高強度的鋼板激光拼焊板焊縫成型與組織分析畢業論文-資料下載頁

　　

【正文】 好部分變態區900740oC加熱到Ac1轉變點以上，只是珠光體球化，緩冷時韌性良好，急冷時，常常生成馬氏體，韌性惡化。脆化區740300176。C由于熱應力和析出而脆化，從顯微鏡難以分辨出變化，在操作過程中按照既定的采樣計劃獲得壓痕長度（格數），表中所列格數已經經過兩個對角線取平均值的數據處理。，然后三倍的數值作為其實際維式硬度值。根據硬度變化曲線反映出的材料性能變化，本文認為是焊接區在激光熱量下組織形態發生變化引起的，一方面熱影響區的化學成分與母材相同，但是組織與母材相異。其次焊接過程中熱影響區加熱到了奧氏體化溫度以上，因而焊前的母材組織被破壞，這個溫度和加工冷卻速度決定了焊縫所生成的組織性能。我們在下一步制作了金相試樣對焊縫區微觀組織進行分析，用以解釋焊縫區組織形態。根據試樣的杯突值所得機械性能變化，以及在硬度分析中得到的變化特點，本文就試樣在幾個不同條件下的進行金相分析，采用的分析思路如下：⑴.選取最佳焊接速度與功率下試樣低倍數（100）分析焊接焊縫的成形過程以及成形性，第一步從認識焊縫的角度引入焊接金相分析的實驗課題。⑵.選取最佳焊接速度與功率下從高倍數（400）分析焊縫組織，辨別焊縫區出現的組織及其帶來的性能，并在高倍數下比較焊縫中心區、熱影響區以及木材組織變化，解釋焊接過程對硬度變化、深沖性能變化的原因。⑶.在中倍數（200）下比較幾種不同參數下焊接形成的組織，分析不同參數下焊接生成的組織差異，解釋其在影響焊縫成形過程中的所起的作用。 焊縫區100放大倍數的組織過渡分析選取3kw3m/min下實驗所得金相樣品金相100佳能A600型數碼攝像機在金相顯微鏡下進行拍攝，獲取金相照片 由圖可以看出，焊縫區金屬組織與母材組織在100下的組織過渡明顯，新生成的組織在與母材比較晶粒粗大，在熱影響區形成較為細密的組織過渡區，晶粒判斷為等軸晶，而在靠經焊接中心部分則表現為粗晶，分散較熱影響區凌亂，從焊縫中心的組織分布對稱結構可以分辨出在焊接中心的兩塊金屬的焊縫線，由激光焊接中心拖動的組織條紋，初步判斷形成了較大硬度的馬氏體組織。以上分析在100下可以得到以下幾個結論：焊縫區與母材組織變化明顯，熱影響區判定出現細等軸晶組織；焊縫中心生成類似馬氏體的條塊狀組織，該組織對焊縫性能影響將在400下重點分析；厚差板沒有因板材厚度不一而出現重大焊縫組織缺陷；進一步的組織分析本文將在400中分析(a)50mm(b)50mm圖34 焊縫區組織100金相圖 (a)焊接過渡區組織全局示意圖 (b) 焊接中心全局示意圖 焊縫區400組織成分分析選取3kw3m/min下實驗所得金相樣品金相400佳能A600型數碼攝像機在金相顯微鏡下進行拍攝，獲取金相照片。如圖可知，焊接區域從中心到母材組織形貌發生了兩次變化，在焊接中心區生成了大量針狀、板條狀馬氏體組織，從中心到兩側都有生成；在焊接熱影響區形成了較明顯的等軸晶過渡區，晶粒從母材到影響區內等軸晶呈逐漸整體長大趨勢，并在遠離母材區域形成于焊縫中間形成馬氏體組織；母材區為典型的雙相鋼組織，即鐵素體+奧氏體。厚差板在成分相同組織變異的情況下，變化明顯，金屬焊縫中部加熱到了靠近熔點1500176。，從焊接中心到母材兩側，在激光拼焊板焊縫中總是存在一定數量的板條狀馬氏體，如圖所示。