14CrNi4MoV钢焊接热裂纹及防止措施研究

第1页共38页陕西航空职业技术学院毕业设计（论文）说明书材料工程系焊接技术及自动化专业毕业设计（论文）题目14CrNi4MoV钢焊接热裂纹及防止措施研究学生姓名杨战波学号22指导教师张玉萍职称年月日第2页共38页毕业设计（论文）任务书材料工程系焊接技术及自动化专业学生姓名杨战波学号1073122一、毕业设计（论文）题目14CrNi4MoV钢焊接热裂纹及防止措施研究二、毕业设计（论文）时间2012年9月至2012年12月三、毕业设计（论文）地点：陕西航空职业技术学院四、毕业设计（论文）的内容要求：（1）明确热裂纹的概念，熟悉焊接裂纹的危害及分类。（2）明确14CrNi4MoV钢化学成分、基本性能、应用。（3）分析14CrNi4MoV钢焊缝中结晶裂纹及防止措施。（4）分析14CrNi4MoV钢焊缝中热影响区液化裂纹及防止措施。（5）论述消除应力裂纹特征及防止措施。（6）分析焊接件的质量检验方法。指导教师张玉萍2012年9月26日批准陈海英2012年10月9日第3页共38页毕业设计（论文）评定表姓名杨战波学号22专业焊接技术及自动化毕业设计（论文）题目14CrNi4MoV钢焊接热裂纹及防止措施研究评阅意见评阅教师：年月日答辩组成员答辩时间答辩地点本人陈述答辩过程要点答辩组提问回答问题情况答辩组评语成绩答辩委员会主任签字年月日第4页共38页目录前言......................................................................1第一章焊接裂纹..............................................................2第1节焊接热裂纹的概念及分类............................................2一、热裂纹的概念...................................................2二、热裂纹的分类及防止措施.........................................2第二章14CrNi4MoV钢化学成分、基本性能、应用..................................4一、化学成分.........................................................5二、基本性能.........................................................5三、14CrNi4MoV应用举例..............................................6第三章14CrNi4MoV钢焊缝中结晶裂纹及防止措施..................................6第1节14CrNi4MoV钢焊缝中结晶裂纹产生的原因.............................6一、结晶裂纹的形成机理及影响因素....................................6第二节14CrNi4MoV钢焊缝中结晶裂纹防止措施..............................9第四章14CrNi4MoV钢焊缝中热影响区液化裂纹及防治措施........................11一14CrNi4MoV钢焊缝中热影响区液化裂纹..............................11二14CrNi4MoV钢的液化裂纹的主要措施................................12第五章论述消除应力裂纹特征及防治措施.......................................14一消除应力裂纹特征.................................................14二消除应力产生的原因...............................................15三防止消除应力裂纹的措施..........................................16四、工艺方面的措施..................................................17第六章质量检验.............................................................18第1节焊接接头质量检验的内容和方法.....................................18一、焊接质量检验的内容和要求........................................18二、焊接质量检验的方法.............................................20第2节焊接接头的非破坏性试验方法......................................21一、外观检查（VE）..................................................21二、表面及近表面缺陷的检查.........................................22三、压力容器焊接接头强度试验.......................................27四、致密性检查（泄漏试验）.........................................27五、硬度检验.......................................................27第3节焊接接头的破坏性试验方法........................................28一、力学性能试验....................................................28总结.......................................................................32致谢.......................................................................33参考文献....................................................................34第1页共38页前言毕业设计是大学专科教育培养目标实现的重要阶段，是毕业前的综合学习阶段,是深化、拓宽、综合教学的重要过程,是对大学期间所学专业知识的全面总结和检查。