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11CrNi3MnMoV高强钢激光-MAG复合多层焊接头组织性能研究

作　者: 秦浩
导　师: 陈彦宾
学　校: 哈尔滨工业大学
专　业: 材料加工工程
关键词: 低合金高强钢激光-MAG复合多层焊微观组织力学性能断裂行为
分类号: TG407
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

低合金高强钢具有高强度、高韧性、低温性能极佳、综合性能好的特点,因此其在国防以及民用领域受到广泛重视。中、厚板高强钢的常规焊接方法存在热输入大,变形大,易产生缺陷等问题,而激光-MAG复合多层焊以其稳定性高,熔深大,热输入低和较好的间隙适应能力,能够有效减少上述问题的出现。本文采用激光-MAG复合多层焊技术对16mm厚低合金高强钢(11CrNi3MnMoV)进行焊接,重点分析了焊缝各区组织对力学性能的影响,以及断裂行为与断口特征之间的关系。对U型坡口和Y型坡口的焊缝成型进行对比分析,最终选用Y型坡口,同时优化激光-MAG复合多层焊工艺,获得了成型良好的焊缝。通过光学显微镜分析了多层焊接头的宏观特征,比较了各区域的尺寸特点。应用SEM和TEM对各区域的微观组织特征和形成原因进行分析,确定了焊缝铁素体基体中贝氏体和马氏体的亚结构,为力学性能分析提供理论依据。对多层焊接头硬度进行了测试,焊缝和热影响区的硬度高于母材,硬度峰值出现在熔合区,焊缝根部硬度高于中心线其它位置。焊接接头进行正、背、侧弯180°后,表面均未出现裂纹和缺陷。分别对焊接接头,去应力退火后焊接接头,焊丝、焊缝金属和母材进行拉伸试验和组织分析,焊缝金属强度高于母材,解释了接头拉伸试样断裂于母材的原因,影响其断裂位置的主要因素是微观组织,受焊接残余应力的影响不大。先后进行了焊缝和母材的常温和低温冲击试验,母材冲击韧性稳定,焊缝的冲击功低于母材,并在40℃左右出现了延-脆性转变。分析了焊接接头的断裂行为和断口特征,分别对拉伸试验韧性断口,冲击试验韧性断口和准解理断口的形成原因进行解释,比较不同断口的第二相粒子尺寸和成分,结合微观组织对接头性能做出客观的评价。

全文目录

摘要  4-5
ABSTRACT  5-9
第1章绪论  9-19
  1.1 课题背景及意义  9-10
  1.2 国内外研究现状  10-18
    1.2.1 低合金高强钢的激光焊接  10-11
    1.2.2 激光-电弧复合焊接  11-15
    1.2.3 激光-电弧复合焊接头组织和力学性能研究  15-17
    1.2.4 多次热循环对接头组织的影响  17-18
  1.3 课题的主要研究内容  18-19
第2章试验条件与方法  19-25
  2.1 试验材料  19
    2.1.1 母材  19
    2.1.2 焊丝  19
  2.2 试验设备  19-20
  2.3 激光-MAG 复合多层焊试验方法  20-21
  2.4 组织和力学性能的分析方法及试样制备  21-25
    2.4.1 组织分析方法及试样制备  21-22
    2.4.2 力学性能分析方法及试样制备  22-25
第3章焊接接头组织特征分析  25-39
  3.1 引言  25
  3.2 激光-MAG 复合多层焊坡口优化  25-27
  3.3 激光-MAG 复合多层焊接头宏观特征  27-29
  3.4 激光-MAG 复合多层焊接头微观组织  29-36
    3.4.1 母材微观组织  29-30
    3.4.2 热影响区微观组织  30-32
    3.4.3 焊缝微观组织  32-36
  3.5 焊接接头元素分布  36-37
  3.6 本章小结  37-39
第4章焊接接头力学性能与断裂行为分析  39-59
  4.1 引言  39
  4.2 硬度  39-41
  4.3 弯曲性能  41-43
  4.4 拉伸性能  43-51
    4.4.1 焊丝和母材拉伸性能  43-44
    4.4.2 焊接接头拉伸性能  44-45
    4.4.3 焊缝金属拉伸性能  45-46
    4.4.4 焊接接头拉伸试样断裂原因分析  46-48
    4.4.5 焊缝和母材断口特征  48-51
  4.5 冲击性能  51-56
    4.5.1 低温冲击性能  51
    4.5.2 冲击断口宏观形貌  51-53
    4.5.3 冲击断口微观形貌  53-56
  4.6 第二相粒子  56-58
  4.7 本章小结  58-59
结论  59-60
参考文献  60-64
致谢  64

11CrNi3MnMoV高强钢激光-MAG复合多层焊接头组织性能研究

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