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船用大厚度高强高韧钢焊接工艺研究

更新时间:2009-03-28

气体保护焊是一种高效的焊接方法,针对船用高强钢的特点和应用环境要求,以AWS D1.1《美国钢结构焊接规范》为验收标准,采用2种牌号药芯焊丝对60 mm壁厚的DH36钢板进行了焊接和焊后热处理,并对焊接工艺进行了评定。通过拉伸、弯曲、冲击、硬度和宏观金相检测对焊接接头力学性能进行了研究,为船用高强钢焊后热处理药芯焊材的选用提供参考。

1 焊接方法及焊接材料的选用

试验材料为DH36钢板,其规格为1 200 mm×200 mm×60 mm。DH36作为低碳钢应选用与母材相匹配的焊接材料,根据焊接位置及热输入量高的工艺特点,选取合金成分略高于母材的Φ1.2 mm药芯焊丝,焊接时电弧燃烧稳定,熔渣具有适宜的熔点、黏度和表面张力,焊道与焊道间及焊道与母材间充分熔合,过渡平滑,没有明显咬边,脱渣容易,焊缝表面成形良好,焊接过程中产生的有害气体少。同时,为了形成具有良好低温韧性的焊接接头,选用低氢型药芯焊丝。本研究选取DWA-55LSR和GFL-71NiSR低氢药芯焊丝。DH36钢母材和焊材的主要化学成分见表1,母材的力学性能见表2。

 

表1 试验用母材和焊材的主要化学成分

  

主要化学成分/%材料w(C)w(Mn)w(Si)w(P)w(S)w(Ni)w(Al)w(Cr)w(Mo)w(Cu)w(V)DH36 0.16 1.50 0.25 0.009 0.002 0.03 0.03 0.02 0.00 0.02 0.053 DWA-55LSR 0.04 1.34 0.36 0.010 0.008 0.93 0.02 0.01 0.01 GFL-71NiSR 0.052 1.36 0.20 0.006 0.006 0.26 0.02 0.01 0.01 0.01

 

表2 DH36钢的力学性能

  

2 焊接工艺试验

DH36钢板焊接采用X形对称坡口,焊前将坡口边缘25 mm范围内的锈蚀、油污、氧化皮、水分等杂质清理、打磨干净,直至露出金属光泽。焊丝使用前密封,避免氢分子影响。焊前预热,将坡口两侧75~100 mm区域加热到66℃,层间温度不小于预热温度,不高于220℃。焊接过程中,应尽量减少拘束度,并合理安排焊道次序,以降低焊接变形和残余应力。焊接后进行热处理,热处理完成之后48 h对试样进行无损检测(NDT)。

根据经验,设计的气体保护焊的焊接工艺参数见表3。焊接坡口如图1所示,焊后热处理工艺参数如图2所示。焊接过程中电弧稳定,造渣和焊缝外观成形情况良好,说明选用的药芯焊丝合理,现场使用良好。

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表3 焊接工艺参数

  

焊材牌号焊接位置焊材直径/mm 电源极性焊接电流/A 焊接电压/V 保护气体DWA-55LSR 3G 1.2 DC(+)220~250 20~25 80%Ar/20%CO2 GFL-71NiSR 3G 1.2 DC(+)220~250 20~25 100%CO2

  

图1 焊接坡口形状及尺寸

  

图2 焊后热处理工艺参数

3 焊接工艺评定

对焊接接头进行金相组织观察,观察结构如图6所示。由图6可以看出,母材组织为铁素体+珠光体;热影响区细晶区为细小铁素体+粒状渗碳体+珠光体组织;热影响区粗晶区为针状铁素体+弥散渗碳体+珠光体组织;上部焊缝片状铁素体内弥散分布渗碳体和少量珠光体;根部焊缝细小粒状铁素体内弥散分布渗碳体和少量珠光体。分析结果表明,焊接接头显微组织为细小铁素体+弥散粒状渗碳体+少量珠光体组成,具有优良的强韧性匹配。

按照AWSD1.1标准对焊缝进行力学性能检测,按照GB/T 4340.1进行硬度测试,在OLYMPUSGX51金相显微镜上进行金相组织观察。

3.1 拉伸试验

AWS D1.1标准要求焊缝的抗拉强度不小于母材的最小名义抗拉强度。拉伸试验结果见表4和表5。

硬度和宏观试验执行GB/T 4340.1。通过对焊缝宏观检查,发现焊缝无未焊透、裂纹等缺陷。宏观试验后按图4所示分别对焊接接头的上、中、下表面进行维氏硬度测量,结果如图5所示。硬度检测结果表明,DH36钢焊接接头的焊缝及热影响区硬度值均低于相关项目要求的上限值。

 

表4 焊缝剪截面拉伸试验结果

  