板條狀馬氏體的特征是在奧氏體晶粒的內部形成細條狀馬氏體板條，條與條之間有一定的交角。由于這種馬氏體的含碳量低，故也稱低碳馬氏體。焊縫中馬氏體組織的生成，不但與焊縫化學成分有關，更主要的是與焊接方法和焊接接冷卻條件有關。在激光焊接條件下，焊縫區受到急速加熱和冷卻，此時奧氏體過冷到Ms溫度以下就發生馬氏體轉變，由于母材本身含碳量少，因此焊縫中一般只會出現板條狀馬氏體。板條狀馬氏體具有一定的強度，另外，低碳的板條馬氏體形成溫度高(Ms點較高)，在其形成后過飽和的碳發生部分分解，稱自回火，自回火能改善馬氏休的韌性。(a)(b)(c)圖35 焊縫區400金相圖(a) 焊縫區組織金相圖 (b) 焊接熱影響區組織金相圖 (c) 母材組織從圖中還可以看出焊縫中心生成馬氏體區晶內有針狀鐵素體組織存在，針狀素體的形成溫度約在500℃左右，它是在母材原始奧氏體晶內以針狀分布，是焊縫常見組織。針狀鐵素體是焊縫中希望的組織，在性能上隨著針狀鐵素體細小、密集，數量增大而韌性提高。隨著針狀鐵素體數量減少而性能惡化，尤其是沖擊韌度下降嚴重，因此，針狀鐵素體的數量對焊縫性能有重大影響。由以上分析本節可以總結出以下幾個結論：⑴．母材組織為典型的DP雙相組織鐵素體+奧氏體組織，成分比例按圖估算約為4:3；⑵．焊縫熱影響區生成大量等軸晶，等軸晶從母材向焊區過渡明顯，在遠離焊縫的區域晶粒尺寸較小，在靠近焊縫區域生成較大晶粒，二者呈明顯梯度變化，構成了焊接熱影響區的主要微觀結構；⑶．焊縫中心生成硬度較高的較多板條狀馬氏體組織以及針狀鐵素體組織；馬氏體呈一定角度定向分布，鐵素體包含在其各處，在硬度較高的環境下鐵素體保證了材料的機械性能。(d) 幾種試驗參數條件下的焊縫區200組織成分比較(d)如圖可看出，組織形態差異在微觀層面上還是比較明顯的，圖中可以看出，在功率增大的過程中，組織成分的微觀大小結構比例發生了的變化，在低功率中所形成的組織比例稍微不均勻，等軸晶數量與寬度少，過渡不明顯，以上原因容易導致焊縫邊緣區組織突變，不利于綜合成形；，比例目測均勻性稍好，由于焊縫熱量值過高，焊縫邊緣出現細等軸晶寬度過大的情況，在距離母材較遠的中心出按梯度轉化出條狀組織馬氏體，該結構也不利于在深沖過程中的金屬流動。以上我們可以得出一個結論：金屬在設備功率提高的過程中，功率低時焊縫熱量偏低，容易產生組織形成能力不足，焊縫未焊透；功率高時易產生熱量偏多，熔化能力過大而焊縫與母材之間生成較大熱影響區的組織，導致母材與焊縫性能差異較大。以上不利于焊縫組織的過渡，因而存在一個臨界功率以滿足材料在焊接后的使用性能要求。50mm(a)(b)50mm(c)(50mm(d)50mm圖36 焊縫區功率變化下的200金相組織比較(a) P= (b) P= （c）P= （d）P=如圖可知，在焊接速率從2m/，組織差異比較明顯，不難看出，在速率變化的過程中，組織成分的微觀結構發生了的變化，在速率較小的情況下所形成的組織范圍較寬，等軸晶數量與寬度較大，中心組織與母材區差別較大，過渡不明顯，容易在馬氏體組織區與細等軸晶區導致焊縫邊緣區組織突變，不利于綜合成形；，分布在馬氏體中各部分，目測均勻性較好，由于焊速較高，焊縫組織分布較均勻，但是在形成的組織范圍較窄，形成在母材組織的突變，該組織結構如果偏差過大極易導致焊縫組織脆化或者未焊透。