碳素结构钢焊接热影响区组织Ms点测试分析系统的研究与开发

【摘要】：关于碳素结构钢和合金结构钢焊接热影响区的组织的相变温度,通常只能通过参照材料的热处理条件下连续冷却转变(CCT)图进行分析。由于焊接过程的瞬时性和焊接热影响区温度场、应力场的复杂性,该区域的组织转变往往并不完全遵守热处理条件下CCT 图所反映出的相变规律,因此为了提高焊接接头的性能,有必要深入研究真实焊接条件下热影响区组织的相变规律,尤其是马氏体组织的相变规律,因为在含碳量较高或合金元素较多的情况下,这两类钢的淬透性较强,在焊接热影响区极易形成高硬度马氏体组织,从而严重影响焊接接头的性能。 本文充分利用计算机软件和硬件技术,研究开发了一种新型焊接热循环测试及分析系统,该系统主要硬件部分由热电偶、温度变送器、数据采集卡和计算机组成。该系统的工作原理是:首先温度变送器将热电偶传送过来的电信号进行滤波、放大和线性化处理,然后将信号发送到数据采集卡,最后在计算机中应用分析处理程序对数据进行运算分析和处理。 本文利用该测试分析系统实时采集了多组45 钢和40Cr 钢的手工电弧焊焊接HAZ 热循环数据。通过计算机分析和处理这些数据,得出焊接热循环的几个重要参数:加热峰值温度( Tm )、在相变温度以上停留时间( t H)、冷却时间t 8/5和t 8/3。在采用公式法和二阶差分等方法对采集到的数据进行计算和分析的过程中,发现在45 钢和40Cr 钢的热影响区的冷却过程中,在中温以下的热循环曲线上均对应着一个二阶差分绝对值( y '')为最大的温度拐点。根据热分析法原理,并结合两种钢的焊接接头的金相组织观察和硬度测试,确定该温度拐点为马氏体相变开始点(Ms)。在此基础上,本文系统地测试分析了两种钢种在不同焊接工艺条件下热影响区Ms点的变化规律及其与热影响区组织形态和性能之间的关系,从而为此类材料的最佳焊接工艺制定提供重要的理论依据。 本研究不仅为分析焊接热影响区的组织和性能进而评定金属焊接性提供了一种新的思路和方法,同时也对辅助制定新材料的焊接CCT 图、优化焊接工艺和丰富马氏体相变机理的研究等方面均具有较高的理论意义和实际的应用价值。