高氮奥氏体钢和马氏体高强钢异种材料熔化极气体保护焊研究

发布时间：2020-05-07 09:37

【摘要】：奥氏体不锈钢和马氏体高强钢的焊接常用于许多大型复杂结构的制造,主体采用韧性较好的奥氏体不锈钢,复杂的结构件、连接件或者有强度要求的部件采用马氏体高强钢,由于这两种钢的热膨胀系数和热导率等物化性能差距较大,焊接时易出现焊接应力较大等问题,而且马氏体钢的裂纹敏感性较大,常选择韧性较好奥氏体钢作为焊接材料,本课题所采用的高氮奥氏体不锈钢作为近些年来发展迅速的新型钢种,在强度、抗腐蚀性、生物相容性、抗冲击性能上都超过以镍元素为主要奥氏体化元素的传统不锈钢,应用前景十分广泛,但是高氮钢在焊接过程中易出现氮元素的聚集和逸出,就要适当地向焊缝中增氮,这也就是本文的重点研究内容。首先以奥氏体焊丝为成分基础开发了三种不同含氮量的药芯焊丝,与定制的三种氮-氧-氩三元保护气相匹配,研究这两种增氮方法的增氮效果以及重点分析氮元素的增加对焊接接头微观组织和力学性能的影响,发现焊缝中氮元素的增加可以使焊接接头抗拉强度有一定的提高,但是也使焊缝中气孔含量明显增加,导致接头冲击功和断后伸长率有所下降,并通过分析证明了含氮保护气不适合适用于本次高氮钢和高强钢异种材料的焊接,且认为焊接过程中大量的焊接飞溅等问题与开发的药芯焊丝成分比较粗糙有关。在之前焊缝增氮研究的基础上,借助热力学计算软件开发了三种不同含氮量的实心焊丝且对母材和焊丝热力学计算结果进行分析得到焊接过程中的敏感温度区间:550°C-900°C,因此焊接过程要严格控制层间温度,为便于与高氮焊丝进行对比且从不同焊材的角度表征高氮钢-高强钢异种材料的焊接性,还选择了马氏体焊丝、双相不锈钢焊丝以及不含氮的奥氏体钢焊丝从焊丝使用性能、焊接气孔、焊接裂纹、焊接接头微观组织及力学性能多个方面进行分析,选择表现较好的一种含氮焊丝对非对称角度坡口进行了探索,建议在坡口设计时高氮钢的坡口角度略小于高强钢。对不同种类焊丝进行焊接性分析,不含氮焊丝存在氮元素聚集逸出等问题,含氮焊丝焊缝的气孔倾向较大,因此将两种焊丝组合起来,采用向熔化极气体保护焊填丝的方法进行焊接,当焊丝成分差异较大时在焊缝中形成了团状组织,与同等含氮量焊接接头相比,气孔完全消失,焊接接头冲击功提高了62.7%,断后伸长率提高了81.1%,但是由于磁偏吹的存在,背面清根后的打底焊道高氮钢一侧存在熔合不良的现象,采用了含氦40%的保护气对该问题进行改善,没有取得明显的效果,建议今后研究采用不对称异形坡口或者磁控电弧对该问题进行解决。
【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】：2018
【分类号】：TG457.11

【参考文献】