高频焊管焊接热影响区(HAZ)的控制

研究发现,高频直缝焊接钢管的焊接热影响区(HAZ)性能是影响焊接质量的重要因素。影响HAZ的因素有很多,如何根据所生产的焊管产品来准确调整这些影响参数,从而获得良好的HAZ性能是人们长期以来研究的重要课题。介绍了一种开环控制的焊接HAZ控制技术,将经验知识与理论计算相结合,规范了高频焊管机组运行,使操作者能够更准确地了解机组的运行状态,用较短的时间完成焊管机组成功运行的参数设置。

CO_2气保焊条件下ZG20MnMo钢热影响区氢致裂纹的研究

用插销试验法研究了CO2 气保焊条件下ZG2 0MnMo钢热影响区 (HAZ)的氢致裂纹敏感性、裂纹形貌及产生裂纹的主要原因。结果表明 :在不预热和 16kJ cm线能量条件下 ,ZG2 0MnMo钢热影响区的氢致裂纹敏感性很强 ,临界断裂应力 (σcr)只有 6 0MPa,D((σNT-σcr) σNT,σNT,为无氢时的抗断强度 )值高达 96 %。断口具有典型的氢致延迟裂纹特征 ,断口形貌与拘束应力水平有关。低应力水平条件下 ,断裂方式为冰糖状的沿晶 (IG) +氢致准解理穿晶 (QCHE) ,而且出现较多沿晶界和板条界二次裂纹 ;高应力水平时 ,主要为冰糖状的IG ,QCHE比例减少 ,而且QCHE中撕裂棱的塑性变形和二次裂纹都明显减少。氢致裂纹的产生主要与HAZ的淬硬程度高有关 ,近缝区形成粗大的马氏体组织 ,硬度值高达4 93HV ,这种组织容易发生氢脆 ,氢脆指标I(I=80lgHV - 130 (% ) )为 85 2 % ,即使氢的含量很低 ,HAZ也会萌生裂纹并扩展。

粗大原始晶粒尺寸对低碳钢焊缝区和热影响区微观组织和力学性能的影响

本文研究了具有不同热输入的粗大原始晶粒尺寸对焊缝区和热影响区（HAZ）的微观组织和力学性能的影响。焊接试验采用热轧以及晶粒粗化状态下的SAE1020钢样。将热轧钢板试样在1100℃下保温45min，随后在炉内冷却，以便获得粗大的原始晶粒尺寸。用埋弧焊机，以0．5、1和2kJ／ram的热输入对热轧试样和晶粒粗化试样进行焊接。在焊接后，研究焊缝区和热影响区的微观组织、硬度和韧性。根据研究结果，建立一种焊缝区和热影响区在原始晶粒尺寸、微观组织、硬度和韧性之间的关系。从韧性试验结果中发现，在相同的热输入下，粗大原始晶粒尺寸试样和原始试样的焊缝区展现出几近相同的冲击功，但其热影响区冲击功却有所不同。粗大原始晶粒尺寸试样热影响区的最大冲击功出现在高热输入情况下，而原始热轧试样的最大冲击功则出现在中等热输入情况下。因此，就热输入而言，粗大原始晶粒尺寸对低碳钢热影响区的微观组织、硬度和韧性具有重大影响。所以说，考虑到钢板厚度，就晶粒粗化低碳钢焊接过程中热影响区的最大冲击功而言，应采用较高的热输入。

激光功率对激光加工CFRPs热损伤影响研究

激光加工通过迅速升温实现材料去除,能够克服传统碳纤维增强复合材料(CFRPs)加工过程中出现的热损伤而导致的加工质量问题,成为了CFRPs精密加工的先进技术。为探究激光功率对CFRPs切割过程的影响机理,针对CFRPs激光切割过程,建立了综合考虑激光功率分布特性、材料相变烧蚀特性、材料各向异性和空气对流的三维介观耦合模型,应用COMSOL5.6进行了数值模拟。模拟结果表明,环氧树脂的烧蚀量随时间的变化呈三次函数关系,碳纤维的烧蚀量呈一次函数关系,且环氧树脂的去除速率高于碳纤维去除速率。此外,热影响区(HAZ)宽度随激光功率增大而增大,随时间变化呈三次函数关系。