綜上得出以下結論：金屬在設備功率提高的過程中，功率低時焊縫熱量偏高，容易熔化能力過大而焊縫與母材之間生成較大熱影響區的組織；速率過高時易產生熱量不足，產生組織形成能力不足，焊縫未焊透，焊縫組織變化去小，導致母材與焊縫性能差異較大。以上不利于焊縫組織的過渡和力學性能的傳遞，因而存在一個臨界速率以滿足材料在焊接后的使用性能要求。(a)50mm(b)50mm(c)50mm(d)50mm圖37 焊縫區速率變化下的200金相組織比較(a) v=(b) v=(c) v=(d) v=通過比較兩種控制變量法下的實驗結果，我們可以得出以下兩點結論：⑴、金屬在設備功率提高的過程中，功率低時焊縫熱量偏低，容易產生組織形成能力不足，焊縫未焊透；功率高時易產生熱量偏多，熔化能力過大而焊縫與母材之間生成較大熱影響區的組織，導致母材與焊縫性能差異較大。以上不利于焊縫組織的過渡，因而存在一個臨界功率以滿足材料在焊接后的使用性能要求。⑵、金屬在設備速率提高的過程中，速率低時焊縫熱量偏高，容易熔化能力過大而焊縫與母材之間生成較大熱影響區的組織；速率過高時易產生熱量不足，產生組織形成能力不足，焊縫未焊透，焊縫組織變化去小，導致母材與焊縫性能差異較大。以上不利于焊縫組織的過渡和力學性能的傳遞，因而存在一個臨界速率以滿足材料在焊接后的使用性能要求。 本章小結⑴.在幾種控制條件下，激光拼焊板在功率增加與速率增加的過程中杯突值先增大后減少，存在最優臨界值；功率對焊接后拼焊板的深沖性能的影響在本文中比速率的比重要稍大。⑵.在幾種控制條件下，激光拼焊板焊縫、熱影響區、母材的顯微硬度變化規律為通過焊縫區時，硬度先增大后減少，焊縫板條狀馬氏體區硬度最高。⑶.在幾種不同條件下的金相分析得知，在焊縫區生成了硬度很高的板條狀馬氏體組織和韌性很好的針狀鐵素體，在熱影響區形成了過度平緩的細等軸晶等軸晶粗等軸晶過渡，促使了焊縫獲得良好的械性能。⑷. 通過拼焊板杯突試驗過程中力位移曲線表現的性能連續性，本文認為拼焊板在試驗過程中參數調節沒有超出范圍，焊縫組織成形良好。結 論本文利用H＆F Moto Man 25607激光拼焊機，采用控制變量法，以SP252590PQ高強鋼為研究對象，通過不同焊接速率及焊接功率對此高強鋼進行激光焊接，、借助金相顯微鏡研究了焊縫與母材的微觀組織差異，得出以下結論：1） =0時，使用控制變量法研究，得到最佳焊接工藝參數是：焊接速率v=；焊接功率P=3kw；2) 焊縫區杯突值隨功率或速率的增大先增大至以峰值后減少，功率影響要比速率的影響顯著得多，滿足加工的≥9mm要求。3) 硬度沿焊縫橫截面呈現出以焊縫中線為對稱軸的近對稱分布，焊縫激光束中心區的硬度比其他區域要大得多，可達到580HV左右。在控制變量下，、。4) 高強鋼板焊縫在金相顯微鏡下觀察到的組織為：焊縫中心：板條馬氏體和針狀鐵素體，兩側熱影響區：珠光體和的鐵素體，母材區：鐵素體+奧氏體；熱影響區組織由細等軸晶等軸晶過渡明顯。參 考 文 獻[1] [M]. 科學出版社, 2005[2] 呂德林,[M].機械工業出版社, 1986[3] [M]. 化學工業出版社,2005[4] 【日】稻桓道夫,田中甚吉. 著. 郭希烈,張文鋮. 譯 高強鋼焊接實踐[M]. 機械工業出版社, 1992[5] 李亞江,王娟,劉鵬. 特種焊接技術及應用[M]. 化學工業出版社, 2004[