F69A4-ECM4-M4金属芯埋弧焊丝及热输入对熔敷金属强韧性影响的研究

发布时间：2017-09-09 19:34

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【摘要】：埋弧焊具有生产效率高,焊缝成型好,自动化程度高等优点,成为厚板平焊的首选方法。埋弧焊接高强钢时,焊缝金属的晶粒尺寸可达母材晶粒尺寸的15倍左右,从而造成了焊缝金属的低温冲击韧性不足母材的1/3,严重制约了埋弧焊在高强钢中的广泛应用。金属芯埋弧焊丝兼备药芯焊丝调整合金成分灵活、成型美观、低飞溅和实芯焊丝扩散氢低、熔敷效率高、造渣量少等优点,被广泛的应用在高强钢的焊接中。因此,开发高强钢焊接用金属芯埋弧焊丝,并研究其熔敷金属组织转变,以提高熔敷金属的冲击韧性具有重要的工程意义。针对以上问题,研制了一种型号为AWS A5.23/A5.23M F69A4-ECM4-M4的金属芯埋弧焊丝,熔敷金属抗拉强度733MPa, 40℃平均冲击吸收功值139J,所测试的力学性能指标符合AWSA5.23/A5.23M:2011《埋弧焊用低合金钢焊丝和焊剂规范》要求。在此基础上,研究了合金元素Mn、Ce及焊接热输入对熔敷金属微观组织和力学性能的影响。通过对熔敷金属的拉伸、冲击试验对其力学性能进行了测试,采用光学显微镜、扫描电镜对微观组织进行观察,结果表明:在试验焊接参数范围内,随着Mn含量的增加,熔敷金属强度提高,但含量过高会导致冲击吸收功明显下降,因此Mn含量应控制在1.5%-2.5%之间;随着合金元素Ce含量的增加,微小夹杂物的含量增加,针状铁素体的形核质点增多,所形成的针状铁素体的比例也随之增大,当Ce含量超过0.035%时,夹杂物尺寸变大,不利于针状铁素体的形核,因此, 40℃冲击吸收功先增加后减小,而熔敷金属强度变化不太明显。在试验范围内,随着焊接热输入的增大,熔敷金属强度变化不明显, 40℃冲击吸收功逐渐减小。在热输入较低时,熔敷金属微观组织以针状铁素体和细小致密的板条贝氏体为主,粒状贝氏体占有较小的比例;当热输入逐渐增大时,板条贝氏体与针状铁素体的数量减少,组织尺寸也由细小变成粗大。冲击断口韧窝中夹杂物主要如下:Al2O3、SiO2、TiO2、ZrO2、MnO、FeO、Fe2O3,或其几种复合化合物组成。最后,对自制型号为F69A4-ECM4-M4金属芯埋弧焊丝与市售的同一类型实芯焊丝在相同焊接参数下进行了熔敷金属焊接试验,并对熔敷金属的力学性能、熔敷率、熔敷效率和电弧稳定性对比与评价。结果表明,自制不同配方的金属芯埋弧焊丝均具有较高的熔敷率和熔敷效率,良好的脱渣性能,工艺性能较好,力学性能符合AWS标准要求,能够满足实际焊接生产的需要,其中自制焊丝2#和4#电弧稳定性最佳。所设计的金属芯埋弧焊丝具有较好的焊接工艺性能和力学性能。
【关键词】：金属芯埋弧焊丝 熔敷金属 低温韧性 焊接热输入 工艺性能
【学位授予单位】：北京工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TG445;TG42
【目录】：

• 摘要4-6
• Abstract6-10
• 第1章 绪论10-20
• 1.1 选题的背景和意义10-11
• 1.2 低合金高强钢材料的强韧化11-12
• 1.3 低合金高强钢焊接材料熔敷金属的强韧化12-17
• 1.3.1 合金元素对熔敷金属中的微观组织和力学性能的影响12-15
• 1.3.2 夹杂物对熔敷金属中针状铁素体的影响15-16
• 1.3.3 冷却速率对形成针状铁素体的影响16
• 1.3.4 焊接热循环对接头强韧性的影响16-17
• 1.4 论文的意义17-18
• 1.5 主要研究内容18-20
• 第2章 试验材料及方法20-30
• 2.1 试验材料20-21
• 2.1.1 试验原材料20
• 2.1.2 焊接材料20-21
• 2.2 试验方法21-26
• 2.2.1 金属芯埋弧焊丝的制造方法21-22
• 2.2.2 熔敷金属焊接方法22-24
• 2.2.3 熔敷金属力学性能分析24-25
• 2.2.4 熔敷金属化学成分分析25
• 2.2.5 熔敷金属冲击断口、夹杂物及显微组织分析25-26
• 2.3 焊丝工艺评定实验方法26-30
• 2.3.1 焊丝电弧稳定性评定方法26-27
• 2.3.2 脱渣性评定方法27-28
• 2.3.3 熔敷率及熔敷效率评定方法28-30
• 第3章 Mn、Ce对熔敷金属微观组织和力学性能的影响30-42
• 3.1 金属芯中各种合金组分的确定30
• 3.2 高强钢熔敷金属合金系的设计30-32
• 3.3 合金元素对焊缝组织和性能的影响32-33
• 3.4 Mn对熔敷金属组织和力学性能的影响33-37
• 3.4.1 熔敷金属微观组织的分析34-36
• 3.4.2 熔敷金属力学性能分析36-37
• 3.5 Ce对熔敷金属组织和力学性能的影响37-40
• 3.5.1 熔敷金属微观组织分析37-39
• 3.5.2 熔敷金属力学性能分析39-40
• 3.6 本章小结40-42
• 第4章 热输入对熔敷金属微观组织和力学性能的影响42-54
• 4.1 试验设计42-44
• 4.2 试验结果与分析44-50
• 4.2.1 焊接热输入对力学性能的影响44-45
• 4.2.2 焊接热输入对断口形貌的影响45-46
• 4.2.3 焊接热输入对显微组织的影响46-50
• 4.3 熔敷金属中的非金属夹杂物分析50-52
• 4.4 本章小结52-54
• 第5章 金属芯埋弧焊丝综合性能对比研究54-66
• 5.1 熔敷金属力学性能评定及对比54-55
• 5.2 工艺性能评定及对比55-64
• 5.2.1 焊丝电弧稳定性评定及对比55-62
• 5.2.2 熔敷率和熔敷效率评定和对比62-64
• 5.2.3 熔脱渣率评定及对比64
• 5.3 本章小结64-66
• 结论66-68
• 参考文献68-72
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文72-74
• 致谢74

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本文编号：822366