厚壁容器制造工艺特点模板.doc

目 录
1 绪 论 1
2 16MnR钢组织性能和焊接性 2
2.116MnR钢介绍 2
2.216MnR钢组织性能 2
2.316MnR钢焊接性 3
2.4材料介绍 4
3 16MnR钢焊接过程中存在问题及产生原因 7
3.116MnR钢焊接裂纹关键是冷裂纹。 7
3.2消除应力裂纹 8
3.3结晶裂纹 8
3.4层状撕裂 9
3.5热影响区性能改变 10
3.6影响低碳钢焊接性其它原因 10
4 制订焊接工艺及填写焊接工艺卡片 12
4.1编制焊接工艺 12
4.1.1接头和坡口设计 12
4.1.2坡口制备 13
4.1.3焊接方法选择 13
4.1.4焊材选择 13
4.1.4焊接工艺参数 14
4.1.5 焊接次序 15
4.1.6 焊前预热 15
4.1.7 焊后热处理 16
4.1.8 焊后检验 17
5 焊接性试验 18
5.1 母材化学成份分析 18
5．2 焊缝成份分析 19
5．3 焊缝断口分析 19
5．3．1 宏观分析 20
5．3．2 微观分析 20
5．3．2结果分析 22
5．3．3夹杂物引发焊缝冲击值偏低机理分析 22
5．3．4 夹杂物形成机理 23
5.5总结 23
6 焊接工艺评定 25
结 论 26
致 谢 27
参考文件 28

1 绪 论
近几年，很多工程和成套设备中，会碰到较多厚板焊接结构件制作，比如钢厂台上设备中回转台、轧制线上大型梁、柱，锻压设备中横梁、滑块、工作台等，大量板厚全部在100～300之间，材质为16MnR或Q235，这些厚板结构件现场使用环境恶劣，要承受很大冲击载荷，有工作环境温度较高，还要求承受一定热疲惫。为了提升经济效益，加强生产进度和降低成本，经过分析和研究焊接方法和工艺。
厚板焊接能够采取焊接方法有很多。CO2 气保焊、电渣焊、窄间隙焊，还有埋弧自动焊等等。
电渣焊即使焊接效率高，不过其焊缝金属晶粒粗大，焊接接头轻易脆化，所以在质量上难以满足要求 。
窄间隙焊使用设备复杂，对装配质量要求高，对焊工素质、工艺要求严格，其变形控制量难以掌握。
埋弧自动焊在打底层焊接上存在清渣较难，焊前准备工作时间较长，焊接过程中焊缝对中难度大，,而且对平位置、长直焊缝才能表现它高效率 。对于形状复杂焊缝，需要全位置焊接焊缝，埋弧自动焊无法施焊 。
CO2焊因为熔池小、热影响区窄，所以焊后工件变形小，焊缝质量好，而且焊道整齐，焊道接头少。焊丝熔化速度快，生产效率高(焊接速度通常大于30m/h),操作简单，成本较低，而且二氧化碳气体起源广，价格低 。另外，因其为明弧焊能够看清电弧和熔池情况，便于掌握和调整，而且抗氢气孔能力强，对油锈敏感低，操作性能很强。
16MnR钢是中国现在制造压力容器中采取最多钢号。最常见于制造中低压压力容器中、型高压容器，尤其是广泛用于制造液化石油气、天然气、液氨、氧气、氮气等球形储罐。16MnR含有良好机械性能、可焊性和加工工艺性能。通常认为16MnR钢是屈服点为350MPa级低合金中等强度钢，其可焊性是多个低合金钢压力容器专用钢中最好一个。
所以，用CO2焊接16MnR厚板结构件前景很大，很使用。
2 16MnR钢组织性能和焊接性
2.1 16MnR钢介绍
在板材里，属低合金系列。在低合金材质里，此种材质为最一般。Q345过去一个叫法为：16Mn。
Q345是一个钢材材质。它是低合金钢（C<0.2%)，广泛应用于桥梁、车辆、船舶、建筑压力容器等。Q代表是这种材质屈服，后面345，就是指这种材质屈服值，在345左右。并会伴随材质厚度增加而使其屈服值减小。
　　Q345A级，是不做冲击;Q345B级，是20度常温冲击;Q345C级，是0度冲击;Q345D级，是－20度冲击;Q345E级，是－40度冲击。在不一样冲击温度，冲击数值也有所不一样。
Q345外部实施标准为：GB709，内部实施标准为：GB/T1591-9因为实施标准原因，此种钢板许可负公差交货。
2.216MnR钢组织性能
Q345钢属于低合金高强度结构钢，这种钢含有高强度，高韧性、良好耐蚀性及良好焊接性能和冷成型能力，其成份如表l所表示。Q345钢通常在热轧状态下使用，它含有良好综协力学性能、Q345低温时韧性很好，一40℃时冲击功大干等于2 7 J。在有特殊需要时，如为了改善焊接区性能，可进行一次正火处理。Q345钢属16Mn系列钢种，~AA．-有良好综协力学性能，低温冲击韧性，冷冲压性及切削性均好，能够制造大型船舶，铁路车辆，桥梁，管道等承受负荷焊接结构，这就要求其不仅有好力学性能，还要有好焊接性。Q 3 4 5钢焊接后焊缝化学成份及焊接接头力学性能见表2，从表中能够看出，焊缝化学成份和母材相近，焊接接头抗拉强度较高，但韧性较低，硬度高于母材。其焊缝金属显微组织呈柱状晶分布，晶界处为铁素体，晶内为素氏体和针、块状分布铁素体。冷却时，因为向外散热，故使焊缝熔融金属沿热扩散方向结晶而取得柱状晶，此时，先共析铁素体沿柱状品界析出，因为温度较高，且冷速又稍快，所以组织呈过热特征，但随即冷却过程中，奥氏体因过冷度较大，而转变为索氏体组织。焊缝组织下方为融合区，此处融合情况良好；过热区显微组织为针状或块状分布铁素体和素氏体，此处品粒粗大，呈魏氏组织。这是该区加热温度高，奥氏体晶粒显著长大，冷却后得到粗大过热组织，使冲击韧性降低；重结晶区组织为晶粒细小铁素体和珠光体，因为加热温度超出了A C 3，所以铁素体和珠光体已全部转化为奥氏体，又因为加热温度较低，奥氏体晶粒未显著长大，所以在空气中冷却以后会得到均匀细小铁素体和珠光体；母材显微组织为铁素体和珠光体呈带状分布。Q 3 4 5钢无热裂纹倾向，其焊接接头热影响区没有出现裂纹，其焊缝化学成份和母材相近，焊接接头抗拉强度、硬度较高，但韧性较低，其焊接接头过热区形成了魏氏组织，轻易产生脆化，组成了接头微弱步骤，这时易以小线能量焊接，在过热区获取板条马氏体，韧性会达成改善。
2.3 16MnR钢焊接性
16MnR钢是实际工业设计和生产中应用很广泛机械结构之一，关键用于工程结构焊接。经过对Q 3 4 5钢焊接工艺分析，在焊接过程中应依据实际应用场所选择适宜焊接材料、焊接工艺和焊接方法。同时还应注意在焊接过程中轻易出现问题，应考虑到各方面原因做好预防方法，正确施焊，确保优良焊接质量。全部这些全部对我们愈加好地利用Q 3 4 5工程结构钢提供了现实依据。
16MnR钢热切割性能和低碳钢相近，气割边缘淬硬层很（≤1mm）,电弧气刨切口边缘没有显著增碳层，切割后无须加工而直接焊接。16MnR钢能够顺利地进行冷弯和机械切割，因为屈服点比低碳钢高，冷压成型时回弹力较大，在冷弯、冷剪、冷矫时，压力应选大些，同时弯曲半径不能过小。
16MnR钢加热到800℃以上能够进行多种压热成型，通常加热温度为1000～1100℃，终压温度为750～850℃。经热压后力学性能无显著改变，通常不再需要进行热处理。16MnR钢也能够用加热矫正变形。实践表明，火焰矫正加热温度最好控制在700～800℃之间，不宜超出900℃。火焰矫正后能够空冷也能够水冷，性能无显著差异。
16MnR钢焊接性很好，通常不需要预热。因为钢中有一定量合金元素，碳当量高于Q235钢，但通常不超出0.40%；另外，淬硬性应大于Q235钢所以当结构刚性较大或在低温下施工时，应合适预热，预热温度见表1。

