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易焊接超高强钢调控及焊接冷裂纹抑制机理

易焊接超高强钢调控及焊接冷裂纹抑制机理

第十二届中国金属学会青年学术年会暨首届〝碳中和〞冶金青年科学家沙龙

作者：利成宁杨晓聪邸新杰天津大学材料与科学工程学院天津市现代连接技术重点实验室

1100MPa及以上级别超高强钢有良好的应用前景,但是其"强度-韧性-焊接性"矛盾突出,限制了推广应用。笔者及其团队利用纳米强化+奥氏体韧化的技术路线可开发出强韧性优异的1100MPa和1300MPa的易焊接低碳超高强钢,比传统超高强钢具有更优... 详细信息

1100MPa及以上级别超高强钢有良好的应用前景,但是其"强度-韧性-焊接性"矛盾突出,限制了推广应用。笔者及其团队利用纳米强化+奥氏体韧化的技术路线可开发出强韧性优异的1100MPa和1300MPa的易焊接低碳超高强钢,比传统超高强钢具有更优异的抗焊接冷裂性能和焊接软化、脆化性能。采用低相变温度(LTT)焊材,可有降低焊接接头的拉应力,抑制氢在焊接热影响区局部富集,从而有效抑制超高强钢的焊接冷裂纹。研究成果为超高强钢的焊接和开发提供了新的思路。现代钢铁冶金理论和生产技术得到高速发展,结构钢强度突破2.0GPa以上。但是,焊接冶金理论的发展远滞后于现代钢铁冶金理论,大厚度结构钢或吉帕超高强钢焊接裂纹和软化严重、接头组织性能难以精细调控、超高强度焊材成形困难且强-韧性矛盾突出,高强度结构钢仍普遍存在不易焊接、接头性能不可控、无匹配焊材等三大难题,这已成为钢铁制造和应用领域的痛点。笔者及其团队近年来申请人针对上述科学和技术难题,以焊接冶金原理及焊接接头调控为核心,探索焊接过程新现象、新机理,针对具体钢结构应用场景开发出新材料和新工艺。针对超高强度结构钢焊接性差问题,挖掘超高强钢析出强化的强化潜力和残余奥氏体增韧新机理,降低对钢材对碳元素和合金元素的依赖,提高超高强钢的可焊性能;提出抑制焊接氢致裂纹的新机制,通过焊接材料设计调控接头扩散氢扩散行为和局部聚集程度,实现焊接接头性能的有效调控;阐明高强度焊材的增韧机理,开出超高强度、高韧性的焊接材料。为了降低结构钢的碳含量提升可焊性,笔者及其团队解析了Cu-Ni-Al纳米强化相在多阶段热处理和焊接过程中的调控方法,阐明了多相纳米颗粒增强和增韧的内在原理,开发出具强韧性协同提高的多种不同等级低碳(C焊接性能,为高效焊接用钢的开发提供了新的思路。超高强钢焊接过程中氢聚集在熔合线附近的高应力、对氢敏感的热影响区(HAZ),导致容易形成氢致裂纹(冷裂纹)。笔者及其团队开发出超高强钢焊接过程氢扩散路径测试方法,揭示了传统超高强钢焊接过程中氢的焊接热影响区(HAZ)的局部聚集和氢致裂纹形成机理。为了从根本上抑制氢向HAZ聚集,设计了低相变温度(LTT)焊材,形成热影响区(HAZ)相变温度高于焊缝金属(WM)相变温度的"负氢吸附温度窗口"氢扩散条件,结合多物理场耦合仿真模型揭示了LTT焊材抑制氢在热影响区逆向扩散的新机制,为超高强钢的焊接和开发提供新思路。

关键词：超高强钢纳米析出相焊接冷裂纹扩散氢

来源： cnki会议评论

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超声冲击处理对灰铸铁焊接冷裂纹影响

焊接学报 2007年第11期28卷 78-80,84页

作者：严铿聂洁于怀东徐律江苏科技大学先进焊接技术省级重点实验室江苏镇江212003

采用HT150,以焊接冷裂纹三要素中的拘束应力和淬硬组织因素为研究方向,用评定铸铁冷裂纹敏感性的直Y形坡口焊接裂纹试验法,研究了超声冲击处理对焊接冷裂纹的影响。结果表明,焊后通过对焊缝进行全覆盖超声冲击,一方面可以大幅度改善焊... 详细信息

