【摘要】：海洋平臺(tái)是海上油氣資源開采的重要工作平臺(tái),在其生產(chǎn)制造過程中焊接是必不可少的加工手段。在實(shí)際工程應(yīng)用中常將海工鋼與碳鋼、管線鋼及同種海工鋼之間進(jìn)行焊接。然而,由于異種金屬之間物理和化學(xué)性能相差較大,在焊接接頭會(huì)造成化學(xué)成分和力學(xué)性能不均勻等問題,影響焊接接頭質(zhì)量。此外,海工鋼大多屬于高強(qiáng)度、大厚度材料,這給同種海工鋼之間的焊接帶來了較大困難。本文分別采用手工電弧焊(SMAW)和鎢極氬弧焊(GTAW)方法,將海洋工程用1MnCrMoNi合金鋼分別與Q235碳鋼、X70管線鋼及同種1MnCrMoNi合金鋼間進(jìn)行焊接。采用金相顯微鏡、掃描電鏡、X射線衍射儀、顯微硬度計(jì)、沖擊實(shí)驗(yàn)機(jī)、拉伸實(shí)驗(yàn)機(jī)、電化學(xué)工作站和浸泡實(shí)驗(yàn)等分析測(cè)試方法分析研究了焊接接頭的顯微組織、物相組成、力學(xué)性能和在模擬海水中的耐腐蝕性能。研究結(jié)果表明,SMAW和GTAW條件下的1MnCrMoNi/Q235接頭中Q235熱影響區(qū)出現(xiàn)魏氏組織,焊縫以針狀鐵素體為主,1MnCrMoNi合金鋼熱影響區(qū)為先共析鐵素體和板條馬氏體;1MnCrMoNi/X70接頭中X70熱影響區(qū)組織發(fā)生細(xì)化,GTAW接頭X70熱影響區(qū)表層出現(xiàn)魏氏組織,焊縫區(qū)底層和表層組織差異較大,GTAW接頭焊縫表層出現(xiàn)粗大片狀魏氏組織,1MnCrMoNi合金鋼熱影響區(qū)組織粗化程度較大;1MnCrMoNi/1MnCrMoNi接頭中1MnCrMoNi合金鋼熱影響區(qū)局部地方有M-A組元,SMAW接頭焊縫為細(xì)小交錯(cuò)分布的針狀鐵素體,GTAW接頭焊縫底層為細(xì)小的針狀鐵素體,表層為粗大塊狀鐵素體和珠光體混合分布。SMAW和GTAW條件下,1MnCrMoNi/Q235焊接接頭中各區(qū)域間硬度波動(dòng)較小,其中GTAW接頭1MnCrMoNi合金鋼側(cè)細(xì)晶區(qū)和焊縫硬度均高于SMAW接頭,其余區(qū)域基本保持一致;而1MnCrMoNi/X70焊接接頭各區(qū)域間硬度均在兩種母材之間,SMAW接頭的焊縫和1MnCrMoNi合金鋼粗晶區(qū)硬度高于GTAW接頭;1MnCrMoNi/1MnCrMoNi焊接接頭的熱影響區(qū)硬度相比其母材變化不大,其中焊縫硬度遠(yuǎn)高于母材和熱影響區(qū)。SMAW和GTAW條件下,1MnCrMoNi/Q235焊接接頭抗拉強(qiáng)度高于強(qiáng)度較低的Q235母材,1MnCrMoNi/X70焊接接頭抗拉強(qiáng)度等于X70母材,1MnCrMoNi/1MnCrMoNi接頭抗拉強(qiáng)度高于1MnCrMoNi合金鋼母材,其中三種焊接接頭的拉伸斷裂位置均在熱影響區(qū),性能完全滿足實(shí)際工程應(yīng)用要求。SMAW和GTAW條件下,1MnCrMoNi/Q235和1MnCrMoNi/X70焊接接頭的焊縫和熱影響區(qū)沖擊韌性良好,滿足使用要求,而1MnCrMoNi/1MnCrMoNi焊接接頭的焊縫和熱影響區(qū)沖擊韌性相差較大,但均大于測(cè)試溫度下的標(biāo)準(zhǔn)值,韌性合格。電化學(xué)測(cè)試結(jié)果表明,SMAW和GTAW條件下,1MnCrMoNi/Q235焊接接頭各處腐蝕傾向依次為:Q235-HAZWM1MnCrMoNi-HAZ,而1MnCrMoNi/X70和1MnCrMoNi/1MnCrMoNi焊接接頭各處耐腐蝕傾向均相差不大。浸泡試驗(yàn)結(jié)果表明,1MnCrMoNi/Q235、1MnCrMoNi/X70和1MnCrMoNi/1MnCrMoNi三種焊接接頭均是SMAW條件下的腐蝕速率稍大于GTAW條件下的,其中1MnCrMoNi/Q235接頭的Q235-HAZ和焊縫腐蝕產(chǎn)物形貌分別呈褶皺狀和浮片狀,均為γ-FeOOH和α-Fe_2O_3相,1MnCrMoNi-HAZ腐蝕產(chǎn)物形貌呈球棒狀,為α-FeOOH相;1MnCrMoNi/X70接頭X70-HAZ和焊縫腐蝕產(chǎn)物均為棉球狀的α-FeOOH,1MnCrMoNi-HAZ腐蝕產(chǎn)物為球棒狀α-Fe_2O_3和γ-FeOOH;1MnCrMoNi/1MnCrMoNi接頭1MnCrMoNi-HAZ腐蝕產(chǎn)物表面比較致密,主要為γ-FeOOH和α-Fe_2O_3相,而焊縫腐蝕產(chǎn)物表面存有較大龜裂紋的α-FeOOH相。在本文的焊接工藝條件下,1MnCrMoNi/Q235、1MnCrMoNi/X70及1MnCrMoNi/1MnCrMoNi三種焊接接頭質(zhì)量良好,可成為1MnCrMoNi合金鋼在海洋工程中應(yīng)用的理論參考。
【圖文】：