表1 16MnR钢预热温度
钢牌号
板厚/mm
不一样气温下预热温度/℃
16MnR
16一下
-10℃以上不预热；-10℃以下 100～150
16～24
-5℃以上不预热；-5℃以下 100～150
2510℃以40
0℃以上不预热； 0℃以下100～150
40以上
一律预热 100～150
16MnR钢采取焊条电弧焊时，通常选择E50XX型焊条。焊接关键结构（如压力容器），应选择碱性焊条（E5015，E5016）。对小厚度和坡口角度小或要求不高产品，也可选择E42XX型碳钢焊条（E4215，E4216）。
16MnR：合金元素总量在5%以下，屈服强度在275Mpa以上，含有良好焊接性、耐蚀性和成形性低合金高强度结构钢。16MnR钢通常全部是热轧状态供货、不需要热处理，尤其是厚度小于20mm钢板，其机械性能全部很高，故通常全部是热压以后直接使用。对于较厚板材为了改善钢材塑性、低温冲击韧性或冷压成型等加工性能。有时也采取正火处理后使用从而提升了钢材屈服强度和低温冲击韧性，降低了临界转变温度，同时也改变了加工成型及可焊性。
2.4材料介绍
　　 16MnR化学成份如表2（%）：

表2 16MnR化学成份
元素
C≤
Mn
Si≤
P≤
S≤
Al≥
V
Nb
Ti
含量
0.2
1.0-1.6
0.55
0.035
0.035
0.015
0.02-0.15
0.015-0.06
0.02-0.2
　16MnR力学性能如表3（%）：
表3 16MnR力学性能
机械性能指标
伸长率（%）
试验温度0℃
抗拉强度MPa
屈服点MPa≥
数值
δ5≥22
J≥34
σb（470-650）
σs（324-259）
16MnR机械性能如表4：
表4 16MnR机械性能
钢材厚度或至直径
（mm）
屈服强度
σs(MPa)
抗拉强度
σb(MPa)
延伸率
δs(%)
冷淬试验

180°
大于
≤16
35
52
21
d=2a
17~25
33
50
19
d=3a
26~36
31
48
19
d=3a
38~50
29
48
19
d=3a
55~100方、圆板
28
48
19
d=3a
16MnR刚可焊性含碳量为0.12%、锰1.3~1.6硅0.4~0.6%属于低碳硅钢。
16MnR钢可焊性试验结果(分为4点)：
a、用手弧焊和自动焊在常温下焊接16MnR钢对接接头焊接热影响区通常不出现淬硬组织。
b、常温下焊接T型接头，当焊脚大于6㎜，且为连接焊缝时，焊接热影响区通常均不出现马氏体组织而是少许贝氏体、珠光体和铁素体混合组织、综合性能良好。最高硬度小于HV350，其中焊脚愈大，最高硬度值愈底。
c、常温下焊接16MnR钢T型接头小焊脚短焊缝（如焊脚4mm，焊缝长度小于100mm），当板厚大于16mm时，焊接热影响区通常将出现马氏体，即淬硬组织。
d、相同焊接温度下，增大焊接电流时，冷却速度慢，则组织很好，硬度较低。

