【毕业设计】WELDOX960高强钢焊接性研究 ㊣ 精品文档 值得下载

响区最高硬度试验搭接接头焊接裂纹试验高强钢力学性能试验及结果分析焊接接头抗拉强度试验焊接接头微观组织分析焊接接头弯曲试验焊接接头冲击试验本章小结第四章结论参考文献致谢攻读硕士研究生期间发表论文第章概述新代低合金高强钢的发展概况随着机械工业生产迅猛发展，在焊接结构日益大型化轻量化的现代工程机械及冶金矿山机械生产中，为提高机械设备的使用性能，以最大限度地满足各种工程建设的需要，钢材不仅要有良好的综合力学性能，而且要有良好的加工工艺性能比如焊接性，对于特殊条件下使用的钢种，更要求其具有相应的特殊性能，比如耐高温，耐腐蚀，耐冲击等。

因此原来的碳素钢已经不能满足需要，必将有大量的低合金高强度钢被投入使用。

低合金高强度钢是指低合金钢中包括在内的主要添加元素的含量不超过，屈服强度大于的钢种，是在碳素钢的基础上通过调整碳及合金元素的含量，并辅助定的热处理工艺实现的。

低合金高强钢的主要特点是含碳量低，可焊性好含碳量般低于，冷裂敏感指数小于，晶粒细化，屈服强度高，普遍采用等合金元素进行强韧化。

大多采用先进的冶炼工艺和形变热处理工艺进行生产。

按照低合金高强钢简称钢的屈服强度可以将其大致分为三个等级级热轧控轧正火钢级低碳调质钢级中碳调质钢低合金高强钢的发展经历了几个极为重要的时期。

世纪初的低合金高强钢主要用于结构和建筑方面，而且主要是根据屈服强度进行设计，很少注意钢材的韧性可成形性和可焊接性年代开始大力开发细晶粒化的新材料年代以控制轧制技术和钢的微合金化冶金为基础，形成了现代低合金高强度钢的新概念年代初以来，借助于工艺技术方面的成就开发了适于广泛工业领域和专门领域的品种。

在钢的化学成分工艺组织性能的关系中，第次强调了钢的组织的主导地位，表明低合金高强钢的基础研究已趋于成熟。

随着低合金高强钢的不断发展，在高强度耐高温耐低温耐腐蚀等方面满足了焊接结构的要求，并在桥梁锅炉及压力容器汽车舰船石油管线等领域得到了广泛的应用。

低合金高强钢主要是通过调整钢中碳元素和合金元素的质量分数和配以适当的热处理来实现的，当然碳元素和合金元素的增加也会给钢的焊接性带来不利的影响。

在低合金高强钢中，随着强度级别的提高，碳元素及合金元素质量分数的增多，势必会引起接头的脆化软化及裂纹倾向增大。

这些焊接性问题的出现，不仅会降低焊接结构安全运行的可靠性，造成焊接结构的早期破坏，而且还会给国家财产和人民生命造成重大损失。

为了不断改善低合金结构钢的焊接性，国内从年代就开始研制并生产焊接性良好的微合金控轧钢和新代超细晶粒钢，这些新钢种的出现必然会给钢的焊接性带来了重大的变革。

工业的不断发展对钢材焊接接头的性能要求越来越高，比如承载强度大，塑性韧性好，抗疲劳，抗裂纹等，因此钢材的发展趋向也在逐渐变化。

在充分考虑经济因素和环境因素的前提下，对钢材的洁净度均匀性强度等方面提出了更高的要求。

稳定的冶炼凝固技术和超细晶粒组织控制等生产工艺越来越重要，要改善钢的使用性能，使钢的强度服役能力有明显提高，且易回收利用。

同时由于绝大多数产品和构件的设计都是通过焊接实现的，钢材的发展对焊接工艺焊接材料结构设计等方面提出了挑战，如何提高接头的强度，如何避免裂纹的产生以及如何提高接头的疲劳极限等，由此将引发出系列科研课题如何通过化学冶金过程使钢材的纯净度极限化如何改进技术措施使钢板的加工过程经济化和钢板综合性能的完美化等。