通常會(huì)采用間接連接方法，間接連接就是在兩異種金屬之間添加第三種金屬，以達(dá)到可焊接的目的，如圖1.1 所示[15]。圖 1.1 異種金屬焊接接頭的間接連接（a）在 A 金屬坡口堆焊過渡金屬 （b）添加墊板 （c）添加金屬絲（d）添加金屬粉末 （e）涂層或者鍍層 （f）雙金屬過渡層同種金屬的焊接是相對(duì)比較容易的，材料的化學(xué)成分、力學(xué)性能、熱導(dǎo)率、線膨脹系數(shù)、晶體結(jié)構(gòu)類型、晶格常數(shù)、原子半徑及電負(fù)性等都是非常相近的，焊接接頭組織中的溶質(zhì)原子能夠連續(xù)溶入溶劑，形成固溶體。異種金屬的焊接性是由異種金屬在固態(tài)及液態(tài)的互溶性決定的，分析兩種材料是否能夠形成新相結(jié)構(gòu)和金屬間化合物。如果兩種金屬在焊后能夠形成固溶體，可認(rèn)為其焊接性良好[16]；如果形成的是金屬間化合物，說明焊接性較差，理論上是不可以直接進(jìn)行焊接的，需要在接口處先堆焊一層過渡層金屬再進(jìn)行焊接，因此異種金屬焊接的復(fù)雜程度及影響焊接接頭質(zhì)量的因素都比同種金屬間焊接要多[17]。異種金屬焊接性實(shí)質(zhì)上從兩方面可進(jìn)行理解，一方面是指兩異種金屬材料的結(jié)合能力，在一定的工藝參數(shù)條件下焊接在一起的難易程度；另一方面是指焊接接頭在實(shí)際應(yīng)用過程中的使用性能。如果兩材料結(jié)合能力強(qiáng)，且接頭具有良好的使用性能，就可以認(rèn)為該異種金屬間焊接性良好。1.2.2 異種金屬焊接接頭的組織和性能異種金屬焊接時(shí)，由于兩種母材和填充材料的化學(xué)、物理性質(zhì)的差異，在焊接接頭的焊縫區(qū)、熔合區(qū)、熱影響區(qū)、母材區(qū)的顯微組織均是不相同的[18-19]，其中焊接過程中兩熔合區(qū)會(huì)發(fā)生不同的組織轉(zhuǎn)變，碳及

