承压设备用钢焊接接头粗晶热影响区冲击韧性表征

摘要

结构件大多需要进行焊接连接，因此要求材料具有优异的焊接性。焊接接头和母材的冲击韧性都是承压设备设计与使用的基础性能。热影响区中粗晶热影响区(Coarse Grained Heated-affected Zone,CGHAZ)的冲击韧性通常为焊接接头中最薄弱的区域。国内目前没有任何标准与规范规定CGHAZ的冲击韧性指标，虽然《GB 150—2011 压力容器》中明确规定了焊接接头冲击功最低值，但是试验条件下的“热影响区”的冲击韧性结果并不能准确代表最薄弱的CGHAZ的冲击韧性。 本实验采用工业生产常使用的埋弧焊，焊接热输入25KJ/cm，对板厚40mm的压力容器用钢Q345R和12Cr2Mo1R进行施焊，在焊接接头的不同位置开缺口，制取大量的冲击试样，确定了CGHAZ为焊接接头的最薄弱环节，在此基础上研究了CGHAZ冲击韧性的影响因素；CGHAZ 对整体接头性能的影响规律；CGHAZ 冲击韧性的评价方法及对粗晶热影响区冲击韧性的表征。 实际施焊时，为确定粗晶热影响区(CGHAZ)、细晶热影响区(Fine Grained Heated-affected Zone ,FGHAZ)、临界热影响区(Intercritical Heated-affected Zone,ICHAZ)和亚临界热影响区(Subcritical Heated-affected Zone,SCHAZ)的韧性，分别在距离熔合线分别0、1、2、3mm处开夏比V型缺口。选择在《GB 713—2014锅炉和压力容器用钢板》中与标准相对应的温度下或者应钢材的服役环境而定的温度下做冲击实验。实际焊接接头中，很难测定CGHAZ的冲击韧性，因此统计了含有不同比例的CGHAZ的试样的冲击韧性，通过多项式拟合得出完全的CGHAZ的冲击韧性。 研究表明: （1）Q345R的组织为BF+P， CGHAZ组织为大量GB+少量BF+极少量LB。在-20℃、0℃、20℃时，母材的冲击韧性分别为39.2J、91J、219J；FGHAZ、ICHAZ和SCHAZ的冲击韧性均高于母材，而CGHAZ的冲击韧性分别为32J、41J、76J，其相对于母材分别降低了18.4%、55.4%和65%，CGHAZ表现出明显的脆化，成为整个焊接接头的最薄弱环节。 （2）12Cr2Mo1R的组织为AF+BF+GB+大量LB，CGHAZ的组织为大量GB+少量BF+极少量LB。在-30℃时，母材的冲击韧性为223J，FGHAZ、ICHAZ和SCHAZ的韧性和母材相近，而CGHAZ的冲击韧性为65J，相对于母材降低了70%，CGAHZ表现出明显的脆化，成为了整个焊接接头的最薄弱环节。 （3）影响CGHAZ冲击韧性的主要因素为原始奥氏体及亚晶粒尺寸和CGHAZ的组织组成。粗大的原始奥氏体及大量粗大GB致使CGHAZ的冲击韧性严重恶化，所以CGHAZ在缺口尖端前沿的分布越宽，试样的冲击韧性越低。 （4）依据ASEM第Ⅲ卷中NX4335.2对热影响区冲击韧性做出的补偿方法及韧性补偿标准，Q345R和12Cr2M1VR的CGHAZ均需进行韧性补偿，用CGHAZ的冲击韧性替代热影响区的冲击韧性，对CGAHZ带来的冲击韧性的损失做出补偿。但是在实际的补偿中并不能直接补偿相应的ΔAEN，到底补偿多少需要进一步的探究。此补偿方法可作为一种潜在的焊接接头的最薄弱环节的冲击韧性的补偿方法，在提高母材的焊接性，保证最薄弱环节的安全性中起到重要作用。

目录

声明

第1章 绪论

1.1 课题研究背景

1.2 课题研究意义

1.3 国内外研究现状

1.4 本课题研究内容及目标

1.5 本章小结

第2章 实验材料及研究方法

2.1 实验材料成分、组织、力学性能

2.2 实验方案

2.3 金相组织观察

2.4 力学性能实验

2.5 断口分析

2.6 本章小结

第3章 Q345R焊接接头粗晶热影响区与冲击韧性之间的关系

3.1 引言

3.2 焊接接头的组织与性能

3.3 粗晶热影响区对整体接头冲击韧性的影响规律

3.4 本章小结

第4章 12Cr2Mo1R焊接接头粗晶热影响区与冲击韧性之间的关系

4.1 引言

4.2 焊接接头的组织与性能

4.3粗晶热影响区在缺口尖端的宽度与冲击韧性之间的关系

4.4 本章小结

第5章 CGHAZ对冲击韧性的影响规律及其评价方法

5.1 引言

5.2 影响钢材焊接粗晶热影响区冲击韧性的因素

5.3 粗晶热影响区对整体接头冲击韧性的影响规律及评价方法

结论

课题展望

参考文献

致谢

附录A 攻读学位期间所发表的学术论文