焊接技术专业开题报告范文

焊接技术专业开题报告范文-

《中厚板高强钢大线能量焊接接头组织性能分析》

关键词：焊接接头组织性能

一. 课题背景

钢板被广泛用于诸如建筑、桥梁、压力容器、储罐、管线和船舶等基础建设和大型建筑中。建筑构件的大型化和高层化发展趋势要求钢板的厚度增加,同时具有更高的综合性能,包括更高的力学性能、高效的加工性能以及优良的抗腐蚀性能和抗疲劳破坏性能等。但是,随着钢板强度的提高,其冲击韧度和焊接性能显著下降,焊接裂纹敏感性增加。

随着能源、石油、化工、水电等行业的迅速发展,工程结构越来越朝着大型化、轻量化方向发展，而焊接作为一种重要的加工手段,在结构制造领域正受到越来越多的关注。以造船业为例,焊接成本占整个成本的30%以上。因此,提高焊接生产效率在结构制造中具有重要意义。而随着焊接线能量的提高,传统低合金高强钢的焊接热影响区性能(强度、韧性)恶化,易产生焊接冷裂纹问题[1～3]。

由于焊接为厚板加工的主要方式, 焊接钢结构用中厚钢板已几乎占所有扁平材钢铁产品的一半，并被认为是当今钢结构桥梁、船舶及海洋平台、高层建筑钢结构、管线、压力容器等制造领域用钢的主导产品。而随着厚度的增加，如何获得钢板高强度、高韧性及优良焊接性三者之间的良好匹配成为了问题的关键所在。但是按照传统冶金学原理，在提高钢板强度的同时必将以损失韧性和焊接性为前提[4]。

总之，迄今为止，有关中厚板高强钢大线能量焊接冶金、焊接性及焊接工艺的研究相对较少，许多焊接理论和焊接技术问题还未得到解决。本文较系统地研究了中厚板高强钢大线能量焊接焊接接头的组织结构特点，其目的旨在为提高中厚板高强钢大线能量焊接技术水平提供必要的依据，具有重要的理论意义和实际应用价值。

二本课题国内外研究的历史和现状（文献综述）

（一）大线能量焊接技术

1 大线能量焊接技术介绍

我国年钢铁消耗已经突破3亿吨，其中钢结构的使用量高达1.5亿吨，包括建筑、桥梁、机动车辆等钢结构产业。钢结构未来向大型化发展，采用50kJ/cm以上大线能量焊接将是必然趋势。而单面埋弧焊、气电立焊及电渣焊等大线能量焊接技术因其熔敷效率高、焊接速度快、焊接质量好、节约能源、操作方便且易于自动化等优点，成为现代钢制结构制造行业中应用最为广泛的高效焊接技术。下面对这3种在结构制造行业应用最为广泛的大线能量焊接技术进行介绍。

单面埋弧焊

单面埋弧焊技术是采用较大的焊接电流（1000A左右），在背面用衬垫强迫成型条件下，将焊件一次焊透从而获得双面焊缝的一种焊接工艺[5-6]。根据所用衬垫的不同，单面埋弧焊技术又可分为焊剂铜衬垫法（FCB法）和焊剂垫法（RF法）。FCB法是在坡口背面放铜板，铜板之上均匀地铺一层焊剂，利用通气软管等简单的上升机构将铜板压紧在坡口背面，只在正面焊接一道，背面也能形成焊道。FCB法原理见图1.1 a。RF法是将含有热硬化性树脂粉末的焊剂放入皮带式或槽型的RF装配架内上层，其下部是装有铺底焊剂的焊剂袋，再下部是膨胀用的通气软管，依靠膨胀将焊剂压紧在坡口背面，同样是正面焊接一道，背面也能形成焊道。RF法原理见图1.1 b。单面埋弧焊技术可应用于船舶、钢结构、桥梁等钢板的焊接。

气电立焊

气电立焊是采用自动控制上升系统、配用专门的药芯焊丝、以CO2或Ar+O2气体保护进行自动单面焊双面一次成型的高效大线能量焊接技术[5]，其工艺过程稳定、操作简便、焊缝质量优良，生产效率比手工电弧焊高10倍以上。气电立焊多用于大型石油储罐、高炉、巨型船舶的大立缝焊接，其原理如图2所示。