3 16MnR钢焊接过程中存在问题及产生原因
钢焊接性关键取决于化学成份，钢中元素对焊接性影响最大是碳。热轧及正火钢属于非热处理强化钢，碳及合金元素含量全部比较低，总体来看焊接性很好。但伴随合金元素增加和强度提升，焊接性变差。焊接问题关键来自两方面：焊接裂纹和热影响区母材性能下降。
3.1 16MnR钢焊接裂纹关键是冷裂纹
大量研究结果表明，对钢材来说冷裂纹形成温度大致在100～-100之间，具体温度随母材和焊接条件而不一样。冷裂纹多产生于有淬硬倾向低合金高强度钢和中、高碳钢焊接接头。裂纹大多在热影响区，通常起源于熔合区，有时也出现在高强度钢和钛合金焊缝中。
形成冷裂纹三个基础原因：
(1)氢影响 造成接头产生冷裂纹氢关键是扩散氢。试验证实，伴随焊缝中扩散氢含量增加，冷裂纹率较高。比如，用含有较多有机物焊条进行焊接，出现大量焊道下裂纹；而用低氢型焊条焊接时，则未出现或极少出现焊道下裂纹。多年来，部分学者在显微镜下观察弯曲试件断裂情况时，还观察到在裂缝尖端周围有氢气泡析出。扩散氢含量还影响延迟裂纹延时长短，扩散氢含量越高，延时越短。
(2)钢种淬硬倾向 通常来说，钢种淬硬倾向越大，则接头中出现马氏体可能性越大，则越轻易产生冷裂纹。当材料一定时，随冷却速度不一样，接头组织将对应改变，冷速越高，马氏体含量越高，造成裂纹率上升。
(3)焊接接头拘束应力 焊接接头拘束应力，包含接头在焊接过程中因加热不均匀所承受热应力、相变应力、结构本身几何原因所决定内应力。
三个方面应力全部是不可避免，因为全部和拘束条件相关而统称为拘束应力。拘束应力作用是形成冷裂纹关键原因之一，在其它条件一定时，拘束应力达成一定数值就会产生开裂。
低碳钢中加入了较多提升淬透性合金元素，提升过冷奥氏体稳定性，所以在焊接条件下，通常不会发生珠光体转变，轻易得到马氏体和贝氏体。马氏体属淬火组织，但因为含碳量低，仍保持较高韧性。而且这类钢Ms点比较高，假如在Ms点周围冷速比较低，Ms点后就形成一次“自回火”过程，使韧性得到改善， 而且避免产生冷裂纹。反之，若在Ms点周围冷速较高，比能实现“自回火”，在焊接应力作用下就很可能产生冷裂纹。所以，从预防冷裂纹角度考虑，焊接低碳钢时，期望高温时冷速较高，而在Ms点周围冷速要低些。
低碳钢对扩散[H]比较敏感，当对[H]控制不严时，冷裂纹敏感性还是相当高。
3.2消除应力裂纹
焊后焊件在一定温度范围内再次加热时，因为高温和残余应力共同作用而产生晶间裂纹，称为消除应力裂纹，又叫再热裂纹。
经大量试验研究确定，消除应力裂纹产生是因为晶界优先滑动而造成微裂发生并扩展所致。即焊后再热时，在残余应力松弛过程中，粗晶区应力集中部位晶界滑动变形量超出了该部位塑性变形能力，就会产生消除应力裂纹
预防消除应力裂纹方法：
（1）选择对消除应力裂纹敏感性低母材；
（2）选择低强高塑性焊接材料；
（3）控制结构钢性和焊接残余应力；
（4）工艺方面方法：
①预热 ②焊后立即进行后热 ③控制焊接线能量
低碳钢中大全部含有Cr、Mo、V、Nb、Ti、B等提升消除应力裂纹敏感性元素，其中作用最大是V，其次是Mo，所以二者共存时情况最严重。通常认为Mo-V钢，尤其是Cr-Mo-V钢对消除应力裂纹敏感性最高，Mo-B钢、Cr-V钢也有一定敏感性。不一样成份钢对消除应力裂纹敏感温度不尽相同，焊接时可经过降低退火温度、进行合适预热或后热等方法，预防消除应力裂纹。
低碳钢通常采取优异技术冶炼，对杂质控制严格，抗层状撕裂能力很好，现在还未发觉层状撕裂报导。
3.3结晶裂纹