圖 1.2 異種金屬熔合區(qū)兩類邊界于異種金屬焊接相關(guān)文獻(xiàn)調(diào)研發(fā)現(xiàn)：在異種金配及時(shí)效工藝選擇對(duì)焊接接頭組織和性能影響頭的微觀組織對(duì)接頭性能影響的研究深度較淺較大爭議，其中一些熱處理工藝的制定沒有相理論支持。在異種金屬焊接接頭腐蝕性能的研為主，，關(guān)于微觀組織對(duì)接頭腐蝕性能影響的研點(diǎn)、熱導(dǎo)率、線膨脹系數(shù)等對(duì)接頭組織性能影置力學(xué)性能的不均勻性已經(jīng)得到了廣泛的重視的評(píng)價(jià)還沒有一個(gè)完整的標(biāo)準(zhǔn)。接的主要難點(diǎn)過程中，無論是焊接參數(shù)設(shè)定、填充材料選擇間焊接難易程度大很多。這主要是由于異種金
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工程大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TE952;TG457.11

【參考文獻(xiàn)】

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1 晁月林;周玉麗;王全禮;邸全康;王立峰;孫齊松;;Cu-P-Cr鋼及其焊接接頭的周期腐蝕性能[J];材料熱處理學(xué)報(bào);2015年02期

2 趙為松;;海洋工程結(jié)構(gòu)焊接技術(shù)[J];電焊機(jī);2012年12期

3 王愛華;彭云;肖紅軍;田志凌;;690MPa級(jí)低合金高強(qiáng)鋼熔敷金屬?zèng)_擊斷裂行為研究[J];機(jī)械工程學(xué)報(bào);2012年02期

4 李新梅;張忠文;鄒勇;杜寶帥;鄒增大;;T92/Super304H異種鋼焊接接頭的性能研究[J];材料導(dǎo)報(bào);2011年18期

5 王香云;雷文娟;;焊后熱處理對(duì)12Cr1MoVG/12Cr2MoWVTiB鋼焊接接頭組織性能的影響[J];金屬熱處理;2011年06期

6 李紅英;;金屬拉伸試樣的斷口分析[J];山西大同大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版);2011年01期

7 劉俊建;陳國宏;余新海;王家慶;化建;宋有明;張濤;湯文明;;T92/HR3C異種鋼焊接接頭的組織結(jié)構(gòu)和力學(xué)性能[J];材料熱處理學(xué)報(bào);2011年02期

8 饒?zhí)順s;李杰;成國光;侯自兵;;DH36高強(qiáng)度船板拉伸斷口分離缺陷分析[J];鋼鐵研究;2010年01期

9 廖波;肖福仁;;針狀鐵素體管線鋼組織及強(qiáng)韌化機(jī)理研究[J];材料熱處理學(xué)報(bào);2009年02期

10 寧玫;李志群;孫梅紅;張志遠(yuǎn);楊翠麗;;魏氏組織形成機(jī)理及對(duì)鋼管性能影響的分析研究[J];天津冶金;2008年05期

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3 李虎;Q345大H型鋼抗層狀撕裂性能及機(jī)理的研究[D];山東大學(xué);2012年

4 李燕;SAF2205雙相不銹鋼與異種金屬的焊接性研究[D];南京航空航天大學(xué);2011年

5 方坤;隨焊電磁感應(yīng)加熱控制焊接冷裂紋研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2010年

6 韓志偉;異種金屬焊接接頭腐蝕行為研究[D];西華大學(xué);2010年

7 張婷婷;高強(qiáng)度管線鋼焊接熱影響區(qū)組織與性能研究[D];燕山大學(xué);2009年

8 柳緒靜;異種金屬鎂合金和鋁合金熔焊工藝研究[D];大連理工大學(xué);2007年

9 鄒楊;異種鋼焊接熔合區(qū)“原位”腐蝕研究及碳遷移預(yù)測(cè)[D];武漢大學(xué);2005年

本文編號(hào)：2602060