本组毕业设计题目为《14CrNi4MoV钢焊接热裂纹及防止措施研究》。在毕业设计前期，我温习了《焊接结构生产》、《焊接质量管理与检验》、《焊接方法与设备》、《金属材料及热处理》、《熔焊原理及金属材料焊接》等知识，并查阅了《金属学与热处理》、《金属工艺学》等资料。在毕业设计中期，我通过所学的基本理论、专业知识结合指导老师下达的任务书。细心认真地做好这次毕业设计。在毕业设计后期，根据老师对毕业设计的编排要求，进行毕业设计手稿的电子排版整理，并希望得到老师的审批和指正，使我圆满地完成了设计任务，在此我表示衷心的感谢。毕业设计的两周内里，在指导老师的帮助下，经过资料查阅、工艺设计，整理编排使我加深了对相关内容的理解，巩固了专业知识，提高了综合分析、解决问题的能力。在查询资料时是自我学习、向他人学习的重要过程，是对自己三年知识的一次考验。毕业设计要求设计合理符合实际，各种材料的分析方法正确规范。但是由于自己水平有限，难免有不妥和疏漏之处，敬请老师批评指正。第2页共38页第1章焊接裂纹在焊接应力及其它致脆因素的共同作用下，焊接接头中局部地区的金属原子结合力遭到破坏而形成的新界面所产生产生的缝隙，叫做焊接裂纹。它具有尖锐的缺口和大的长宽比的特征。裂纹是可以引发灾难性事故的、危害最大的一类缺陷。1.1焊接热裂纹的概念及分类一、热裂纹的概念焊接热裂纹多产生于接近固相线的高温下，有沿晶界分布的特征，有时也能在低于固相线的温度下沿着“多边化边界”形成。焊接热裂纹通常产生于焊缝金属内，也可能在焊接熔合线邻近的热影响区组织内(母材金属)。热裂纹（高温裂纹）产生：焊接接头的冷却过程中，且温度处在固相线附近的高温阶段。温度－—高温下产生，在结晶温度附近；存在部位――焊缝为主，热影响区；特征――宏观看，焊缝热裂纹多沿焊缝的轴向成纵向分布（连续或断续），裂口均有较明显的氧化色彩，裂口宽度0.05～0.5mm，末端略呈圆形；微观看，沿晶粒边界（包括亚晶界）分布，属于沿晶（或称晶间）断裂性质。二、热裂纹的分类及防止措施按裂纹产生的机理、形态和温度区间不同，焊接热裂纹可分第3页共38页为凝固裂纹，液化裂纹，多边化裂纹和失塑裂纹4种。1、凝固裂纹凝固裂纹又称结晶裂纹，产生在焊缝金属凝固过程后期的脆性温度区间。此时焊缝金属结晶接近完成，但晶粒间尚存在着很薄的液相层，塑性很低。当由冷却不均匀收缩而产生的拉伸变形超过临界值时，即沿晶界液相层开裂。这种裂纹大多起源于树枝状晶的最终汇合处，沿晶间扩展，严重时裂纹一直扩展到焊缝表面，因而凝固裂纹断口上可发现明显的氧化色。凝固裂纹常出现在含硫、磷(有时含硅，碳)较多的碳钢焊缝中和单相奥氏体不锈钢、耐热钢、镍基合金及铝合金焊缝中。防止凝固裂纹发生的冶金措施有:调整成分，细化晶粒，严格控制会形成低熔点共晶的杂质元素含量，以提高金属材料在脆性温度区间的塑性，缩小脆性温度区间，并从焊接构件设计和焊接工艺上设法尽量减少在脆性温度区间的拉伸应变。液化裂纹在邻近焊接熔池的母材区或多层焊的前一焊道上，因受焊接热影响而发生晶界液化，并在拉伸应变下形成裂纹。2、液化裂纹造成液化裂纹的原因是:(l)金属材料的晶粒边界聚集较多的低熔点物质。(2)由于快速加热使某些金属化合物分解而来不及扩散，局部晶界产生某些合金元素的富集而达到共晶成分，使局部组织的熔点下降，在焊接热影响下促使局部晶界液化。防止液化裂纹产生的措施有:严格控制母材的杂质含量;合理选用焊接第4页共38页材料;制定合理的焊接工艺规范，尽量减少焊接热作用。多边化裂纹在焊缝金属凝固结晶不平衡的条件下，在低于固相线温度的高温区域，沿多边形化边界形成的热裂纹。它与一次结晶的晶界无明显关系，较多产生于单相奥氏体金属中。3、多边化裂纹多边化裂纹形成的原因是:由于焊接的高温过热和不平衡的结晶条件，使奥氏体结晶中形成大量空位和位错，在一定温度和应力作用下排列成亚晶界—多边形化晶界，当此晶界与有害杂质富集区重合时，往往会在拉应力作用下形成多边化裂纹。防止多边化裂纹的措施有:加入可提高多边化激活能的合金元素，如在镍一铬基单相奥氏体金属中加入适量的钨、铝或担等元素，使多边形化晶界来不及形成，可以有效地避免产生多边化裂纹;同时还应减少焊接过热和焊接应力。4、失塑裂纹失塑裂纹又称高温低塑性裂纹。在焊接热影响区或多层焊的前一焊道上，因焊接热循环的作用致使塑性陡降，在拉伸应力下沿二次结晶晶界形成的热裂纹。其裂纹敏感温度区域略低于再结晶温度。多数发生在奥氏体钢和合金及少数高强度钢的焊接接头中。其裂纹产生条件有些类同于多边化裂纹，但其裂纹形成机制和裂纹形态却各不相同。防止此种裂纹的有效措施是:精炼母材，减少有害杂质。第二章14CrNi4MoV钢化学成分、基本性能、应用第5页共38页一、化学成分牌号：14CrNi4MoV中碳调质钢碳C：0.1%～0.2%锰Mn：0.3%～0.6%硅Si：0.07%～0.17%镍Ni:0.80%～1.10%铬Cr:0.8%～1.1%磷P≤0.014%硫S≤0.014%钒V：0.14%～0.24%钼Mo：0.40%～0.65%二、基本性能（1）14CrNi4MoV物理性质：以Cr为主加元素，合金系统简单