【摘要】：堆焊作為材料表面改性的一種經(jīng)濟而快速的工藝方法,越來越廣泛地應用于各類工業(yè)零件的制造修復中。為了更有效地發(fā)揮堆焊層的作用,結合焊材和母材特性,找尋更為合理的焊接工藝,保證堆焊打底層應有的“承上啟下”的效果,是獲得高性能堆焊組織的關鍵。本文以焊縫區(qū)、熔合區(qū)及過熱區(qū)顯微組織(以下簡稱“堆焊顯微組織”)和相關力學性能為研究對象,重點研究了層間溫度、預熱溫度及電弧穩(wěn)定性對自保護藥芯焊絲堆焊顯微組織和性能的影響規(guī)律,最終優(yōu)化出較為合理的焊接工藝,并對其進行了部分重復性檢驗。采用OM、熱模擬機分別對試驗所用調質態(tài)45鋼(母材)和自保護藥芯焊絲堆焊熔敷金屬的顯微組織及熱膨脹系數(shù)進行測試分析,結果表明,兩種材料顯微組織完全不同,熔敷金屬線膨脹系數(shù)比調質態(tài)45鋼線膨脹系數(shù)大,屬異種鋼焊接范疇。采用OM、SEM/EDS、XRD等方法對堆焊顯微組織進行了分析,結果表明,相比于對照組(預熱50℃、150℃),預熱溫度100℃所得堆焊顯微組織分布相對均勻,晶粒大小適中,(殘余)奧氏體含量占比較大,雜質及微裂紋較少,組織過渡更佳。層間溫度150℃堆焊顯微組織晶粒較細小,馬氏體含量較少,未觀察到微裂紋存在,顯微組織過渡明顯優(yōu)于對照組(層間溫度100℃、200℃)。采用盲孔測試殘余應力法對堆焊熔合區(qū)殘余應力進行了測試,結果表明,相比于對照組,預熱溫度為100℃焊接所得熔合區(qū)不同測試位置殘余應力數(shù)值均小于其他兩組,中間位置殘余應力最小;層間溫度150℃試板不同測試位置殘余應力數(shù)值均小于對照組,尤其中間位置殘余應力較小,與對照組相比更利于材料穩(wěn)定。采用室溫沖擊實驗機和顯微硬度測試儀對堆焊熔合區(qū)的沖擊功和顯微硬度梯度進行了測定,結果表明,預熱溫度100℃焊接所得試板中間位置沖擊吸收功均值為35.1 J,微觀斷口具有典型河流花樣形貌,屬解理斷裂;顯微硬度跳躍幅度較小,明顯優(yōu)于對照組;層間溫度150℃焊接試板中間位置沖擊吸收功均值達34.4 J,微觀形貌為典型河流花樣形貌,含有少量的韌窩,屬解理斷裂;顯微硬度數(shù)值跳躍幅度較小,明顯優(yōu)于對照組。試驗條件下,同一焊接條件所得的試板中間位置顯微組織分布較均勻,組織過渡更好,焊接殘余應力數(shù)值較小,沖擊吸收功較大,顯微硬度數(shù)值梯度波動均較小,明顯優(yōu)于兩端位置。換言之,電弧穩(wěn)定性越好,堆焊顯微組織和相關力學性能越佳。綜上所述,合理的焊接工藝更有利于保證堆焊質量。通過以上研究優(yōu)化得出的預熱溫度和層間溫度分別為100℃和150℃。在此條件下,堆焊顯微組織分布及相關力學性能最佳。此外,與兩端相比,堆焊試板中間位置的顯微組織及相關力學性能較好。這意味著良好的電弧穩(wěn)定性有利于提高焊接質量。
【圖文】：

圖 1.1 低碳鋼焊接接頭組織變化示意圖知，，母材熱影響區(qū)，根據(jù)其顯微組織可以劃分為過。其中，過熱區(qū)和熔合區(qū)比鄰，顯微組織因處于過長大（晶粒度 1~2 級），直接導致塑韌性降低（＞化或者是裂紋；相比于熱影響區(qū)其余區(qū)域組織，穩(wěn)都是焊接接頭的薄弱環(huán)節(jié)。熔合區(qū)作為兩種材料的結構都存在較為顯著的起伏波動現(xiàn)象（也可稱為偏有裂紋、脆性相起源于此；而焊縫金屬同樣存在較材料穩(wěn)定。因此對焊縫區(qū)、熔合區(qū)和過熱區(qū)顯微組分析“堆焊層脫落”原因至關重要，應當給予足夠部分研究具體包括焊縫區(qū)、熔合區(qū)和過熱區(qū)顯微組冷卻過程中，因冷卻速度較大，焊縫金屬化學成分

圖 1.2 焊縫區(qū)組織結晶形態(tài)的變化[6]1—平面晶 2—胞狀晶 3—樹枝柱狀晶 4—等軸晶其影響因素主要包括：①化學成分；②焊接工藝參數(shù)。焊縫區(qū)金屬溶質濃度 C0、結晶速度 R、溫度梯度 G 對焊縫區(qū)組織結晶形態(tài)的影響[7]如圖 1.3 所示。肖曉明，彭云等人[8]分析發(fā)現(xiàn)，隨著焊接熱輸入的增加，3Cr 耐候鋼 MAG 焊焊縫區(qū)顯微組織中粒狀貝氏體含量增加，M-A 組元含量增加且尺寸增大。
【學位授予單位】：鄭州大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：TG455

【參考文獻】

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本文編號：2684703