1MnCrMoNi合金钢的焊接接头组织和性能研究

发布时间：2020-03-26 22:41

【摘要】：海洋平台是海上油气资源开采的重要工作平台,在其生产制造过程中焊接是必不可少的加工手段。在实际工程应用中常将海工钢与碳钢、管线钢及同种海工钢之间进行焊接。然而,由于异种金属之间物理和化学性能相差较大,在焊接接头会造成化学成分和力学性能不均匀等问题,影响焊接接头质量。此外,海工钢大多属于高强度、大厚度材料,这给同种海工钢之间的焊接带来了较大困难。本文分别采用手工电弧焊(SMAW)和钨极氩弧焊(GTAW)方法,将海洋工程用1MnCrMoNi合金钢分别与Q235碳钢、X70管线钢及同种1MnCrMoNi合金钢间进行焊接。采用金相显微镜、扫描电镜、X射线衍射仪、显微硬度计、冲击实验机、拉伸实验机、电化学工作站和浸泡实验等分析测试方法分析研究了焊接接头的显微组织、物相组成、力学性能和在模拟海水中的耐腐蚀性能。研究结果表明,SMAW和GTAW条件下的1MnCrMoNi/Q235接头中Q235热影响区出现魏氏组织,焊缝以针状铁素体为主,1MnCrMoNi合金钢热影响区为先共析铁素体和板条马氏体;1MnCrMoNi/X70接头中X70热影响区组织发生细化,GTAW接头X70热影响区表层出现魏氏组织,焊缝区底层和表层组织差异较大,GTAW接头焊缝表层出现粗大片状魏氏组织,1MnCrMoNi合金钢热影响区组织粗化程度较大;1MnCrMoNi/1MnCrMoNi接头中1MnCrMoNi合金钢热影响区局部地方有M-A组元,SMAW接头焊缝为细小交错分布的针状铁素体,GTAW接头焊缝底层为细小的针状铁素体,表层为粗大块状铁素体和珠光体混合分布。SMAW和GTAW条件下,1MnCrMoNi/Q235焊接接头中各区域间硬度波动较小,其中GTAW接头1MnCrMoNi合金钢侧细晶区和焊缝硬度均高于SMAW接头,其余区域基本保持一致;而1MnCrMoNi/X70焊接接头各区域间硬度均在两种母材之间,SMAW接头的焊缝和1MnCrMoNi合金钢粗晶区硬度高于GTAW接头;1MnCrMoNi/1MnCrMoNi焊接接头的热影响区硬度相比其母材变化不大,其中焊缝硬度远高于母材和热影响区。SMAW和GTAW条件下,1MnCrMoNi/Q235焊接接头抗拉强度高于强度较低的Q235母材,1MnCrMoNi/X70焊接接头抗拉强度等于X70母材,1MnCrMoNi/1MnCrMoNi接头抗拉强度高于1MnCrMoNi合金钢母材,其中三种焊接接头的拉伸断裂位置均在热影响区,性能完全满足实际工程应用要求。SMAW和GTAW条件下,1MnCrMoNi/Q235和1MnCrMoNi/X70焊接接头的焊缝和热影响区冲击韧性良好,满足使用要求,而1MnCrMoNi/1MnCrMoNi焊接接头的焊缝和热影响区冲击韧性相差较大,但均大于测试温度下的标准值,韧性合格。电化学测试结果表明,SMAW和GTAW条件下,1MnCrMoNi/Q235焊接接头各处腐蚀倾向依次为:Q235-HAZWM1MnCrMoNi-HAZ,而1MnCrMoNi/X70和1MnCrMoNi/1MnCrMoNi焊接接头各处耐腐蚀倾向均相差不大。浸泡试验结果表明,1MnCrMoNi/Q235、1MnCrMoNi/X70和1MnCrMoNi/1MnCrMoNi三种焊接接头均是SMAW条件下的腐蚀速率稍大于GTAW条件下的,其中1MnCrMoNi/Q235接头的Q235-HAZ和焊缝腐蚀产物形貌分别呈褶皱状和浮片状,均为γ-FeOOH和α-Fe_2O_3相,1MnCrMoNi-HAZ腐蚀产物形貌呈球棒状,为α-FeOOH相;1MnCrMoNi/X70接头X70-HAZ和焊缝腐蚀产物均为棉球状的α-FeOOH,1MnCrMoNi-HAZ腐蚀产物为球棒状α-Fe_2O_3和γ-FeOOH;1MnCrMoNi/1MnCrMoNi接头1MnCrMoNi-HAZ腐蚀产物表面比较致密,主要为γ-FeOOH和α-Fe_2O_3相,而焊缝腐蚀产物表面存有较大龟裂纹的α-FeOOH相。在本文的焊接工艺条件下,1MnCrMoNi/Q235、1MnCrMoNi/X70及1MnCrMoNi/1MnCrMoNi三种焊接接头质量良好,可成为1MnCrMoNi合金钢在海洋工程中应用的理论参考。
【图文】：

通常会采用间接连接方法，间接连接就是在两异种金属之间添加第三种金属，以达到可焊接的目的，如图1.1 所示[15]。图 1.1 异种金属焊接接头的间接连接（a）在 A 金属坡口堆焊过渡金属 （b）添加垫板 （c）添加金属丝（d）添加金属粉末 （e）涂层或者镀层 （f）双金属过渡层同种金属的焊接是相对比较容易的，材料的化学成分、力学性能、热导率、线膨胀系数、晶体结构类型、晶格常数、原子半径及电负性等都是非常相近的，焊接接头组织中的溶质原子能够连续溶入溶剂，形成固溶体。异种金属的焊接性是由异种金属在固态及液态的互溶性决定的，分析两种材料是否能够形成新相结构和金属间化合物。如果两种金属在焊后能够形成固溶体，可认为其焊接性良好[16]；如果形成的是金属间化合物，说明焊接性较差，理论上是不可以直接进行焊接的，需要在接口处先堆焊一层过渡层金属再进行焊接，因此异种金属焊接的复杂程度及影响焊接接头质量的因素都比同种金属间焊接要多[17]。异种金属焊接性实质上从两方面可进行理解，一方面是指两异种金属材料的结合能力，在一定的工艺参数条件下焊接在一起的难易程度；另一方面是指焊接接头在实际应用过程中的使用性能。如果两材料结合能力强，且接头具有良好的使用性能，就可以认为该异种金属间焊接性良好。1.2.2 异种金属焊接接头的组织和性能异种金属焊接时，由于两种母材和填充材料的化学、物理性质的差异，在焊接接头的焊缝区、熔合区、热影响区、母材区的显微组织均是不相同的[18-19]，其中焊接过程中两熔合区会发生不同的组织转变，碳及

图 1.2 异种金属熔合区两类边界于异种金属焊接相关文献调研发现：在异种金配及时效工艺选择对焊接接头组织和性能影响头的微观组织对接头性能影响的研究深度较浅较大争议，其中一些热处理工艺的制定没有相理论支持。在异种金属焊接接头腐蚀性能的研为主，，关于微观组织对接头腐蚀性能影响的研点、热导率、线膨胀系数等对接头组织性能影置力学性能的不均匀性已经得到了广泛的重视的评价还没有一个完整的标准。接的主要难点过程中，无论是焊接参数设定、填充材料选择间焊接难易程度大很多。这主要是由于异种金
【学位授予单位】：哈尔滨工程大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TE952;TG457.11

【参考文献】

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本文编号：2602060