珠光体钢和奥氏体钢焊接工艺优化及其接头性能研究

摘要

焊制压力容器是由母材和焊接接头构成的，焊接接头的使用性能从根本上决定了压力容器的质量。尤其容器设备存在异种钢焊接时，其焊接的特殊性质决定了异种钢之间的焊接工艺显得尤为重要。
　　本文研究了珠光体钢Q245R与奥氏体钢06Cr19Ni10的焊接工艺，检测了焊接接头的组织及力学性能，分析了焊接机理。进一步研究了不同焊接方法和热处理对珠光体钢与奥氏体钢焊接接头力学性能的影响，优化了异种钢焊接工艺。
　　在焊条电弧焊3种工艺要素条件下，首先观察分析了Q245R和06Cr19Ni10焊缝接头金相组织，即：在多层多道直进焊或多层多道摆动焊，层间温度受控条件下，焊缝中δ铁素体较细小，在靠近 Q245R一侧粗晶区和细晶区有铁素体和珠光体；而在多层多道摆动焊，层间温度不受控，焊缝中δ铁素较粗大，并且其Q245R侧粗晶区和细晶区存在魏氏体。力学性能测试结果表明：在多层多道直进焊，温度受控条件下，焊缝接头的力学性能最优。其次还研究了埋弧焊2种工艺要素条件下，Q245R和06Cr19Ni10的焊接接头金相组织：焊缝中金相组织均为奥氏体和δ铁素体， Q245R侧粗晶区存在贝氏体及魏氏体；区别是采用ER308焊丝的焊缝中析出δ铁素体含量较多，而采用 ER309焊丝的焊缝中析出δ铁素体含量较少。力学性能表明：前者工艺条件下，焊缝接头的抗拉强度也较小，后者焊缝接头的抗拉强度较大。通过金相也观察到，在两种焊接方法下，靠近Q245R母材侧的熔合区附近都存在一个明显的过渡层。
　　用扫描电镜对Q245R和06Cr19Ni10焊接接头拉伸断口进行观察和分析，结果表明：在焊条电弧焊的3种工艺中，试样断口呈韧窝断裂特征；在埋弧焊的2种工艺中，采用焊丝 ER309的焊缝处断口呈晶界开裂特征，该区应为焊接热裂纹，而采用焊丝ER308焊缝接头断口呈韧窝断裂特征。
　　本文还利用焊接珠光体和奥氏体钢的焊接工艺评定试验，扩展了热处理、线能量等工艺要素对珠光体钢和奥氏体钢焊接接头力学性能影响的规律。结果表明：热处理试件焊缝 HAZ的冲击功明显大于非热处理试件 HAZ的冲击功；在一定范围内，大线能量试件焊缝 HAZ的冲击功明显大于小线能量试件 HAZ的冲击功。
　　研究认为，焊制压力容器存在珠光体钢和奥氏体钢异种焊接接头时，用焊条电弧焊焊接时，要采用多层多道焊，层间温度控制在100℃以下，可获得综合力学性能好的焊接接头；采用埋弧焊焊接时，采用焊材ER308-HJ260，能满足产品的使用性能。

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第1章 绪论

1.1 课题研究的工程背景及意义

1.2 异种钢的焊接性能分析

1.3 国内外异种金属焊接研究现状及发展趋势

1.4 本课题研究的内容及意义

第2章 珠光体钢和奥氏体钢焊接工艺试验

2.1 焊接试验母材

2.2 珠光体钢和奥氏体钢焊接材料

2.3 焊接工艺方案

2.4 焊接接头力学性能检测及微观组织分析方法

第3章 Q245R/06Cr19Ni10焊接接头组织和性能

3.1 Q245R/06Cr19Ni10钢焊接接头微观组织

3.2 Q245R/06Cr19Ni10接头力学性能

3.3 断口形貌观察与分析

3.4 本章小结

第4章 珠光体钢和奥氏体钢焊接工艺优化

4.1 珠光体钢和奥氏体钢焊接工艺

4.2 热处理对珠光体钢与奥氏体钢焊接接头力学性能的影响

4.3 焊接方法对珠光体钢与奥氏体钢焊接接头力学性能的影响

4.4 本章小结

第5章 结论

参考文献

致谢