1 前言16Mn为345MPa级合金结构钢,是低合金钢中使用最广泛、生产量很大的钢种之一 ,这种钢具有良好的综合机械性能和工艺性能,与A3、15钢相比除具有同样好塑性与焊接性外 ,屈服强度可提高50%左右、耐大气腐蚀能力约提高20%～35%,以及更高的低温冲击韧性 。这类钢在石油化工工业中被广泛应用于压力容器、石油储罐、锅炉管道。邢钢炼钢厂在检修应用 条件比较苛刻的设备构件时,往往用16Mn钢板替代普通Q235钢板。同时在除尘设备中大量 使用16Mn钢板,在对16Mn钢板本身的焊接、16Mn钢板和Q235钢板的焊接方面取得了一定的经验。2 焊接性分析21 16Mn焊接性分析从16Mn的化学成分来看,含碳量低而含Mn量较高,Mn/S能达到焊 接要求、具有较好的抗热性能,正常情况下焊接时不会出现热裂纹。当材料的化学成分不合格或严 重偏析时,局部C,S含量偏高时,Mn/S可能低于焊接要求,焊接时会产生热裂纹,这种情况 可通过选择焊接材料来调整焊缝金属的成分。冷裂纹是焊接16Mn钢板易出现的主要问题,从材 料本身考虑,淬硬组织是引起冷裂纹的决定性因素。因此焊接过程中能否形成由氢致裂纹及敏感的 淬硬组织是评定16Mn钢板焊接性的一个重要指标。16Mn的冷裂纹敏感性主要取决于它的淬 硬倾向,虽然16Mn含碳量并不高,但含有少量的合金元素,因此其淬硬倾向比低碳钢要大一些 。从16Mn的化学成分看,由于不含有强碳化物形成元素,对再热裂纹不敏感,因此16Mn钢 板在焊接时就能消除应力,不会产生热裂纹。16Mn的热影响区性能变化与合金元素含量等有很 大关系,主要表现为热区的脆化问题。过热区是指融合线附近加热到120℃以上直至熔点以下的 区域,16Mn钢过热区解理应力和低温断裂降低的根本原因是贝氏体、铁素体加M-A组元素数 量的增加,以及M-A组元素宽度的增加,过热区的韧性除了与线能量有很大关系外,与其化学成 分有着密切关系。随着线能量的增大,铁素体的纤维硬度和材料的脆性显著提高,因此采用小线能量是避免16Mn过热区的可靠措施。22 16Mn钢板与Q235钢板的焊接性分析16Mn与Q235属于不同钢种的焊接,虽然其组 24HEBEIMETALLURGY织中都有珠光体,但16Mn有较大的淬火倾向。焊接这类 钢,要采取措施防止近缝区裂纹,注意防止或减轻它们由于化学成分不同,特别是碳及碳化物形成 元素含量的不同所引起界面组织和力学性能的不稳定性。采取工艺措施能使近缝区在温度接近受焊 钢材的马氏体点时促使马氏体转变发生,同时尽量消除熔池中溶解的氢。焊接接头在低于马氏体点 后缓慢冷却,可以促使马氏体转变,预热和后热能够缓和条件,并可以消除或减少焊接应力。在某 些情况下,可考虑采用奥代体焊条或堆焊隔离层来提高焊缝金属的塑性和减轻氢在HAZ区的富集 。3 焊接材料的选择(1)为了达到焊缝与母材的机械性能相等,在选择焊接材料时,应该从母 材的机械性能方面考虑选择影响强度等级的焊接材料。(2)当焊接材料的化学成分与母材的化学 成分相同时,则焊缝金属的性能将表现为强度特别高,而塑性、韧性很低,这对焊接接头的抗裂性 能和使用性能都是非常不利的。在选择焊接材料时,必须同时考虑到熔合比和冷却速度的影响,焊 缝的化学成分不仅取决于焊接材料,与母材的熔入量和熔合比有很大关系,焊缝组织的过饱和度与冷却速度有很大关系。