我国低合金高强钢的发展现状及面临的挑战在六七十年代，我国高强度钢的生产几乎处于空白状态，但在国外，其发展和应用已很广泛，而且还有不断增长的趋势。

我国在这领域起步很晚，从年代我国控制轧制的基础研究开始进行，在低合金高强钢合金设计中，人们已不再采用以提高钢中碳元素的含量牺牲塑性来得到更高强度的传统设计方案，新的合金设计是向钢中添加等少量合金元素，从而提高钢的强度改善焊接性和耐磨性等力学性能。

到目前为止许多低合金高强钢的生产已开始采用此方法，并将成为厚钢板生产的主要方向。

对这类钢配套使用的焊接材料的研制成为当前亟待解决的问断口扫描结果表明，高强钢的在冲击韧性良好，对应冲击值高达。

图为接头在冲击时冲击断口的起裂区和放射区形貌，放射区为准解理断裂。

与图比较，发现该区域小断面上撕裂棱尺寸减小，数量增加，河流粗化，脆性断裂形貌增多。

另外分布有少量的韧窝，这些现象进步表明该钢焊后具有较好的强韧性。

比较试样的宏观断口可观察到，在不同冲击温度下，的冲击断口均由纤维区放射区和剪切唇三部分组成。

随着冲击温度的降低，断口中纤维区由大韧窝逐渐变为小而浅的韧窝，放射区中准解理花样增多，剪切唇变窄，对应于随着温度的降低冲击功逐渐降低。

接头热影响区冲击韧性好，除了钢材本身晶粒细化，纯净度高，韧性好之外，另方面主要是在多层多道焊时，第道焊缝冷却后得到粗晶组织，受第二道焊缝焊接热循环的作用，第道焊缝再次被加热至以上，粗晶组织得到细化，韧性得以改善。

焊缝和的细晶贝氏体和低碳马氏体是接头强韧性性的根本保证。

本章小结通过以上对高强钢焊接性进行理论分析以及对接头进行抗裂性试验和力学性能试验结果分析，得出如下结论高强钢含碳量低，合金元素含量低，杂质含量少，碳当量小，接头冷裂倾向小，几乎不会产生热裂纹和再热裂纹。

通过制定合理的焊接工艺有利于改善高强钢的焊接性。

当母材厚度为，采用混合气体保护焊，预热温度为，焊接热输入为，层间温度，单道摆动盖面，焊后直接空冷，焊后不采取后热的工艺方案，接头强韧性好，抗冷裂性好。

焊缝组织形态为细小的柱状晶，焊缝和组织均由针状铁素体贝氏体和低碳马氏体组成细晶区以综合性能优异的针状和粒状贝氏体为主，另外分布有针状铁素体和少量的低碳马氏体，平均晶粒尺寸，具有较高的强韧性。

根据低强匹配原则选取高强焊丝，接头屈服强度为，抗拉强度为，平均失强率仅为。

热影响区低温冲击韧性为。

试验结果表明的轻微软化不但不会削减接头的强度，反而有利于接头拘束应力的释放，提高接头的韧性和抗裂性。

第四章结论低合金高强钢，含碳量低，合金元素含量低，经特殊的连续轧制淬火工艺后配合调质处理，使钢材晶粒细化，纯净度提高，焊接接头强韧性好，冷裂热裂敏感性低。

根据低强匹配原则及军用车载桥梁产品设计要求，选取高强焊丝，焊接方法选用混合气体保护焊，预热温度为，焊接热输入为，层间温度，采用单道摆动盖面，焊后直接空冷，不采取后热的工艺设计方案，接头屈服强度为，抗拉强度为，平均失强率为仅为热影响区低温冲击韧性为，脆性转变温度低于，接头抗冷裂热裂性好。

