中碳结构钢的焊接

中碳结构钢的焊接摘要：挑选最合适的填充材料，并研究其焊接接头结构和技术机械性能。关键词：氩弧焊；焊接接头；热裂纹形成阻力；强度；冲击强度；结构介绍：考虑到科学发展的优先方向和关键技术，为发展俄罗斯联邦的技术和方法，俄罗斯联邦在2011年7月颁布第8997号总统令：强调新一代技术的生产设备和一系列优先发展的战略方向的技术，包括材料和技术的发展方向。在工程和其他分支技术的大量装载的组件中，高强度钢是很有前景的材料，并常被应用于那些需要减少质量并保持高强度的组件中。他有一个特殊的优点，是其在材料中的应用，能够在不失效的情况下应对高冲击载荷的影响。实验材料和程序：调查所使用的是55KhN2MA钢板，厚度为3-5毫米。3毫米板材切割成试样，用来调查的热裂纹阻力。加工5毫米厚的坯料，用于制备用于焊接的坡口（V形坡口），接着通过手工氩弧焊填充焊接材料，从而研究机械性能和结构。使用了以下的填充材料-碳含量为0.12%-0.25%的工业高强度焊丝(Sv-12Kh2NMA,Sv-18KhMA,Sv-20Kh2G2SNVMA和Sv-25Kh2NMTsRA)-上述Kh2G2SNVMKA系统与0.30-0.34％碳含量的实验填充材料，再加上钴合金，从而降低了回火温度，并增加马氏体转变的起始温度，使得在焊接中，高碳含量的钢在快冷情况下，可以降低钢的淬火敏感性成为可能。-母材焊丝使用用填充材料的钢的可焊性通常根据GOST26389标准的LTP1-6方法评定。用于评价热裂纹敏感性的这个标准是，在最大的（临界）应变速率Vcr下在试样中无裂纹形成。研究使用的是大小为50￡50￡3mm的对接试件，不开坡口，经过高温回火处理。厚度为4-5毫米的试样用非熔化极钨极氩弧焊焊接，配以直流电源。这个焊缝焊接三次，焊接之后，立即将焊接接头放入炉中回火处理以防止开裂。之后，对用于母材的焊接接头进行热处理：淬火和低温回火。进行研究以确定通过不同熔化理论[电渣重熔（ESR）和真空电弧重熔（VAR）]制造的钢在+20℃(GOST1497-84)的强度特点和在+20℃和-70℃(GOST9454-78)的冲击韧性，包括在+20℃和-70℃(GOST6996-66)的焊接接头的强度和冲击韧性的特点。焊接接头的结构通过金相技术进行研究，根据GOST22838-77，用OlympusGX51光学金相显微镜。未进行热处理的焊接接头的结构利用醋酸钠腐蚀，热处理过的试样，通过10％的草酸溶液进行电解处理。冲击弯曲试验后的试样断裂面的断口分析在+20℃和-70℃下，通过JEOLJSM-6490LV扫描电镜进行实验结果和讨论：计算填充材料的不同碳含量，以确定大致的焊接接头金属的碳含量。计算程序是基于熔融母体的截面积和沉积（填充材料）金属的值，这个值总是等于整个焊接接头的横截面面积。Fw=Fdm+Fpm对于没有开坡口的焊接接头，根据下列等式进行计算：其中，S是材料的厚度。厚度为3毫米的材料得到以下值：母体中部分和焊接接头中沉积的金属γpm和γbm根据焊接接头的横截面的几何参数进行计算：γpm和γbm的所得到的值与发表的数据一致。焊接接头的碳含量由下式计算：{C}w{C}pm{C}dm分别为焊接金属，母材和沉积金属中的碳含量，ηpm是从母材金属传递到焊接金属中的碳的系数（在近似计算它可以等于1）。计算结果表明，即使在填料中的碳含量低，在焊接过程中混合在焊接接头的碳含量依然很高，经常高于0.35％（表1）。表1表示出焊接接头和的热裂纹敏感性测试中的碳含量的计算的结果。