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
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 Mn Si V S P
≤0.15 1.30~1.70 0.20~0.60 0.04~0.12≤0.035 ≤0.035
表2 15MnVR钢板力学性能
交货状态钢板厚度
mm
бb
MPa
бs
MPa
δ5
%
Akv
J
热轧6~16 530~675 ≥390≥18≥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。

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）
装配间隙
（mm）
焊条直径
（mm）
焊接电流
(A)
焊接电压
(V)
焊机速度
(mm/min)
SMAW 12 2 4
5
170~200
200~240
21~23
22~24
200~250
200~250
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 Mn Si Cr Ni Mo S P
≤0.15 ≥1.00≥0.60 ≥0.30 ≥0.50 0.20 ≤0.030 ≤0.030
表5 J557焊条力学性能
σb (Mpa) σs(Mpa) δ(%) Akv(J)
≥540 ≥440 ≥17 ≥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
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。