结晶裂纹又叫凝固裂纹，关键产生于焊缝凝固过程中。当冷却到固相温度周围时，因为凝固金属收缩，残余液体金属不足而不能立即填充，在应力作用下发生沿晶界开裂。
结晶裂纹关键产生在含杂质（S、P、C、Si）偏高碳钢、低合金钢和单相奥氏体钢、镍基合金和一些铝合金焊缝中。通常沿焊缝树枝状晶交界处发生和扩展。常见于焊缝中心沿焊缝长度扩展纵向裂纹，有时也分布在两个树枝晶粒之间。结晶裂纹表面无金属光泽，带有氧化颜色，焊缝表面宏观裂纹中往往填满焊渣。 16MnR中含碳量较低，并含有一定锰，Mn／S比值通常能够达成预防结晶裂纹要求。在若母材化学成份反常，如碳和硫同时居上限或严重偏析，则有产生结晶裂纹可能。在这种情况下，应采取必需预防方法。依据图1-1所表示碳、硫和锰对结晶裂纹影响曲线可知，为了预防结晶裂纹，（1）应提升焊缝含锰同时降低碳、含量，（2）调整焊接参数已得到抗裂能力较强焊缝成形系数，（3）焊接时选择超低碳焊丝，并从工艺上降低熔合比。（4）调整冷却速度，（5）调整焊接次序，降低拘束应力。
图1-1焊缝中C、Mn、S含量对结晶裂纹影响
3.4层状撕裂
层状撕裂关键和钢冶金质量、板厚、焊接接头形式和Z向应力相关，和钢强度并无直接关系。通常认为，钢中含硫量和断面收缩率是衡量抗层状撕裂能力关键判定依据。
当冷却到固相温度周围时，因为凝固金属收缩，残余液体金属不足而不能立即填充，在应力作用下发生沿晶界开裂。
3.5热影响区性能改变
（1）过热区脆化 16MnR过热区脆化程度和含碳量相关，当含碳量在下限（ωc=0.12%～0.14%）时，过热区韧性随线能量E增加而下降。这是因为线能量增加，时奥氏体晶粒粗化更严重，冷却后会出现魏氏组织，所以，合适降低线能量有利于提升韧性。这时，即使冷速较大而出现淬火组织。但低碳马氏体仍有较高韧性。造成脆化关键原因是因为出现马氏体，应控制线能量，降低冷速。
（2）热应变脆化 它是由固溶氮引发。16MnR钢焊接厚韧脆转变温度比焊前提升53℃，消除热应变脆化有效方法时进行焊后热处理。
3.6影响低碳钢焊接性其它原因
低碳钢中含碳较低。含锰、硅又少，所以，通常情况不会因焊接而引发严重硬化组织和淬火组织，这种钢材塑性和冲击韧性度优良，焊成接头韧性和冲击韧度也很好，焊接时通常不需要预热。控制层间温度和后热，焊后也无须采取热处理改善组织，能够说整个焊接过程不需要特殊工艺方法，其焊接性良好，能够采取多种焊接方法焊接，但碰到下述情况，低碳钢焊接性也会不好，焊接时出现困难。
1）低碳钢母材不合格，含碳、硫过高，焊接时可能出现裂纹，尤其是碰到下列情况，如角焊缝、对接多层焊第一道焊道、整个板面采取单面焊单层焊缝和大间隙对接第一道焊缝等。
2）采取旧冶炼方法生产低碳转炉钢。因含氮高，杂质较多，冷脆性和实效敏化感性大，焊接接头质量低，焊接性较差。所以，转炉冶炼低碳钢不能用于关键结构件。中国现在生产转炉用铝.钛脱氧，钢质量大为改善。即使这么，这种钢作关键结构之前应对焊接性尤其是实效敏感性.冷脆敏感性进行评定，以确保焊接结构质量。
3）低碳沸腾钢。因为沸腾钢脱氧不完全，局部硫磷偏析大，实效敏感性.冷脆敏感性大，焊接热裂纹倾向较大，所以这种钢不宜做承受动载或严寒条件下工作关键结构。镇静钢脱氧完全，含氧量低，杂质分布较均匀，可用于制造焊接结构。焊接沸腾钢在工艺上应采取必需方法，预防裂纹。
4）焊接方法不妥，如埋弧焊热输入大，会使焊接热影响区出现粗晶组织，使热影响区韧性降低；电渣焊热输入比埋弧焊还要大，热影响区晶粒愈加粗大，韧性降低显著，所以低碳钢电渣焊接头焊后通常要经正火处理，细化晶粒，以提升其韧性。

