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Q550及Q690高强钢焊接接头裂纹及应力分析

作　者: 刘毅
导　师: 李亚江
学　校: 山东大学
专　业: 材料加工工程
关键词: Q550 Q690 裂纹特征断口形貌焊接应力
分类号: TG407
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

随着液压支架向大工作阻力和高可靠性要求的提高,支架重量也不断增加,如何在保证强度的前提下,减轻支架重量是支架设计中迫切需要解决的问题,采用低合金高强度钢材是最有效的途径。但对于材料抗拉强度级别大于700MPa的高强度钢,由于裂纹和缺口敏感性较强,因此接头易出现断裂、开焊和疲劳强度低等现象。本课题以液压支架用Q550与Q690高强钢板材为研究对象,采用Ar+C02混合气体焊方法和ER50-6、MK·G60、MK·G60-1、MK·GHS70焊丝对Q550与Q690进行焊接,研究Q550+Q690接头的裂纹敏感性,铁研试验结果表明,随着焊丝强度级别从600MPa提高到800MPa,接头根部裂纹率逐渐增加；随着焊接热输入的增加,接头根部裂纹率也逐渐提高,控制焊接热输入20kJ/cm以下,接头根部裂纹率小于20%,用于Q550+Q690接头的焊接生产是安全的。Q550+Q690接头力学性能试验结果表明,采用ER50-6焊丝,接头拉伸断裂在焊缝；采用MK·G60-1焊丝,接头拉伸断裂在熔合区或热影响区,显著提高接头的强韧性,接头抗拉强度达742MPa,与Q550钢母材抗拉强度相当,伸长率为17.1%,焊接热影响区冲击功达174J；厚板对接接头必须开坡口,但坡口角度不宜过大(焊缝强度随坡口角度增大而减小),V形坡口角25°—35°为宜。采用扫描电镜、电子探针分析Q550+Q690接头的显微组织特征,研究表明接头的强韧性主要取决于焊缝中细晶针状铁素体的含量,随着焊丝中合金元素含量的提高和焊接热输入的增加,焊缝组织中先共析铁素体含量逐渐减少,针状铁素体的含量逐渐增加；但当合金元素含量较高、焊接热输入过大时,接头熔合区及热影响区粒状贝氏体含量明显增加,针状铁素体含量减少,并且热影响区粗晶区奥氏体晶粒尺寸较大,降低Q550+Q690接头的强韧性。Q550+Q690接头冲击试样断口形貌分析表明,接头区断口为脆性解理断裂特征,采用ER50-6焊丝,焊缝启裂处的解理台阶呈放射状,解理面上有少量河流花样,解理面呈扇形,同时有少量较浅的韧窝存在；采用MK·G60-1焊丝,解理台阶高低不平,裂纹在焊缝中的扩展路径曲折,局部区域存在大量较深的韧窝,因此,采用MK·G60-1焊丝获得的Q550+Q690接头具有较好的韧性。采用SYSWELD分析软件,通过对铁研试验接头焊接应力进行数值计算,结果表明接头根部焊接应力最大,容易产生焊接裂纹；液压支架连杆焊接时,控制焊接热输入10-20kJ/cm,连杆接头最大应力约为Q550钢屈服强度的30%,可以防止接头根部产生焊接裂纹。

全文目录

摘要  6-8
第1章绪论  8-22
  1.1 课题的目的及意义  8-9
  1.2 液压支架用低合金高强钢现状  9-11
  1.3 高强钢焊接接头裂纹及断裂研究  11-14
  1.4 高强钢焊缝组织的特征及控制  14-20
  1.5 研究内容  20-22
第2章试验材料及方法  22-30
  2.1 试验材料  22-23
  2.2 试验方法  23-30
第3章接头裂纹率及裂纹形态分析  30-42
  3.1 铁研试验  30-34
  3.2 接头区的裂纹形态及扩展  34-38
  3.3 显微组织对裂纹的影响  38-42
第4章 Q550+Q690焊接接头力学性能  42-60
  4.1 接头抗拉强度  42-44
  4.2 接头冲击韧性  44-49
  4.3 微观组织对焊接区强韧性的影响  49-60
第5章接头区的断裂特征  60-72
  5.1 熔合区的断裂特征  60-61
  5.2 接头焊缝区的断口形貌  61-67
  5.3 接头热影响区的断口形貌  67-72
第6章接头区应力的数值模拟  72-94
  6.1 铁研试验接头应力的数值模拟  72-83
  6.2 连杆焊接应力的数值模拟  83-94
第7章结论  94-95
参考文献  95-103
致谢  103-104
攻读学位期间发表的学术论文  104-105
学位论文评阅及答辩情况表  105

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