焊剂中MnO对EH36钢大线能量埋弧焊焊缝金属组织与性能的调控研究

作     者：郭达明 

作者单位：东北大学 

学位级别：硕士

导师姓名：王聪

授予年度：2021年

学科分类：080503[工学-材料加工工程] 08[工学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 0802[工学-机械工程] 080201[工学-机械制造及其自动化] 

主      题：埋弧焊 熔炼焊剂 焊缝金属 针状铁素体 夹杂物 机械性能 

摘      要：随着全球海洋经济的迅速崛起,全球范围内海上贸易往来日益频繁,大型、超大型集装箱船的需求量增长迅猛,为满足大型船舶的供给需求,高效的船舶建造技术,大线能量焊接应运而生。该项技术大幅度提高船舶建造效率,缩短工时,节约制造成本。然而,焊接过程中较高的热输入导致焊接熔池温度超过2000℃,长时间高温热履历会使焊接接头晶粒粗化,并生成大量低温脆性组织,严重降低焊接接头韧性。本研究以氧化物冶金技术为基础,通过调控埋弧焊剂成分向焊缝中过渡适量O及合金元素,完成焊缝成分的调控,并生成弥散分布的细小氧化物夹杂物,诱导形成具有交叉互锁结构的针状铁素体,从而改善了焊缝金属韧性。本文采用分别含有MnO质量分数为10-50 wt.%的五组CaF2-SiO2-MnO体系熔炼焊剂对EH36船板钢进行埋弧焊堆焊试验,焊接线能量为60 ***-1。对焊缝金属组织、性能和夹杂物特性(成分、尺寸和数量密度)进行了系统的分析。结果表明,随着焊剂中MnO含量的增加,O和Mn元素通过焊接熔池中的熔渣-金属反应逐渐过渡到焊缝金属中,焊缝金属中夹杂物的数量也随焊剂中MnO含量增加而增加,但MnO含量对夹杂物成分影响程度较小。焊缝金属中针状铁素体的体积分数先增加再降低,在30 wt.%MnO焊剂下的焊缝金属中针状铁素体体积分数达到最大值68%,随着焊缝金属中O和Mn含量的进一步增加,针状铁素体的形成受到抑制,导致其含量降低。焊缝金属低温冲击功与针状铁素体含量变化趋势一致,30 wt.%MnO焊剂下的焊缝金属低温冲击功最高,达到47.6 J。综上,焊剂中适量MnO的添加优化了焊缝金属组织和性能,当焊剂中MnO含量为30 wt.%时得到的焊缝金属组织性能最优,过多MnO的添加会使针状铁素体的形成受到抑制,并会生成大量大尺寸夹杂物,给焊缝金属韧性带来不良影响。