大热输入条件下氮含量对低碳Mo-V-Ti-B微合金钢粗晶热影响区组织与冲击韧性的影响

采用Gleeble研究了大热输入条件下,氮含量对低碳Mo-V-Ti-B微合金钢焊接粗晶热影响区组织和冲击韧性的影响。结果表明,在100 kJ/cm热输入条件下,85 N、110 N和144 N试验钢粗晶热影响区-20℃冲击功分别为186 J、97 J和57 J。随着试验钢中氮含量的增加,试验钢粗晶热影响区冲击功逐渐降低。当氮含量从85 ppm增加至110 ppm时,低碳Mo-V-Ti-B微合金钢焊接粗晶热影响区组织由块状铁素体+大量针状铁素体转变为块状铁素体+少量的针状铁素体,组织发生粗化,故粗晶热影响区冲击功降低。当氮含量从110 ppm进一步增加至144 ppm时,粗晶热影响区组织由块状铁素体+少量的针状铁素体转变为块状铁素体+珠光体,虽然块状铁素体晶粒发生细化,但是粗晶热影响区组织中的“硬相”珠光体的含量增加,并且珠光体尺寸较大,在冲击试样变形过程中“硬相”珠光体与基体形变不协调,从而导致裂纹的萌生,造成冲击功进一步下降。

12MnNiVR钢板大热输入焊接接头组织与性能

采用12MnNiVR钢建造的10万m 3及以上原油储罐的纵缝焊接多采用气电立焊,大热输入对接头组织和性能有重要影响。对采用大热输入气电立焊的12MnNiVR钢板进行焊接试验,分析了焊接接头的微观组织和力学性能,重点研究了焊接接头的冲击韧性。研究结果表明:在大热输入焊接下,焊缝组织为大量针状铁素体,粗晶区为侧板条铁素体,粗晶区和细晶区之间有明显的过渡区域,细晶区为细小铁素体与珠光体,不完全重结晶区为粗大块状铁素体和珠光体。热影响区显微硬度由熔合线侧到母材侧表现出先增大、后减小、再增大的规律,最小值为177HV10。拉伸和弯曲性能优良;焊接接头在-20℃下的冲击吸收能量均大于80 J;由于熔合线处的侧板条铁素体晶粒粗大,熔合线冲击吸收能量较低为84 J,断口形貌为准解理形貌特征。

升降船船板钢大热输入焊接接头裂纹缺陷图像检测

为提高船体结构的可靠性,避免事故发生,提出升降船船板钢大热输入焊接接头裂纹缺陷图像检测研究。利用相机与镜头、光源等部件组成图像采集平台,通过中值滤波算法设置滑动窗口,更新像素值,去除图像噪声,结合暗通道理论,使用去雾技术增强图像细节信息;将长宽比、圆度和等效面积作为特征参数;构建支持向量机超分类平面,引入二叉树算法提高支持向量机的检测能力,结合特征参数,建立二叉树支持向量机下的裂纹缺陷图像检测模型。试验结果表明,所提方法能够增强图像对比度和纹理特征,同时保证平衡准确率高且准确偏离率低。

桥梁钢结构大热输入焊接试验研究

针对桥梁钢结构大热输入(焊接热输入>50~100kJ/cm)焊接进行了试验研究,通过对接头性能及显微组织进行分析,结果表明:采用新型大热输入组合焊接工艺,接头显微组织无明显粗化,接头达到Q370qE桥梁钢接头力学性能要求,为大热输入焊接在桥梁上的应用提供了技术支撑。

大热输入焊接高强度低合金钢热影响区的晶粒细化

研究了焊接热输入为110 kJ／cm三丝埋弧自动焊E36高强度低合金钢热影响区的晶粒细化行为；用自动图像分析仪测量了焊接热影响区诱导晶内铁素体形核夹杂物的大小、分布；用透射电镜观察了具有自细化行为晶内铁素体的形貌。结果表明，焊接热输人为110 kJ／cm三丝埋弧自动焊，焊接热输入对热影响区夹杂物的直径大小、分布几乎没有影响。E36高强度低合金钢中加入微量的Ti，能形成直径为0．2～0．8μm的MnO，TiO，SiO2，Al2O3与MnS组成的氧硫复合物。大热输入焊接时，氧硫复合物诱导热影响区的晶内铁素体形核，并促进晶内铁素体的感生形核，晶内铁素体及其感生晶内铁素体使热影响区粗晶区的晶粒细化，确保焊接热影响区粗晶区的强度与韧性不降低。

