1000MPa級高強鋼焊接性及焊接工藝研究.pdf

1、JG950低碳貝氏體高強鋼屬于1000MPa級工程機械焊接用鋼，該鋼具有超低碳、高潔凈度、超細晶粒、高強韌性等特點，是低合金鋼的升級產(chǎn)品和普碳鋼板的替代產(chǎn)品，可以廣泛用于礦山機械、橋梁、鐵路、汽車起重機等重載領域，被國際上公認為是面向21世紀的新一代鋼鐵材料。然而，該鋼強度級別高，合金系統(tǒng)復雜，焊接過程中也會隨之出現(xiàn)一些新的問題，焊接難度相對較大。因此，研究其焊接性是目前迫切需要解決的問題之一，這對于其工程應用具有重要意義。本文采用焊接

2、熱模擬技術和焊接工藝試驗相結(jié)合的方法，研究了JG950低碳貝氏體高強鋼的焊接性及焊接工藝。論文主要工作如下:
　　(1)采用焊接熱模擬技術測定了試驗鋼的SH-CCT圖，獲得了冷卻速度對焊接熱影響區(qū)粗晶區(qū)(CGHAZ)組織和硬度的影響規(guī)律，揭示了不同冷卻速度下焊接熱影響區(qū)的相變過程組織特征。結(jié)果表明:在相當寬的冷卻速度范圍內(nèi)，發(fā)生中溫轉(zhuǎn)變，獲得貝氏體組織;在較快的冷卻速度(≥40℃/s)時，焊接熱影響區(qū)組織以馬氏體為主;隨著冷卻時間

3、t8/5的增加，硬度逐漸下降，最高硬度為425HV0.1。
　　(2)采用焊接熱模擬、電子顯微分析、力學性能測試等技術手段，研究了焊接峰值溫度和冷卻速度對熱影響區(qū)組織及性能的影響規(guī)律。結(jié)果表明，在一次焊接熱循環(huán)條件下，試驗鋼粗晶區(qū)為熱影響區(qū)的韌性谷區(qū)，硬度值最高。組織分析得知，引起韌性惡化的主要原因是原奧氏體晶粒粗大，表明試驗鋼并不適合采用單道焊。在t8/5為5～45s范圍內(nèi)(E相當于7.52～22.56kJ/cm)，模擬熱影響區(qū)

4、粗晶區(qū)組織主要為貝氏體，具有板條和粒狀兩種形態(tài)。M-A組元的形態(tài)、分布和數(shù)量隨著t8/5的改變而變化并對粗晶區(qū)的韌性產(chǎn)生顯著影響。隨著t8/5的增加，粗晶區(qū)原始奧氏體有效晶粒尺寸增大。沖擊吸收功隨著t8/5的增加呈現(xiàn)先增大后減小的趨勢;當t8/5為30s時，焊接粗晶區(qū)的韌性最優(yōu)越。t8/5超過30s后，熱影響區(qū)的硬度低于母材，此時熱影響區(qū)粗晶區(qū)將發(fā)生軟化。所以，對焊接熱輸入進行控制，減少熱影響區(qū)軟化是保證焊接接頭強度的重要措施。

5、　　(3)在多道焊接過程中，二次熱循環(huán)對一次熱循環(huán)粗晶區(qū)產(chǎn)生的回火作用可以明顯改善粗晶區(qū)的低溫韌性。當二次熱循環(huán)峰值溫度在過臨界區(qū)時，低溫韌性最好，粗大晶粒組織的重結(jié)晶是提高低溫韌性的主要因素。同時，未轉(zhuǎn)變粗晶區(qū)由于碳和合金元素擴散充分，雜質(zhì)元素得到了一定的擴散和重熔，組織比較均勻，韌性也得到了一定改善。峰值溫度位于試驗鋼的AC3溫度以下時，焊接粗晶熱影響區(qū)出現(xiàn)局部脆化現(xiàn)象，晶粒大小不一及存在粗大的M-A組元是韌性下降的主要原因。通過二

6、次焊接熱循環(huán)可以有效改善一次熱循環(huán)粗晶區(qū)的低溫韌性。
　　(4)分析了試驗鋼的理論焊接性，并采用焊接熱影響區(qū)最高硬度試驗和斜Y形坡口拘束焊接裂紋試驗對焊接冷裂紋敏感性進行評價。結(jié)果表明，在本試驗條件下該鋼焊接熱影響區(qū)具有較低的淬硬傾向和冷、熱裂紋敏感性，增加預熱溫度或提高焊接線能量均使熱影響區(qū)最高硬度減小，淬硬傾向減弱;隨著預熱溫度的升高，裂紋率顯著降低，即使在苛刻的拘束條件下，采用低溫預熱100℃就可完全避免焊接冷裂紋的產(chǎn)生。<

7、br>　　(5)進行了不同工藝條件下的混合氣體保護焊接工藝試驗，并分別對接頭進行拉伸、彎曲、沖擊等力學性能試驗，并借助光學顯微鏡、掃描電鏡對焊縫、熔合線和熱影響區(qū)微觀組織及斷口進行了分析，系統(tǒng)研究了焊接線能量、焊道間溫度等焊接工藝參數(shù)對焊接接頭組織和性能的影響規(guī)律，分析了微觀組織對接頭強韌性的影響以及該試驗鋼對焊接工藝的適應性。結(jié)果表明，該鋼種適應于小線能量焊接工藝，采用GM120實芯焊絲進行80％Ar+20％CO2混合氣體保護焊時，其