论文总字数：23953字

摘 要

16MnR钢是一种普通的低合金钢，具有良好的物理力学性能，在工业发展中应用得非常广泛。321不锈钢(即奥氏体不锈钢)性能优异，在不同的温度，浓度条件下能保持良好性能的特点让它多用于制造耐磨酸容器和耐磨设备。本文通过对储罐底部封头处采集样本通过各种分析手段对其失效原因进行了研究，分析了不同焊接参数及其他因素的影响，同时提出了防护方面的建议。本文主要研究内容及结论如下：

焊缝内表面靠近16MnR（R-HIC）一侧存在焊接缺口，缺口尖端正好在16MnR（R-HIC）与321不锈钢焊缝熔合部位。由于缺口的存在，在湿环境中缺口首先发生H₂S积聚，在钢材的缺口尖端部位集合，导致裂纹尖端的应力增大，使钢的脆性增加，形成微裂纹。同时，16MnR（R-HIC）与321不锈钢焊缝半熔化区Si、Mn元素含量较高，且Mn和S元素极易形成MnS，MnS夹杂是氢最易成核的部位。在高压环境以及焊接残余应力的联合作用下裂纹发生扩展，氢原子继续渗入直至焊缝半熔化区不能承受16.88MPa的高压条件，发生突发性开裂，无明显预兆。因此，16MnR钢与321不锈钢焊缝开裂类型是硫化物应力腐蚀开裂(SSCC)。

关键词：16MnR钢 321不锈钢 异种钢焊接街头 裂纹 失效分析

16 MnR hydrogen resistant steel with 321 stainless steel welding joint analysis of the causes of cracking

ABSTRACT

16 MnR steel is Q345 grade high strength low alloy steel structure, and it’s the most widely steel materials used in the Production . 321 stainless steel for the brand, equivalent to adomestic brand 0cr18ni10ti. Type 321 stainless steel is Ni-Cr-Mo austenitic stainless steel, its Performance is very similar with 304, but due to join the metal titanium, make it have the better grain boundary corrosion resistance and high temperature strength. This article studied the failure reason by using the bottom of the tank head material microstructure analysis, chemical composition and mechanical Performance analysis, magnetic testing and fracture analysis, analyzed the influence of different welding Parameters and other factors, and Puts forward the Preventive advice. In this Paper, the main research contents and conclusions are as follows:

Within the weld surface near the 16 MNR (R), a side weld gap exists, the cracking tip just 16 MNR (R), and 321 stainless steel weld fusion area. Due to the existence of the gap, gap occurs first in a wet environment H2S accumulation, set in the cracking tip of steel parts, lead to the crack tip stress increase, increase the brittleness of steel, the formation of micro cracks. At the same time, the 16 MNR (R), and 321 stainless steel weld semi-molten zone Si and Mn element content is higher, and Mn and S elements can easily form MnS, hydrogen is the most easily MnS inclusions nucleation sites. In high pressure environment and welding residual stress under the joint action of crack extension, hydrogen atoms into until weld condition of half melting zone can't bear the high pressure of 16.88 MPa, sudden craze, no obvious sign. Therefore, the 16 MNR steel with 321 stainless steel weld cracking type is a sulfide stress corrosion cracking (SSCC).

Keywords: 16 MnR steel; 321 stainless steel; Dissimilar metal welding joint; Crack; Failure analysis

目 录

摘要 Ⅰ

ABSTRACT Ⅱ

第一章 绪 论 1

1.1 问题的提出 1

1.2 课题背景 1

1.2.1异种钢焊接及其特性 1

1.2.2异种钢焊接中存在的问题 2

1.2.3异种钢焊接工艺要点 4

1.2.4异种钢焊接常见缺陷及原因分析 5

1.3国内外研究现状及发展趋势 6

1.4 16MnR钢和321不锈钢的焊接性分析 6

1.5主要研究思路、研究内容 8

1.5.1主要研究思路 8

1.5.2主要研究内容 8

第二章焊接失效分析 9

2.1失效与失效类型 9

2.1.1失效的概述 9

2.1.2失效类型 9

2.2焊接裂纹失效 10

2.2.1焊接应力与变形 10

2.2.2焊接裂纹 11

2.3焊接失效分析的方法、程序和内容 13

2.3.1失效分析的方法 13

2.3.2失效分析的程序和步骤 13

2.3.1失效分析的内容 14

2.3.2失效分析手段与仪器 17

2.4失效分析的意义 17

第三章 16MnR抗氢钢与321不锈钢焊接接头裂纹失效分析 18

3.1异种钢材料焊接性分析 18

3.1.116MnR的焊接性分析 18

3.1.2 321钢的焊接性能分析 18

3.2断口分析 19

3.2.1断口宏观分析 19

3.2.2微观组织分析 19

3.2.3 断口形貌 22

3.2.4 显微硬度分析 25

第四章 结论 27

4.1 断裂原因分析 27

4.2 建议 27

参考文献 29

致 谢 31

第一章 绪 论

1.1 问题的提出

随着科学技术的进步和现代工业的不断发展，异种钢焊接技术在以机械、工业为首及其他一些领域获得日益普及的采用。与此同时，如何预防异种钢焊接接头失效，就对焊接部件提出了更严格的要求，除力学性能之外，还有导电性、高温强度、耐热性，磁性等其它多方面的性能，使其对焊缝的标准更高。这样的话，仅凭某种金属材料很难完全满足工作要求，当然也有可能有单个种类的金属能大致满足需求，但常常会因为原料价格昂贵又难获得而不能在广泛地在工程中应用。而现代焊接技艺已经具备将不同性能的非同种金属紧密连接在一起的能力，既不浪费能源，又能符合各式各样的需要，因此渐渐受到人们的关注，并正在各大未知领域逐步普及。综上所述，认识异种钢焊接常见缺陷产生的原因、性质、危害、影响因素，采取相应的控制和预防措施，从而提高焊接品质，确保结构件安全就显得尤为重要。本次论文拟研究16MnR抗氢钢与321钢之间的焊接过程及焊接接头开裂原因，为毕业后进入生产企业，面对实际产品，制定合理焊接工艺，培养一定的工艺研究能力^[1]。

1.2 课题背景

1.2.1 异种钢焊接及其特性

顾名思义，异种钢焊接即不同的钢种间的焊接。异种钢焊接接头通常分两类，一类为同种异种钢间的接头，这类接头的两边母材化学组成不一样，但都属于A（奥氏体）类钢或F（铁素体）类钢；第二类接头为异类异种钢组成，即接头两边的母材为不同类钢。若母材都为F类钢，其焊缝采Ni基焊条或A不锈钢焊条焊接的接头，也属于后一类接头^[2]。

由于接头两边的母材化学组成以及物理、化学特定上都不同，因此施焊时，相较于同种钢之间的焊接，异种钢焊接存在以下特点^[3]:
(1) 接头半熔化区组织与性能波动大

请支付后下载全文，论文总字数：23953字