HG785D調(diào)質(zhì)高強鋼焊接特性及組織性能研究.pdf

1、調(diào)質(zhì)高強鋼HG785D由于具有低膨脹系數(shù)、高強度以及可焊接等優(yōu)點，廣泛應(yīng)用于工程機械、壓力容器、機車制造等行業(yè)中。由于該鋼種母材金屬中含碳量較高，若焊接工藝選用不當，易產(chǎn)生裂紋、過熱區(qū)的脆化以及熱影響區(qū)軟化等缺陷。為此，開發(fā)適合調(diào)質(zhì)高強鋼的焊接技術(shù)尤為重要。
　　本文以10mm厚的調(diào)質(zhì)高強鋼HG785D為研究對象，分別采用熔化極活性氣體保護焊(MAG焊)、電子束焊，激光-MAG復(fù)合焊三種典型焊接方法對HG785D進行焊接，研究了焊

2、接過程中的熔滴過渡行為，對比分析了不同焊接工藝下的組織特征及力學(xué)行為。
　　在弧焊研究方面，通過對弧焊的熔滴過渡過程進行分析，確定了焊接電流和焊速對HG785D鋼弧焊的熔滴過渡影響規(guī)律。在優(yōu)化焊接工藝參數(shù)的基礎(chǔ)上，利用EBSD等測試手段分析了接頭各區(qū)域的組織特征以及演變規(guī)律。隨后，對接頭各區(qū)域進行力學(xué)性能評價，并分析了接頭的殘余應(yīng)力分布。結(jié)果表明:熔滴過渡的穩(wěn)定性在于在熔滴未進入熔池之前實現(xiàn)滴狀過渡。焊接速度對電弧穩(wěn)定性影響較大，

3、速度越快，熔滴過渡不穩(wěn)定，容易發(fā)生爆斷和飛濺。焊縫處細長的針狀鐵素體與小尺寸粒狀貝氏體交錯分布，其平均有效晶粒尺寸與細晶區(qū)相差較小，可以提高沖擊韌性。此外，焊縫處大角度晶界所占比例明顯偏高，可有效阻止裂紋的擴展。熱影響區(qū)、焊縫區(qū)、母材在-20℃的沖擊功平均值為83.6J，110.2J，113J，母材及焊縫區(qū)沖擊性能明顯優(yōu)于熱影響區(qū)。通過比較三個區(qū)域的硬度得出熱影響區(qū)硬度＞母材硬度＞焊縫區(qū)硬度。接頭斷裂于母材，焊絲與母材的匹配效果較好。殘

4、余應(yīng)力分析發(fā)現(xiàn)，橫向殘余應(yīng)力距焊縫中心約60mm時應(yīng)力值基本降至0MPa，縱向殘余應(yīng)力距焊縫中心約40mm處由拉應(yīng)力變?yōu)閴簯?yīng)力，壓應(yīng)力最大值可達60MPa。
　　為了分析高強鋼在不開坡口零間隙時的焊接可行性，采用電子束焊接方法，考察厚板高強鋼在快速加熱冷卻條件下，接頭組織的演變過程及其對性能的影響。結(jié)果表明，熱輸入影響接頭熔深的大小，過大的熱輸入（束流）雖能獲得全熔透的焊縫，但由于不添加焊絲，易造成咬邊缺陷。接頭的組織形貌與弧焊明

5、顯不同:焊縫區(qū)組織主要為粗大的板條馬氏體和少量的針狀鐵素體，熱影響區(qū)組織為回火索氏體和馬氏體。晶粒尺寸上，焊縫大于熱影響區(qū)。大尺寸晶粒所占比重要高于熱影響區(qū)。焊縫的硬度高于熱影響區(qū)，而熱影響區(qū)的抗拉強度和沖擊韌性均好于焊縫金屬。接頭的最大強度達869MPa，為母材98.8％。斷口顯示優(yōu)化參數(shù)下的接頭斷口為均一的韌窩，非優(yōu)化參數(shù)下的斷口則呈現(xiàn)平整特征，主要為準解理斷裂和較淺的韌窩。
　　利用電子束在不開坡口零間隙條件下可以實現(xiàn)HG7

6、85D厚板的可靠焊接，這表明HG785D高強鋼對于高能束焊接具有較好的工藝適應(yīng)性和可行性。因此，隨后開展了目前應(yīng)用潛力較大的激光-電弧復(fù)合焊接技術(shù)。研究結(jié)果表明，在熔滴過渡特性方面，不同能量配比和光絲間距影響到熔滴過渡的穩(wěn)定。當激光和電弧的能量接近1∶1時，相互耦合較好，能形成穩(wěn)定過渡。在不同的坡口設(shè)計中，利用合適的熱輸入獲得外觀成形無缺陷的接頭，均能保證接頭斷在母材，不同鈍邊厚度對接頭的性能影響較小。在大鈍邊少填充的理念下，獲得優(yōu)化工

7、藝參數(shù):8mm鈍邊時，激光功率4500～5000W，送絲量8～8.5m/min，電壓28V，焊接速度1m/min，間隙0.7mm可獲得較好的復(fù)合焊接頭。電弧作用區(qū)和激光作用區(qū)，兩者由于加熱和冷卻速度的不同造成組織差異很大。溫度場的計算結(jié)果進一步揭示了上部電弧作用區(qū)和下部激光作用區(qū)的熱循環(huán)差異，為合理解釋組織的形成提供了理論依據(jù)。
　　為揭示上述單電弧MAG焊和激光-電弧焊接的本質(zhì)區(qū)別，運用等離子體光譜分析技術(shù)，對單電弧焊接和激光復(fù)

8、合焊接中等離子體的熱力學(xué)狀態(tài)參數(shù)進行觀測和比較，獲取不同參數(shù)下光致等離子體的電子溫度與電子密度的變化規(guī)律，從而揭示兩種焊接方法的本質(zhì)區(qū)別。結(jié)果顯示，在譜線相對輻射強度方面，復(fù)合焊產(chǎn)生的光譜基本與單電弧的類似，無新特征譜線產(chǎn)生。復(fù)合焊過程中隨著激光功率和電弧能量的減少，光強下降。在等離子體電子溫度方面，當激光功率較高時，復(fù)合焊產(chǎn)生的電子溫度高于MAG焊，且復(fù)合焊產(chǎn)生的電子溫度與激光功率、電弧能量成正比。當激光功率較低時，復(fù)合焊會引起電子溫