厚板高强钢Q690E机器人双丝MAG焊工艺研究

摘要

随着海洋钻井平台逐步向深海发展，平台用钢的强度等级越来越高、厚度越来越大。而钻井平台桩腿的焊接作为平台建造最为关键的步骤之一，对焊接效率和焊接质量的要求也越来越高。针对我国海洋平台建设起步晚、技术水平相对落后的状况，本文重点研究了自升式钻井平台桩腿用大厚度Q690E低合金高强钢机器人双丝MAG焊接工艺。
　　本文首先采用ABAQUS有限元分析软件，模拟计算了不同焊丝间距的Q690E双丝焊温度场和焊接接头热循环曲线，并与单丝焊温度场进行对比分析，探索低合金高强钢机器人双丝 MAG焊接接头热循环曲线特点，为后续工艺试验提供理论指导。然后通过平板单层单道堆焊试验，以及对焊道截面的宏观分析，探索不同焊接电源模式（脉冲模式和恒压模式）以及焊接速度对机器人双丝MAG焊缝成形的影响。最后结合以上试验结果，对50mm厚的Q690E高强钢进行机器人双丝MAG对接焊工艺试验，通过对焊接接头的力学性能测试、微观组织观察以及冲击断口的扫描电镜照片分析，研究了焊接热输入、焊接规范（大电流高速焊和小电流低速焊）以及保护气体对Q690E机器人双丝MAG焊焊接接头组织性能的影响。结果表明：⑴当双丝间距大于20mm时，焊接熔池中部出现缩颈，焊缝中心热循环曲线出现了两个波峰；当双丝间距为25mm时，焊缝区 T8/3增大到71.6s，冷却速度降低；⑵在其他焊接条件相同时，两种电源模式所得焊缝的熔深均为4.7mm，但脉冲电源模式下焊缝熔宽为16.0mm，余高为3.5mm，均大于恒压模式下所得焊缝熔宽和余高；随着焊接速度的增大，双丝脉冲MAG焊缝熔深先增大后减小，在焊接速度为9.2mm/s时，焊缝熔深最大，为5.9mm；⑶对于低合金高强钢 Q690E的机器人双丝MAG焊接工艺，当焊接电源采用脉冲模式，焊接热输入控制在1.57KJ/mm左右，保护气体为20％CO2+80%Ar的混合气体时，能够获得满足标准规定、综合力学性能优良的焊接接头，接头强度大于770MPa，-40℃低温冲击功大于69J。

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第一章 绪论

1.1 课题的背景及意义

1.2 低合金高强钢主要特点及焊接性

1.3 双丝MAG焊接技术

1.4 本课题主要研究内容及难点和创新点

第二章 试验材料和设备

2.1 机人双丝MAG焊接系统介绍

2.2 试验材料及试验方法

2.3 焊接接头性能测试

2.4 试验研究技术路线

第三章 低合金高强钢双丝MAG焊温度场有限元模拟与分析

3.1 焊接过程的有限元分析方法

3.2 热传导方程

3.3 热源模型的选择

3.4 热源的叠加和移动处理

3.5 焊接温度场的ABAQUS数值模拟

3.6 计算结果和分析

3.7 本章小结

第四章 低合金高强钢机器人单双丝MAG焊焊缝成形分析

4.1 电源模式对机器人单丝MAG焊缝成形的影响

4.2 机器人双丝MAG焊接工艺对焊缝成形的影响

4.3 机器人单双丝脉冲MAG焊缝成形对比

4.4 本章小结

第五章 低合金高强钢机器人双丝MAG焊接头组织性能分析

5.1 焊接工艺参数对焊接接头力学性能的影响

5.2 焊接工艺参数对焊接接头微观组织的影响

5.3 焊缝区冲击断口分析

5.4 本章小结

结论

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间已发表或录用的论文