试验表明焊接接头完全可以满足军用车载桥梁的服役要求。

焊缝组织形态为细小的柱状晶，焊缝和热影响区组织均为针状铁素体贝氏体低碳马氏体，粒状贝氏体和低碳马氏体是接头强韧化的重要保证。

焊接热输入对焊缝组织和接头性能有重要影响，随着热输入的增加，焊接热影响区脆化软化现象严重。

在多层多道焊中，通过调整热输入控制接头冷却速度可以有效改善热影响区的脆化和软化现象，提高接头的强韧性，满足构件的设计要求。

参考文献陈序，低合金高强钢的开发动向及焊接工作者面临的任务，第九届全国焊接会议论文集，潘际銮，展望世纪焊接科研，中国机械工程，李午申，新代钢铁材料及其焊接性的发展，焊接技术，张文钺，焊接物理冶金，天津大学出版社，匡震邦，顾海澄，材料的力学行为，高等教育出版社，崔忠圻，金属学与热处理，北京，机械工业出版社，乔从跃，赵彭生，低合金结构钢焊接热影响区最大硬度计算，太原理工大学学报，李亚江，邹增大江全昌，低碳耐磨高强钢的组织性能及应用，钢铁李亚江，邹增大，焊接热循环对钢热影响区组织及性能的影响，金属学报，王宗杰，臧汝恒等，工程材料焊接技术问答，机械工业出版社，铃木春义，钢材的焊接裂纹冷裂纹，北京，机械工业出版社，中国机械工程学会，焊接手册第二卷，北京，机械工业出版社，俞继伦，郭寿汾，崔凤池焊接性试验斜型坡口焊接裂纹试验方法，国家技术监督局，批准，实施，中国标准出版社，上海交通大学金属断口分析金属断口分析编写组，金属断口分析，国防工业出版社出版李炯辉，施友方，高汉文，钢铁材料金相图谱，上海科学技术出版社，俞继伦，郭寿汾，崔凤池焊接性试验焊接热影响区最高硬度试验方法，国家技术监督局，批准，实施，中国标准出版社，俞继伦，郭寿汾，崔凤池焊接性试验搭接接头焊接裂纹试验方法，国家技术监督局，批准，实施，中国标准出版社，汪宛，唐守礼，邵松茂焊接接头拉伸试验方法，国家技术监督局，批准，实施，中国标准出版社，张汉谦，钢熔焊接头金属学，机械工业出版社，陈伯蠡，金属焊接性基础，机械工业出版社，汪宛，唐守礼，邵松茂焊接接头弯曲及压扁试验方法，国家技术监督局，批准，实施，中国标准出版社，汪宛，唐守礼，邵松茂焊接接头冲击试验方法，国家技术监督局，批准，实施，中国标准出版社，邹增大，李亚江，钢焊接熔合区的裂纹形态，钢铁研究学报马耀芳，王富林，级高强钢的焊接试验研究，电力建设王振家，低碳调质钢焊接接头强度匹配的研究，第六届全国焊接学术会议论文集西安致谢在论文完成之际，首先向精心指导试验和论文写作工作的导师孟庆森教授致以崇高的敬意和深深的谢意。

感谢孟老师的精心教导和培育才得以使论文圆满顺利地完成。

三年来，孟老师科学严谨的治学风范渊博深邃的学识及真诚朴实的生活作风都给我留下了深刻的印象，在今后的生活和学习中将不断激励着我。

同时在试验进行中得到了太原重型机器有限公司王成文所长太原理工大学测试中心赵兴国老师的大力支持和帮助以及电科院梁军夫妇的热心帮助，特在此表示深深的感谢。

感谢本实验室的崔健和安占军同学在生活和学习中的关心和帮助。

同窗之谊和手足之情，我将终生难忘，感谢父母及家人在我求学生涯中给予默默的支持。

最后感谢所有老师和同学在研究生期间的关心和指导，在此向他们表示真诚的谢意。

攻读硕士研究生期间发表论文陈少平，孟庆森，陶瓷与金属场致扩散连接的反应及发展，太原理工大学学报孟庆森，陈少平，薛锦，与铝及铝基复合材料场致扩散连接机理的研究，硅酸盐学报相阿峰，陈少平，牵引电机磁体自动焊接装备研制，机械管理开发孟庆森，陈少平，薛锦，固体电解质陶瓷玻璃与金属的场致扩散连接机理研究，中国科学技术大学学报增刊孟庆森，陈少平，陶瓷与金属场致扩散连接的应用及发展，第三届北方焊接会议，秦皇岛，陶瓷与金属场致扩散