微合金EH40型船板钢大热输入焊接接头组织和力学性能

通过拉伸、冲击、硬度力学试验和接头微观组织分析,对EH40船板钢大热输入埋弧焊的焊接性和接头性能进行了试验分析。结果表明,以热输入为40kJ/cm和60kJ/cm焊接,焊接热影响区粗晶区冲击吸收功值均最低,分别为116J和80.5J;焊接接头的强度均高于母材,焊接热影响区均未出现焊接软化区。当焊接热输入为40kJ/cm时,粗晶区组织主要为板条贝氏体、粒状贝氏体、少量的块状铁素体,而焊接热输入为60kJ/cm时,板条贝氏体明显减少,块状铁素体增多,并出现少量针状铁素体。Ti,Nb合金元素的碳氮化合物第二相粒子,在大焊接热输入时,很大程度上阻止粗晶区奥氏体晶粒的长大,改善了该区域的冲击性能。

低合金高强钢大热输入焊接热影响区组织性能

利用MMS—200热力模拟试验机研究了610 MPa级低合金高强度钢不同热输入焊接热影响区粗晶区（coarse grain high affected zone,CGHAZ）的组织和性能.结果表明,随着热输入的增加,试验钢CGHAZ组织逐渐粗大,低温冲击吸收功下降,但在80~100 kJ/cm的大热输入冲击下,热影响区仍能够保持良好的低温韧性,只有在120 kJ/cm的大热输入下,韧性显著下降.钢中弥散分布着大量细小TiN粒子（在焊接热循环中抑制原奥氏体长大、作为形核点促进针状铁素体形成）,是保证钢板具有良好的抗大热输入焊接性能的主要原因.

EH40船板钢大热输入埋弧焊接头韧化机理研究

对EH40船板钢进行大热输入(103 kJ/cm)埋弧焊接,通过拉伸、冲击试验,利用金相显微镜、扫描电镜、透射电镜和电子背散射衍射技术分析焊接接头的组织和力学性能。结果表明,焊缝金属组织为大量针状铁素体、少量先共析铁素体和少量M-A组元。大量晶内针状铁素体的生成分割了原奥氏体晶粒,焊缝有效晶粒尺寸为3.2μm。焊缝分析区域内大角度晶界比例为78.6%,大角度晶界主要分布在50°～60°,对焊缝冲击韧度非常有利。M-A组元尺寸较小,数量较少且均匀分布,不会对焊缝金属的韧性产生不利影响。焊接热影响区粗晶区的组织为贝氏体、针状铁素体和先共析铁素体。高熔点颗粒状析出相(TiO、Al2O3、MgO、TiN)的存在抑制粗晶区晶粒的长大,促进针状铁素体的形成,改善了该区域的冲击性能。力学性能试验结果表明焊接接头的强度高于母材,强韧性匹配良好,与组织分析结果一致。

大热输入焊接DH36钢焊接粗晶区组织与性能分析

利用焊接热模拟的方法,对比研究了大热输入焊接DH36钢焊接粗晶区的组织与性能.结果表明,低碳、低锰及低碳当量+微钛处理的合金设计可显著改善钢大热输入焊接粗晶区的组织与性能.随着t8/5的增大,大热输入焊接DH36钢粗晶区的组织由细小(尺寸<1μm)的板条状马氏体-奥氏体岛(M-A岛)组织转变为大尺寸块状M-A岛组织,同时组织中先共析铁素体数量增多,尺寸增大.降低钢中的Mn元素含量可显著促进先共析铁素体的形成,抑制硬质相M-A岛的产生,但过多的粗大先共析铁素体形成会降低HAZ的低温韧性.M-A岛和先共析铁素体共同作用决定着大热输入HAZ的性能.

