發(fā)布時(shí)間：2020-05-11 21:16

【摘要】：對(duì)于厚壁海洋用鋼焊接結(jié)構(gòu),傳統(tǒng)焊接方法多為SAW與EGW,能夠保證船板結(jié)構(gòu)的高效生產(chǎn)。SAW一般用于平焊和橫焊位置,EGW僅能在立焊位正常工作,且可焊板厚受限,不能滿足日益增厚的船板結(jié)構(gòu)的焊接。在海洋用鋼結(jié)構(gòu)的焊接應(yīng)用背景中,窄間隙MAG焊能滿足高效生產(chǎn)的要求,可焊的板厚在理論上不存在上限。擺動(dòng)電弧窄間隙MAG焊能適應(yīng)全位置焊接,且易于實(shí)現(xiàn)對(duì)熔池的調(diào)控,在多種窄間隙弧焊方法中有著明顯的優(yōu)勢(shì)。本文在研發(fā)噴嘴內(nèi)置式擺動(dòng)電弧窄間隙MAG焊槍的基礎(chǔ)上,采用擺動(dòng)電弧窄間隙MAG焊對(duì)EH40級(jí)超低碳高強(qiáng)船板鋼進(jìn)行了窄間隙焊接。在分析缺陷產(chǎn)生的傾向性之后,給出了成形穩(wěn)定的工藝窗口,并對(duì)不同坡口寬度條件下的工藝進(jìn)行了研究,根據(jù)其成形特點(diǎn)建立了焊縫成形特征尺寸的統(tǒng)計(jì)預(yù)測(cè)模型。在掌握窄間隙MAG焊工藝規(guī)范后,對(duì)EH40鋼窄間隙MAG焊接頭組織特征進(jìn)行了考察,研究了窄間隙MAG焊熱過(guò)程對(duì)接頭各位置微觀組織的影響,最后考察了焊接接頭的力學(xué)性能。從冷卻、送絲、絕緣、擺動(dòng)以及氣體保護(hù)這五個(gè)關(guān)鍵的角度對(duì)噴嘴內(nèi)置式擺動(dòng)電弧窄間隙MAG焊槍進(jìn)行設(shè)計(jì),并對(duì)噴嘴和焊槍主體結(jié)構(gòu)進(jìn)行了精簡(jiǎn)和優(yōu)化,使之能夠?qū)崿F(xiàn)可靠、保護(hù)效果優(yōu)良的持續(xù)焊接過(guò)程,為后續(xù)缺陷分析以及尺寸預(yù)測(cè)模型的建立提供充分的條件。采用高速攝像對(duì)典型缺陷參數(shù)條件下的電弧行為以及熔滴過(guò)渡過(guò)程進(jìn)行了觀察,根據(jù)現(xiàn)象分析各工藝參數(shù)變化時(shí),典型缺陷產(chǎn)生的傾向性。峰值電壓與擺動(dòng)角度的增加均會(huì)使缺陷產(chǎn)生傾向性增加,焊接速度增加使側(cè)壁熔合不良的傾向增加。在明確缺陷產(chǎn)生的傾向之后,給出了焊接過(guò)程穩(wěn)定的工藝窗口。采用統(tǒng)計(jì)學(xué)方法對(duì)焊縫成形特征尺寸進(jìn)行建模,模型擬合優(yōu)度較高,能夠較好地描述工藝區(qū)間內(nèi)的焊縫成形規(guī)律。對(duì)EH40鋼擺動(dòng)電弧窄間隙MAG焊接頭微觀組織進(jìn)行觀察,凝固區(qū)域主要為鐵素體和粒狀貝氏體組織,熱影響區(qū)粗晶區(qū)的微觀組織在板條狀無(wú)碳化物貝氏體、針狀鐵素體、塊狀無(wú)碳化物貝氏體、粒狀貝氏體以及準(zhǔn)多邊形鐵素體之間大致呈周期性過(guò)渡。采用有限單元法對(duì)焊接熱過(guò)程進(jìn)行了計(jì)算,并結(jié)合熱模擬手段來(lái)闡述粗晶區(qū)組織轉(zhuǎn)變的特點(diǎn)。接頭各位置經(jīng)歷最后一次熱循環(huán)的T_p低于A_(c1)時(shí),IRCGHAZ組織保持原有形態(tài)特征,僅發(fā)生殘余奧氏體的進(jìn)一步分解;T_p從A_(c1)升至A_(c3)以上時(shí),IRCGHAZ向SCRCGHAZ轉(zhuǎn)變;T_p高于1350℃時(shí),SCRCGHAZ向UACGHAZ轉(zhuǎn)變。原奧氏體晶粒尺寸越大,其內(nèi)部能夠同時(shí)存在的貝氏體鐵素體形態(tài)越多,板條尺寸也越大。t_(8/6)增加,貝氏體鐵素體由板條逐漸過(guò)渡為準(zhǔn)多邊形狀。接頭經(jīng)歷焊接粗晶區(qū)熱循環(huán)處的沖擊韌性會(huì)有所損失,UACGHAZ室溫沖擊韌性最差,其他位置沒(méi)有明顯差別。將研發(fā)的噴嘴內(nèi)置式擺動(dòng)電弧窄間隙MAG焊槍和尺寸預(yù)測(cè)模型應(yīng)用于船板鋼的拼焊,驗(yàn)證工藝和焊槍的可靠性,獲得了成形良好、性能優(yōu)良的焊接接頭。
【圖文】：

圖 1-3 不同峰值溫度及不同冷卻速度條件下熱模擬試樣的 M-A 組元分布 a) Tp=1350℃; b)Tp=950℃; c) t8/5=50s; d) t8/5=100s圖 1-4 EH40 鋼電渣焊接頭微觀組織 a) CGHAZ; b) Fusion line; c) Solidification zonea) b) c)a) b)

圖 1-2 不同冷卻速度條件下熱模擬試樣的微觀組織 a) t8/5=50s; b) t8/5=100s; c) t8/5=200s; d)t8/5=300s圖 1-3 不同峰值溫度及不同冷卻速度條件下熱模擬試樣的 M-A 組元分布 a) Tp=1350℃; b)Tp=950℃; c) t8/5=50s; d) t8/5=100s圖 1-4 EH40 鋼電渣焊接頭微觀組織 a) CGHAZ; b) Fusion line; c) Solidification zonea) b) c)a) b)
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類(lèi)號(hào)】：U671.8;TG457.11

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本文編號(hào)：2659078