海洋工程用药芯焊丝及接头组织与性能研究

发布时间：2020-04-08 03:11

【摘要】：针对目前国内440MPa以上海洋工程用的药芯焊丝存在低温韧性和焊接工艺性不稳定等问题。本文首先试制五种药芯焊丝,分析其强韧化机理,然后研究热输入量对药芯焊丝焊接接头组织与性能的影响,最后考察一种热输入下焊接接头的断裂韧度,为海洋工程用药芯焊丝的工程化应用提供理论依据和技术支持。研究了五种药芯焊丝的强韧化机理。固溶强化是五种药芯焊丝熔敷金属主要强化方式,Ni含量的增加(0.06%增至1.0%)对固溶强化增量不明显,增Cu和增Ti(Cu含量从0.025%增至0.24%,Ti含量从0.004%增至0.025%)会加强析出强化的效果;Ni元素通过增加针状铁素体的含量、减少M-A组元和细化晶粒来改善韧性;Cu元素是通过降低相变温度,增加针状铁素体的含量和细化晶粒来改善韧性;Ti元素是通过增加Ti的氧化物和细小夹杂物的数量,增加针状铁素体的形核核心来改善韧性。综上考虑,G5药芯焊丝熔敷金属(Ni含量1.04%,Cu含量0.25%,Ti含量0.025%)的综合力学性能最优。研究了三种热输入(8 kJ/cm,14 kJ/cm,20 kJ/cm)下焊接接头的组织与性能。末道焊缝微观组织包含先共析铁素体,侧板条铁素体,针状铁素体以及少量残余奥氏体。随着热输入的增加,针状铁素体含量从75%降至58%,平均铁素体尺寸从0.4μm增至1.1μm,板条间的残余奥氏体由薄膜状向块状转变;焊缝夹杂物主要是高熔点氧化物和MnS的复合夹杂物。随着热输入的增大,夹杂物的平均尺寸从1.04μm增至1.49μm,且1.25μm以下能够促进针状铁素体形核的夹杂物所占比例从59%降至48%,大角度晶界分布比例从83.3%降至73.7%。以上微观织构的变化导致焊缝强度和低温韧性下降。三种热输入下热影响区粗晶区组织主要为板条贝氏体。随着热输入的增大,原奥氏体晶界和晶内的板条贝氏体尺寸增大,且平行状的板条束增多,导致-40℃下的冲击功从129J降至90J。考虑实际工程焊接效率以及海洋工程指标要求,14 kJ/cm的热输入量最为合适。为了研究海洋工程焊接接头的断裂特性,进行了系列温度冲击实验,确定了14kJ/cm热输入下的焊缝韧脆转变温度为-40℃,熔合线位置的韧脆转变温度为-55℃。通过7组CTOD实验得到,焊缝的CTOD值均大于0.15mm,且离散率为30.08%,满足海洋工程断裂韧度的指标要求。
【学位授予单位】：江苏科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TG422.3

【参考文献】