2205双相不锈钢与Q235钢异质接头的激光焊接工艺研究

摘要

本文利用大功率激光焊机实现了2205双相不锈钢和Q235钢之间的焊接，利用光学显微镜和扫描电子显微镜研究了焊接接头的显微组织，利用显微硬度机、纳米压痕仪、万能试验机和冲击试验机研究了焊接接头的力学性能，利用有限元方法和小孔法研究了焊接接头的残余应力，实验结果表明：焊接接头焊缝区的显微组织为马氏体，2205双相不锈钢侧热影响区的显微组织为铁素体占优的状态，Q235钢侧的过热区为粗大的魏氏体组织，距焊缝较远的热影响区为细小的珠光体+铁素体组织。焊缝区马氏体组织的形成是因为2205双相不锈钢母材和Q235母材同时熔化进入焊缝，使得焊缝区的化学成分接近12Cr，加之焊缝冷却速度大，因此焊缝区为单相马氏体。焊缝区的宽度约为1mm，2205双相不锈钢侧热影响区的宽度约为10μm，而Q235钢侧的宽度约为0.6mm。
　　本研究主要内容包括：⑴焊接接头的力学性能研究结果表明：焊缝区硬度大于2205双相不锈钢母材，2205双相不锈钢母材的显微硬度又大于Q235钢母材。2205双相不锈钢母材的热影响区的硬度略高于2205双相不锈钢母材但低于焊缝区，纳米压痕研究结果表明，铁素体的硬度要高于奥氏体，因此，焊缝2205双相不锈钢侧热影响区的铁素体占优组织的硬度要高于2205双相不锈钢母材。接头拉伸断裂于Q235母材，断裂方式为塑性断裂；对于缺口拉伸而言，由于激光功率越大，焊缝区硬度越高，因而激光功率增大时接头的缺口拉伸性能越好。焊接接头的冲击吸收功随着激光功率的增加逐渐下降，这种下降与焊缝区的力学性能相关，在冲击过程中，功率小的焊缝的硬度较低，韧性较好，因而冲击裂纹容易发生弯折并向Q235母材中扩展，焊缝断裂比例较低；而功率较高的焊缝硬度较高，韧性较差，裂纹难以弯折进入Q235母材，焊缝断裂比例较高。对于焊缝区的断裂和Q235母材的断裂而言，Q235母材的断裂为韧性断裂，吸收的能量较多，焊缝区的断裂为准解理断裂，吸收的能量较低，因此功率较低的接头的冲击吸收功较高，而功率较高的焊缝的冲击吸收功较低。⑵有限元仿真结果表明：焊接过程中，由于激光的热输入较大，准稳态温度场基本对称，然而在冷却过程中，由于2205双相不锈钢和 Q235钢的热导率之间的差异，温度场的不对称分布越来越明显。由于2205双相不锈钢和Q235钢的热胀系数和屈服强度差异较大，试板在最终冷却状态的应力场呈现明显的不对称特征；在近焊缝区，2205双相不锈钢侧的残余应力较大，达到400MPa以上，而Q235钢侧的残余应力较小，仅有235MPa；此外，焊缝中部区域的应力较大，焊缝两端的应力较小。仿真结果与小孔法实际测试结果的误差较小。

目录

声明

第一章 绪论

1.1 激光焊接技术的研究现状

1.2 奥氏体不锈钢的激光焊接技术研究现状

1.3 铁素体(马氏体)不锈钢的激光焊接技术研究现状

1.4 双相不锈钢焊接技术的研究现状

1.5 本课题的研究内容和技术路线

第二章 试验材料及方法

2.1 试验材料

2.2 试验方法

2.3 有限元计算

第三章 2205DSS/Q235激光焊焊接接头显微组织研究

3.1 焊接接头成型研究

3.2 焊缝区显微组织研究

3.3 Q235侧显微组织研究

3.4 2205DSS侧显微组织研究

3.5本章小结

第四章 2205DSS/Q235激光焊焊接接头力学性能的研究

4.1 2205DSS侧显微硬度研究

4.2 Q235侧显微硬度研究

4.3 焊接接头拉伸性能研究

4.4焊接接头缺口拉伸性能研究

4.5本章小结

第五章 2205DSS/Q235激光焊焊接接头焊接残余应力研究

5.1激光焊焊接接头温度场和应力场的计算方法

5.2基于有限元方法的激光焊焊接接头温度场及残余应力计算

5.3 基于小孔法的特征点残余应力研究

5.4 本章小结

结论与展望

参考文献

致谢

攻读硕士期间发表的论文