电渣焊

电渣焊是利用电流通过导电的液体熔渣所产生的电阻热使金属熔合的一种大线能量熔焊方法[7]。为了保持熔池形状，必须辅以铜冷滑块（内通冷却水）强制焊缝成形。电渣焊的热源来自焊丝自身的电阻热和渣池热，渣池最高温度达2000℃左右，渣池内产生剧烈的涡流，使温度比较均匀，从而使工件边缘熔化。电渣焊的原理如图1.3所示。

2 大线能量焊接对钢铁材料组织性能的影响

焊接时伴随这热量输入，由于母材热影响区上各点距焊缝的远近不同，经历的热循环不同，使得整个焊接热影响区的组织和性能不均匀分布[8~10]。如图1.4所示，在焊缝金属区，钢本身发生熔化。在熔合线和未受热影响的基体材料之间形成HAZ。紧靠熔合线的基体金属温度接近钢的固相线温度，因此，该区域显微组织迅速粗化，成为粗晶热影响区(CGHAZ)。随着距熔合线距离的增大，热循环峰温下降，在某一区域达到的一个温度范围相当于正火温度，这个区域为细晶热影响区(FGHAZ)。离熔合线的距离再进一步增大时，钢被加热进入奥氏体和铁素体的两相区和不发生任何相变区。这两个区域分别为两相区和亚临界热影响区。从一个区到另一个区的过渡是连续的。在多层焊接情况下，一次形成的热影响区显微组织将经受二次过程。如生成两相区或亚临界粗晶热影响区，情况则变得更为复杂。

焊接热循环过程伴随HAZ中微观组织而变化，相变组织主要取决于材料的淬透性和冷却速度等等，可能的相变组织包括铁素体、珠光体、上贝氏体、下贝氏体、马氏体等。通常情况下，CGHAZ的韧性一般都较低，其原因在于奥氏体晶粒粗化和粗大相变组织（晶界铁素体和侧板条铁素体）的生成。因此，大线能量焊接用钢的合金设计和焊接工艺均非常重视细化HAZ组织。

（二）高强钢

1高强钢的定义

关于高强度钢的定义，各国的专门机构和科学工作者的见解不尽相同。

美国钢铁学会(AISI)曾对其定义为:“高强度低合金钢是一种专门类别的钢，在这类钢中，由于除碳而外，有意地加入一种或多种合金元素，从而使力学性能提高，并且在大多数情况下，具有良好的抗腐蚀性能。这类钢通常以轧制状态，或根据焊接要求以退火、正火高强度结构钢的焊接性与液压支架结构强度的研究或消除应力状态，一般地以保证最低力学性能来供应。”

日本的《高强度钢低温用钢的焊接》一书对高强度钢有如下的叙述:“高强度钢是考虑焊接性的抗拉强度在490MPa以上的低碳低合金用钢。”在文献中[11-12]日本学者荒木透著对高强度钢描述为:“具有程度的拉伸强度、焊接性、缺口韧性、耐大气腐蚀性优良的结构用钢。”前苏联学者B.T.bepHa[13-14]认为应当将在热轧状态下具有不低于325MPa屈服强度的钢划分为低合金高强度建筑钢。

德国学者D.拉达伊[15]认为，高强钢可分高强度结构钢、超高强度结构钢、细晶粒结构钢、表面淬火钢、热处理钢、奥低体钢和马氏体钢。上述定义也只是单纯从钢材的强度来加以区分。具体到焊接结构件来说，除考虑材料的抗拉强度外，更应考虑材料的焊接性能。

我国学者与淦、潘建武在六十年代(1963)所著的《合金钢与优质钢》中对高强度钢的定义是引用C.L.Kobrin对钢材料所做的分类标准，主要是按材料的屈服强度对高强度钢来进行分类:屈服强度在343MPa以上，抗拉强度在以上，屈服比( )大于70%的钢定义为高强度钢。我国的《材料科学与一〔程百科全书》对高强度低合金钢介绍如下:“高强度低合金钢是屈