【摘要】：堆焊作為材料表面改性的一種經(jīng)濟(jì)而快速的工藝方法,越來(lái)越廣泛地應(yīng)用于各類工業(yè)零件的制造修復(fù)中。為了更有效地發(fā)揮堆焊層的作用,結(jié)合焊材和母材特性,找尋更為合理的焊接工藝,保證堆焊打底層應(yīng)有的“承上啟下”的效果,是獲得高性能堆焊組織的關(guān)鍵。本文以焊縫區(qū)、熔合區(qū)及過(guò)熱區(qū)顯微組織(以下簡(jiǎn)稱“堆焊顯微組織”)和相關(guān)力學(xué)性能為研究對(duì)象,重點(diǎn)研究了層間溫度、預(yù)熱溫度及電弧穩(wěn)定性對(duì)自保護(hù)藥芯焊絲堆焊顯微組織和性能的影響規(guī)律,最終優(yōu)化出較為合理的焊接工藝,并對(duì)其進(jìn)行了部分重復(fù)性檢驗(yàn)。采用OM、熱模擬機(jī)分別對(duì)試驗(yàn)所用調(diào)質(zhì)態(tài)45鋼(母材)和自保護(hù)藥芯焊絲堆焊熔敷金屬的顯微組織及熱膨脹系數(shù)進(jìn)行測(cè)試分析,結(jié)果表明,兩種材料顯微組織完全不同,熔敷金屬線膨脹系數(shù)比調(diào)質(zhì)態(tài)45鋼線膨脹系數(shù)大,屬異種鋼焊接范疇。采用OM、SEM/EDS、XRD等方法對(duì)堆焊顯微組織進(jìn)行了分析,結(jié)果表明,相比于對(duì)照組(預(yù)熱50℃、150℃),預(yù)熱溫度100℃所得堆焊顯微組織分布相對(duì)均勻,晶粒大小適中,(殘余)奧氏體含量占比較大,雜質(zhì)及微裂紋較少,組織過(guò)渡更佳。層間溫度150℃堆焊顯微組織晶粒較細(xì)小,馬氏體含量較少,未觀察到微裂紋存在,顯微組織過(guò)渡明顯優(yōu)于對(duì)照組(層間溫度100℃、200℃)。采用盲孔測(cè)試殘余應(yīng)力法對(duì)堆焊熔合區(qū)殘余應(yīng)力進(jìn)行了測(cè)試,結(jié)果表明,相比于對(duì)照組,預(yù)熱溫度為100℃焊接所得熔合區(qū)不同測(cè)試位置殘余應(yīng)力數(shù)值均小于其他兩組,中間位置殘余應(yīng)力最小;層間溫度150℃試板不同測(cè)試位置殘余應(yīng)力數(shù)值均小于對(duì)照組,尤其中間位置殘余應(yīng)力較小,與對(duì)照組相比更利于材料穩(wěn)定。采用室溫沖擊實(shí)驗(yàn)機(jī)和顯微硬度測(cè)試儀對(duì)堆焊熔合區(qū)的沖擊功和顯微硬度梯度進(jìn)行了測(cè)定,結(jié)果表明,預(yù)熱溫度100℃焊接所得試板中間位置沖擊吸收功均值為35.1 J,微觀斷口具有典型河流花樣形貌,屬解理斷裂;顯微硬度跳躍幅度較小,明顯優(yōu)于對(duì)照組;層間溫度150℃焊接試板中間位置沖擊吸收功均值達(dá)34.4 J,微觀形貌為典型河流花樣形貌,含有少量的韌窩,屬解理斷裂;顯微硬度數(shù)值跳躍幅度較小,明顯優(yōu)于對(duì)照組。試驗(yàn)條件下,同一焊接條件所得的試板中間位置顯微組織分布較均勻,組織過(guò)渡更好,焊接殘余應(yīng)力數(shù)值較小,沖擊吸收功較大,顯微硬度數(shù)值梯度波動(dòng)均較小,明顯優(yōu)于兩端位置。換言之,電弧穩(wěn)定性越好,堆焊顯微組織和相關(guān)力學(xué)性能越佳。綜上所述,合理的焊接工藝更有利于保證堆焊質(zhì)量。通過(guò)以上研究?jī)?yōu)化得出的預(yù)熱溫度和層間溫度分別為100℃和150℃。在此條件下,堆焊顯微組織分布及相關(guān)力學(xué)性能最佳。此外,與兩端相比,堆焊試板中間位置的顯微組織及相關(guān)力學(xué)性能較好。這意味著良好的電弧穩(wěn)定性有利于提高焊接質(zhì)量。
【圖文】：

圖 1.1 低碳鋼焊接接頭組織變化示意圖知，，母材熱影響區(qū)，根據(jù)其顯微組織可以劃分為過(guò)。其中，過(guò)熱區(qū)和熔合區(qū)比鄰，顯微組織因處于過(guò)長(zhǎng)大（晶粒度 1~2 級(jí)），直接導(dǎo)致塑韌性降低（＞化或者是裂紋；相比于熱影響區(qū)其余區(qū)域組織，穩(wěn)都是焊接接頭的薄弱環(huán)節(jié)。熔合區(qū)作為兩種材料的結(jié)構(gòu)都存在較為顯著的起伏波動(dòng)現(xiàn)象（也可稱為偏有裂紋、脆性相起源于此；而焊縫金屬同樣存在較材料穩(wěn)定。因此對(duì)焊縫區(qū)、熔合區(qū)和過(guò)熱區(qū)顯微組分析“堆焊層脫落”原因至關(guān)重要，應(yīng)當(dāng)給予足夠部分研究具體包括焊縫區(qū)、熔合區(qū)和過(guò)熱區(qū)顯微組冷卻過(guò)程中，因冷卻速度較大，焊縫金屬化學(xué)成分

圖 1.2 焊縫區(qū)組織結(jié)晶形態(tài)的變化[6]1—平面晶 2—胞狀晶 3—樹枝柱狀晶 4—等軸晶其影響因素主要包括：①化學(xué)成分；②焊接工藝參數(shù)。焊縫區(qū)金屬溶質(zhì)濃度 C0、結(jié)晶速度 R、溫度梯度 G 對(duì)焊縫區(qū)組織結(jié)晶形態(tài)的影響[7]如圖 1.3 所示。肖曉明，彭云等人[8]分析發(fā)現(xiàn)，隨著焊接熱輸入的增加，3Cr 耐候鋼 MAG 焊焊縫區(qū)顯微組織中粒狀貝氏體含量增加，M-A 組元含量增加且尺寸增大。
【學(xué)位授予單位】：鄭州大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TG455

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2684703