采用HT150,以焊接冷裂纹三要素中的拘束应力和淬硬组织因素为研究方向,用评定铸铁冷裂纹敏感性的直Y形坡口焊接裂纹试验法,研究了超声冲击处理对焊接冷裂纹的影响。结果表明,焊后通过对焊缝进行全覆盖超声冲击,一方面可以大幅度改善焊接结构的残余应力,经超声冲击处理后的试样焊缝测量点的残余应力R1分别为-53,-57MPa,R2分别为-37,-80MPa;另一方面可以加速焊缝石墨球化过程,消除半熔化区白口组织。因此焊后合理的超声冲击处理能够从拘束应力和淬硬组织两方面抑制焊接结构冷裂纹的产生。

关键词：超声冲击处理残余应力焊接冷裂纹

SPV490Q钢焊接冷裂纹声-磁定位方法研究

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应用声学 2017年第4期36卷 337-342页

作者：张颖孔德慧刘延雷王兵李洪标东北石油大学大庆163318 杭州市特种设备检测院杭州310003 大庆石化公司炼油厂大庆163714

声发射源定位方法可以精准判断信号发生时间及位置,但由于其检测数据量大,难以进行实时评价,而磁记忆定位方法能实时观察数据结果,所以用声-磁结合的方法对冷裂纹进行定位分析。焊后即进行声发射监测,待焊缝冷却后,按一定时间间隔用磁... 详细信息

声发射源定位方法可以精准判断信号发生时间及位置,但由于其检测数据量大,难以进行实时评价,而磁记忆定位方法能实时观察数据结果,所以用声-磁结合的方法对冷裂纹进行定位分析。焊后即进行声发射监测,待焊缝冷却后,按一定时间间隔用磁记忆技术进行检测,这样既能精确得到冷裂纹起裂时间及其位置,又能实时观察冷裂纹扩展走向。同时,通过SPV490Q钢斜Y型坡口焊接冷裂纹实验验证了该方法的可行性。

关键词：焊接冷裂纹声发射源定位技术磁记忆检测技术 SPV490Q

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球罐焊接冷裂纹的预防

油气田地面工程 2006年第4期25卷 40-42页

作者：陈新明河南油田油建公司金属结构厂

球罐一般是用来储存易燃易爆甚至有毒的介质,一旦发生破坏其后果是极其严重的.据我国国内统计,近年发生破坏的17台球罐中,有11台与焊接有关.

关键词：焊接冷裂纹球罐预防统计表易燃易爆事故调查压力容器保险公司焊接组装应力集中

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焊接残余应力对灰铸铁焊接冷裂纹的影响

江苏科技大学学报（自然科学版） 2008年第3期22卷 23-26页

作者：严铿芦春琪黎志云江苏科技大学先进焊接技术省级重点实验室江苏镇江212003

采用灰铸铁试样,以焊接冷裂纹三要素中的拘束应力和组织结构为研究方向,采用直Y型坡口焊接裂纹试验法,研究了焊接残余应力对灰铸铁焊接冷裂纹的影响.研究结果表明:焊后通过对焊缝进行全覆盖超声冲击,一方面可以大幅度改善焊接结构的残... 详细信息

采用灰铸铁试样,以焊接冷裂纹三要素中的拘束应力和组织结构为研究方向,采用直Y型坡口焊接裂纹试验法,研究了焊接残余应力对灰铸铁焊接冷裂纹的影响.研究结果表明:焊后通过对焊缝进行全覆盖超声冲击,一方面可以大幅度改善焊接结构的残余应力,经超声冲击处理后的试样焊缝测量点的残余应力σ1分别为-53MPa、-57MPa,σ2分别为-37MPa、-80MPa;另一方面可以加速焊缝石墨球化过程,消除半熔化区白口组织.因此焊后合理的超声冲击处理能够从拘束应力和淬硬组织两方面抑制焊接结构冷裂纹的产生.超声冲击处理减少焊接残余应力的效果和热处理相似.

