1000MPa級(jí)高強(qiáng)鋼焊接性及焊接工藝研究.pdf

1、JG950低碳貝氏體高強(qiáng)鋼屬于1000MPa級(jí)工程機(jī)械焊接用鋼，該鋼具有超低碳、高潔凈度、超細(xì)晶粒、高強(qiáng)韌性等特點(diǎn)，是低合金鋼的升級(jí)產(chǎn)品和普碳鋼板的替代產(chǎn)品，可以廣泛用于礦山機(jī)械、橋梁、鐵路、汽車起重機(jī)等重載領(lǐng)域，被國際上公認(rèn)為是面向21世紀(jì)的新一代鋼鐵材料。然而，該鋼強(qiáng)度級(jí)別高，合金系統(tǒng)復(fù)雜，焊接過程中也會(huì)隨之出現(xiàn)一些新的問題，焊接難度相對(duì)較大。因此，研究其焊接性是目前迫切需要解決的問題之一，這對(duì)于其工程應(yīng)用具有重要意義。本文采用焊接

2、熱模擬技術(shù)和焊接工藝試驗(yàn)相結(jié)合的方法，研究了JG950低碳貝氏體高強(qiáng)鋼的焊接性及焊接工藝。論文主要工作如下:
　　(1)采用焊接熱模擬技術(shù)測定了試驗(yàn)鋼的SH-CCT圖，獲得了冷卻速度對(duì)焊接熱影響區(qū)粗晶區(qū)(CGHAZ)組織和硬度的影響規(guī)律，揭示了不同冷卻速度下焊接熱影響區(qū)的相變過程組織特征。結(jié)果表明:在相當(dāng)寬的冷卻速度范圍內(nèi)，發(fā)生中溫轉(zhuǎn)變，獲得貝氏體組織;在較快的冷卻速度(≥40℃/s)時(shí)，焊接熱影響區(qū)組織以馬氏體為主;隨著冷卻時(shí)間

3、t8/5的增加，硬度逐漸下降，最高硬度為425HV0.1。
　　(2)采用焊接熱模擬、電子顯微分析、力學(xué)性能測試等技術(shù)手段，研究了焊接峰值溫度和冷卻速度對(duì)熱影響區(qū)組織及性能的影響規(guī)律。結(jié)果表明，在一次焊接熱循環(huán)條件下，試驗(yàn)鋼粗晶區(qū)為熱影響區(qū)的韌性谷區(qū)，硬度值最高。組織分析得知，引起韌性惡化的主要原因是原奧氏體晶粒粗大，表明試驗(yàn)鋼并不適合采用單道焊。在t8/5為5～45s范圍內(nèi)(E相當(dāng)于7.52～22.56kJ/cm)，模擬熱影響區(qū)

4、粗晶區(qū)組織主要為貝氏體，具有板條和粒狀兩種形態(tài)。M-A組元的形態(tài)、分布和數(shù)量隨著t8/5的改變而變化并對(duì)粗晶區(qū)的韌性產(chǎn)生顯著影響。隨著t8/5的增加，粗晶區(qū)原始奧氏體有效晶粒尺寸增大。沖擊吸收功隨著t8/5的增加呈現(xiàn)先增大后減小的趨勢(shì);當(dāng)t8/5為30s時(shí)，焊接粗晶區(qū)的韌性最優(yōu)越。t8/5超過30s后，熱影響區(qū)的硬度低于母材，此時(shí)熱影響區(qū)粗晶區(qū)將發(fā)生軟化。所以，對(duì)焊接熱輸入進(jìn)行控制，減少熱影響區(qū)軟化是保證焊接接頭強(qiáng)度的重要措施。

5、　　(3)在多道焊接過程中，二次熱循環(huán)對(duì)一次熱循環(huán)粗晶區(qū)產(chǎn)生的回火作用可以明顯改善粗晶區(qū)的低溫韌性。當(dāng)二次熱循環(huán)峰值溫度在過臨界區(qū)時(shí)，低溫韌性最好，粗大晶粒組織的重結(jié)晶是提高低溫韌性的主要因素。同時(shí)，未轉(zhuǎn)變粗晶區(qū)由于碳和合金元素?cái)U(kuò)散充分，雜質(zhì)元素得到了一定的擴(kuò)散和重熔，組織比較均勻，韌性也得到了一定改善。峰值溫度位于試驗(yàn)鋼的AC3溫度以下時(shí)，焊接粗晶熱影響區(qū)出現(xiàn)局部脆化現(xiàn)象，晶粒大小不一及存在粗大的M-A組元是韌性下降的主要原因。通過二

6、次焊接熱循環(huán)可以有效改善一次熱循環(huán)粗晶區(qū)的低溫韌性。
　　(4)分析了試驗(yàn)鋼的理論焊接性，并采用焊接熱影響區(qū)最高硬度試驗(yàn)和斜Y形坡口拘束焊接裂紋試驗(yàn)對(duì)焊接冷裂紋敏感性進(jìn)行評(píng)價(jià)。結(jié)果表明，在本試驗(yàn)條件下該鋼焊接熱影響區(qū)具有較低的淬硬傾向和冷、熱裂紋敏感性，增加預(yù)熱溫度或提高焊接線能量均使熱影響區(qū)最高硬度減小，淬硬傾向減弱;隨著預(yù)熱溫度的升高，裂紋率顯著降低，即使在苛刻的拘束條件下，采用低溫預(yù)熱100℃就可完全避免焊接冷裂紋的產(chǎn)生。<

7、br>　　(5)進(jìn)行了不同工藝條件下的混合氣體保護(hù)焊接工藝試驗(yàn)，并分別對(duì)接頭進(jìn)行拉伸、彎曲、沖擊等力學(xué)性能試驗(yàn)，并借助光學(xué)顯微鏡、掃描電鏡對(duì)焊縫、熔合線和熱影響區(qū)微觀組織及斷口進(jìn)行了分析，系統(tǒng)研究了焊接線能量、焊道間溫度等焊接工藝參數(shù)對(duì)焊接接頭組織和性能的影響規(guī)律，分析了微觀組織對(duì)接頭強(qiáng)韌性的影響以及該試驗(yàn)鋼對(duì)焊接工藝的適應(yīng)性。結(jié)果表明，該鋼種適應(yīng)于小線能量焊接工藝，采用GM120實(shí)芯焊絲進(jìn)行80％Ar+20％CO2混合氣體保護(hù)焊時(shí)，其