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15MnVN钢焊接裂纹及防止措施工艺设计一、焊接冷裂纹的产生原因及危害（1）焊接冷裂纹的产生：大量实践和理论研究证明，钢种的淬硬倾向，焊接接头含氢量及其分布，以及接头所承受的拘束应力状态是高强钢焊接时产生冷裂纹的三大主要因素。高强钢在淬硬时，特别是在焊接条件下，近缝区的加热温度很高，使奥氏体晶粒发生严重长大，当快速冷却时，粗大的奥氏体将转变为粗大的马氏体，从金属强度理论可以知道，马氏体是一种脆硬的组织，发生断裂时将消耗较低的能量，因此，焊接接头有马氏体存在时，裂纹易于形成和扩展。另外，在焊接过程中，由于热源的高温作用，焊缝金属中溶解了很多的氢，当焊缝由奥氏体转变为铁素体、珠光体等组织时，氢的溶解度突然下降，而氢在铁素体、珠光体中的扩散速度很快，因此氢就很快地从焊缝越过熔合线向未发生分解的奥氏体热影响区扩散。由于氢在奥氏体中的扩散速度较小，不能很快把氢扩散到距熔合线较远的母材中去，因而在熔合线附近就形成了富氢地带。当滞后相变的热影响区由奥氏体向马氏体转变时，氢便以过饱和状态残留在马氏体中，促使这个地区进一步脆化。如果这个部位有缺陷，并且氢的浓度足够高时，就可能产生裂纹。其次，在焊接过程中，由于焊接接头存在较大的拘束应力，如果拘束应力大于结构接头的临界应力，就会产生裂纹。（2）焊接冷裂纹的危害：a）减少了焊接接头的有效截面积，因而降低了焊接结构的承载能力。b）构成了严重的应力集中。裂纹是片状缺陷，其边缘构成了非常尖锐的切口。具有高的应力集中，既降低了结构的疲劳强度，又容易引发结构的脆性破坏。c）造成泄漏。用于承受高温高压的焊接锅炉或者压力容器，若有穿透性裂纹，那必然会发生泄露，在工程上是不允许的。d）表面裂纹容易藏垢纳污，容易造成或者加速结构的腐蚀。e）留下隐患，是结构变得不可靠。延迟裂纹产生不定期性，以及微裂纹和内部裂纹容易造成漏检。漏检的裂纹即使很小，但在一定条件下会发生扩展，这些都增加了焊接结构在使用中的潜在危险。二、15MnVN钢性能（1）15MnVN钢的化学成分:15MnVN钢是碳素结构钢，其等级分A\\B\\C\\D四级，从左往右质量依次提高，下表为其对应成分。（2）15MnVN的基本性能及应用：15MnVN的塑性好、焊接性好、强度低。抗拉强度可达375~500MPa，屈服点为235MPa，伸长率为26%。其钢低碳优质碳素结构钢(wC0.25％)主要轧制成薄板、钢带、型钢及拉制成丝等供货。由于强度低，塑性、韧性好，易于冲压与焊接，一般用于制造受力不大的零件，如螺栓、螺母、垫圈、小轴、销子、链等。经过渗碳处理可用来制作表面要求耐磨、心部要求塑性、韧性好的机械零件。其中碳质量分数较低的钢如08F多用于制造各种冲压件，如搪瓷制品、汽车外壳零件等；而碳质量分数较高的钢15、20、20Mn是常用的渗碳钢，可用于制造对心部强度要求不高的渗碳零件，如机械、汽车和拖拉机的齿轮、凸轮、活塞销等。中碳优质碳素结构钢(wC=0.25％～0.60％)多轧制成型钢供货，与低碳优质碳素结构钢相比，强度较高而塑性、韧性稍低，即具有较好的综合力学性能。此外切削加工性较好，但焊接性能较差。多在调质或正火状态下使用，还可在表面淬火处理后提高零件的疲劳性能和表面耐磨性。用于制造受力较大或受力情况较复杂的零件，如主轴、曲轴、齿轮、连杆、套筒、活塞销等零件。其中45钢是应用最广泛的中碳优质碳素结构钢。高碳优质碳素结构钢(wC0.60％)多以型钢供货，具有较高的强度、硬度、弹性和耐磨性，而塑性、韧性较低，切削加工性中等，焊接性能不佳，淬火开裂倾向较大，主要用于制造耐磨零件、弹簧和钢丝绳等，如凸轮、轧机轧辊及减振弹簧、座垫弹簧等，其中65钢是一种常用的弹簧钢。（3）15MnVN产生冷裂纹的原因：15MnVN纲是低碳钢，由于低碳钢含碳量低，锰、硅含量也少，所以，通常情况下不会因焊接而产生严重硬化组织或淬火组织。低碳钢焊后的接头塑性和冲击韧度良好，焊接时，一般不需预热、控制层间温度和后热，焊后也不必采用热处理改善组织，整个焊接过程不必采取特殊的工艺措施，焊接性优良。但在少数情况下，焊接时也会出现困难：（1）采用旧冶炼方法生产的转炉钢含氮量高，杂质含量多，从而冷脆性大，时效敏感性增加，焊接接头质量降低，焊接性变差；（2）沸腾钢脱氧不完全，含氧量较高，P等杂质分布不均，局部地区含量会超标，时效敏感性及冷脆敏感性大，热裂纹倾向也增大；（3）采用质量不符合要求的焊条，使焊缝金属中的碳、硫含量过高，会导致产生裂纹。如某厂采用酸性焊条焊接15MnVN钢时，因焊条药皮中锰铁的含碳量过高，会引起焊缝产生热裂纹；（4）某些焊接方法会降低低碳钢焊接接头的质量。如电渣焊，由于线能量大，会使焊接热影响区的粗晶区晶粒长得十分粗大，引起冲击韧度的严重下降，焊后必需进行细化晶粒的正火处理，以提高冲击韧度；除工艺角度之外，冷却时间，冷却速度，合金含量及碳含量都会影响其焊接性能。三、防止措施工艺设计从工艺角度分析，防止15MnVn钢焊接冷裂纹产生的措施有以下几点：（1）采用适当的焊接规范，以改变焊缝形状，使杂质被推向焊缝表层，减少它的危害作用。这里主要应控制其形状系数（B/H），不能太小，即焊缝深而窄，杂质不易浮出；也不能太大，焊缝太薄，强度减小。（2）从环境条件角度，剖口的表面情况，焊条的烘干温度可大大影响扩散氢含量。环境温度太大不宜施焊，剖口及HAZ应在焊前仔细清理、锈、水，并进行烘烤。这里焊条的烘烤温度对扩散氢含量的影响最显著。（3）对非密封构件，可考虑采用高强度螺栓联接，避免用焊接方法造成的缺陷。（4）手弧焊时，不宜采用过大的焊接电流，电流过大会造成焊条药皮发红而导致保护失败。焊接电弧过长造成熔池保护不良产生气孔。参考文献（1）15MnVN钢的焊缝质量控制——四川大学，刘晓波；（2）15MnVN钢焊接冷裂纹及防止措施研究——西安航空职业技术学院；（3）15MnVN钢焊接冷裂纹及防止措施研究——中原油田采油四厂，闫云峰；（4）冷裂纹的分类及危害——百度文库。材料学院朱新宇学号：2015141421077