Q550及Q690高强钢焊接接头裂纹及应力分析

论文摘要

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。

论文目录

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