磁场约束对CMT增材制造铝合金微观组织及力学性能的影响

为了解决电弧增材制造铝合金过程中出现的气孔和微观组织缺陷问题,课题组采用了纵向直流磁场来辅助电弧增材制造铝合金的方法,研究了纵向直流磁场对成形件的焊缝气孔、组织形貌和力学性能的影响。结果表明:纵向直流磁场可以降低增材制造铝合金成形件的孔隙率,改变熔合线的形貌,细化铝合金内部的微观组织;施加了纵向直流磁场辅助电弧增材制造铝合金的成形件,横向和纵向极限抗拉强度分别达到了176.5和182.9 MPa,相比于无磁场条件下提升了9.3%和14.4%,组织性能明显优于无磁场条件下的成形件;施加了磁场后的成形件拉伸断口表面气孔数较无磁场下明显减少,断口形貌呈韧性断裂。

焊接热影响区针状铁素体的形核长大及其对组织的细化作用

通过观察焊接热循环冷却过程中不同温度取样直接淬火后的微观组织,研究了焊接热影响区(HAZ)晶内针状铁素体(IAF)的形核长大过程,论证了针状铁素体分割原奥氏体晶粒及细化晶内组织的机理.Auger电子能谱(AES)证实,在TiO_xMnS型复合夹杂物边界附近存在贫Mn区,IAF易于在这类复合夹杂物上形核,单个复合夹杂物能够诱导多个IAF形核,随着冷却过程中温度的降低,形核后的IAF逐渐长大.淬火马氏体和贝氏体在生长过程中会与IAF发生碰撞,使其发生变形,但不能穿过IAF.正是由于IAF分割了原奥氏体晶粒,阻碍了晶内其它微观组织的生长,焊接热影响区的微观组织得到细化.

低合金钢焊接热影响区的微观组织和韧性研究进展

对钢结构而言,诸如海洋平台、船舶、桥梁、建筑和油气管线等,焊接后的性能直接决定了其服役寿命和安全性,重要性不言而喻.在针对焊接相关问题的研究中,焊接热影响区的韧性提升一直是重点和难点.焊接热影响区会经历高达1400℃的高温,从而形成粗大的奥氏体晶粒,如果焊接参数控制不当,不能通过后续冷却过程中的相变细化组织,就会造成韧性的降低.而多道次焊接的情况更为复杂,前一道次形成的粗晶区还会在后续焊接过程中经历二次热循环,从而形成链状M-A,造成韧性的急剧下降.本文旨在对一些现有焊接热影响区的相关研究结果进行总结,探讨母材的成分、第二相及焊接工艺等因素对热影响区微观组织和性能的影响,为低温环境服役的大型钢结构的焊接性能改善提供一些设计思路.

微合金钢中氧化物夹杂对焊接热影响区组织、性能的影响

研究了一种微合金钢中夹杂物与模拟焊接热影响区微观组织以及低温冲击韧性的关系.结果发现:实验钢夹杂物以类球状Ti2O3-Al2O3-MnS型复合夹杂为主,分布较为均匀且尺寸小于3μm;在相变冷却时间较短(T8/5=40s)时,试样微观组织以针状铁素体和沿晶铁素体为主,板条贝氏体束较少,原奥氏体晶粒尺寸在50μm左右,低温冲击性能优良;随着相变冷却时间的延长(T8/5=60,80s),原奥氏体晶粒尺寸也随之增大,相变温度的提高和相变区域的变宽使得位于原奥氏体晶界附近的夹杂物对晶界处多边形铁素体的诱导促进作用更加明显,沿晶铁素体长大剧烈,一定程度上消耗了晶内针状铁素体对组织的分割细化作用,使得低温冲击韧性有所降低.

