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AH36薄板焊接质量控制技术研究

陆雪冬  
【摘要】:本研究采用单一埋弧自动焊、单一CO2气体保护焊、CO2气体保护焊+埋弧焊焊接方法,对AH36薄板(板厚6mm)进行了焊接试验。重点研究了在不同的焊接方法、焊接工艺参数、接头冷却条件下,焊接接头的组织演变特征,焊接接头的力学行为,以及对焊接残余变形和残余应力的影响规律。 研究结果表明,无论是单一CO2气体保护焊或是CO2气体保护焊+埋弧焊,焊接接头抗拉强度、弯曲性能和冲击韧性都满足CCS规范要求,接头力学性能之所以产生一定差异,主要是焊缝金属、热影响区的铁素体和珠光体的体积百分数以及魏氏组织、淬硬组织的生成量不同造成的。适当的焊缝背面雾化水冷,可以细化或改善焊接接头组织,控制焊缝柱状晶形态,减少铁素体生成量,适量增加珠光体含量,从而确保焊缝金属具有良好的综合力学性能。通过增加焊缝层数和道数,降低每层焊接热输入,可以控制组织及晶粒尺寸,但对于立焊位置焊接AH36钢的效果不明显。采用钢板衬垫单一埋弧自动焊,由于钢板衬垫加速了焊接区域的冷却速度,限制了热影响区晶粒长大,可以有效改善热影响区的冲击韧性,但对焊缝中心区域组织及性能影响较小。 利用ANSYS有限元分析软件对AH36薄板(板厚6mm)的温度场、应力应变场进行模拟计算,有限元模拟结果表明雾化水冷不仅能降低试件温度,也能使焊接温度场产生畸变,对二层二道焊,冷源对第二层焊道激冷作用无第一层焊道明显;通过改变焊接温度场,雾化水冷能够有效降低焊缝纵向压缩塑性变形,但焊接热输入过大其控制效果明显降低,焊接残余变形控制能力与热源与冷源之间的距离有较大关系。为验证有限元模拟结果,采用相同工艺参数进行焊接试验,试验结果表明热弹塑性有限元法对焊接变形的模拟结果与实际吻合,焊缝层数改变,对不同的焊接工艺其残余变形变化规律不同,使用不同的焊接方法,纵向挠曲变形和角变形量都将发生显著变化。 盲孔法应力实测结果表明,无论采用陶瓷衬垫单一CO2气体保护焊,还是采用陶瓷衬垫CO2气体保护焊+埋弧焊的混合焊,无论焊接接头在自然条件下冷却还是焊缝背面施加雾化水冷,焊接残余应力的分布规律基本一致;采用陶瓷衬垫CO2气体保护焊+埋弧焊的混合焊,在自然冷却条件下残余拉应力峰值较高,达到了338MPa。ANSYS有限元法对焊接热—应力场的数值模拟结果与实际相符,背面雾化水冷能够有效降低纵向残余拉应力,在焊接线能量不变的情况下,增大冷却介质流量和减小焊接冷、热源之间的距离都可以降低焊接接头的纵向残余拉应力。


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