船舶用异种高强钢焊接接头组织与性能-.研究

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1、哈尔滨工程大学硕士学位论文焊接低合金高强钢时，焊接热输入必须严格控制，以使HAZ以较快速度冷却，避免HAZ粗晶区由于冷速过低而出现上贝氏体和M／A组元等而使韧性降低。同时焊接时尽量采用多层多道焊工艺和小直径的焊条或焊丝，以使焊缝金属和HAZ获得好的低温韧性及小的焊接变形量【11】。双面焊时，对背面焊道进行焊接之前，应采用碳弧气刨对焊根进行清理并用打磨气刨对表面进行打磨后再行施焊。文献[12]指出焊接某些热敏感性较大的大厚度钢和40Cr、35CrMnSi及30CrMnSi钢时，应选用较小的焊接热循环参数，并对接头进行预热和保温处理。预热可以明显的减少

2、低合金高强钢在焊接时产生冷裂纹，一般根据钢材的碳当量、化学成分和热影响区的最高硬度值来确定预热温度。一般情况下，钢材的预热温度均低于250。C，但是在焊接刚性较大的构件时，可适当提高预热温度，同时为了保证热影响区的韧性，预热温度一般不高于300。C。文献[11]指出，在低氢焊接条件下，对于淬硬倾向较小的钢(如16Mn)，预热的作用在于改善组织，增加粗晶区中铁素体的含量，降低硬度；而对于淬硬倾向较大的钢(如ZG25CrMnMo)，预热对粗晶区组织影响不大，即使预热温度到达280。C，粗晶区组织仍以板条马氏体为主。后热同预热一样也能起到预防氢致裂纹的作

3、用。由于焊接冷裂纹的潜伏期一般为焊后的几分钟内，所以为了防止裂纹的产生，及时进行紧急后热是有好处的。根据加热温度的高低，焊后紧急加热主要有以下作用：(1)降低焊接残余应力；(2)提高组织均匀化程度，降低HAZ淬硬性；(3)降低扩散氢含量。后热处理在防止产生延迟裂纹时有温度下限，在此下限温度以上加热时才能防止产生延时裂纹。目前虽然对后热的有关作用进行了部分研究，但还不够深入，主要表现在后热温度和时间作用的定量表达，后热对组织·¨I-T-厶匕N匕的影响，后热条件下氢致裂纹断裂特征的变化等相关报导还不多见。1．3．2焊接接头组织及性能研究1)焊缝金属组织

4、性能研究焊缝金属是在熔焊时由填充金属和一部分熔化的母材金属在熔池中混合凝固而成，它往往要经历加热熔化、凝固结晶以及固态相变等重要阶段。根据1985年在国际焊接年会上Dollby教授提出的焊缝金属组织分类准则，低合金高强钢焊缝中常出现的显微组织大体有针状铁素体、侧板条铁素体和先共析铁素体，及少量粒状贝氏体、马氏体以及M／A组元等。一般说来焊缝技术的化学成分和冷却速度是其焊后组织的主要决4第1苹绪论定因素。其中化学成分对焊缝组织的影响主要体现在焊缝的合金化程度上，其总体趋势是随着焊缝金属合金化程度的提高，焊缝中针状铁素体含量增加，而侧板条铁素体、先共析

5、铁素体含量降低，当焊缝合金化增加到一定的程度时，可获得100％的针状铁素体；若焊缝合金化程度更高，由于淬硬性增强，焊缝金属内可能产生贝氏体或者马氏体组织。在高强钢焊缝中，焊缝的抗拉强度越高，焊缝金属的微观组织将由针状铁素体、先共析铁素体及珠光体类型向粒状贝氏体、条状贝氏体和马氏体类型转变。大量电子衍射分析均证明，抗拉强度高于800MPa的低合金高强钢的焊缝金属组织中存在M／A组元。M／A组元是块状铁素体内富碳奥氏体区的冷却产物，由高碳马氏体和残余奥氏体组成，一般分布于侧板条铁素体和上贝氏体的板条问。M／A组元的形貌及数量与焊缝强度和合金元素含量有关

6、，在强度低于490MPa的焊缝中一般未见出现M／A组元；提高焊缝金属强度和合金含量时，M／A组元开始出现并呈块状或粒状分布；当合金元素含量继续提高时，M／A组元则成板条状。但是无论焊缝金属中M／A组元呈何种形态，当他们连续存在时会显著降低焊缝金属的冲击韧性，而弥散分布时，对焊缝金属的冲击韧性影响不大113。1川。近年来，针状铁素体能够改善原始焊缝金属的低温冲击韧性，是研究低合金高强钢焊缝金属韧性的突破性成果。针状铁素体的转变温度在450～600℃之间，是通过切变机制形核及长大的，伴随产生剧烈的塑性变性和大量的位错，其位错密度远高于其他形式的铁素体组

7、织，达1012／m2左右【16】。焊缝金属中的针状铁素体以原始奥氏体晶粒内的非金属夹杂物为形核核心，冷却后形成大量相互交叉的细小针状铁素体组织。焊缝金属中针状铁素体含量越高越能够显著提高其低温冲击韧性。针状铁素体和块状铁素体的断裂特征明显不同，当裂纹扩展到针状铁素体时，裂纹前端的应力集中会通过形变而减弱，使裂纹扩展呈波浪起伏状，所需的裂纹扩展能更高，从而在宏观上表现出较高的冲击韧性；而当裂纹穿过块状铁素体时，邻近组织的形变不协调导致裂纹易在相界处萌生，并以解理断裂方式断开，冲击韧性较低【13】。一般对于强度级别500．600MPa的高强钢焊缝，主要

8、通过增加针状铁素体含量，减少先共析铁素体量来保证焊缝金属具有良好的强韧性。但对于抗拉强度超过600MPa的高强钢焊缝，由于