15MnVR焊接工艺评定报告说明书

焊接工艺说明书

材料成型及控制工程专业 (焊接方向)课程设计

学生姓名 马燕飞 专业班级 R成型06-5

所在院系 材料学院

指导教师 朱平

完成日期 2010 年 9 月 27 日

大连交通大学2011届本科生课程设计

15MnVR+15MnVR焊接工艺说明书

一、任务描述

设计任务为设计VIII处的焊接接头，此处为压力容器筒体与椭圆封头的对接焊缝。根据给定的母材，选择合适的焊接材料及焊接方法，设计接头型式及坡口型式，并计算焊接材料的消耗量，然后完成焊缝VIII处的一项可用于实际生产的PQR报告书。

二、母材的化学成分、力学性能

1．母材介绍

筒体及封头为同种焊接材料15MnVR+15MnVR，尺寸为直径Φ=1200mm，厚度为δ=12mm。母材15MnVR是普通低合金钢，该系列压力容器板材具有良好的综合性能和低温冲击韧性，低合金钢的焊缝金属应保证其力学性能。15MnVR钢板的化学成分和力学性能见表1和表2。

表1 15MnVR钢板化学成分（Wt：%）

C ≤0.15

Mn 1.30~1.70

Si 0.20~0.60

V 0.04~0.12

S ≤0.035

P ≤0.035

表2 15MnVR钢板力学性能

交货状态 热轧

钢板厚度 mm 6~16

бb MPa 530~675

бs MPa ≥390

δ5 % ≥18

Akv J ≥27

2．15MnVR钢的焊接性的评估

按碳当量计算公式计算焊接接头的碳当量。 Ceq=C+Mn/6+(Cr+Mo+V)/5+(Ni+Cu)/15

0.15+1.5/6+0.08/5 0.416%

因为Ceq<0.45% ，接近于0.40%，可不预热。

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三、焊接方法、焊接材料的选择

1. 焊接方法的选择

由于焊缝为连接筒体与封头的环形焊缝，焊缝长度为1200mm，板厚12mm，可选焊条电弧焊，焊条电弧焊操作灵活，适应性强，对于常用钢种，不同厚度及各种空间位置的焊接均可适用，其使用安装方便，投资小，成本低。采用焊条电弧焊可以通过调整焊接工艺参数来控制焊接应力及变形，如采用对称焊等方法。为保证焊缝质量和经济性，故采用焊条电弧焊进行焊接。对工件厚度为12mm时，为保证背面焊缝成形良好，接头的力学性能优良，可采用双面多层焊接，背面用碳弧气刨清根。焊条电弧焊焊接工艺参数的选择见表3。

表3 双面对接焊条电弧焊规范参数

焊接方法

工件厚度 （mm） 12

装配间隙 （mm）

2

焊条直径 （mm）

4 5

焊接电流 (A) 170~200 200~240

焊接电压 (V) 21~23 22~24

焊机速度 (mm/min) 200~250 200~250

SMAW

2. 焊接材料的选择 焊条

低合金钢焊条电弧焊的焊材选择原则是按“等强匹配”原则进行的，而不要求与母材同成分。焊条作为填充材料，在提供焊缝金属的同时也向焊缝过度合金元素，并参与冶金反应。焊条向熔敷金属中过渡的Mn，Si，Ni，Gr，Mo，V等合金元素，可以使焊缝金属脱氧，合金化，补充母材中烧损的合金元素，以提高焊缝金属的力学性能。针对焊接接头为15MnVR+15MnVR的母材，考虑焊条J557主要用于低合金钢的焊接，且力学及成分指标达到要求，与母材匹配，故可选J557焊条为焊接材料J557焊条化学成分及力学性能见表4，表5。

表4 J557焊条化学成分（Wt：%）

C ≤0.15

Mn ≥1.00

Si ≥0.60

Cr ≥0.30

Ni ≥0.50

Mo 0.20

S ≤0.030

P ≤0.030

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表5 J557焊条力学性能

σb (Mpa) ≥540

σs(Mpa) ≥440

δ(%) ≥17

Akv(J) ≥27

四、设计焊接接头及坡口型式

焊缝坡口的形式是影响焊接接头的重要因素。在设计坡口时，首先应避免采用焊不透或局部焊透的坡口形式，因为焊缝根部缺陷会形成应力集中，是各种裂纹的起源区，其次是尽量减少焊缝的横截面积，减小坡口角度，以降低接头的残余应力，同时也可以减少焊接材料的消耗量，节约成本，提高生产效率。还要考虑利于操作，便于焊接防护等。故采用不对称X形坡口，内表面一侧的坡口应较大。电条电弧焊的钝边高度一般为1.5~2mm，这里取2mm,对接间隙0~2mm，这里取2mm。母材15MnVR+15MnVR，板厚为12mm与14mm，故采用开70度坡口，焊接层数为5层，背面用碳弧气刨清根，再用砂轮打磨直至出现金属光泽。

坡口形式见图1，焊缝层次布置图见图2。

图1 坡口形式及尺寸

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五、估算15MnVR焊缝熔敷金属的含量

焊缝区截面积由三部分组成，即焊缝截面积A1；焊缝余高面积A2；对接间隙面积A3。

A1= S12•tan(α/2)+S22•tan(α/2) = 64•0.700+4•0.70=47.6mm2 A2= (a•h) 2/3

a1=8• tan35o+4=9.6mm a2=2• tan35o+4=5.4 h=2 mm

A21=(9.6•2) •2/3=12.67mm2

A22=(5.4•2) •2/3=7.13mm2 A2= A21+ A22=19.80mm2 A3=a•l=12•2=24mm2

即 A=A1+A2+A3=47.6+19.8+24=91.4mm2

焊缝实际焊材使用量的计算： G1={(A•L• ρ)/C1} • C2

={(91.4•1200•3.14•7.8)/0.79}•1.32 =4.13kg

所以总的焊材使用量为：4.13kg

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