关键词：超声冲击处理残余应力焊接冷裂纹

30CrMnSiNi2A钢的焊接冷裂纹小铁研试验研究

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焊接技术 2006年第S1期35卷 6-7页

作者：李军牛靖聂敏薛金保葛燕中国石油天然气第一建设公司河南洛阳471023 西安交通大学材料科学与工程学院陕西西安710049

采用小铁研试验测试了20℃,250℃,320℃和400℃的预热温度下退火热处理状态30CrMnSiNi2A钢的焊接裂纹率,采用金相方法分析了裂纹的性质和不同预热温度时焊接接头熔合区的金相组织。结果表明:30CrMiSiNi2A钢小铁研试验出现的裂纹为冷裂纹... 详细信息

采用小铁研试验测试了20℃,250℃,320℃和400℃的预热温度下退火热处理状态30CrMnSiNi2A钢的焊接裂纹率,采用金相方法分析了裂纹的性质和不同预热温度时焊接接头熔合区的金相组织。结果表明:30CrMiSiNi2A钢小铁研试验出现的裂纹为冷裂纹;随着预热温度的升高,小铁研试验裂纹率显著降低;焊接接头熔合区显微组织为马氏体+下贝氏体+残余奥氏体,随着预热温度的升高,熔合区冷却速度降低,下贝氏体组织增加,降低了冷裂纹敏感性。

关键词：焊接小铁研试验焊接冷裂纹预热温度

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浮头式换热器浮头盖焊接冷裂纹的消除

焊接 2006年第9期 57-59页

作者：王记兵刘政军曾谢波尹奕君沈阳工业大学材料科学与工程学院 110023

钢材的淬硬倾向、焊接接头含氢量及其分布,以及接头所承受的拘束应力状态是产生焊接冷裂纹的三大主要因素。对于低淬硬倾向的钢材,采用低氢型焊材,合理设计焊接结构,降低接头的拘束应力状态,通过合理的焊接工艺,可以消除浮头式换热器浮... 详细信息

钢材的淬硬倾向、焊接接头含氢量及其分布,以及接头所承受的拘束应力状态是产生焊接冷裂纹的三大主要因素。对于低淬硬倾向的钢材,采用低氢型焊材,合理设计焊接结构,降低接头的拘束应力状态,通过合理的焊接工艺,可以消除浮头式换热器浮头盖焊接时出现的焊接冷裂纹。

关键词：焊接冷裂纹拘束度结构设计焊接坡口

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高强钢焊接冷裂纹声发射检测及评价方法研究

高强钢焊接冷裂纹声发射检测及评价方法研究

作者：孔德慧东北石油大学

学位级别：硕士

为适应石化设备大型化、轻量化和安全性的生产需求,推动节约能源、绿色环保工业的发展,拥有良好综合性能的高强钢得到了越来越广泛的应用,需求量也是日益增多。石化设备的制造中,焊接是不可或缺的程序,而高强钢焊接结构中很容易出现冷裂... 详细信息

为适应石化设备大型化、轻量化和安全性的生产需求,推动节约能源、绿色环保工业的发展,拥有良好综合性能的高强钢得到了越来越广泛的应用,需求量也是日益增多。石化设备的制造中,焊接是不可或缺的程序,而高强钢焊接结构中很容易出现冷裂纹,因此要在投产之前对焊缝进行检测和评价,以保证设备和人员的安全。本文以SPV490Q高强钢板焊缝为研究对象,根据裂纹形成和断裂过程必伴随着弹性应力波释放的特点,采用声发射技术对焊缝进行检测,并从参数和波形两方面对冷裂纹声发射信号进行了分析和评价。建立了高强钢冷裂纹声发射检测及评价方法,以保障承压设备的焊缝质量,具有工程应用价值。本文主要研究内容包括:1.根据冷裂纹形成机理和检测、试验方法,选用斜Y型坡口实验数据进行冷裂纹声发射评价方法的研究,并用平板刚性拘束试验数据进行应用和验证。2.运用声发射统计性参数撞击累积计数随时间的变化实现对焊缝声发射信号活性的描述。通过对幅值-时间和撞击计数-时间经历图的分析,获得裂纹在孕育阶段和阵发阶段声发射信号幅值、撞击计数的分布规律,并以此作为进一步判断冷裂纹的充分条件。3.由于部分声发射参数在表征信号时有一定的相关性,对数据信息的表征有冗余成分,所以运用主成分分析方法简化数据规模,降低数据维度,减少数据分析时间,提高效率。以已知的声发射裂纹信号和干扰信号特征参数作为训练集,分别建立直接基于声发射信号参数的支持向量机分类器和基于主成分的支持向量机分类器,结果表明,基于主成分的支持向量机识别效果更好、识别效率更高。4.对小波去噪后的声发射信号波形进行递归分析,分别建立基于声发射信号波形信息递归参数的支持向量机分类器和将主成分分析、递归分析、支持向量机技术相结合的支持向量机分类器,结果发现后者识别效果更好,而且,基于声发射波形信息的冷裂纹识别方法比基于参数信息的识别方法会更接近真实情况。5.建立SPV490Q高强钢焊接冷裂纹的声发射检测方法和评价方法。并应用于平板刚性拘束试验中,证明该方法的有效性。

