低合金高強(qiáng)鋼FAB法埋弧焊縫組織轉(zhuǎn)變行為與性能研究.pdf

1、FAB法埋弧焊具有生產(chǎn)效率高、單絲焊可實(shí)現(xiàn)25mm以下厚度鋼板焊接、裝配簡(jiǎn)便、適應(yīng)于濕冷惡劣野外環(huán)境的焊接等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于船舶、海洋平臺(tái)等大型鋼結(jié)構(gòu)制造中。由于FAB法埋弧焊的焊接熱輸入量常在60kJ/cm以上，大的熱輸入量易造成焊縫金屬晶粒粗大，焊縫金屬中形成較多晶界鐵素體和側(cè)板條鐵素體，而降低焊縫金屬?gòu)?qiáng)韌性，使焊縫金屬性能不能滿足使用要求。如何控制FAB埋弧焊焊縫金屬的組織，獲得高強(qiáng)韌性的焊縫金屬是亟待解決的關(guān)鍵問題。本文系統(tǒng)研究

2、了低合金高強(qiáng)鋼FAB法埋弧焊縫金屬中夾雜物控制組織轉(zhuǎn)變行為，取得研究成果如下：
　　利用Taguchi法分析了低合金高強(qiáng)鋼FAB法埋弧焊中焊接電流、焊接速度、坡口角度和焊接電壓4個(gè)工藝參數(shù)對(duì)焊縫成型質(zhì)量的影響，建立了焊接工藝參數(shù)和焊縫成型質(zhì)量之間的數(shù)學(xué)模型，優(yōu)化了焊接工藝參數(shù)。通過信噪比（S/N）分析和方差分析（ANOVA）得出，焊接電流、焊接速度、坡口角度和焊接電壓4個(gè)因素對(duì)焊縫成型質(zhì)量影響程度從大到小依次為焊接電流I>焊接速度

3、v>坡口角度α>焊接電壓U。焊縫成型質(zhì)量隨著焊接電流、焊接速度的增大和坡口角度的減小而增加。FAB法埋弧焊接20mm厚DH36低合金高強(qiáng)鋼時(shí)，焊縫成型質(zhì)量較好的最佳工藝參數(shù)組合是焊接電流為1050A，焊接電壓為33~34V，焊接速度為23cm/min，坡口角度為40°。
　　用ANSYS軟件研究了不同焊接條件下FAB法埋弧焊的溫度場(chǎng)，分析了鋼板厚度、陶瓷襯墊和坡口角度對(duì)FAB法埋弧焊接溫度場(chǎng)、熱循環(huán)峰值溫度、熱影響區(qū)寬度及冷卻時(shí)間

4、 t8/5的影響。建立雙橢球體熱源模型和錐體熱源模型的三維瞬態(tài)模型。焊接熱輸入量增加，焊件上、下表面熔池寬度和長(zhǎng)度增加；背面粘貼陶瓷襯墊使焊件下表面熔池長(zhǎng)度與上表面相差不大。隨著坡口角度的增大，下表面熔池寬度明顯增加；隨著板厚增加，焊件上表面熱影響區(qū)寬度先減小后增加，焊件下表面熱影響區(qū)寬度逐漸增加；背面加陶瓷襯墊，焊件下表面熱影響寬度顯著增加。隨著板厚的增大或背面加陶瓷襯墊，焊件上、下表面冷卻時(shí)間均明顯提高。ANSYS計(jì)算所得FAB法埋

5、弧焊縫橫截面形狀和熱循環(huán)曲線與試驗(yàn)結(jié)果吻合較好。
　　系統(tǒng)研究了Ce對(duì) FAB埋弧焊焊縫金屬顯微組織轉(zhuǎn)變的影響。通過熱力學(xué)計(jì)算和試驗(yàn)研究分析得出了Ce合金化的FAB埋弧焊焊縫金屬中夾雜物是中心為Ce2O3、Al2O3、SiO2、MnO、TiO，表面為CeS的復(fù)合物。熔池中首先形成的Ce2O3作為Al、Si、Mn、Ti的氧化物和CeS的形核質(zhì)點(diǎn)，使焊縫中夾雜物的密度增加，夾雜物平均直徑減小，直徑大于2.0μm的夾雜物比例顯著降低，增

6、加了焊縫金屬中誘導(dǎo)AF形成夾雜物的數(shù)量。FAB埋弧焊焊縫金屬中存在大量中心為Ce2O3、Al2O3、SiO2、MnO、TiO，表面為 CeS的夾雜物，促進(jìn)焊縫金屬中針狀鐵素體（AF）的形成，抑制晶界鐵素體（GBF）和側(cè)板條鐵素體（FSP）形成，同時(shí)顯著增加焊縫的延伸率、拉伸強(qiáng)度及低溫沖擊韌性。焊接坡口中加入含3.0wt.％CeO2的合金粉時(shí)，焊縫中AF比例高達(dá)78.6%，延伸率為24%，抗拉強(qiáng)度高達(dá)635MPa，-20℃沖擊韌性高達(dá)89

7、J。計(jì)算出CeS和鐵素體在(111)CeS//(111)ferrite晶面上最小錯(cuò)配度為4.2%，CeS誘導(dǎo)AF形核為最小錯(cuò)配度機(jī)理。
　　研究了Zr對(duì)FAB法埋弧焊縫金屬中夾雜物與顯微組織轉(zhuǎn)變的控制；探討了不同Zr含量下低合金高強(qiáng)鋼FAB法埋弧焊縫中夾雜物的化學(xué)成分、數(shù)量、尺寸及分布；分析了Zr的夾雜物誘導(dǎo)AF形核機(jī)理。Zr-Ti合金化的FAB法埋弧焊縫金屬的夾雜物是中心為Zr、Al、Ti、Si、Mn的氧化物，表層為TiO或Ti

8、2O3，ZrO2和MnS的復(fù)合物。Zr脫氧形成的ZrO2首先從熔池中析出，并作為Al、Ti、Si、Mn的氧化物的形核質(zhì)點(diǎn)，細(xì)化焊縫金屬的夾雜物，增加夾雜物的密度，提高焊縫金屬中有效誘導(dǎo)AF形成的夾雜物數(shù)量，促進(jìn)焊縫金屬中AF形成，抑制GBF和FSP形成，顯著提高了焊縫金屬的低溫沖擊韌性。坡口合金粉中加入0.09wt.%Zr時(shí)，焊縫中夾雜物密度最大，夾雜物平均直徑最小，直徑小于1.0μm的夾雜物比例最大，焊縫中AF比例高達(dá)82%，延伸率為