由母体材料制作填料的钢（由VAR制成）的热裂纹敏感性的调查显示：临界应变速率很低——1.59毫米/分钟（见表1），为了比较，下面这个参数值是工业用高强马氏体结构钢，通过真空感应熔炼法制造的值是30KhGSNA和30KhGSN2A-3.0mm/min;35KhS2N3M1FA(VKS-9)–2.4mm/min;38KhS3N4K2MFA(VKS-12)–1.9mm/min;40KhGS3VA(EI643)–2.0mm/min.一批钢（由VAR制造）中的焊接接头与填料材料Sv-12Kh2NMA,Sv-20Kh2G2SNVMA,30Kh2G2NVMKA和55KhN2MA.一起制造。在20℃的温度下进行的拉伸试验，显示使用SV-20Kh2G2SNVMA作为填充材料时能够得到高强度焊接接头的（1760–2080MPa）。使用其他材料时，得到的强度的平均值要低7-15%（表2）。断裂发生在试样的不用位置：焊接接头，焊接区和母材。当衡量焊接接头的特性是这个必须被考虑在内。通过在+20℃的温度下，焊接区的焊接接头的冲击弯曲试验表明：低的冲击韧性和大量的分散参数。（通过参数2-5）。实验结果表明，当使用Sv-20Kh2G2SNVMA时，该冲击韧性最高值，比使用其他填充材料时强度的两倍还要多。（表2）冲击弯曲试验后的焊接接头的断裂面是脆性的，并且这个单侧坡口只在与SV-20Kh2G2SNVMA焊丝焊接制造的样本时才能被发现。在对未热处理所产生的焊接接头的焊接接头的中心的结构的研究表明，当使用碳含量为0.12-30%（图1a-c）的填料时，该结构由杂相枝晶与第二顺序的开发轴线组成，当使用由碳含量为0.55%的母材制作的填充材料时，该结构为胞状枝晶。在测试填料材料中的最分散的结构在使用SV-20Kh2G2SNVMA焊丝时得到。检查焊接接头的扩散区显示在裂纹或熔融颗粒的形式中不存在缺陷。最小的焊接区宽度，在使用SV-20Kh2G2SNVMA焊丝时获得。焊接区在测试其他填充材料的宽度为170-250μm。对淬火热处理后的焊接接头和中碳钢的结构进行了研究。钢的结构为马氏体，细粒度和晶粒尺寸为8-12（图2a）。焊接接头的典型结构是马氏体和粗大晶粒（图2b）。焊接试样的结构和机械性能的测试结果被用于选择填料的最佳组合-Sv-20Kh2G2SNVMA.从两种不同方法制备的的钢的熔体中取得样本：ESR,VAR和最佳填充材料制作的焊接接头在室温下的拉伸试验的结果表明，VAR钢和在钢的焊接接头会产生的强度的较高的值。通过焊接并考虑母体材料的这些熔体的强度所得的平均值的系数，等于母体材料的强度的0.85-0.90。SV-20Kh2G2SNVMA填充材料所产生的焊接接头的中碳钢和拉伸试验的结果列于表3中。在温度为20和2708C的冲击弯曲试验后，焊接接头的典型断面通过断口技术进行研究。降低温度（-70℃），断裂面包含的相当大的比例的脆性破裂区域，从而导致较大的减少冲击韧性的（图4a，b）中。结论：（1）用含碳量为0.12%-0.55%的填充材料生产的，中碳钢焊接接头的性能被确定下来，结果表明，使用KCUwj填充焊丝时，工艺和力学性能及焊接接头结构的分散程度是最高的。焊接接头的强度等于母体金属的强度0.85-0.90。（2）通过对ESR和VAR方法制作的的中碳钢和钢中的焊接接头的调查表明，它们的性质和结构取决于熔融钢的方法。录的机械性能和结构更好的值在由VAR生产的钢生产的焊接接头。机械性能和结构参数更好的焊接接头由VAR制作的钢材所制造。