厚板不锈钢电子束焊接接头断裂力学性能研究

发布时间：2017-10-31 12:28

  本文关键词：厚板不锈钢电子束焊接接头断裂力学性能研究

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【摘要】：奥氏体不锈钢因为其良好的耐蚀性和耐热性被广泛的应用于国防、核电及化工等大型厚板不锈钢焊接结构中。电子束焊接的能量密度集中、焊接速度快、焊接变形小,可以获得大深宽比和窄热影响区的焊接接头。所以电子束焊接在厚板及大厚板的连接方面具有很大优势。但是,随着钢板厚度的增加,焊接缺陷存在的可能性也相应增加,焊接难度相应提高,导致不锈钢电子束焊接接头形成大梯度残余应力和大梯度组织和力学性能不均匀性等问题。这些问题对厚板不锈钢焊接结构的断裂行为存在重要影响。甚至造成施工和使用过程中的断裂事故。因此研究厚板不锈钢电子束焊缝的基本力学性能、冲击韧性和断裂韧性对于整个厚板构件的结构完整性以及材料的断裂破坏的影响有重要的意义。本文实验材料选用50mm厚的304奥氏体不锈钢,对整个厚板奥氏体不锈钢电子束焊接接头在厚度方向上的显微组织、力学性能、冲击韧性以及断裂韧性进行了深入分析。并对显微组织、力学性能不均匀性对焊接接头断裂行为的影响进行了探讨。本文的主要研究内容和结论如下:(1)对厚板不锈钢电子束焊接接头区沿厚度方向不同位置的微观组织进行了细致的分析。结果发现厚板奥氏体不锈钢电子束焊接接头沿厚度方向存在着较大的微观组织不均匀性。焊缝整体上是由奥氏体和铁素体构成,沿着焊缝厚度方向,横截面铁素体依次为网状、板条状/骨架状、树枝状分布于奥氏体晶界处或枝晶间。焊缝平截面最底层焊缝中心有50-80μm的铁素体条沿焊接方向分布。焊缝的中上层凝固模式为FA模式,下层为AF模式。焊缝熔合线附近的组织由奥氏体以及带状分布的δ铁素体组成。从焊缝边界向中心方向,焊缝依次由柱状晶和等轴晶粒组成。焊缝凝固模式为FA模式时,焊缝铁素体平均含量在8%-10%之间。(2)厚板奥氏体不锈钢电子束焊接接头力学性能沿厚度方向存在着很大的不均匀性。焊缝中心的显微硬度沿焊缝厚度方向呈增加趋势,焊缝热影响区没有出现明显的软化现象,与母材硬度基本一致。接头的拉伸强度和延伸率沿焊缝厚度方向呈减小趋势。拉伸性能反映了接头相对较大区域的平均力学性能,硬度的测试捕捉了焊缝局部更细微区域的性能变化。拉伸试样全部断裂在母材处。(3)本文系统测定沿焊缝厚度方向不同位置不同加载方向的冲击性能和断裂韧性。研究了组织和力学不均匀性对韧性的影响,并分析冲击和三点弯曲试样的断口形貌,揭示了接头的断裂性质。得到不同的断裂韧度关于微观组织、力学性能以及不同位置的变化规律。发现焊缝的冲击韧性和断裂韧性均大于母材。沿着焊缝厚度方向,焊缝的冲击韧性逐渐降低,缺口沿焊接方向的最底层冲击韧性甚至低于母材,热影响区和母材区的冲击韧性并没有明显变化。焊缝的断裂韧性沿厚度方向无明显差别,均高于母材和热影响区。
【关键词】：电子束焊接 厚板不锈钢 显微组织 力学性能 断裂破坏
【学位授予单位】：上海工程技术大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TG456.3
【目录】：

• 摘要6-8
• ABSTRACT8-12
• 第一章 绪论12-25
• 1.1 研究背景及意义12-13
• 1.2 电子束焊接技术及其研究现状13-17
• 1.2.1 电子束焊接原理13-14
• 1.2.2 电子束焊接基本特点14-16
• 1.2.3 奥氏体不锈钢电子束焊接研究现状16-17
• 1.3 厚板电子束焊接结构断裂破坏研究17-23
• 1.3.1 厚板钢发展综述及断裂现状17-20
• 1.3.2 厚板电子束焊接接头的特点20-23
• 1.4 本课题研究内容23-25
• 第二章 实验材料及实验方法25-34
• 2.1 实验材料25
• 2.2 电子束焊接接头制备25
• 2.3 组织特征观察25-26
• 2.4 力学性能试验26-27
• 2.4.1 显微硬度测试26
• 2.4.2 拉伸实验测试26-27
• 2.5 韧性性能实验27-33
• 2.5.1 冲击韧性实验27-29
• 2.5.2 断裂韧度实验29-33
• 2.6 本章小结33-34
• 第三章 厚板不锈钢电子束焊接接头的显微组织与力学性能34-55
• 3.1 焊接接头显微组织34-48
• 3.1.1 接头横截面宏观形貌34-35
• 3.1.2 母材显微组织35
• 3.1.3 焊缝区显微组织35-47
• 3.1.4 熔合线附近的显微组织47-48
• 3.2 焊接接头的力学性能48-53
• 3.2.1 显微硬度48-50
• 3.2.2 拉伸试验及其断口形貌50-53
• 3.3 本章小结53-55
• 第四章 厚板不锈钢电子束焊接接头韧性性能研究55-71
• 4.1 厚板不锈钢电子束焊接接头冲击实验研究55-62
• 4.1.1 沿厚度方向的冲击功分析55-58
• 4.1.2 沿厚度方向冲击断口分析58-62
• 4.1.3 冲击试验结论62
• 4.2 厚板不锈钢电子束焊接接头断裂韧性实验研究62-70
• 4.2.1 沿厚度方向的断裂韧性分析63-65
• 4.2.2 沿厚度方向的三点弯曲断口分析65-69
• 4.2.3 三点弯曲实验结论69-70
• 4.3 冲击韧性与断裂韧性在厚度方向分布不一致的解释70
• 4.4 本章小结70-71
• 第五章 结论与展望71-74
• 5.1 结论71-72
• 5.2 展望72-74
• 参考文献74-80
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文及取得的相关科研成果80-81
• 致谢81-82

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本文编号：1122384