4 制订焊接工艺及填写焊接工艺卡片
16MnR钢是在正火状态下使用，综协力学性能和焊接性全部比很好。焊接接头抗拉强度较高，但韧性较低，硬度高于母材其焊缝金属显微组织呈柱状晶分布，晶界处为铁素体，晶内为索氏体和针、块状分布铁素体。冷却时，因为向外散热，故使焊缝熔融金属沿热扩散方向结晶而取得柱状晶，此时，先共析铁素体沿柱状晶界析出，因为温度较高，且冷速又稍快，所以组织呈过热特征，但随即冷却过程中，奥氏体因过冷度较大，而转变为索氏体组织。焊缝组织下方为融合区，此处融合情况良好；过热区显微组织为针状或块状分布铁素体和索氏体。此处晶粒粗大，呈魏氏组织这是该区加热温度高，奥氏体晶粒显著长大，冷却后得到粗大过热组织，使冲击韧性降低；重结晶区组织为晶粒细小铁素体和珠光体。因为加热温度超出了Ac3，所以铁素体和珠光体已全部转化为奥氏体，又因为加热温度较低，奥氏体晶粒未显著长大所以在空气中冷却以后会得到均匀细小铁素体和珠光体；母材显微组织为铁素体和珠光体呈带状分布。16MnR钢无热裂纹倾向，其焊接接头热影响区没有出现裂纹,其焊缝化学成份和母材相近，焊接接头抗拉强度、硬度较高，但韧性较低,其焊接接头过热区形成了魏氏组织，轻易产生脆化，组成了接头微弱步骤,这时易以小线能量焊接,在过热区获取板条马氏体,韧性会达成改善。
为了确保焊接质量，预防焊接裂纹或热影响区性能下降，从焊前准备到焊后热处理各个步骤全部需要进行严格控制。
4.1编制焊接工艺
4.1.1接头和坡口设计
合理接头设计应使应力集中系数尽可能小，且含有好可焊到性，并便于焊后检验。为此，应避免将焊缝部署在断面忽然改变部位，并考虑施焊方便，通常来说，对接焊缝比角焊缝更合理，因为后者应力集中系数大，并有显著缺口效应。同时对接焊缝更便于进行射线或超声波探伤。
坡口形式以U形或V形为佳，且应确保焊缝和母材交界处平滑过渡。考虑到V坡口因为焊接填充量大，焊接效率低，而且焊后将产生应力集中和边缘应力，板厚δ=100mm，所以通常不用双V形坡口，而采取双Y形坡口。坡口形式图2所表示：

图2 坡口形式
4.1.2坡口制备
当采取火焰切割16MnR钢时,应预热100℃,切割边缘进行表面磁粉探伤。
采取碳弧气刨清根或清理缺点时,应将工件预热150℃以上,并清除坡口及两侧各20～30mm范围内油污、铁锈、氧化物、熔渣和水分等有害物质。角向磨光机修磨焊口表面焊渣和飞溅物。坡口表面进行PT检验。组焊环焊缝时，对丁字口处进行PT探伤检验，确定无缺点方可进行焊接。
4.1.3焊接方法选择
厚壁压力容器焊接通常不采取手工电弧焊，多采取单丝或双丝埋弧焊，有时也采取窄间隙焊。用气保焊打底，即使成本是高了一点，不过它不用清渣，节省了劳动力，也不会产生夹渣等缺点，所以还是比较划算。因为埋弧焊生产率高、焊接质量好、焊接成本低，劳动条件好，能很好焊接厚钢板。
4.1.4焊材选择
选择焊接材料最关键标准就时确保焊缝金属性能，使之满足产品技术要求，从而确保产品在服役中正常运行。热轧及正火钢关键用于制造受力构件，要求焊接接头含有足够强度，合适屈强比，足够韧性和低时效敏感性，即含有和产品技术条件相适应力学性能。
采取手工电弧焊打底、填充，焊条J507 Φ3.2mm；埋弧焊时，选择焊丝还应考虑融合比和焊剂对焊缝成份影响，用埋弧焊继续进行填充、盖面，焊丝H10MnSiA Φ6mm，焊剂SJ101。埋弧焊用焊丝要严格清理，焊丝表面油、锈及拔丝用润滑剂全部要清理洁净，以免污染焊缝产生气孔。通常焊剂须在250℃温度下烘干，并保温1～2h。不一样焊接方法配合见表5。
表5 不一样焊接方法配合

