有：（1）划圈法-适用厚板。（2）回焊收尾法-适用碱性焊条。（3）反复收尾法—适用大电流薄板焊接。
厚度为16MnR-12mm板焊接为厚板焊接，选择画圈收尾法。 4.敲渣
SMAW为气-渣联合保护，保护效果良好，渣的作用：(1)渗合金ø1(2) 机械保护(3)改善焊接工艺性。但焊接管子时清渣不是很容易。
12mm板对接平位置焊接采用单层单道焊。为保证质量每道焊完后都必须清渣。清渣常用工具：（1）平光镜（2）砂轮机（3）电动钢丝
八、其他方面
1.焊前预热预热
16MnR为热轧钢，碳和合金元素较低，焊接性能好。一般不需预热，但在特殊情况下焊前要预热100℃-150℃。 2焊道保温
对于焊前预热的焊接需要焊道间保温。焊道温度为后焊焊道焊接前，前道焊道的最高温度。它对改善焊接质量十分重要。16MnR的层间保温不低于100摄氏度。 3.消除应力
焊接过程中焊件中产生的内应力和焊接热过程引起的焊件的形状和尺寸变化。焊接过程的不均匀温度场以及由焊接温度场消失后的应力和变形称为残余焊接应力和变形。在没有外力作用的条件下，焊接应力在焊件内部是平衡的。焊接应力和变形在一定条件下会影响焊件的功能和外观，因此是设计和制造中必须考虑的问题。
焊接残余应力对焊件有 6个方面的影响。 ①对强度的影响 ②对刚度的影响。
③对受压焊件稳定性的影响。 ④对加工精度的影响。 ⑤对尺寸稳定性的影响。⑥对耐腐蚀性的影响。
焊接时适当降低焊件的刚度，并在焊件的适当部位局部加热，使焊缝能比较自由地收缩，以减小残余应力。热处理(高温回火)是消除焊接残余应力的常用方法。整体消除应力的热处理效果一般比局部热处理好。焊接残余应力也可采用机械拉伸法（预载法）来消除或调整。 4.消除冷裂纹
Q345C(16MnR)淬硬倾向大，发生珠光体转变的冷速快，易产生马氏体和贝氏体组织。在焊后进行250℃-350℃后热去氢和缓冷可以防止冷裂纹。 5.消除结晶裂纹
热轧钢含有一定的锰且含碳量低，Mn/S比一般可以满足不发生结晶裂的可能，但如果母材异常时会产生结晶裂纹。提高焊缝含锰量的同时减少碳和硫可有效地防止结晶裂纹。具体的是选择E5015焊条来脱硫。
十、焊接质量检测
1.焊接质量检测是保证焊接质量而进行的工序，主要任务是测出缺陷进行返修和对焊缝进行评级。焊接检测分为（1）外观检测（2）内部检查等。无论哪种检测都分为四个等级。第一级最好，第四等级最差。
2.内部无损探伤用RT和UT。（1）RT检测原理：由X射线穿过焊缝，由于有无缺陷处对射线的衰减不同，通过射线照相在底片上会看到不同的黑度影像，通过观察影像的形状，大小，位置即可正确的对缺陷定位定量。(2)UT：超声波时频率大于20000HZ的机械波。常用斜探头发射超声波，穿透工件，发生反射，接受超声波，根据波形判断缺陷的性质和位置。
RT,UT只擅长测量内部缺陷，其中RT定性准确，UT定位准确。我选择RT。按照标准ISO5579:1998评为级。 3.外观检测 （1）VT,（2）MT(3)PT
(1).目视检测 利用肉眼，量具，低倍镜等凭经验判断外观缺陷评级。
(2).磁粉检测 铁磁性材料充磁，若有表面开口缺陷形成漏磁场，撒磁粉，观查磁痕。分析并记录结果，退磁，后处理。
(3).渗透检测 表面清理，喷渗透液，乳化，清洗，干燥，喷显像剂。判断缺陷并记录，后处理。我选择VT和PT
4.力学性能与弯曲试验 （1）拉伸试验（2）弯曲试验（3）冲击试验
（1）.拉伸试验 在焊缝区和热影响区各取两块试板 >30mm的板采用全焊透进行试验。每个试板的σb都大于母材为合格。 （2）.弯曲试验 试验按照GB/T232执行。
焊接工艺指导书
单位名称 安徽机电职业技术学院 焊接工艺指导书编号 16 日期 焊接工艺评定编号 A120311 焊接方法 手工电弧焊 机械化程度 手工 焊接接头： 简图： 坡口形式 Y型 衬垫（材料及规格） 无 \\ 其他 评定项目手弧工电焊板厚12mm Y 型坡口对接 母材： 类别号 II 组别号 II-1 与类别号 II 组别号 II- 1 相焊 标准号GB/T3280 钢号 0Cr18Ni9T与标准号 GB/T3280 钢 号 0Cr18Ni9Ti 相焊 厚度范围： 母材：对接焊缝 12 mm 角焊缝 \\ 管子直径、壁厚范围：对接焊缝 \\ 角焊缝 \\ 焊缝金属厚度范围： 对接焊缝 不限--14 \\ 角焊缝 \\ 其他 \\ 焊材类别 焊条 GB/T5118 焊材标准 填充金属尺寸 直径， \\E5015 焊材型号 J507 焊材牌号 \\ 其他 耐蚀堆焊金属化学成分（％） C Si Mn P S Cr 其他： \\ \\ \\ \\ Ni Mo \\ V \\ Ti \\ Nb \\ 焊接位置： 对接焊缝位置 平位置焊 焊后热处理： 焊接方向： 从左向右 温度范围（℃） 580--610 \\ 角焊缝位置 \\ 保温时间（h） \\1 焊接方向： \\ 