基于手工电弧焊及氩弧焊的SS400钢焊接热影响区研究

摘要

手工电弧焊和氩弧焊是两种比较常用的焊接方法，这两种焊接方法在工程上被广泛使用。随着钢铁冶炼、轧制及热处理技术的重大突破和进步，低合金钢的生产和使用越来越广泛。但是，这类钢由于含有第二相粒子较少，在焊接过程中，容易出现热影响区软化、脆化冷裂纹和过热区的组织粗化严重等问题，更进一步研究热影响区的温度场、力学性能和组织转变规律等问题，能够有效提高焊接质量。本文选用手工电弧焊和氩弧焊两种焊接方法分别对4mm SS400薄板进行焊接试验。分析焊接热影响区组织转变、硬度和残余应力分布规律，从而为其实际焊接中选取合适的焊接方法和确定正确的工艺参数提供依据。
　　首先利用L78淬火膨胀仪测定了SS400钢的临界相转变温度并绘制出SH-CCT曲线。通过对其不同冷速下的显微组织及显微硬度分析发现，当冷速在0.1℃/s~20℃/s时，主要发生铁素体+珠光体转变，随着冷速增加，珠光体含量增多，且铁素体晶粒减小，硬度增大；当冷速在30℃/s~80℃/s时，发生贝氏体转变；当冷速大于100℃/s时，大量出现马氏体。
　　采用K型热电偶测定两种焊接方法的热循环曲线，由热循环曲线可以看出，手工电弧焊和氩弧焊距焊缝10mm和20mm处的两个点，氩弧焊的升温速率和降温速率均低于手工电弧焊，手工电弧焊的峰值温度高于氩弧焊。氩弧焊的高温区的温度变化范围小于手工电弧焊。
　　采用盲孔法测量焊接后钢板的残余应力，得出纵向和横向的残余应力分布曲线。试验结果表明：手工电弧焊在纵向的残余应力值最大值为387MPa，在焊缝两侧为压应力，距离焊缝中心12mm处的压应力最大。横向上的残余应力在中间位置为拉应力，在焊缝两头为压应力，越靠近边缘压应力越大。氩弧纵向上的最大拉应力为328 MPa，在距焊缝中心为7mm处，压应力最大。横向的残余应力曲线与手工电弧焊的相似，氩弧焊的焊接变形小于手工电弧焊。
　　对比手工电弧焊和氩弧焊条件下接头组织转变和显微硬度的分布规律，结果表明：手工电弧焊熔合区宽度大于氩弧焊，组织中有魏氏组织，氩弧焊组织主要是粗大的铁素体和珠光体。手工电弧焊在过热区的组织粗化程度大于氩弧焊，魏氏组织百分比远大于氩弧焊，氩弧焊在该区域主要是粗大的铁素体、珠光体和少量的贝氏体，手工电弧焊在过热区的脆性大于氩弧焊。手工电弧焊和氩弧焊焊接接头的硬度曲线沿焊缝中心对称，手工电弧焊的最高硬度大于氩弧焊，焊缝中心的硬度及热影响区的硬度值均大于氩弧焊。

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引言

1文献综述

1. 1 手工电弧焊和氩弧焊概述

1.2 低合金钢

1. 3 焊接热模拟技术的研究及应用

1. 4 焊接温度场的测定

1. 5 焊接残余应力的测定

1. 6 焊接热影响区研究

1. 7 研究内容

2试验材料及方法

2. 1试验材料

2.2焊接CCT曲线测定方案

2. 3手工电弧焊和氩弧焊焊接试验

2. 4试验设备

3 SS400钢热影响区连续冷却的转变曲线

3. 1 SH-CCT曲线测定

3. 2 组织分析

3. 3 硬度分析

3. 4焊接冷裂纹的敏感性评价

3. 5 本章小结

4 SS400钢焊接温度场

4. 1 试验原理

4. 2手工电弧焊和氩弧焊焊接温度场试验数据对比

4. 3 本章小结

5 SS400钢焊接应力场

5. 1 试验原理

5. 2手工电弧焊和氩弧焊焊接残余应力对比分析

5. 3 本章小结

6手工电弧焊和氩弧焊接头组织分析

6. 1 热影响区的组织

6. 2焊缝组织

6. 3焊接接头硬度分析

6. 4本章小结

结论

参考文献

在学研究成果

致谢