钢号
焊条型号
焊条牌号
埋弧焊
电渣焊

CO2气体保护焊

焊丝

焊剂

焊丝

焊剂

16MnR

E50××型

J50×
不开坡口对接
H08A
中板开坡口对接H08MnA,H10Mn2
厚板深坡口对接
H10Mn2

HJ431

H08MnMoA

HJ431
HJ360

H08Mn2SiA

HJ350
4.1.4焊接工艺参数
在焊接时，焊接参数选择直接影响到接头性能。为了预防热影响区脆化和产生冷裂纹，所选线能量应确保冷却速度在最好范围内。实际生产中确定线能量步骤是，首先经过试验确定所焊钢材确保韧性最大线能量，然后依据用此线能量焊接时冷裂纹倾向确定是否需要预热。焊接工艺具体参数以下：
（1）打底焊手工电弧焊焊接参数：
焊条直径Φ3.2mm，焊接电压23～25V，焊接电流90～105A，焊接速度9～11m/h。
（2）填充焊埋弧焊焊接参数：
第一、二层焊接时：焊丝直径Φ6mm，焊接电流1050～1150A，焊接电压38～40 V，焊接速度22～25 m/h。
中间层焊接时：焊丝直径Φ6mm，焊接电流1000～1100A，焊接电压38～40 V，焊接速度16～20 m/h。
盖面焊接时：焊丝直径Φ5mm，焊接电流800～840A，焊接电压36～38V，焊接速度24～28 m/h。
4.1.5 焊接次序
焊接时，应先焊完里侧，因为用CO2焊打底所以不用清根，然后再焊外侧，应确保焊接时层间温度在150～250℃范围内，然后根据焊接工艺卡片上次序进行焊接，并确保焊缝致密性和全焊性。
4.1.6 焊前预热
焊前预热是预防冷裂纹，改善接头性能关键方法。预热温度受母材强度、焊条类型、坡口形式、环境温度等原因影响，并可利用其中相关经验公式进行初步估算。对于此设计预热温度应大于150℃,预热范围要大于焊接区150 mm以上,层间温度150～250℃。
预热关键是预防裂纹，同时还含有一定改善性能作用。预热温度确实定是比较复杂，取决于以下原因：
A:材料化学成份。假如CE<0.4时,基础无淬硬倾向,通常情况下无须预热。因为钢中有一定合金元素，碳当量高于Q235钢，但通常不超出0.40%；另外淬硬倾向大于Q235钢，所以当结构刚性较大或在低温下施工时，应合适预热，预热温度见表6。
表6 预热温度
板厚／mm
不一样气温下预热温度／℃
板厚／mm
不一样气温下预热温度／℃
16以下
-10℃以上不预热；
-10℃以下100～150
25～40
0℃以上不预热
0℃以下100～150
16～24
-5℃以上不预热
-5℃以下100～150
40以上
一律预热100～150
而利用下面公式也能够对预热温度进行一下估算：

T0(预热温度℃)=1400Pc-392
B:和含氢量相关。含氢量越高,裂纹产生倾向越大，要求预热温度也越高所以酸性焊条所需预热温度比低氢型高。即使一样是低氢型焊条，还和它烘干温度相关。
4.1.7 焊后热处理
焊后热处理是压力容器制造工艺过程中关键工艺步骤,对厚壁压力容器更是如此。焊后热处理目标是:
1)松弛焊接残余应力及稳定结构形状和尺寸;
2)软化热影响区,提升焊缝金属塑性及断裂韧性;
3)提升抗应力腐蚀能力;
4)释放焊缝金属中有害气体——氢气,预防延迟裂纹产生。
16MnR钢热切割性能和低碳钢相近，气割边缘淬硬层很窄（≤1mm），电弧气刨切口边缘没有显著增碳曾，切割后可无须加工而直接焊接。16MnR钢能够顺利地进行冷弯和机械切割，因为屈服点比低碳钢高，冷压成形时回弹力较大，在冷弯、冷剪、冷矫时，压力应选大些，同时弯曲半径不能过小。筒节冷弯时，若δ／D＞1／40，为消除冷作硬化，观后应进行600～650℃消除应力退火。
16MnR钢加热到800℃以上能够进行多种热压成形，通常加热温度为1000～1100℃，终压温度为750～850℃.经热压后力学性能无显著改变，通常不进行热处理。16MnR钢也应用加热矫正变形。实践表明。火焰矫形加热温度最好控制在700～800℃之间，不易超出900℃.火焰矫正厚能够空冷，也能够水冷，性能无显著差异。焊后热处理规范见表7。
表7 焊后热处理规范
钢号
焊后热处理规范
电弧焊
电渣焊
16MnR
600～650℃退火
900～930℃正火
600～650℃回火
具体方法：
（1）焊后工件立即进行后热处理,其温度为300～450℃,保温时间4 h～6 h。
（2）压力容器主体结构在消除应力热处理后,进行580～620℃保温,保温时间6 h～8 h。
4.1.8 焊后检验
对焊缝进行100%超声波探伤检验,要求达成Ⅰ级标准,并进行25%射线复探,达成Ⅱ级标准。管板接头应进行磁粉探伤。合格后修磨至焊缝圆滑。产品试板各项技术参数指标应符合16MnR钢母材确保值或图纸技术要求。

