304L不锈钢与16Mn钢水下湿法焊接工艺及机理研究

发布时间：2017-07-17 01:15

  本文关键词：304L不锈钢与16Mn钢水下湿法焊接工艺及机理研究

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【摘要】：当304L不锈钢与16Mn钢在水下进行湿法焊接时,由于16Mn钢的导温系数较低且水的冷却速度较快,导致16Mn钢侧的接头熔化不充分,从而给焊接工艺的选择带来了困难;由于304L不锈钢和16Mn钢的化学成分存在差异,所以304L/16Mn异种钢接头的微观组织复杂。本研究针对这些难题,采用水下焊接专用自保护药芯焊丝,并选择合理的焊接工艺,可成功实现304L/16Mn水下湿法焊接。同时,本文主要研究了焊接环境和不同药芯焊丝对304L/16Mn异种钢接头的微观组织和力学性能的影响。通过比较分析ER308药芯焊丝分别在水下和空气中焊接得到的304L/16Mn异种钢接头的微观组织和力学性能,来阐明不同焊接环境对304L/16Mn异种钢接头的影响。结果表明:空气接头中16Mn钢侧过热区为魏氏组织,相变重结晶区为细晶铁素体和珠光体,不完全重结晶区为珠光体和大小不一的铁素体。焊缝成形完好无缺陷产生。304L不锈钢侧熔合区中的晶粒没有明显的生长方向且有大量等轴晶形成。水下接头中16Mn钢侧过热区为大量的粗大马氏体,相变重结晶区为大量较细小的马氏体和少量粒状贝氏体,不完全重结晶区为少量细小的马氏体、大量粒状贝氏体和尺寸大小不一的铁素体。焊缝组织中存在带状偏析和晶间裂纹等缺陷。304L不锈钢侧熔合区中的晶粒具有明显的生长方向且只有少量的等轴晶形成。与空气中接头相比,304L/16Mn异种钢水下接头的抗拉强度较低为165MPa,平均硬度较高为237HV。选用水下焊接专用自保护药芯焊丝焊接304L不锈钢和16Mn钢,并与ER308药芯焊丝水下焊接接头进行比较分析,从而揭示不同药芯焊丝对接头微观组织和力学性能的影响。首先,在特定的边界条件下,利用一维非稳态导热微分方程来计算焊接的起始位置为偏向16Mn钢侧0.11mm。并通过焊接试验验证了该最佳起始位置的准确性,从而确定了最佳方案。试验结果显示:用自保护药芯焊丝水下焊接304L不锈钢和16Mn钢时,16Mn钢侧过热区为粗大的马氏体和粒状贝氏体生成;相变重结晶区为大量的粒状贝氏体;不完全重结晶区为粒状贝氏体和尺寸大小不一的铁素体。在焊缝的组织中存在的带状偏析和晶间裂纹等缺陷消失。与ER308药芯焊丝水下焊接接头相比,304L/16Mn异种钢接头的力学性能得到提高,其抗拉强度升高到400MPa,焊缝的平均硬度降低为192HV。
【关键词】：异种钢 微观组织 力学性能 焊接工艺 水下湿法焊接
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TG456.5
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第1章 绪论9-21
• 1.1 课题背景与研究意义9
• 1.2 水下焊接材料9-12
• 1.2.1 水下焊条10-11
• 1.2.2 水下药芯焊丝11-12
• 1.3 水下湿法焊接特点12-16
• 1.3.1 水环境对电弧的影响12-14
• 1.3.2 水下湿法焊接的缺陷14-16
• 1.4 异种钢焊接简述16-20
• 1.4.1 异种钢焊接的难点16-17
• 1.4.2 异种钢焊接工艺17-18
• 1.4.3 异种钢焊接接头的组织和性能18
• 1.4.4 异种钢焊接接头的温度场分布18-20
• 1.5 主要研究内容20-21
• 第2章 试验材料和试验设备21-27
• 2.1 试验材料21-23
• 2.1.1 焊接母材21-22
• 2.1.2 填充材料22-23
• 2.2 试验设备及过程23-24
• 2.3 试验分析与测试方法24-27
• 2.3.1 微观组织分析24-25
• 2.3.2 力学性能测试25-27
• 第3章 焊接工艺参数及焊材的确定27-36
• 3.1 引言27
• 3.2 ER308 药芯焊丝在空气中焊接异种钢最佳参数的确定27-29
• 3.3 焊接环境对焊缝成形的影响29-31
• 3.4 ER308 药芯焊丝水下焊接异种钢最佳参数的确定31-32
• 3.5 自保护药芯焊丝水下焊接异种钢最佳焊接参数的确定32-35
• 3.6 本章小结35-36
• 第4章 焊接环境对304L/16Mn接头的影响36-46
• 4.1 焊接环境对异种钢接头组织的影响36-41
• 4.1.1 焊接环境对 16Mn钢热影响区微观组织的影响36-38
• 4.1.2 焊接环境对焊缝组织的影响38-40
• 4.1.3 焊接环境对 304L不锈钢熔合区组织的影响40-41
• 4.2 接头力学性能的对比41-44
• 4.2.1 拉伸性能测试41-43
• 4.2.2 接头硬度分析43-44
• 4.3 本章小结44-46
• 第5章 药芯焊丝对304L/16Mn接头的影响46-62
• 5.1 确定自保护药芯焊丝水下焊接异种钢的起始位置46-53
• 5.1.1 接头的温度分布46-47
• 5.1.2 水下焊接过程传热过程分析47-48
• 5.1.3 边界条件的确定48-49
• 5.1.4 一维非稳态导热微分方程求解49-53
• 5.2 药芯焊丝对 304L/16Mn接头组织的影响53-57
• 5.2.1 药芯焊丝对 16Mn钢热影响区微观组织的影响53-55
• 5.2.2 药芯焊丝对焊缝微观组织的影响55-57
• 5.3 接头力学性能的对比57-60
• 5.3.1 拉伸性能测试57-59
• 5.3.2 接头的硬度分析59-60
• 5.4 本章小结60-62
• 结论62-64
• 参考文献64-70
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文及其他成果70-72
• 致谢72

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前2条

1 李坤,张显辉;LiF对自保护药芯焊丝电弧稳定性的影响[J];焊接;2005年08期

2 潘春旭,孙国正;异种钢焊接性的研究现状和进展[J];水利电力机械;1998年03期

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本文编号：551380