低溫相變(LTT)焊絲研制及其對高強鋼焊接殘余應(yīng)力的影響.pdf

1、低合金高強鋼因比重小、強度高、塑性和韌性好、焊接性優(yōu)良等優(yōu)點，正在逐步代替碳鋼和高合金鋼，成為鋼鐵材料的主要發(fā)展方向。此類鋼在焊接的過程中易形成大而集中的殘余應(yīng)力，可造成脆性斷裂、應(yīng)力腐蝕開裂、降低抗疲勞性能、縮短焊接結(jié)構(gòu)的服役壽命。人們常采取錘擊、噴丸、焊后熱處理和溫差拉伸等工藝來降低殘余應(yīng)力。顯然，這些措施不可避免的增加額外的時間和成本。低溫相變焊絲是通過控制合金元素的成分來降低馬氏體轉(zhuǎn)變溫度，達到利用馬氏體相變膨脹抵消部分或全部熱

2、收縮，從而降低殘余拉應(yīng)力的目的。這種方法無需焊前預(yù)熱和焊后熱處理，不僅在焊接的過程中有效降低了焊接殘余應(yīng)力，節(jié)約生產(chǎn)成本，還在疲勞強度、抗應(yīng)力腐蝕、抗裂紋等方面表現(xiàn)出了更好的性能，增加了實際生產(chǎn)的可行性。
　　本文通過分析合金元素在鋼中的作用以及元素對馬氏體轉(zhuǎn)變溫度Ms點的影響，結(jié)合舍弗勒相圖，針對解決低合金高強鋼焊接殘余應(yīng)力集中的問題，研制了2種低溫相變(LTT)焊絲。并以低合金高強鋼Q690為母材，通過和傳統(tǒng)同質(zhì)填充的對比，利

3、用盲孔法進行了殘余應(yīng)力測試，結(jié)果顯示傳統(tǒng)同質(zhì)填充時，焊縫區(qū)為拉應(yīng)力，縱向峰值為376MPa，橫向為197MPa; LTT1和LTT2焊絲填充時，焊縫和其相鄰區(qū)域均呈現(xiàn)壓應(yīng)力，縱向峰值分別為-311MPa和-513MPa，橫向峰值分別為-116MPa和-96MPa，說明利用LTT焊絲可以有效降低殘余拉應(yīng)力，形成有利的壓應(yīng)力。并利用ANSYS對LTT1焊接接頭的應(yīng)力場進行了模擬，結(jié)果顯示模擬值變化趨勢和實測值相一致，說明該建?？梢詾長TT焊

4、絲在實際的應(yīng)用中提供參考。利用Geleeble3500測量了不同焊縫熔敷金屬應(yīng)變隨溫度的變化，同質(zhì)焊縫在462℃開始發(fā)生轉(zhuǎn)變，在400℃左右相變結(jié)束，相交引起的膨脹率為0.28％;LTT1焊縫在190℃開始發(fā)生轉(zhuǎn)變，約在50℃結(jié)束，相變引起的膨脹率可達到0.7％，LTT2焊縫在160℃左右開始發(fā)生轉(zhuǎn)變，相變引起的膨脹率約為0.63％，在室溫附近結(jié)束。通過對LTT1和LTT2的應(yīng)變曲線計算，說明了二者由相變引起的膨脹足以在焊縫及其相鄰區(qū)域

5、產(chǎn)生壓應(yīng)力。
　　利用光學(xué)顯微鏡，掃描電鏡等分析測試手段，研究了焊接接頭的微觀組織和力學(xué)性能。OM和SEM分析顯示LTT1和LTT2焊縫組織為馬氏體和奧氏體的混合組織;XRD分析顯示LTT1和LTT2焊縫中殘余奧氏體含量分別為3.8％和5.1％;EDS分析顯示，受熔敷金屬和母材稀釋率的影響，焊縫合金成分有不同程度的變化。拉伸性能測試分析顯示同質(zhì)填充屬于近強匹配，LTT1和LTT2焊接接頭表現(xiàn)了高的屈服強度和抗拉強度，可以滿足焊接接