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《山东大学》 2011年
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Q550+Q690异种钢焊接接头强韧性匹配研究

张蕾  
【摘要】:为加快国内厚煤层高产高效生产的发展,煤炭开采对液压支架的设计研制技术提出更高要求,尤其在液压支架用高强钢的焊接技术方面。强度级别越高的钢种,焊接时易产生焊接裂纹,且焊接件强度降低等不足,尤其对于800MPa级别以上高强钢而言,难以克服此类问题。实际中通常采用焊前预热工艺,来预防焊接裂纹的产生,但由于工艺复杂会提高焊接成本。同时,焊材的合理匹配,能有效减小煤机行业的高强钢和焊材等原材料的消耗。因此,本课题研究不预热条件下,焊接接头强韧性匹配,这对推动煤机行业和低合金高强钢焊接的发展,具有重要的理论意义和实用价值。 采用80%Ar+20%CO2气体保护焊方法,在不预热条件下,焊接液压支架用Q550+Q690低合金高强钢,对焊接接头的裂纹敏感性及强韧性匹配进行研究,深入分析裂纹扩展机制,焊接参数、焊丝及微观组织对接头强韧性的影响,并探讨热影响区失强的控制。 进行直Y坡口焊接裂纹试验,对比不同强度匹配接头的裂纹率,分析焊接热输入对裂纹率的影响,结果表明,无论接头低强或高强匹配,焊接热输入应控制在12~18kJ/cm范围内。采用金相显微镜、扫描电镜(SEM)观察裂纹的产生和扩展。裂纹启裂于Q690侧焊缝根部熔合区,沿“之”字型扩展,焊缝金属中聚集程度较高的第二相粒子,促进裂纹快速扩展。第二相粒子作为微裂纹的起源,引起次级裂纹的形核扩展。 拉伸试验、冲击试验结果表明,低强匹配ER50-6,MK·G60-1接头的抗拉强度相差不多,但后者的塑韧性明显优于前者。采用SEM分析微观断口形貌,ER50-6焊丝焊缝的断裂机制为韧窝+解理;而MK·G60-1焊丝的断裂机制为韧窝+准解理。采用ER50-6焊丝时,焊接热输入不应过大,过大的热输入会导致Q690侧熔合区断口放射区呈现明显的解理台阶,较大的解理刻面上有河流状花样,对应的熔合区韧性较低。而MK·G60-1焊丝的Q550侧熔合区,由于韧窝尺寸较大且深,对应的韧性值比ER50-6焊丝Q550侧熔合区要高。 采用光学显微镜观察接头显微组织,低强匹配MK·G60,MK·G60-1焊缝金属中Mo、Cu、Ci、Ti等合金元素能有效地抑制先共析铁素体和侧板条铁素体的形成,而对针状铁素体的形核长大有促进作用。高强匹配MK-GHS70焊缝组织中除了含有大量贝氏体,细小的针状铁素体组织外,还含有块状铁素体。 采用SEM、透射电镜(TEM)、能谱分析仪分析针状铁素体形核,结果表明,由Ti、Mn、(Ti, Mn)、Al氧化物和Mn、Cu硫化物组成的复合物,可作为有效形核质点。夹杂物的尺寸范围为0.4~0.8μm,间距大于3μm。针状铁素体能以有效形核质点为中心,也可在初生铁素体板条边界诱发形核。铁素体板条间的残余奥氏体可提高焊缝的抗裂性。 采用SEM, TEM观察热影响区组织及微观断口形貌,结果表明,马氏体与贝氏体间大角度晶界,能有效地阻止裂纹的快速扩展,提高热影响区韧性。同时,这种大角度晶界,使得裂纹扩展困难,会在放射区形成解理扇形花样。而M-A组元的形态,含量,分布,尺寸等受焊接热输入影响较大。热输入过大,易导致板条较宽,解理刻面较大,可能会出现解理台阶,对应的冲击韧性较低。
【学位授予单位】:山东大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2011
【分类号】:TG407

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【引证文献】
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