12Ni3CrMoV钢旋转电弧窄间隙MAG横向焊接工艺研究

论文摘要

船舶耐压壳体是具有特殊性能的焊接结构,其主要连接方法为焊接。由于窄间隙焊具有热输入量低、生产效率高等诸多技术与经济的优越性,在厚板船用钢焊接中得到广泛应用。船舶制造中通常会遇到横向焊接,在横向焊接中由于熔化金属受重力作用向下流动,使焊缝厚度不均匀。当下塌严重时会在上部形成咬边,下部形成焊瘤。由于旋转电弧焊接方法可以消除上述缺陷,因而被应用在厚板窄间隙横向焊接中。本文以厚板12Ni3CrMoV钢为对象,进行了旋转电弧窄间隙MAG横向焊接工艺的研究,消除了窄间隙横向焊接中的各种缺陷,得到了优质的焊接接头。确定了合适的焊接工艺参数,得到了外观成形良好,内部无缺陷的焊接接头。研究了旋转电弧窄间隙横向焊接中所出现焊接缺陷的特点,分析了其产生原因和消除措施。在窄间隙横向焊接中容易产生下塌和未熔合缺陷。为了消除这些缺陷,一方面需要减少热输入,防止由于热输入过大导致熔池下塌;另一方面,还需要保持一定水平的热输入,以保证足够的侧壁熔深,防止产生层间未熔合。通过旋转电弧焊接工艺可以扩大电弧作用区域,改善焊缝侧壁熔透,实现了在较低水平热输入条件下层间未熔合的消除。采用高速摄像对窄间隙坡口中旋转电弧的熔滴过渡行为和电弧形态进行了观测。结果表明:由于侧壁和熔池表面的影响,旋转过程中弧长变化,引起焊接电流波动,导致熔滴过渡形式发生变化。熔滴过渡形式随着电弧的旋转发生周期性的变化,在一个旋转周期内分别呈现出射流过渡、滴状过渡等不同的熔滴过渡形式,熔滴过渡过程稳定,这对于实现良好的焊缝成形是有利的。研究12Ni3CrMoV钢横向焊接接头的微观组织及力学性能。从焊缝中心向外分四个区,即焊缝区、熔合区、热影响区和母材区。热影响区又分为四个区,即淬火粗晶区、淬火细晶区、不完全淬火区和回火区。由于各区在焊接过程中受焊接热循环影响程度不同,所以呈现出不同的微观组织。焊接接头整体和局部的拉伸结果完全相同,所有接头均断裂在母材区。这表明焊缝和热影响区的强度大于母材,焊接接头的硬度分布也证实了这一点。0℃试验温度下焊缝金属、热影响区和母材的平均冲击功分别为115.4J、212.2J和236J。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景
• 1.2 12Ni3CrMoV 钢GMAW 研究现状
• 1.3 窄间隙GMAW 横向焊接研究现状
• 1.3.1 窄间隙GMA 横向焊接方法（NH 方法）
• 1.3.2 窄间隙GMA 多丝横向焊接方法（NHT 方法）
• 1.3.3 窄间隙脉冲电弧焊横向焊接方法（PAW-HB 方法）
• 1.4 旋转电弧焊接方法的原理和应用
• 1.4.1 旋转电弧焊接方法的原理
• 1.4.2 高速旋转电弧在焊接中的应用
• 1.5 主要研究内容
• 第2章 试验设备、材料及方法
• 2.1 试验设备
• 2.2 试验材料
• 2.3 试验方法
• 2.3.1 焊接工艺研究
• 2.3.2 微观组织分析
• 2.3.3 力学性能测试
• 2.3.4 熔池形成过程、电弧形态以及熔滴过渡行为观测
• 2.3.5 焊接热循环测量
• 第3章 旋转电弧横向焊接工艺研究
• 3.1 旋转电弧窄间隙横向焊接最佳工艺参数的确定
• 3.2 多层焊焊缝成形
• 3.3 旋转电弧窄间隙焊接熔滴过渡特性
• 3.3.1 焊丝不旋转
• 3.3.2 焊丝旋转
• 3.3.3 熔滴过渡特性分析
• 3.4 旋转电弧窄间隙横向焊接接熔池形成过程
• 3.5 旋转电弧横向焊接接头缺陷分析
• 3.5.1 外部成形缺陷的产生原因和消除措施
• 3.5.2 内部成形缺陷的产生原因和消除措施
• 3.6 本章小结
• 第4章 旋转电弧横向焊接接头组织分析与性能机制
• 4.1 旋转电弧横向焊接接头微观组织的研究
• 4.1.1 层间温度为室温时的微观组织
• 4.1.2 层间温度为100℃时的微观组织
• 4.2 二次热循环对热影响区粗晶区组织的影响
• 4.3 旋转电弧横向焊接接头力学性能的研究
• 4.3.1 焊接接头的抗拉强度和硬度分布
• 4.3.2 焊接接头的冲击韧性
• 4.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