S620Q高強厚板焊接過程數值模擬及實驗研究.pdf

1、S620Q厚板低碳調質鋼廣泛應用于機械、礦山等領域，焊接作為其應用中最主要的連接方式，焊接性能直接關系到設備構件的安全可靠運行。近年來，運用實驗研究和數值模擬相結合的方法研究厚板的焊接性能日益受到關注。因此本文通過對40mm厚S620Q高強厚板分別進行實芯焊絲氣體保護焊（GMAW）和藥芯焊絲氣體保護焊（FCAW）焊接實驗，利用掃描電鏡及拉伸試驗等分析手段研究了焊接接頭各道焊層的組織轉變和力學性能變化規(guī)律。為了更好的研究S620Q厚板多層

2、多道焊接，本文同時運用 ANSYS有限元軟件采用雙橢球熱源模型得到 S620Q鋼多層多道焊接溫度場分布規(guī)律，并對厚板各道焊層熱影響區(qū)（HAZ）寬度進行了預測。在溫度場計算的基礎上，通過熱－結構間接耦合法與實際殘余應力測試，得出焊接接頭殘余應力的分布規(guī)律。
　　焊接實驗表明， GMAW和 FCAW工藝條件下，實芯焊縫主要組織為針狀鐵素體(AF)+粒狀貝氏體(GB)，藥芯焊縫組織為 GB+少量 AF；藥芯接頭焊縫的平均強度略高于實芯焊

3、縫，而且接頭硬度分布水平高于實芯焊縫。熱輸入較小時，實芯粗晶區(qū)組織為LB，藥芯為 ML，隨著熱輸入的增大，實芯粗晶區(qū)組織轉變?yōu)榇执?LB，藥芯轉變?yōu)镚B；沖擊試驗表明，實芯焊縫沖擊值高于藥芯焊縫，而藥芯熔合區(qū)、粗晶區(qū)沖擊值略高于實芯粗晶區(qū)。受到二次熱循環(huán)作用，粗晶區(qū)晶界處生成了不規(guī)則、島狀 M-A和貝氏體，部分淬火區(qū)晶界處為GB，但粗晶區(qū)晶界處不規(guī)則、島狀M-A對韌性損害較小。
　　通過數值模擬得到了S620Q厚板多層多道焊接溫度

4、場和應力場分布規(guī)律；實測熱循環(huán)曲線與模擬計算 HAZ的熱循環(huán)曲線變化規(guī)律相同，最高峰值溫度與實測值相比，最大誤差為14％；數值模擬計算的HAZ各區(qū)域寬度與實際測得的HAZ各區(qū)域寬度基本吻合。厚板焊后殘余拉應力主要分布在焊縫及其附近區(qū)域，最大等效殘余拉應力為437MPa，X形坡口焊根處具有較大橫向殘余拉應力為500MPa；厚度方向上發(fā)生位移量為0.968mm的面外角變形；模擬殘余應力曲線與厚板實測值變化趨勢一致。
　　通過對 S62