【摘要】：奧氏體不銹鋼和馬氏體高強鋼的焊接常用于許多大型復(fù)雜結(jié)構(gòu)的制造,主體采用韌性較好的奧氏體不銹鋼,復(fù)雜的結(jié)構(gòu)件、連接件或者有強度要求的部件采用馬氏體高強鋼,由于這兩種鋼的熱膨脹系數(shù)和熱導(dǎo)率等物化性能差距較大,焊接時易出現(xiàn)焊接應(yīng)力較大等問題,而且馬氏體鋼的裂紋敏感性較大,常選擇韌性較好奧氏體鋼作為焊接材料,本課題所采用的高氮奧氏體不銹鋼作為近些年來發(fā)展迅速的新型鋼種,在強度、抗腐蝕性、生物相容性、抗沖擊性能上都超過以鎳元素為主要奧氏體化元素的傳統(tǒng)不銹鋼,應(yīng)用前景十分廣泛,但是高氮鋼在焊接過程中易出現(xiàn)氮元素的聚集和逸出,就要適當(dāng)?shù)叵蚝缚p中增氮,這也就是本文的重點研究內(nèi)容。首先以奧氏體焊絲為成分基礎(chǔ)開發(fā)了三種不同含氮量的藥芯焊絲,與定制的三種氮-氧-氬三元保護氣相匹配,研究這兩種增氮方法的增氮效果以及重點分析氮元素的增加對焊接接頭微觀組織和力學(xué)性能的影響,發(fā)現(xiàn)焊縫中氮元素的增加可以使焊接接頭抗拉強度有一定的提高,但是也使焊縫中氣孔含量明顯增加,導(dǎo)致接頭沖擊功和斷后伸長率有所下降,并通過分析證明了含氮保護氣不適合適用于本次高氮鋼和高強鋼異種材料的焊接,且認(rèn)為焊接過程中大量的焊接飛濺等問題與開發(fā)的藥芯焊絲成分比較粗糙有關(guān)。在之前焊縫增氮研究的基礎(chǔ)上,借助熱力學(xué)計算軟件開發(fā)了三種不同含氮量的實心焊絲且對母材和焊絲熱力學(xué)計算結(jié)果進行分析得到焊接過程中的敏感溫度區(qū)間:550°C-900°C,因此焊接過程要嚴(yán)格控制層間溫度,為便于與高氮焊絲進行對比且從不同焊材的角度表征高氮鋼-高強鋼異種材料的焊接性,還選擇了馬氏體焊絲、雙相不銹鋼焊絲以及不含氮的奧氏體鋼焊絲從焊絲使用性能、焊接氣孔、焊接裂紋、焊接接頭微觀組織及力學(xué)性能多個方面進行分析,選擇表現(xiàn)較好的一種含氮焊絲對非對稱角度坡口進行了探索,建議在坡口設(shè)計時高氮鋼的坡口角度略小于高強鋼。對不同種類焊絲進行焊接性分析,不含氮焊絲存在氮元素聚集逸出等問題,含氮焊絲焊縫的氣孔傾向較大,因此將兩種焊絲組合起來,采用向熔化極氣體保護焊填絲的方法進行焊接,當(dāng)焊絲成分差異較大時在焊縫中形成了團狀組織,與同等含氮量焊接接頭相比,氣孔完全消失,焊接接頭沖擊功提高了62.7%,斷后伸長率提高了81.1%,但是由于磁偏吹的存在,背面清根后的打底焊道高氮鋼一側(cè)存在熔合不良的現(xiàn)象,采用了含氦40%的保護氣對該問題進行改善,沒有取得明顯的效果,建議今后研究采用不對稱異形坡口或者磁控電弧對該問題進行解決。
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TG457.11

【參考文獻(xiàn)】

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