【摘要】：海洋平臺是海上油氣資源開采的重要工作平臺,在其生產制造過程中焊接是必不可少的加工手段。在實際工程應用中常將海工鋼與碳鋼、管線鋼及同種海工鋼之間進行焊接。然而,由于異種金屬之間物理和化學性能相差較大,在焊接接頭會造成化學成分和力學性能不均勻等問題,影響焊接接頭質量。此外,海工鋼大多屬于高強度、大厚度材料,這給同種海工鋼之間的焊接帶來了較大困難。本文分別采用手工電弧焊(SMAW)和鎢極氬弧焊(GTAW)方法,將海洋工程用1MnCrMoNi合金鋼分別與Q235碳鋼、X70管線鋼及同種1MnCrMoNi合金鋼間進行焊接。采用金相顯微鏡、掃描電鏡、X射線衍射儀、顯微硬度計、沖擊實驗機、拉伸實驗機、電化學工作站和浸泡實驗等分析測試方法分析研究了焊接接頭的顯微組織、物相組成、力學性能和在模擬海水中的耐腐蝕性能。研究結果表明,SMAW和GTAW條件下的1MnCrMoNi/Q235接頭中Q235熱影響區(qū)出現魏氏組織,焊縫以針狀鐵素體為主,1MnCrMoNi合金鋼熱影響區(qū)為先共析鐵素體和板條馬氏體;1MnCrMoNi/X70接頭中X70熱影響區(qū)組織發(fā)生細化,GTAW接頭X70熱影響區(qū)表層出現魏氏組織,焊縫區(qū)底層和表層組織差異較大,GTAW接頭焊縫表層出現粗大片狀魏氏組織,1MnCrMoNi合金鋼熱影響區(qū)組織粗化程度較大;1MnCrMoNi/1MnCrMoNi接頭中1MnCrMoNi合金鋼熱影響區(qū)局部地方有M-A組元,SMAW接頭焊縫為細小交錯分布的針狀鐵素體,GTAW接頭焊縫底層為細小的針狀鐵素體,表層為粗大塊狀鐵素體和珠光體混合分布。SMAW和GTAW條件下,1MnCrMoNi/Q235焊接接頭中各區(qū)域間硬度波動較小,其中GTAW接頭1MnCrMoNi合金鋼側細晶區(qū)和焊縫硬度均高于SMAW接頭,其余區(qū)域基本保持一致;而1MnCrMoNi/X70焊接接頭各區(qū)域間硬度均在兩種母材之間,SMAW接頭的焊縫和1MnCrMoNi合金鋼粗晶區(qū)硬度高于GTAW接頭;1MnCrMoNi/1MnCrMoNi焊接接頭的熱影響區(qū)硬度相比其母材變化不大,其中焊縫硬度遠高于母材和熱影響區(qū)。SMAW和GTAW條件下,1MnCrMoNi/Q235焊接接頭抗拉強度高于強度較低的Q235母材,1MnCrMoNi/X70焊接接頭抗拉強度等于X70母材,1MnCrMoNi/1MnCrMoNi接頭抗拉強度高于1MnCrMoNi合金鋼母材,其中三種焊接接頭的拉伸斷裂位置均在熱影響區(qū),性能完全滿足實際工程應用要求。SMAW和GTAW條件下,1MnCrMoNi/Q235和1MnCrMoNi/X70焊接接頭的焊縫和熱影響區(qū)沖擊韌性良好,滿足使用要求,而1MnCrMoNi/1MnCrMoNi焊接接頭的焊縫和熱影響區(qū)沖擊韌性相差較大,但均大于測試溫度下的標準值,韌性合格。電化學測試結果表明,SMAW和GTAW條件下,1MnCrMoNi/Q235焊接接頭各處腐蝕傾向依次為:Q235-HAZWM1MnCrMoNi-HAZ,而1MnCrMoNi/X70和1MnCrMoNi/1MnCrMoNi焊接接頭各處耐腐蝕傾向均相差不大。浸泡試驗結果表明,1MnCrMoNi/Q235、1MnCrMoNi/X70和1MnCrMoNi/1MnCrMoNi三種焊接接頭均是SMAW條件下的腐蝕速率稍大于GTAW條件下的,其中1MnCrMoNi/Q235接頭的Q235-HAZ和焊縫腐蝕產物形貌分別呈褶皺狀和浮片狀,均為γ-FeOOH和α-Fe_2O_3相,1MnCrMoNi-HAZ腐蝕產物形貌呈球棒狀,為α-FeOOH相;1MnCrMoNi/X70接頭X70-HAZ和焊縫腐蝕產物均為棉球狀的α-FeOOH,1MnCrMoNi-HAZ腐蝕產物為球棒狀α-Fe_2O_3和γ-FeOOH;1MnCrMoNi/1MnCrMoNi接頭1MnCrMoNi-HAZ腐蝕產物表面比較致密,主要為γ-FeOOH和α-Fe_2O_3相,而焊縫腐蝕產物表面存有較大龜裂紋的α-FeOOH相。在本文的焊接工藝條件下,1MnCrMoNi/Q235、1MnCrMoNi/X70及1MnCrMoNi/1MnCrMoNi三種焊接接頭質量良好,可成為1MnCrMoNi合金鋼在海洋工程中應用的理論參考。
【圖文】：