焊材牌号试样编号宽度/mm 厚度/mm 最大载荷/kN 拉伸强度/MPa 断裂位置1 20.07 31.37 372 592母材DWA-55LSR 2 20.45 31.53 385 597母材1 19.90 31.81 370 585母材GFL-71NiSR 2 19.87 32.06 370 582母材

 

表5 全壁厚拉伸试验结果

  

焊材牌号直径/mm 面积/mm2屈服强度/MPa 抗拉强度/MPa 延伸率/%DWA-55LSR 9.0 63.87 545 620 25.5 GFL-71NiSR 9.0 63.59 460 605 22.0

3.2 弯曲试验

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3.3 冲击试验

鸡红细胞,泸州卫生防疫站提供。RPMI1640培养基,购自Gibco公司;胎牛血清,杭州四季青公司;CCK8试剂盒,碧云天生物技术研究所;瑞氏染液,上海生工公司;苯甲基磺酰氟(PMSF)、十二烷基磺酸钠(SDS)、过硫酸铵、三羟甲基氨基甲烷(Tris)、丙烯酰胺(Arc)、甲叉双丙烯酰胺(Bis)、刀豆蛋白(ConA)和二甲基亚砜(DMSO),美国Sigma公司产品;兔多克隆抗体IL‐2、TNF‐α、β‐actin,辣根过氧化物酶(HRP)标记的二抗,均购自英国Abcam公司。

  

图3 -20℃焊接接头冲击试验结果

3.4 硬度和宏观试验

由表4可见,试样的断裂发生在母材位置,说明焊缝拉伸强度高于母材。试验结果表明,DH36钢接头拉伸性能符合相关标准要求,焊接接头性能合格。且DWA-55LSR试样的屈服强度、抗拉强度和延伸率均高于GFL-71NiSR,前者表现出更优越的性能。

  

图4 焊接接头硬度测量位置示意图

  

图5 DH36钢焊接接头硬度检测结果

3.5 金相组织观察

按照AWS D1.1标准要求,焊后进行外观、超声波、磁粉及射线探伤检测,结果全部合格。对焊缝外观质量检查,焊缝外形均匀美观,无表面气孔、夹渣、咬边、裂纹等缺陷。

  

图6 焊接接头金相组织照片

4 结论

(1)通过对两种牌号焊材焊接的DH36钢焊缝组织进行分析,焊接接头显微组织为细小铁素体+弥散粒状渗碳体+少量珠光体,具有优良的强韧性匹配;

(2)选用DWA-55LSR药芯焊丝焊接的焊接接头的力学性能较GFL-71NiSR焊丝具有更为优越的性能。

弯曲试验执行AWS D1.1标准,沿厚度方向截取8个弯曲试样,进行侧弯试验。弯曲试验压头直径为50 mm,弯曲角180°,试验结果均满足标准要求。

致歉语是指人们在日常交际中,给别人造成了困扰,从而进行道歉所说的话语,向对方表达自身的歉意或请求对方的谅解的一种言语行为。所以我们在生活中经常会使用到不同的致歉语,例如:“对不起”、“抱歉”、“都怪我”、“打扰了”等致歉语。

参考文献:

“至于这些,老实说,我也不能一口就断定真假贵贱,不过乍看,大概都是些百十来元的东西。如果孟导演你有需要,我可以慢慢看看,说不定会有大几千甚至上万的好东西掩藏其中。不过良心话,除去假币伪币,这一整批钱大概就在一二万之间,鉴别得越仔细价值可能越高。不过也不会超过5万……”

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加强肛门括约肌反馈训练可有效提高腹腔镜下大肠癌根治术后病人肛门括约肌力量,减少术后排便困难发生率,避免病人因疾病并发症产生焦虑、抑郁等负面情绪,提高病人生活质量[29]。肛门括约肌反馈训练过程中,护理人员应将携带气囊的测压导管直接插入大肠相应区域,根据显示器反馈的压力情况调整阈值,增强病人肛门括约肌力量[30]。Arafa等[31-32]通过对病人实施电刺激生物反馈实验发现:将诱发电位检测仪应用到肛门括约肌收缩刺激中,对腹腔镜下大肠癌根治术病人术后康复具有重要意义。

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冲击试验执行ASME SA370标准,冲击试验结果如图3所示。由图3可见,DH36钢焊缝及热影响区低温冲击性能满足标准要求,单值≥27 J,平均值≥34 J,且DWA-55LSR试样在焊缝及熔合线附近不同位置的冲击功值均高于GFL-71NiSR,表现出优良的低温冲击韧性。

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孙强,周喜成,陶正辉,隋喜斌,王国强,朱雷
《焊管》 2018年第04期
《焊管》2018年第04期文献

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