5 焊接性试验
5.1 母材化学成份分析
以16MnR钢作为试板母材，母材化学成份如表1所表示。首先对试板进行埋弧自动焊，焊后按国家标准GB2649—1 989，从每块试板上取3个冲击试样，组成一组，图l所表示，共做5组；然后按国家标准GB／T 2650—1989，对焊缝进行常温V型缺口夏比冲击试验。试验结果如表2所表示．国家标准要求焊缝常温冲击吸收功大于27 J，而由表2可知，5组试样中第3组和第5组试样冲击平均值达不到国家标准要求。16MnR化学成份见表8。
表8 16MnR化学成份

图3 冲击式样取样方法

表 9 试件冲击吸收功

5．2 焊缝成份分析
从焊接角度分析，影响冲击韧性原因很多，如母材、焊丝和焊剂成份、焊接工艺参数(包含电流、电压 、焊速 、热输入等)、焊缝中气孔和夹杂，和焊后热处理是否适宜等[1]。由表1可见，母材化学成份基础符合国家标准要求；为分析冲击值和焊接工艺参数关系，合适改变焊接时，I、U、 等参数，发觉对焊缝冲击值影响不是很大；通常焊接环境不一样，焊缝质量也会有很大差异，如当环境潮湿时，焊缝中会增氢，使冲击韧性降低，为此，对焊缝断口做测氢试验，发觉焊缝中氢质量分数并未超标。
在特定焊接工艺下，焊缝力学性能在一定程度上取决于焊缝化学成份。对试样焊缝进行化学成份分析，由表3可见，除了第5组试样w(C)较高外，其它元素质量分数基础符合焊缝成份要求；计算焊缝碳当量，见表3，发觉差异不大，故碳当量也不是关键原因。所以，仅从焊缝成份分析，不能找出引发冲击值偏低真正原因。焊缝化学成份及碳当量见表10。
表10 焊缝化学成份及碳当量

5．3 焊缝断口分析
5．3．1 宏观分析
用肉眼和放大镜观察各组试样断口特征，能够发觉：第1、2组试样断口颜色较昏暗，呈凹凸不平状，边缘剪切唇很显著；第4组试样断口颜色较第1组白亮，断口四面一样存在剪切唇；第3、5组试样宏观断口较其它组试样平整，颜色也更亮部分，边缘剪切唇较小，图2为经典断口宏观照片。
5．3．2 微观分析
从宏观角度只能观察其断裂方法，仍不能得出造成冲击值偏低原因。为此，采取扫描电镜对断口进行微观分析。
a．电镜扫描形貌分析
用XL30扫描电镜分析断口微观形貌。从断口SEM低倍照片能够看出，各组试样在纤维区均为韧窝状断口，但第1、2、4组试样断口韧窝面积要大于第3、5组试样。所以就可从断口形貌上解释不合格试样冲击值低于合格试样原因：韧窝面积大时，裂纹在扩展过程中沿曲折路径扩展，花费能量较大。比较第2组合格试样和第3组不合格式样SEM高倍照片(见图3)，能够看出，二者断口全部是由韧窝和解理组成，即为准解理断裂。但前者断口上韧窝面积较大，后者韧窝面积较小。从不合格试样断口SEM照片能够看出，断口中含有显著河流花样，沿着河流流向能够找到裂纹起始于晶粒内部，这和文件[2]中指出：“通常，准解理断裂源于晶粒内部空洞、夹杂物、第二相粒子等”相符。

图4 端口宏观照片×20

（a） 第二组合格试样 （b） 第三组不合格试样
图5 试样断口SEM照片×400
b．金相分析
图4所表示为上述不合格焊缝试样剖面，经打磨、抛光后在显微镜下拍摄试样焊缝区照片。从图中能够很显著观察到夹杂物存在，且夹杂物形状关键呈三角或尖角状，表现出显著聚集氧化物特征[2]．故可初步断定造成16MnR钢埋弧焊焊缝冲击韧性偏低原因是焊缝中存氧化物夹杂。
c．夹杂物能谱分析
为深入分析夹杂物起源及其产生机理，对夹杂物成份进行能谱分析．将不合格试样置于扫描电镜下，选择图4中A、 、C三处夹杂物，用EDAX能谱仪对试样中夹杂物进行定量分析．表4所表示为A、B、C三处夹杂物化学成份，由表4可知，夹杂物关键化学成份为O、AI、Mg、Ca、Fe等元素，三处w(O)全部达成40％左右，除此以外w(A1)最高，其次是w(Ca)、w(Mg)、w(Fe)、w(Si)。由此可知，断口中所含夹杂物为氧化物或复合型氧化物。

