EH40钢窄间隙MAG焊缝成形及组织转变研究

发布时间：2020-05-11 21:16

【摘要】：对于厚壁海洋用钢焊接结构,传统焊接方法多为SAW与EGW,能够保证船板结构的高效生产。SAW一般用于平焊和横焊位置,EGW仅能在立焊位正常工作,且可焊板厚受限,不能满足日益增厚的船板结构的焊接。在海洋用钢结构的焊接应用背景中,窄间隙MAG焊能满足高效生产的要求,可焊的板厚在理论上不存在上限。摆动电弧窄间隙MAG焊能适应全位置焊接,且易于实现对熔池的调控,在多种窄间隙弧焊方法中有着明显的优势。本文在研发喷嘴内置式摆动电弧窄间隙MAG焊枪的基础上,采用摆动电弧窄间隙MAG焊对EH40级超低碳高强船板钢进行了窄间隙焊接。在分析缺陷产生的倾向性之后,给出了成形稳定的工艺窗口,并对不同坡口宽度条件下的工艺进行了研究,根据其成形特点建立了焊缝成形特征尺寸的统计预测模型。在掌握窄间隙MAG焊工艺规范后,对EH40钢窄间隙MAG焊接头组织特征进行了考察,研究了窄间隙MAG焊热过程对接头各位置微观组织的影响,最后考察了焊接接头的力学性能。从冷却、送丝、绝缘、摆动以及气体保护这五个关键的角度对喷嘴内置式摆动电弧窄间隙MAG焊枪进行设计,并对喷嘴和焊枪主体结构进行了精简和优化,使之能够实现可靠、保护效果优良的持续焊接过程,为后续缺陷分析以及尺寸预测模型的建立提供充分的条件。采用高速摄像对典型缺陷参数条件下的电弧行为以及熔滴过渡过程进行了观察,根据现象分析各工艺参数变化时,典型缺陷产生的倾向性。峰值电压与摆动角度的增加均会使缺陷产生倾向性增加,焊接速度增加使侧壁熔合不良的倾向增加。在明确缺陷产生的倾向之后,给出了焊接过程稳定的工艺窗口。采用统计学方法对焊缝成形特征尺寸进行建模,模型拟合优度较高,能够较好地描述工艺区间内的焊缝成形规律。对EH40钢摆动电弧窄间隙MAG焊接头微观组织进行观察,凝固区域主要为铁素体和粒状贝氏体组织,热影响区粗晶区的微观组织在板条状无碳化物贝氏体、针状铁素体、块状无碳化物贝氏体、粒状贝氏体以及准多边形铁素体之间大致呈周期性过渡。采用有限单元法对焊接热过程进行了计算,并结合热模拟手段来阐述粗晶区组织转变的特点。接头各位置经历最后一次热循环的T_p低于A_(c1)时,IRCGHAZ组织保持原有形态特征,仅发生残余奥氏体的进一步分解;T_p从A_(c1)升至A_(c3)以上时,IRCGHAZ向SCRCGHAZ转变;T_p高于1350℃时,SCRCGHAZ向UACGHAZ转变。原奥氏体晶粒尺寸越大,其内部能够同时存在的贝氏体铁素体形态越多,板条尺寸也越大。t_(8/6)增加,贝氏体铁素体由板条逐渐过渡为准多边形状。接头经历焊接粗晶区热循环处的冲击韧性会有所损失,UACGHAZ室温冲击韧性最差,其他位置没有明显差别。将研发的喷嘴内置式摆动电弧窄间隙MAG焊枪和尺寸预测模型应用于船板钢的拼焊,验证工艺和焊枪的可靠性,获得了成形良好、性能优良的焊接接头。
【图文】：

热模拟,峰值温度,电渣焊接头,冷却速度

图 1-3 不同峰值温度及不同冷却速度条件下热模拟试样的 M-A 组元分布 a) Tp=1350℃; b)Tp=950℃; c) t8/5=50s; d) t8/5=100s图 1-4 EH40 钢电渣焊接头微观组织 a) CGHAZ; b) Fusion line; c) Solidification zonea) b) c)a) b)

形貌,冲击试验,端口,形貌

图 1-2 不同冷却速度条件下热模拟试样的微观组织 a) t8/5=50s; b) t8/5=100s; c) t8/5=200s; d)t8/5=300s图 1-3 不同峰值温度及不同冷却速度条件下热模拟试样的 M-A 组元分布 a) Tp=1350℃; b)Tp=950℃; c) t8/5=50s; d) t8/5=100s图 1-4 EH40 钢电渣焊接头微观组织 a) CGHAZ; b) Fusion line; c) Solidification zonea) b) c)a) b)
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：U671.8;TG457.11

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