预热： 保护气体： 预热（℃）（允许最低值） 70--90 \\ 气体种类 混合比 流量（L/min） 层间温度（℃）（允许最高值） 75--95 \\ 保护气 保持预热时间 \\ 尾部保护气 \\ \\ \\ 加热方式 高频感应加热 背面保护气 \\ \\ \\ \\ 电特性： 电流种类： 直流 极性： 正接 焊接电流范围（A）： 100~350 电弧电压（V）： 22~30 （按所焊位置和厚度，分别列出电流和电压范围，填入下表） 填充材料 焊接电流 焊道焊接电弧电压焊接速度线能量 ／ （cm/min） （kj/cm） 方法 （V） 焊层 牌号 直径 极性 电流（A） 1/1 SMAJ507 90~110 22~30 4--8 625 正极 W SMAJ507 160~210 22~30 4--8 980 正极 1/2 W SMAJ507 160~210 22~30 4--8 1062 正极 1/3 W 1/4 SMAJ507 160~210 22~30 4--8 1162 正极 W 钨极类型及直径 喷嘴直径（mm） 熔滴过渡形式 粗滴过渡 \\ 焊丝送进速度（cm/min） 技术措施： 摆动焊或不摆动焊： 摆动 摆动参数： 微摆 \\ 焊前清理和层间清理： 钢丝刷 ，砂轮 背面清根方法： 电弧气刨 单道焊或多道焊（每面）： 单道 单丝焊或多丝焊： 导电嘴至工件距离（mm）： 3 锤击： \\ 其他： 编制
张浩 日期 2013/审核 10/21 李力 日期 2013/批准 10/21 王海 日期 2013/10/21 焊接工艺评定报告
单位名称： 安徽机电职业技术学院 焊接工艺评定编号： 16 焊接工艺指导书编号： A120311 焊接方法： SMAW 机械化程度： 手动 接头简图： 母材： 焊后热处理： 材料标准： GB/T6654 热处理温度（℃）： 580—650 \\ 钢号： 16MnR 保温时间（ h）： 1— \\ 类、组别号II--1 与类、组别号： II--1相保护气体： 焊 气体种类 混合比 流量（L/min） 厚度： 12mm 保护气体 直径： \\ 尾部保护气体 \\ \\ \\
其他： \\ 背面保护气体 \\ \\ \\
填充金属： 电特性： 焊材标准： GB/T5118 电流种类： 直流 焊材牌号： J507 极性： 正接 焊材规格： 直径, 钨极尺寸： 焊缝金属厚度： 10~11mm 焊接电流（ A）： 85~ 其他： \\ 电弧电压（V）： 20~210 其他： \\ 焊接位置： 对接焊缝位置 从左向右 方向 角焊缝位置： \\ 方向 技术措施： 焊接速度（cm/min）： 4~8 预热： 摆动或不摆动： 摆动 预热温度（℃）： 70-- 95 \\ 摆动参数： 微摆 \\ 层间温度（℃）： 70--100 \\ 多道焊或单道焊（每面）： 单道焊 其他： \\ 多丝焊或单死焊： 其他： \\ 拉伸试验 试样编号 1--1 1--2 弯曲试验 试样编号 2--1 2--2 2--3 2--4 试验报告编号： CG16 -1 试样宽度 试样厚度 横截面积 断裂载荷 抗拉强度 mm mm mm2 kN MPa 12 12 306 306 550 552 - 断裂部位和特征 焊缝 焊缝 试验报告编号： CG16-2 试样类型 面弯 面弯 背弯 背弯 试样厚度 mm 10 10 10 10 弯轴直径 mm 40 40 40 40 试验结果 合格 合格 合格 合格 弯曲角度 （°） 180 180 180 180 冲击试验 试验报告编号： CG16-3 试样编号 3--1\\ \\3--2 试样尺寸 55x10\\ 55\\x10 缺口类型 V\\ \\V 缺口位置 \\焊缝 \\焊缝 试验温度 ℃ -20\\ -20\\\\ 冲击吸收功 备注 J 29\\ 合格\\ 34\\ \\合格 \\ \\ \\ \\ \\ \\ \\ 金相检验（角焊缝）： 根部： 焊透 \\ 焊缝： 融合 \\ 焊缝、热影响区： 无裂纹 \\ 检验截面 焊角差mm Ⅰ \\ Ⅱ \\ Ⅲ \\ Ⅳ \\ Ⅴ \\ 无损检验： RT： 合格 UT： \\ MT： \\ PT： 合格 \\ 其他： \\ 耐蚀堆焊层金属化学成分（重量％） C Si Mn P S Cr Ni Mo V \\ Ti \\ Nb \\ \\ 分析表面或取样表面至熔合线的距离（mm）： \\ 附加说明： 结论：本评定按JB4708-2000规定焊接试件、检验试样、测定性能，确认试验记录正确 评定结果： 合格 焊工张浩 姓名 编制 张浩 施焊2013/10/24 日期 李力 批准 李力 日期 2013/10/24 焊工代号 日期 2013/10/24 16 审核 第三方检验
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