图6 不合格试样焊缝夹杂物分布×400
表11 夹杂物成份分析

5．3．2结果分析
通常，焊丝、焊剂及母材夹层在冶金反应过程中生成氧化物等，在熔池快速凝固条件下会残留在焊缝金属中形成夹杂物。有些细小、均匀分布夹杂物如TiO等在钢铁焊缝中作为固态相变形核剂能够促进焊缝金属中针状铁素体形成，细化组织，改善焊缝金属韧性和塑性[3 ；但当夹杂物以大颗粒方法存在时，则会降低焊缝金属塑性和韧性。由以上分析可知，造成16MnR焊缝试样冲击值偏低原因很有可能是焊缝中存在大颗粒氧化物夹杂。
5．3．3夹杂物引发焊缝冲击值偏低机理分析
埋弧焊时，焊速很快，熔池凝固时间很短，母材本身存在或母材和焊接材料发生冶金反应时产生夹杂物不能立即浮出熔池残留在焊缝内部，成为焊缝中潜在裂源。夹杂物和焊缝基体之间热收缩系数相
差很大，伴随焊缝冷却，收缩率小夹杂物和收缩率大焊缝基体之问就会出现问隙M]。夹杂物存在减小了焊缝有效受力面积，使焊缝在较小外力下发生断裂；同时，基体变形和夹杂物变形之间差异，会在夹杂物和焊缝基体交界面处产生应力集中，造成基体微裂纹产生。所以，当焊缝中存在比较多大粒径夹杂物时，会增加焊缝脆性，降低焊缝冲击值。
5．3．4 夹杂物形成机理
从夹杂物成份分析能够看出，夹杂物关键由AI：O 等氧化物组成，产生氧化物关键原因是焊缝中氧质量分数偏高[5]。依据具体试验条件分析可知，氧关键起源于焊剂。比如，焊剂HJ431，其化学成份通常为：W(SiO2)=40％～44％，W(MnO)≤34％～38％，W(AI2O3)≤4％ W(O)=34％～38％，W(CaO)≤6％ ，w(MgO)=5％ ～8％，W(CaF )=3％ ～7％，W(FeO)≤1．8％。焊剂HJ431中较多SiO 和MnO，会使焊缝增氧。16MnR在冶炼时通常采取Al作脱氧剂，Al活性比较高，母材和焊丝中过剩Al会和焊剂中SiO 、MnO等发生化学反应，生成熔点很高AI 0 ，往往以固态存在于金属溶液中。由结晶动力学可知，在熔池凝固后期，往往会聚集大量夹杂物，A1：0，轻易聚集成大颗粒状．同理，对于Mg、Ca等元素，也会有类似情况发生。
夹杂物除了可能起源于以上反应外，还可能直接起源于焊剂。因为所采取HJ431型熔炼焊剂，本身就含有A1：0，、CaO、MgO等氧化物，因不易熔化而直接进入焊缝金属中，成为焊缝中夹杂物。
4.4.无损检测、热处理压力试验、油漆、包装和运输
（1）因为产品厚度较大，射线探伤需采取铱192或钴6O等放射源。
（2）按图样、技术条件及相关标准要求进行油漆、 包装和运输，若非卧式容器，热处理时制作支撑鞍座可用于运输鞍座。当产品直径或长度过大时，应考虑分段运输，并到现场进行组焊、探伤、热处理、压力试验和油漆。
5.5总结
厚壁结构件制造关键在于焊接，围绕焊接，现将厚板结构件制造多个关键点总结以下：
(1)合理周密制造方法。
(2)科学可行焊接工艺。
(3)质量优 良板材 、焊材。
(4)性能稳定焊接设备及辅助设备。
(5)技能过硬 、责任心强生产人员。
(6) 良好下料、坡口加工及纵焊缝组对质量。
焊接质量提升，产品制造周期可大幅提升，不然每出现一次质量缺点，返修所需工时约24h，(其中包含预热、清除缺点、打磨坡口、PT检测、清理坡口、预热、 焊接、消氢，和重新无损检测 UT、RT)；坡口角度增 大或间隙增大时，焊缝填充金属量大大增加，制造工时 及成本增加同时也加大了出现焊接缺点隐患；所以在厚壁结构件造过程中，切不可急于求成，“以质量保进度”方针必需落实。

6 焊接工艺评定
筒体材质为16MnR，采取双Y形坡口，采取手工电弧保护焊打底、填充，焊条J507 Φ3.2mm；埋弧焊时，选择焊丝还应考虑融合比和焊剂对焊缝成份影响，用埋弧焊继续进行填充、盖面，焊丝H10MnSiA Φ6mm，焊剂SJ101。焊前进行200℃预热及对应后热，焊后经过580℃×4h退火处理。并对焊缝进行100%超声波探伤检验,要求达成Ⅰ级标准,并进行25%射线复探,达成Ⅱ级标准。管板接头应进行磁粉探伤。合格后修磨至焊缝圆滑。产品试板各项技术参数指标应符合16MnR钢母材确保值或图纸技术要求。其焊接接头力学性能试验结果见表12，筒体对接焊缝性能达成16MnR钢设计要求。
表12 焊接接头力学性能试验结果

拉伸试验
冲击试验
冷弯试验d=3s， α=100º
/MPa
/MPa
断裂位置
焊缝
热