新研制610D大热输入焊接热模拟组织性能分析

利用热模拟技术,对某钢厂新开发的一种60kg级大热输入焊接用钢板进行了大热输入焊接热模拟试验。试验结果表明:此次试制的钢板在焊接热输入为80kJ/cm时,具有合格性能,但焊接热影响区的低温韧性与日本产SPV490Q仍有一定差距,试制工艺有待改进。

新型EH40船板钢大热输入量埋弧焊焊接接头组织性能研究

对EH40船板钢埋弧焊焊接接头的组织性能进行了试验分析。结果表明:以60 kJ/cm的焊接热输入量焊接,接头的强度高于母材,热影响区(HAZ)没有出现焊接软化区。HAZ的低温冲击韧度低于母材,其中靠近熔合线的粗晶区冲击值(85.2 J)最低,远离熔合线4 mm处的冲击值(246.0 J)已接近于母材。HAZ的组织状态对接头力学性能有较大影响。母材中Ti、Nb合金元素生成的碳、氮化合物在一定程度上改善了HAZ的韧性。

大热输入焊接用钢的组织与力学性能

为研究大热输入焊接用钢的工业化生产工艺,采用实验室研究的氮化钛和氧化钛微细分散新工艺技术,对冶炼过程中合金的添加顺序和添加时机进行控制,在国内某钢厂进行了大热输入焊接原油储罐用钢的工业生产.通过对传统钢和工业试制钢焊接热模拟和气电立焊实验的冲击韧性对比,分析夹杂物数量、类型及尺寸对焊接热影响区组织的影响.结果表明:钢板的力学性能符合国标要求,屈强比小于0.9,在400 kJ/cm的焊接热输入条件下,熔合线组织为多边形先共析铁素体和晶内大量针状铁素体,具有良好的低温冲击韧性.尺寸为1~3μm的含TiOx-Al2O3-MnS类夹杂物最有利于晶内针状铁素体(IAF)形核.

锆处理石油储罐钢大热输入焊接CGHAZ冲击韧性分析

以微量锆处理石油储罐钢为研究对象,采用Gleeble3500并结合SEM,TEM等试验方法研究微量Zr元素对690 MPa级石油储罐用钢大热输入焊接热循环时粗晶热影响区(CGHAZ)冲击韧性的影响.结果表明,微量锆处理钢可显著提高母材的低温冲击韧性,但会严重恶化CGHAZ的冲击韧性.锆处理钢CGHAZ的M-A组元随着热输入的升高而粗化,M-A组元面积分数随热输入的升高而下降,导致钢的韧性下降;研究发现钢中含锆夹杂物大小都在微米级,它们都是在凝固过程中析出,对强化和晶粒细化影响不大,但对韧性有着十分重要的影响.过大的1～3μm的夹杂物尺寸导致钢的韧性下降.

610D石油储罐钢板大热输入量焊接性能分析

采用双丝埋弧自动焊对某钢厂新开发的60 kg级大热输入量焊接用钢板进行焊接性试验,对新试制的钢板性能进行评价;同时,采用相同的工艺对日本生产的储油罐板SPV490Q进行焊接性试验,以期将双丝埋弧自动焊技术应用于大型储罐环缝的焊接施工中,提高施工效率。试验结果表明:60 kg级大热输入量焊接用钢板在焊接热输入量为66kJ/cm时,具有合格性能。但焊接热影响区的低温冲击韧性与日本产SPV490Q仍有一定差距,试制工艺有待改进。

