800MPa低合金高强钢激光及激光电弧复合焊接头组织性能研究

来源 :上海交通大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:haiwei2009
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随着控轧控冷及微合金化等先进炼钢技术的发展,低合金高强钢的综合性能得到了进一步提高,也对低合金高强钢的焊接提出了新的要求。通过控轧控冷技术生产的新型800 MPa低合金高强热轧钢板具有良好的强韧性,其电弧焊接头发生明显软化,接头强度骤降,而目前关于800 MPa新型低合金高强钢激光焊接的系统研究较少。因此,本文针对8 mm厚800 MPa新型低合金高强钢开展了激光自熔焊及激光电弧复合焊组织性能研究,研究结果如下:针对8 mm厚800 MPa新型低合金高强钢开展了激光自熔焊及激光电弧复合焊工艺研究,结果发现,获得8 mm厚成形良好的激光自熔焊接头工艺窗口为:67 k W激光功率,0.51.0 m/min焊接速度,0 mm离焦量;获得8 mm厚成形良好的激光电弧复合焊接头的工艺窗口为:电弧引导,2 mm光丝间距,57 k W激光功率,1.0 mm/min焊接速度,810 m/min填丝速度,0 mm离焦量。激光自熔焊接头焊缝组织由热输入决定。随热输入降低,焊缝组织转变轨迹为针状铁素体、粒状贝氏体及马氏体。在中等热输入下(0.56 k J/mm),基体上发现大量链状分布的马奥组元。热输入增加到0.78 k J/mm或降低至0.39 k J/mm都有利于减少焊缝马奥组元的数量。填丝速度对激光电弧复合焊接头焊缝组织有明显影响。填丝速度从8 m/min增加到10 m/min时,复合焊接头顶部焊缝组织均为针状铁素体,底部焊缝组织由马氏体向针状铁素体过渡;填丝速度在9 m/min及以下时,复合焊接头底部的热输入量低于顶部,底部焊缝组织硬度更高,填丝速度增加到10 m/min时接头沿厚度方向冷速较均匀,焊缝组织及性能沿厚度方向一致。热影响区组织对焊接方法及热输入不敏感。激光自熔焊及激光电弧复合焊接头热影响区组织类似,其特征为:粗晶区及细晶区组织为马氏体及贝氏体,不完全相变区为马氏体/贝氏体与铁素体的混合组织,回火区组织与母材类似,由于发生自回火马氏体/贝氏体上有碳化物析出。其中,不完全相变区及回火区构成了热影响区软化区。低热输入有利于激光自熔焊接头强度,中等热输入对激光自熔焊接头韧性不利。随热输入从0.78 k J/mm降至0.39 k J/mm,焊缝中更多含量的马氏体与更窄的软化区强化了接头,接头强度从748 MPa提高到944 MPa,断裂位置由焊缝转移到软化区;中等热输入下生成的大量链状分布的马奥组元不利于焊缝的冲击韧性,如0.56 k J/mm热输入下得到的接头冲击功为44.1J。热输入降低至0.39 k J/mm或升高到0.78k J/mm都有利于减少降低马奥组元数量,接头韧性提高到约54 J。随填丝速度从8 m/min增加到10 m/min,激光电弧复合焊接头强度逐渐降低,接头韧性变化不明显。此外,激光电弧复合焊接头强度及韧性略低于激光自熔焊。焊接接头拉伸有限元模拟结果表明:(1)接头抗拉强度受热影响区尺寸影响,在相同的材料属性下,接头强度随热影响区尺寸(0.58mm)增加而降低,尺寸越小,接头强度降低幅度越大;(2)当焊缝区强度为1100 MPa,σHAZ/σBM=0.9且热影响区尺寸低至0.5 mm时,接头断裂于母材区,强度与母材强度相当;当焊缝区强度小于等于热影响区强度时,接头断裂于焊缝区;(3)接头强度与热影响区抗拉强度呈正线性相关,热影响区尺寸越大,斜率越高;接头强度随焊缝强度增加而增大,热影响区尺寸越大,接头强度增加幅度越小。
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