X100管线钢焊接热影响区中链状M-A组元对冲击韧性和断裂机制的影响

利用示波冲击试验机对X100管线钢直缝埋弧焊实际焊接接头热影响区不同位置处的冲击韧性进行了测试.结果表明,当缺口穿过不完全重结晶粗晶区(ICCGHAZ)时冲击韧性很低(平均为51 J),而当缺口不穿过ICCGHAZ时冲击韧性则高达183 J.还利用Gleeble热模拟试验机对热影响区不同区域的组织进行了模拟,得到均一组织的粗晶区(CGHAZ),细晶区(FGHAZ)和不完全重结晶区(ICHAZ)的冲击韧性较高,平均分别为244,164和196 J,而ICCGHAZ的冲击韧性只有32 J.因此,ICCGHAZ是导致冲击韧性骤降的主要原因.ICCGHAZ由粗大的原奥氏体晶粒及沿晶界呈链状分布的马氏体-奥氏体(M-A)组元构成,晶粒内部为粗大的粒状贝氏体或者上贝氏体.断口分析表明,ICCGHAZ是整个断面的起裂源,且裂纹扩展过程中M-A组元易成为解理刻面的起裂源.示波冲击结果显示,ICCGHAZ的存在使得起裂功显著降低.对断口下方二次裂纹的研究表明,CGHAZ处的断裂机制为形核控制型,而在ICCGHAZ处则为扩展控制型.因此,ICCGHAZ中链状M-A组元的存在是导致热影响区韧性恶化的根本原因,并且使得断裂行为和断裂机制发生显著变化.

湿H_2S环境中L360MCS钢焊接热影响区的应力导向氢致开裂行为

利用裂纹面分离及SEM和EDS研究了L360MCS钢焊接热影响区(HAZ)在湿H_2S环境中的应力导向氢致开裂(SOHIC)行为.结果表明:应力导向氢致开裂裂纹由轴向和纵向两种裂纹组成,先形成轴向裂纹,后形成纵向裂纹,两种裂纹均独立形核.裂纹带有明显的阶梯状氢致开裂特征,裂纹面呈现准解理型断口形貌.拉应力在裂纹形核和扩展方面起主要作用,拉应力不仅增加了拉伸区的过饱和氢浓度,而且直接推动纵向裂纹的扩展.轴向裂纹在MnS和CaS夹杂以及析出相处形核,以氢压为主要的裂纹扩展动力.而纵向裂纹则主要在析出相处萌生,裂纹扩展受拉应力和氢压双重控制,拉应力为主导.

重复焊接对304不锈钢热影响区组织与性能的影响

采用自动钨极氩弧焊接(GTAW)工艺设计刚性约束坡口,制备了304不锈钢1次焊接和1~5次试样。采用光学显微镜、X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)与电子背散射衍射(EBSD)技术对重复焊接试样的热影响区(HAZ)显微组织进行观察分析,并开展室温拉伸性能测试,研究重复焊接对显微组织与力学性能的影响。结果表明,重复焊接试样的HAZ显微组织主要由奥氏体和条状δ铁素体组成,随着重复焊接次数增加,HAZ奥氏体晶粒尺寸呈长大趋势,δ铁素体含量先减少后增加,组织择优取向由<101>转变为<111>,局域取向差逐渐增大;晶粒尺寸是影响抗拉强度和延伸率变化的主要原因,加工硬化致使试样屈服强度逐渐增加。

钒微合金化钢的热影响区韧性

研究了结构钢单道次焊接接头,尤其是靠近融合线位置的粗晶热影响区(CGHAZ)的组织和力学性能。通常,这个区域的韧性比母材和焊缝金属的韧性要低很多,所以CGHAZ是最容易发生断裂的薄弱位置。重点关注钒微合金化钢板,并且与相同强度级别的铌微合金化钢板进行对比。为了充分利用钒的强化效果,有必要将氮含量提高至0.01%;为优化钢的性能,必须考虑钒与氮的配合。

X70管线钢焊缝应力腐蚀破裂的研究

采用慢应变速率试验、扫描电镜试验研究了X70管线钢焊缝拉伸试样在通5%CO2+95%N2的NS4溶液中的应力腐蚀破裂(SCC)敏感性。结果表明断口和柱面SCC裂纹均发生在热影响区(HAZ)。施加阴极电位时,在试样断口观察到明显的准解理断裂特征,断口和柱面有穿晶SCC裂纹。在自腐蚀电位和阳极电位条件下,SCC敏感性很低。在所研究的电位区间,总体趋势是随电位正向增加,断面收缩率、断裂时间和延伸率增加,而断口部位SCC裂纹平均扩展速率减少、即SCC敏感性降低。并利用显微组织变化和电化学理论分析了焊缝试样HAZ的SCC机理。

