變形對兩種鋼材焊接組織及力學(xué)性能的影響研究.pdf

1、在焊接結(jié)構(gòu)件中，需要在焊前預(yù)先進行如彎曲變形等成型加工的工件占據(jù)了非常大的比例，然而目前針對預(yù)變形件焊接的研究較少。本文以Q235和304L預(yù)變形薄板焊接為研究對象，結(jié)合有限元模擬，研究預(yù)變形對鋼材的焊接組織和力學(xué)性能的影響，對改善石油化工、機械制造等行業(yè)的焊接結(jié)構(gòu)件質(zhì)量，提高我國結(jié)構(gòu)件的焊接制造水準(zhǔn)，推動高端裝備技術(shù)領(lǐng)域的發(fā)展具有重要意義。
　　本文首先通過液壓折彎試驗對鋼板進行90。折彎，獲得焊前預(yù)變形，并利用Forge有限元

2、模擬折彎加工的變形程度分布，應(yīng)變場結(jié)果得到電解刻蝕圖紋的驗證。根據(jù)應(yīng)變場結(jié)果設(shè)計了兩組焊接組織分別具有不同變形程度的預(yù)折彎焊接接頭試樣，以及一組在變形后經(jīng)過去應(yīng)力退火的對比試樣，作為本文研究的前提和主要研究對象。
　　然后，利用機器人GMAW焊接試驗研究焊接參數(shù)對Q235和304L接頭焊縫的影響規(guī)律，優(yōu)選了兩種材料的合理焊接參數(shù)，實現(xiàn)了通過折彎實驗設(shè)計的預(yù)變形焊接接頭，得到的焊縫成型良好，無夾雜、咬邊、裂紋、氣孔等缺陷。對于Q23

3、5，焊接速度為4.0mm/s，送絲速度4.2m/min，電壓為23V;對于304L，焊接速度為3.7mm/s，送絲速度4.0m/min，電壓為16V。
　　為分析預(yù)變形對焊接組織和性能的影響，本文進一步建立了Q235預(yù)變形接頭的焊接溫度場有限元模型，得到不同焊接區(qū)域的熱循環(huán)曲線，并通過熔池形狀和實際熱循環(huán)曲線進行了驗證。
　　通過實驗分析了預(yù)變形對Q235和304L兩種鋼材焊接組織和力學(xué)性能等的影響。研究發(fā)現(xiàn)，對于Q235接

4、頭的顯微組織，由于折彎變形增大了碳原子的遷移速率，使得L+δ相區(qū)減小，γ相區(qū)變窄，從而導(dǎo)致冷卻過程中在相應(yīng)相區(qū)的停留時間變短，減小了熔合區(qū)和粗晶區(qū)的寬度。對不同焊接區(qū)域，預(yù)變形程度越大，接頭的熔合區(qū)尺寸越小，細(xì)晶區(qū)尺寸越大，而各區(qū)域的組織形貌不變。預(yù)變形后接頭的抗拉強度不低于母材，在熔合區(qū)和熱影響區(qū)的硬度值均高于母材，接頭的硬度分布曲線體現(xiàn)了預(yù)變形對熔合區(qū)和細(xì)晶區(qū)寬度的影響，與焊接組織尺寸的觀察結(jié)果一致。對于Q235接頭的殘余應(yīng)力，預(yù)變

5、形在一定程度上降低了縱向殘余拉應(yīng)力，并增大了焊縫附近的橫向殘余壓應(yīng)力，但可能會提高熱影響區(qū)的橫向殘余拉應(yīng)力。
　　與無預(yù)變形的焊接接頭相比，304L接頭的顯微組織隨著預(yù)折彎接頭熔合區(qū)和熱影響區(qū)預(yù)變形程度的增大，熔合區(qū)寬度變小，熱影響區(qū)條狀鐵素體的體積分?jǐn)?shù)減少，這主要是由于預(yù)變形產(chǎn)生的位錯與空位促進了溶質(zhì)元素的擴散，進而促進了焊接冷卻過程中δ鐵索體向奧氏體的轉(zhuǎn)化，使得更少的δ鐵素體保留在熱影響區(qū)。此外，在同等條件下，經(jīng)過預(yù)變形的30