本文關鍵詞：變形對兩種鋼材焊接組織及力學性能的影響研究

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【摘要】：在焊接結構件中,需要在焊前預先進行如彎曲變形等成型加工的工件占據了非常大的比例,然而目前針對預變形件焊接的研究較少。本文以Q235和304L預變形薄板焊接為研究對象,結合有限元模擬,研究預變形對鋼材的焊接組織和力學性能的影響,對改善石油化工、機械制造等行業(yè)的焊接結構件質量,提高我國結構件的焊接制造水準,推動高端裝備技術領域的發(fā)展具有重要意義。本文首先通過液壓折彎試驗對鋼板進行90。折彎,獲得焊前預變形,并利用Forge有限元模擬折彎加工的變形程度分布,應變場結果得到電解刻蝕圖紋的驗證。根據應變場結果設計了兩組焊接組織分別具有不同變形程度的預折彎焊接接頭試樣,以及一組在變形后經過去應力退火的對比試樣,作為本文研究的前提和主要研究對象。然后,利用機器人GMAW焊接試驗研究焊接參數對Q235和304L接頭焊縫的影響規(guī)律,優(yōu)選了兩種材料的合理焊接參數,實現了通過折彎實驗設計的預變形焊接接頭,得到的焊縫成型良好,無夾雜、咬邊、裂紋、氣孔等缺陷。對于Q235,焊接速度為4.0mm/s,送絲速度4.2 m/min,電壓為23 V；對于304L,焊接速度為3.7 mm/s,送絲速度4.0 m/min,電壓為16 V。為分析預變形對焊接組織和性能的影響,本文進一步建立了Q235預變形接頭的焊接溫度場有限元模型,得到不同焊接區(qū)域的熱循環(huán)曲線,并通過熔池形狀和實際熱循環(huán)曲線進行了驗證。通過實驗分析了預變形對Q235和304L兩種鋼材焊接組織和力學性能等的影響。研究發(fā)現,對于Q235接頭的顯微組織,由于折彎變形增大了碳原子的遷移速率,使得L+6相區(qū)減小,γ相區(qū)變窄,從而導致冷卻過程中在相應相區(qū)的停留時間變短,減小了熔合區(qū)和粗晶區(qū)的寬度。對不同焊接區(qū)域,預變形程度越大,接頭的熔合區(qū)尺寸越小,細晶區(qū)尺寸越大,而各區(qū)域的組織形貌不變。預變形后接頭的抗拉強度不低于母材,在熔合區(qū)和熱影響區(qū)的硬度值均高于母材,接頭的硬度分布曲線體現了預變形對熔合區(qū)和細晶區(qū)寬度的影響,與焊接組織尺寸的觀察結果一致。對于Q235接頭的殘余應力,預變形在一定程度上降低了縱向殘余拉應力,并增大了焊縫附近的橫向殘余壓應力,但可能會提高熱影響區(qū)的橫向殘余拉應力。與無預變形的焊接接頭相比,304L接頭的顯微組織隨著預折彎接頭熔合區(qū)和熱影響區(qū)預變形程度的增大,熔合區(qū)寬度變小,熱影響區(qū)條狀鐵素體的體積分數減少,這主要是由于預變形產生的位錯與空位促進了溶質元素的擴散,進而促進了焊接冷卻過程中6鐵素體向奧氏體的轉化,使得更少的6鐵素體保留在熱影響區(qū)。此外,在同等條件下,經過預變形的304L焊接接頭抗拉強度更大。其中,焊趾處初始預變形程度約30%的接頭I強度與母材接近,到達母材抗拉強度的98%。相對于熔合區(qū)變形程度較低的接頭Ⅱ,接頭I的預變形程度更高,一方面減小了熔合區(qū)這一薄弱區(qū)域的寬度,另一方面使得熔合區(qū)硬度提高,因此接頭強度更高。
【學位授予單位】：東南大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TG457.11

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本文編號：1247290