新型EH40钢板大热输入焊接接头组织和性能

通过拉伸、冲击、硬度等力学试验和焊接接头微观组织分析,对新型EH40钢板大热输入量埋弧焊的焊接性和焊接接头性能进行了分析。试验结果表明,在100 kJ/cm,125 kJ/cm和200 kJ/cm热输入量条件下焊接,各检验位置的冲击性能均满足船级社规范的要求。除焊缝检验位置以外,焊接热影响区中粗晶区位置的冲击性能均低于其它检验位置。焊接过程中,热影响区没有出现明显的硬化和软化现象。粗品区的显微组织由铁素体和珠光体为主变为以块状铁素体、贝氏体和魏氏体组织为主,同时存在少量的粒状贝氏体和黑色的M-A组元,随着焊接热输入量的增加,贝氏体和较为粗大的魏氏体组织所占比例增大。焊接热影响区中存在大量Ti和Nb的碳氮化合物的第二相粒子,这些第二相粒子有效地钉扎原奥氏体晶界,阻碍奥氏体晶粒的长大,从而改善了焊接热影响区的低温冲击性能。

氧化物粒子和Nb元素对大热输入焊缝金属显微组织及冲击性能的影响

母材焊接时通过交互结晶及成分稀释对焊缝金属的组织和性能产生影响。研究了母材中氧化物粒子及Nb元素对大热输入焊接的焊缝金属显微组织及冲击性能的影响。结果表明,氧化物粒子通过熔合线过渡到焊缝金属中,促进了焊缝金属中针状铁素体的形成。Nb元素细化了熔合线区域的晶粒,使以其为基底结晶的焊缝金属的柱状晶宽度减小。以上两个因素使得含氧化粒子和Nb元素的母材相比较于无氧化物粒子和不含Nb元素的母材,形成的焊缝金属韧性较高。因此,在选用焊接材料时一定要考虑母材的影响。

大热输入焊接接头组织性能研究

通过研究开发了一种新型药芯焊丝,配合不同母材进行276kJ/cm大线能量焊接实验,探讨了大线能量焊接条件下不同母材焊接接头的组织性能。结果表明:在大热输入焊接条件下,采用氧化物技术的大线能量用钢HAZ由于大量夹杂物的存在,抑制了奥氏体晶粒粗大,并在奥氏体晶粒内部形成了大量AF可抑制裂纹的扩展;Q235钢板形成粗大的奥氏体晶粒,并在奥氏体晶界处出现板条状的魏氏组织,严重影响了HAZ的冲击韧性;大线能量焊接用钢的熔合线部位的冲击韧性优于Q235焊接熔合线性能;母材对焊缝熔敷金属组织性能没有影响。

610MPa级大热输入高强钢焊接性能热模拟研究

利用Gleeble1500热模拟试验机研究了610 MPa级高强度钢板在60～120 kJ/cm热输入下的焊接热影响区性能,分析了影响焊接性能的显微结构因素。试验结果表明:试验钢在60～100 kJ/cm的大热输入焊接热模拟后拉伸强度和低温韧性良好,而在120 kJ/cm大热输入下机械性能下降较大但仍满足要求;试验钢中大量弥散分布的细小TiN粒子在热循环过程中能够钉扎奥氏体晶界和促进铁素体晶内形核,能有效抑制热影响区组织长大,保证了试验钢的大热输入焊接性能。

Zr含量对大热输入焊缝金属组织及冲击韧性的影响

采用气电立焊大热输入焊接方法,制备了3种不同Zr含量的焊缝金属,研究分析了Zr含量对大热输入焊缝金属组织与冲击韧性的影响。结果表明:在185 kJ/cm大热输入焊接条件下,Zr的质量分数为0.12%的1号焊缝金属中夹杂物数量有限,形成了大量粗大的等轴铁素体晶粒,不利于冲击韧性的提高;Zr的质量分数为0.35%的2号焊缝金属中夹杂物数量明显增加,形成了致密的针状铁素体(AF)组织,大幅度提升了焊缝金属的冲击韧性;Zr的质量分数为0.66%的3号焊缝金属中Zr的固溶量增加,提高了焊缝金属的淬透性,导致相变温度降低,促进了贝氏体的生成,恶化了焊缝金属的冲击韧性。

大热输入焊缝金属性能研究

设计了一种大热输入药芯焊丝,在341k J/cm大热输入焊接条件下,焊缝金属中生成了相互交叉互锁的针状铁素体AF组织,该组织阻碍了裂纹的扩展,提高了焊缝金属的冲击韧性。