鑄鐵閥門密封圈堆焊不銹鋼裂紋機(jī)理研究.pdf

1、在腐蝕性介質(zhì)中工作時(shí),為了提高閥門耐蝕性,需要在和液體接觸的內(nèi)部涂裝耐蝕涂層。但是,在閘閥的滑動(dòng)工作表面上不能涂裝,需要采取堆焊一層耐腐蝕不銹鋼層,以提高閥門工作表面的耐蝕性。然而,由于鑄鐵是一種焊接性能很差的材料,極易產(chǎn)生焊接裂紋。因此,在閥門工作面上堆焊不銹鋼耐蝕層時(shí),常常在焊接熱影響區(qū)和過渡層中出現(xiàn)裂紋而導(dǎo)致堆焊層報(bào)廢。并且,鑄鐵的含碳量高,還容易在堆焊層出現(xiàn)硬質(zhì)相難以加工的現(xiàn)象。本文以球墨鑄鐵、灰鑄鐵閥門堆焊不銹鋼為研究對象,選

2、擇在材料為Q450-10、HT250的試樣上堆焊A102、A402不銹鋼焊條。通過對堆焊接頭微觀組織觀察分析,并借助有限元分析軟件ANSYS模擬堆焊過程溫度場分布、焊后殘余應(yīng)力分布,研究鑄鐵堆焊不銹鋼裂紋形成機(jī)理。論文主要研究結(jié)論如下:
　　(1)在QT450-10上堆焊單層的奧氏體不銹鋼A402時(shí),在堆焊層熱影響區(qū)的高溫區(qū)和熔合區(qū)出現(xiàn)碳化物和針狀馬氏體組織,由于鑄鐵中的碳向焊縫中的溶解和擴(kuò)散,在焊縫區(qū)也出現(xiàn)了碳化物組織。經(jīng)過對堆

3、焊區(qū)焊接應(yīng)力場的有限元模擬分析,堆焊后,在熔合區(qū)的殘余應(yīng)力達(dá)到最大值(260Mpa)。脆性組織和殘余應(yīng)力的綜合作用是球墨鑄鐵堆不銹鋼單層焊焊后裂紋產(chǎn)生的根本原因。
　　(2)在QT450-10材料上,先采用鎳鐵焊條堆焊Z408一層薄過渡層,然后,再堆焊 A102。結(jié)果表明:由于采用了較小的焊接電流,堆焊層熱影響區(qū)中碳化物明顯減少,鎳鐵合金的隔離作用,減少了鑄鐵中的碳向焊縫擴(kuò)散,焊縫中的碳化物顯著減少。由于堆焊Z408過渡層時(shí)焊接熱

4、輸入較低,且鎳鐵合金層有效的減少了鑄鐵和不銹鋼之間的線收縮率差異,降低了焊后殘余應(yīng)力低。因此,與QT450-10單層焊相比,采用QT450-10雙層焊焊接裂紋敏感性低。
　　(3)在HT250材料上堆焊單層的奧氏體不銹鋼A402時(shí),在堆焊層熱影響區(qū)的高溫區(qū)和熔合區(qū)出現(xiàn)馬氏體和碳化物組織,同時(shí)熔合區(qū)還存在磷共晶現(xiàn)象。同時(shí)由于焊接殘余應(yīng)力的存在,使得HT250上堆焊單層的奧氏體不銹鋼A402時(shí)極易發(fā)生裂紋。
　　(4)基于ANS