大线能量焊接用钢的研究概况

介绍了单面埋弧焊、气电立焊以及电渣焊3种在钢制结构制造行业应用最为广泛的大线能量焊接技术。针对大线能量焊接技术的大线能量、高自动化、强迫成型的特点,指出大线能量焊接用钢开发的关键技术是降碳、增锰、加钛、精确控制Ti/N比的成分设计及微合金化,优化冶炼工艺,加强热影响区中细小针状铁素体形成的组织控制和控冷中的板形控制,配套焊接工艺优化及焊材的研究等。

ADB610D钢的焊接性研究

ADB610D钢是鞍山钢铁集团公司为三峡右岸电站水轮机蜗壳用钢板而研制生产的610 MPa级低焊接裂纹敏感性高强度钢,焊接性试验表明ADB610D钢具有优良的低温抗裂性能和可焊性。该钢种适用于水电站水轮机蜗壳制造,在水电站工地现场焊接便于预热(预热温度很低),一般在常温下即可焊接,无须焊后热处理,焊缝接头在焊态下表现出优良的力学性能。焊缝金属与母材的强度配合表现为等强匹配,国产J607RH焊条均能与之获得较好的强度匹配。

WDB620钢焊接性试验及焊接工艺评定

国产WDB620钢是610MPa级低焊接裂纹敏感性高强度钢,为了将该钢种应用到三板溪水电站的水轮机蜗壳制造中,对WDB620钢进行了焊接试验,并与日本NKK公司生产的NK-HITEN610U2钢进行了性能对比。结果认为,WDB620钢在板厚≤36mm范围内的焊接性能是良好的,与日本NK-HITEN610U2钢的焊接性能比较接近,WDB620钢的力学性能和焊接性能完全满足设计要求,可以替代日本NK-HITEN610U2钢。

浅谈2205双相不锈钢焊接接头相比例的控制

2205双相不锈钢焊接接头成型过程中,为了提高焊缝和热影响区(H AZ)的韧塑性和耐蚀性,需要严格控制其相比例。结合2205双相不锈钢的焊接性能,通过层间温度的合理控制、焊接材料的合理选择、保护气体的合理搭配等方面阐述如何获得更好的相比例和相形态分布,为2205双相不锈钢的现场焊接提供指导。

关于螺旋埋弧焊焊接接头硬度检验标准的探讨

分析了API 44版(管线钢管规范)标准关于螺旋埋弧焊焊缝接头硬度检验特点,探讨了维氏硬度在焊接接头检测的意义,分析常见焊缝硬度数值分布特点和验收标准现状;针对目前管线钢常规检验中的硬度频测的特点,提出了简化热影响测量点数的建议。

无间隙（IF）钢焊接过程中铁素体晶粒长大的物理解释

在我们前期的研究中曾报道了无间隙（IF）钢焊接过程中热影响区内的异常晶粒长大现象。通过观察焊接头内部，发现熔合线附近存在超大晶粒，它们沿热流方向产生。这一现象出现于某些IF钢中给定的熔合线距离上，相当于极限可迭温度稍高于AC3（r-a转变温度）的区域。在该晶粒长大区内，根据焊接条件在不同钢号上测得的铁素体晶粒尺寸在150μm～500μm范围。用两个参数解释这种异常晶粒长大现象，它们是热梯度（G）乖Ara等温线（R）的位移速率，前者构成“驱动力”，后者则涉及到热梯度中成核与长大之间的竞争。显然，只有当析出物中杂质不阻碍r-a转变时，铁素体晶粒的快速长大才能发生。本文介绍为揭示焊接过程热梯度中析出状态对异常晶粒长大的影响所作的首次尝试。

S690QL调质钢焊接热模拟试验研究

采用焊接热模拟技术绘制了S690QL调质钢的焊接模拟连续冷却转变曲线(SHCCT),研究了热输入以及焊接道次对粗晶热影响区(CGHAZ)冲击韧性的影响。研究结果表明,S690QL调质钢具有较高的马氏体形成能力,在热输入46.5kJ/cm(对应t_(8/5)=18 s)时,CGHAZ的组织中仍有马氏体的存在;热输入对CGHAZ的冲击韧性影响不大,其主要原因是CGHAZ的晶粒大小随热输入的增加变化不大;经多道次热循环后,细小等轴的重结晶晶粒的形成是导致过临界粗晶热影响区(SCR CGHAZ)的冲击功较CGHAZ的冲击功有大幅度提高的原因。