31 16Mn钢板自身焊接材料的选择焊接16Mn重要结构的工件时,按照强度要求应选用E50 16、E5017,这种碱性焊条的延性和韧性较高,抗裂性好;对于厚度小、坡口窄或对强度要 求较高的工件,可选用E4316、E4317,也可选用E5001、E5003等焊条,这些碱性焊条可以满足对焊缝力学性能的要求。32 16Mn钢板与Q235钢板焊接焊条材料的选择选用与合金含量较低即Q235钢板一侧的母 材相匹配的珠光体焊接材料E4315并要保证力学性能,其接抗强度不低于两种材质强度规定值 的较低者,即Q235钢板的强度。如果不允许或现场无法进行焊前预热和焊后热处理,可以选用 奥氏体焊接材料,或者选用H08A、H08MnA焊丝,以利用奥氏体良好的塑性和韧性且排除 扩散氢的来源,从而有效降低焊缝和近缝区产生的冷裂缝。4 焊接工艺(1)由于16Mn的淬 硬性强一些,低温施焊时,当环境温度低于-10℃时应考虑采取预热措施(表1)。表1 不同 环境温度下16Mn钢自身焊接的预热温度板厚/mm预热温度<16不低于-10℃不预热,- 10℃以下预热100～150℃16～24不低于-5℃不预热,-5℃以下预热100～15 0℃24～40不低于0℃不预热,0℃以下预热100～150℃>40均预热100～150 ℃ (2)16Mn钢板与Q235钢板焊接。16Mn钢板与Q235钢板焊接时在满足工艺的 条件下,16Mn钢板与Q235钢板尽量采用小的线能量。一般选用气焊焊接焊缝融合得好,但 应注意以下问题:①用中性焰或微碳化焰焊接,以避免合金元素烧损,可采用H08Mn或H08 MnA焊丝,对于一些工作条件要求不苛刻的焊件可采用H08A焊丝。②焊接过程中应避免中途 停顿,火焰应始终笼罩熔池,不做横向摆动。尤其在焊缝收尾时,火焰必须缓慢离开熔池,以防止 合金元素烧损,避免焊缝内产生气孔、夹渣等缺陷。③焊接结束时,应立即用火焰将接头加热至暗 红色(600～650℃),然后缓慢冷却,以减少焊接应力促使有害气体氢的扩散,从而提高接 头的力学性能。④冬季环境温度较低时,在焊前焊件的被焊区要用气焊火焰稍微加热;定位焊时, 焊点断面尺寸应大些,焊点应加长些,以免焊缝产生裂纹。16Mn钢板与Q235钢板焊接的实践@刘金辉$邢台钢铁公司炼钢厂!河北 邢台 054027
@赵志刚$邢台钢铁公司炼钢厂!河北 邢台 054027
@胡伟$邢台钢铁公司炼钢厂!河北 邢台 054027钢板;;焊接;;缺陷分析了16Mn钢 板及其与Q235钢板的焊接性能、异种金属焊接的特点、产生焊接缺陷的原因,从选材和焊接工 艺上找出了控制焊接缺陷的方法。返牧ρ阅堋＂芏净肪澄露冉系褪?在焊前焊件的被焊区要用 气焊火焰稍微加热;定位焊时,焊点断面尺寸应大些,焊点应加长些,以免焊缝产生裂纹。16Mn钢板与Q235钢板焊接的实践@刘金辉$邢台钢铁公司炼钢厂!河北 邢台 054027
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@胡伟$邢台钢铁公司炼钢厂!河北 邢台 054027钢板;;焊接;;缺陷分析了16Mn钢 板及其与Q235钢板的焊接性能、异种金属焊接的特点、产生焊接缺陷的原因,从选材和焊接工艺上找出了控制焊接缺陷的方法。
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