16Mn钢焊接研究毕业设计论文.docx

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1、16Mn钢焊接研究摘要16Mn钢是具有高强度、高韧性和耐腐蚀等优良特性的低合金高强钢，是我国低合金高强钢中用量最多、产量最大的钢种，广泛用于制造桥梁、船舶、车辆、锅炉、高压容器、输油输气管道、大型钢结构等。鉴于16Mn钢在我国工业和国民经济建设中的重要性，而16Mn钢的焊接又是16Mn钢应用中必不可少的一道工艺技术,因此16Mn钢的焊接进行研究对实践应用意义重大。本课题采用焊条电弧焊对16Mn钢进行焊接，分析焊接接头的组织和性能的变化；并对得到的焊接接头进行正火处理，分析热处理前后焊接接头组织和性能的变化。结果表明，焊接接头焊缝区组织为柱状晶；熔合区为粗大晶粒；过热区为魏氏组织;完全结晶区为细

2、小的铁素体和珠光体；不完全结晶区一部分为细小的铁素体和珠光体，一部分为粗大的铁素体。由于熔合区粗大晶粒和过热区魏氏组织的存在使得16Mn钢焊接接头可能存在冷裂纹和热影响区脆化等缺陷。所以对其进行焊后正火处理，热处理后的焊接接头晶粒明显比未热处理过的要细小，组织结构更加均匀。硬度也相应的有所升高。因此，热处理可以改善焊接接头的组织，并提高其性能。本课题研究的16Mn钢焊条电弧焊工艺、焊接接头组织和性能以及焊后热处理工艺可为实践生产中16Mn钢的焊接提供参考。关键词：16Mn钢；焊条电弧焊；焊接接头；组织和性能；热处理We1dingResearchof16MnStee1Abstract16Mnst

3、ee1isa1owa11oyhighstrengthstee1whichhashighstrength,hightoughnessandcorrosionresistanceandotherexce11entcharacteristics.Ithasthe1argestamountandthe1argeststee1productionamongthe1owa11oyhighstrengthstee1inChina.Itiswide1yusedinmanufactureofbridges,ships,vehic1es,boi1ers,pressurevesse1s,pipe1ines,1arg

4、estee1structure.Inviewoftheimportanceof16Mnstee1inoursindustryandnationa1economy,a1so16Mnstee1we1dingisanessentia1techno1ogy,sothewe1dingofstee116Mnstudyissignificantforpractica1app1ication.Inthisissue16Mnstee1waswe1dedbySMAW,thechangeswe1dedjointwereana1yzedintheorganizationandperformance;we1dedjoi

5、ntswereobtainedbynorma1izingprocessing,andana1yzedthechangesoftheorganizationandperformancebetweenbeforeandafterheattreatment.Theresu1tsshowthatthewe1dzoneistheco1umnarcrysta1;fusionzoneiscoarsecrysta1;hotareaistheWidmanstattenstructure;comp1ete1ycrysta11ineregionistheferriteandpear1ite;onepartofinc

6、omp1etecrysta11ineregionisthesma11FerriteandPear1ite,anotheristhecoarseFerrite.Thecoarsecrysta1ofthe16Mnstee1we1dedjointfusionzoneandtheWidmanstattenstructureofthe16Mnstee1we1dedjointhotareaastheresu1tofCo1dcrackingandHAZ.Soitwasprocessedbynorma1izingafterwe1ding,we1dedjointsafterheattreatmentweresi

7、gnificant1yhigherthanthegrainisnotheattreatedtosma11andmoreuniformstructure.Hardnesswasincreasedaccording1y.Therefore,heattreatmentofwe1dedjointscanimprovetheorganizationandimproveitsperformance.Researchof16Mnstee1sSMAW,microstructureandpropertiesofwe1dedjoints,heattreatmentafterwe1dingcanbeusedasar

8、eferenceofthewe1dingof16Mnstee1inpractice.Keywords:16Mnstee1;e1ectrodearcwe1ding;we1dedjoint;microstructureandproperties;heattreatment引言1第1章绪论21.1 背景与意义21.2 发展概况21.3 来源与内容3第2章焊接理论知识42.1 焊接性及其实验评定42.1.1 焊接性及影响因素42.1.2 焊接性评定原则及方法52.2 焊接接头及组织和性能72.2.1 焊接接头的概念72.2.2 焊接接头的基本形式82.2.3 焊接接头的设计要求102.2.4 坡口的基

9、本形式102.2.5 焊接接头特性112.3 焊条电弧焊132.3.1 焊条电弧焊概述132.3.2 焊接设备及辅助工具132.3.3 焊条电弧焊基础162.3.4 焊条电弧焊工艺参数182.3.5 焊条电弧焊的基本操作技术192.3.6 常见的焊条电弧焊缺陷及防治措施21第3章实验过程223.1 16Mn的焊接223.1.1 16Mn钢简介223.1.2 16Mn钢的焊接性233.1.3 16Mn钢的焊接工艺参数233.2 金相试样的制备、观察及其硬度测试253.2.1 金相试样的制备253.2.2 金相试样的观察263.2.3 试样的硬度测试26第4章实验结果分析284.1 焊接接头金相组