关键词：焊接冷裂纹声发射主成分分析递归分析支持向量机

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随焊电磁感应加热控制焊接冷裂纹研究

随焊电磁感应加热控制焊接冷裂纹研究

作者：方坤哈尔滨工业大学

学位级别：硕士

基于电磁感应加热原理,针对焊接冷裂纹问题,提出了一种在焊接过程中基于电磁感应热作用控制焊接冷裂纹的方法。该方法借助于焊接CCT曲线,通过在焊接热源后方同步跟踪线圈感应加热的方式合理控制焊接接头的冷却过程,减少淬硬组织,增加焊... 详细信息

基于电磁感应加热原理,针对焊接冷裂纹问题,提出了一种在焊接过程中基于电磁感应热作用控制焊接冷裂纹的方法。该方法借助于焊接CCT曲线,通过在焊接热源后方同步跟踪线圈感应加热的方式合理控制焊接接头的冷却过程,减少淬硬组织,增加焊缝及热影响区的韧性,调高接头抗冷裂性能。由于避免了使用焊前预热方法或焊后热处理方法,因而可提高焊接生产效率。利用有限元方法,对不同感应加热线圈与熔池最小距离(CPD)下焊接接头的温度场进行了模拟分析。分析认为随焊电磁感应加热控制焊接冷裂纹的有效CPD区间是在工件表面熔合线路径上最高温度点与奥氏体转变温度点之间的距离(DA)和熔池最高温度点与马氏体转变温度点之间的距离(DM)之间。当CPD小于DA时,处于奥氏体转变温度(800℃)以上的部分感应加热线圈对延长t8/3没有贡献;当CPD大于DM时,感应加热不能阻止淬硬组织的形成。提出了两种随焊电磁感应加热控制焊接冷裂纹的控制参考点选择方案,熔合线节点(弱规范)和不完全淬火区低温边界节点(强规范)。利用斜Y坡口实验方法进行了随焊感应加热控制冷裂纹的实验研究。实验结果表明,当CPD在有效区间内时,表面裂纹率在20%以下,且均为弧坑裂纹,而且CPD越靠近DM,裂纹率越低,控制效果越好;当CPD在有效区间外时,不能实现对冷裂纹控制。温度场测量结果显示,当CPD在有效区间范围内时,冷却曲线经过了贝氏体相变区;而当CPD大于有效区间时,冷却曲线先冷却到马氏体相变区,然后被加热到贝氏体区,然而但由于奥氏体的热稳定化,此时奥氏体未发生贝氏体转变,而是在随后的降温过程中继续转变为马氏体组织。显微组织分析表明,当CPD在有效区间内时,焊接接头的淬硬组织大大改善,高碳马氏体含量下降,贝氏体含量上升;当CPD在有效区间外时,焊接接头的淬硬组织含量基本与常规焊一致为高碳马氏体。显微硬度测试表明,随焊电磁感应加热焊接接头的各区域硬度普遍低于常规焊接头,焊接接头的最大维氏硬度最多能够从727下降到515。

关键词：焊接冷裂纹电磁感应加热有限元模拟斜Y坡口实验