通常會采用間接連接方法，間接連接就是在兩異種金屬之間添加第三種金屬，以達到可焊接的目的，如圖1.1 所示[15]。圖 1.1 異種金屬焊接接頭的間接連接（a）在 A 金屬坡口堆焊過渡金屬 （b）添加墊板 （c）添加金屬絲（d）添加金屬粉末 （e）涂層或者鍍層 （f）雙金屬過渡層同種金屬的焊接是相對比較容易的，材料的化學成分、力學性能、熱導率、線膨脹系數、晶體結構類型、晶格常數、原子半徑及電負性等都是非常相近的，焊接接頭組織中的溶質原子能夠連續(xù)溶入溶劑，形成固溶體。異種金屬的焊接性是由異種金屬在固態(tài)及液態(tài)的互溶性決定的，分析兩種材料是否能夠形成新相結構和金屬間化合物。如果兩種金屬在焊后能夠形成固溶體，可認為其焊接性良好[16]；如果形成的是金屬間化合物，說明焊接性較差，理論上是不可以直接進行焊接的，需要在接口處先堆焊一層過渡層金屬再進行焊接，因此異種金屬焊接的復雜程度及影響焊接接頭質量的因素都比同種金屬間焊接要多[17]。異種金屬焊接性實質上從兩方面可進行理解，一方面是指兩異種金屬材料的結合能力，在一定的工藝參數條件下焊接在一起的難易程度；另一方面是指焊接接頭在實際應用過程中的使用性能。如果兩材料結合能力強，且接頭具有良好的使用性能，就可以認為該異種金屬間焊接性良好。1.2.2 異種金屬焊接接頭的組織和性能異種金屬焊接時，由于兩種母材和填充材料的化學、物理性質的差異，在焊接接頭的焊縫區(qū)、熔合區(qū)、熱影響區(qū)、母材區(qū)的顯微組織均是不相同的[18-19]，其中焊接過程中兩熔合區(qū)會發(fā)生不同的組織轉變，碳及

圖 1.2 異種金屬熔合區(qū)兩類邊界于異種金屬焊接相關文獻調研發(fā)現：在異種金配及時效工藝選擇對焊接接頭組織和性能影響頭的微觀組織對接頭性能影響的研究深度較淺較大爭議，其中一些熱處理工藝的制定沒有相理論支持。在異種金屬焊接接頭腐蝕性能的研為主，，關于微觀組織對接頭腐蝕性能影響的研點、熱導率、線膨脹系數等對接頭組織性能影置力學性能的不均勻性已經得到了廣泛的重視的評價還沒有一個完整的標準。接的主要難點過程中，無論是焊接參數設定、填充材料選擇間焊接難易程度大很多。這主要是由于異種金
【學位授予單位】：哈爾濱工程大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：TE952;TG457.11

【參考文獻】

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本文編號：2602060