10、织分析284.1.1 焊缝区284.1.2 熔合区284.1.3 过热区294.1.4 完全结晶区294.1.5 不完全结晶区304.1.6 母材314.2 焊接接头硬度分析31结论与展望34结论34展望35致谢36参考文献37附录A引用的英文资料及翻译38附录B主要参考文献及摘要47插图清单图2-1焊接接头示意图7图2-2焊接接头的基本类型8图2-3对接接头的几种形式8图2-4T型接头9图2-5搭接接头9图2-6角接接头10图2-7对接焊缝坡口形式11图2-8角接和T形接头的坡口11图2-9焊条电弧焊的过程13图2-10动铁式交流弧焊机机构示意图14图2-11同体式焊接结构图14图2-12动

11、圈式焊机结构14图2-13电捍钳的规格和主要技术数据16图2-14电捍钳的规格和主要技术数据16图2-15焊条的组成17图2-16几种常见的运条方式20图3-1维氏硬度试验原理图27图4-116Mn钢焊接接头焊缝区200X28图4-216Mn钢焊接接头熔合区200X29图4-316Mn钢焊接接头过热区200X29图4-416Mn钢焊接接头完全结晶区200X30图4-516Mn钢焊接接头不完全重结晶区20030图4-616Mn钢焊接接头母材200X31图4-716Mn钢焊接接头硬度变化曲线32表表表表表表表格清单焊条电弧焊机14电捍钳的规格和主要技术数据1516Mn钢化学成分22不同环境温度下焊

12、接16Mn钢的预热温度2316Mn钢焊条电弧焊的工艺参数2416Mn钢焊接接头热处理前后维氏硬度值32本课题研究是本科教学工作中实验教学问题，是对所学专业理论知识的一次总结概括和实践应用。焊接工艺是金属应用中最重要的连接技术之一，通过对16Mn钢焊接的研究，对焊接工艺有个基本的了解。主要实验内容包括16Mn钢焊接工艺参数的设计及实验，焊后热处理工艺的设计及实验，焊接接头金相试样的制备，显微组织的观察，焊接接头的硬度测量实验，最后是组织和性能的测定与分析。通过这些工作，不仅加深对所学焊接理论知识的理解和掌握,了解当代焊接的前沿技术，同时提高学生分析和解决实际问题的能力，锻炼和培养动手和操作能力，

13、为今后从事相关工作奠定基础。随着全球科学技术的飞速发展和进步以及新材料、新能源、新结构的不断涌现，传统的焊接方法和工艺（如焊条电弧焊、C02气体保护焊、筑弧焊等）已经无法满足新时代工业对焊接性能的要求。激光焊、超声波焊、等离子弧焊、摩擦焊、爆炸焊等一些高新技术不断成熟完善。焊接已经从一种传统的热加工技艺发展到了集材料、冶金、结构、力学、电子等多门类科学为一体的工程工艺学科。焊接成形精确化、焊接生产自动化和过程控制智能化、优质高效的焊接工艺将不断涌现，特殊材料及特殊环境下焊接技术，焊接过程计算机模拟技术将得到不断发展和应用，同时焊接技术也将不断向材料科学和工程的新兴领域渗透和拓展。本试验是在前人

14、的研究基础上对16Mn钢进行焊条电弧焊，分析其焊接接头组织和性能。试验的结果为16Mn钢焊条电弧焊后，焊接接头焊缝区组织为柱状晶；熔合区为粗大晶粒；过热区为魏氏组织；完全结晶区为细小的铁素体和珠光体；不完全结晶区一部分为细小的铁素体和珠光体，一部分为粗大的铁素体。除去由于熔合区粗大晶粒和过热区魏氏组织的存在,使得16Mn钢焊接接头可能存在冷裂纹和热影响区脆化等缺陷外，具有良好的焊接性能。经正火处理后，焊接接头晶粒明显比未热处理过的要细小，组织结构更加均匀，硬度也相应的有所升高，接头的组织和性能有明显的提升。实验研究中的焊接工艺和设备比较传统，但在实验中我们要学会基本的实验方案设计和思路分析，及

15、一般的实验操作，为以后工作中相关的焊接工艺和组织、性能的处理分析打下扎实的基础。1.1 背景与意义16Mn是旧国标GB/T1591-1988中的低合金高强度结构钢的牌号，新国标GB/T1591-1994中的牌号为Q345。由于16Mn钢具有良好的综合性能、低温性能、冷冲压性能、焊接性能和可切削性能，使用状态的组织为细晶粒的铁素体一珠光体，强度比普通碳素结构钢Q235高约20%30%,耐大气腐蚀性能高20%38%。16Mn钢是我国低合金高强钢中用量最多、产量最大的钢种，主要用于制造桥梁、船舶、车辆、锅炉、高压容器、输油输气管道、大型钢结构等。焊接是指同种或异种材料通过加热或加压或两者并用，并且用或不用填充材料，使被焊工件间原子或分子相互结合和扩散形成永久性连接的加工工艺过程。焊接是一门古老的加工技术，是随着人类对金属的应用应运而生。我国早在3000多年前的商朝就有了使用铸焊工艺制造的铁刃铜钺兵器。明代科学家宋应星在他的科学著作天工开物中也有关于锻焊工艺的详细文字记载。中世纪，在叙利亚大马士革也曾用锻焊制造兵器。当然古代焊接技术长期停留在铸焊、锻焊和钎焊的水平上，使用的热源都是炉火，温度低、能量不集中，