ZG25MnCrNiMo的焊接冷裂敏感性

为满足电力机车生产的需要，我厂成功研制了低合金高强度铸钢ZG25MnCrNiMo材料，并成功地用于制造电力机车配件SS9轴箱体、拐臂和大容量缓冲器箱体。因该钢的含碳量较高、合金元素多，因此焊接时易在接头的热影响区形成淬硬组织而引发焊接冷裂纹。为此，本文采用斜Y型坡口焊接裂纹试验方法测试了其冷裂纹敏感性。     

灰口铸铁焊接区氢的微观分布及逸出特点

采用显微镜下摄影测氢法,从微观上研究了灰口铸铁母材同质焊缝及异质焊缝焊接区扩散氢的分布及其逸出动态过程,说明了由于石墨的储氢及阻碍氢向前扩散的作用,使进入灰口铸铁焊接接头热影响区的扩散氢很少,因此,氢对灰口铸铁热影响区的冷裂纹倾向影响也小。     

焊接接头氢扩散数值模拟（Ⅰ）

采用ＡＢＡＱＵＳ有限元分析软件对氢在不均质焊接接头的扩散进行了模拟计算,结果表明,对２０ＭｎＮｉＭｏ钢焊接接头,随时间延续,焊缝金属中的氢浓度逐渐降低,而熔合区以外区域氢的浓度经历了一个峰值变化过程。由于焊接接头不同部位氢的扩散系数和溶解度不同,一定时间以后热影响区中的氢浓度超过焊缝金属和母材;预热使焊接接头的逸出,降低热影响区氢浓度峰值并缩短其出现时间。     

焊接接头氢扩散数值模拟(I)

采用ABAQUS有限元分析软件对氢在不均质焊接接头的扩散进行了模拟计算 ,结果表明 ,对 2 0MnNiMo钢焊接接头 ,随时间延续 ,焊缝金属中的氢浓度逐渐降低 ,而熔合区以外区域氢的浓度经历了一个峰值变化过程。由于焊接接头不同部位氢的扩散系数和溶解度不同 ,一定时间以后热影响区中的氢浓度超过焊缝金属和母材 ;预热使焊缝金属中的氢浓度快速降低 ,并缩短热影响区出现峰值浓度的时间 ;后热可加速氢从焊接接头的逸出 ,降低热影响区氢浓度峰值并缩短其出现时间。     

焊接残余应力下氢扩散的数值模拟

利用有限元软件ABAQUS,开发了一个焊接残余应力作用下氢扩散的耦合有限元计算程序,对湿硫化氢环境下16MnR钢液化石油气球罐焊接接头焊态残余应力诱导氢扩散的分布规律进行数值模拟,并与无应力状态下的氢扩散进行了比较,为掌握焊接接头氢致开裂的判据打下基础.结果表明,在焊接残余应力作用下,氢向高应力区富集,经过一段时间后,达到稳定.在热影响区附近,形成一个氢浓度低谷,两侧分别形成浓度梯度界面和应力梯度界面,能够诱导氢向高应力区长程扩散.     

30CrMnSiNi2钢TIG焊接头电化学充氢后扩散氢逸出特征及示踪

高强度钢焊接接头不同区域组织对氢扩散与聚集的影响存在差异,采用显微镜摄影测氢法研究了电化学充氢条件下,30CrMnSiNi2钢TIG焊接头不同区域扩散氢的逸出规律,观察了氢气泡大小及分布特征;采用氢原子微印技术对焊缝区的扩散氢进行了示踪研究,探讨了高强度钢焊接头扩散氢逸出分布特征与低碳钢完全相反的原因,结果表明,30CrMnSiNi2A钢TIG焊接头扩散氢主要聚集在焊缝区及热影响区,焊缝区亚晶界为氢扩散和聚集的优先通道,组织中的内应力场是导致扩散氢聚集的根本原因. 研究结果对于研究焊接接头不同区域组织与扩散氢的关系提出了有益的思路.     

高强钢焊接接头扩散氢行为研究

针对900 MPa钢级高强钢,采用甘油法测试焊接接头中扩散氢含量,并研究焊后放置72 h内扩散氢的逸出规律.研究结果表明,试板装瓶后0.5～12 h时,扩散氢的逸出速度很快,逸出量比较大,可以达到总逸出量的90％;在12～24 h这一时间区间内,扩散氢逸出速度变慢;在24～72 h时间内,扩散氢逸出量基本维持不变.由此看出,在焊接后24 h内,熔敷金属中的扩散氢已经逸出怠尽.本研究结果也表明对高强钢焊接结构进行消氢处理时必须在焊后尽快进行,否则消氢处理的意义不大.     

HQ130钢焊接区扩散氢分布的数值分析

用有限元法对HQ130高强钢焊接区扩散氢分布进行了模拟计算,分析了扩散氢对焊接裂纹的影响。编制了焊接区氢扩散的有限元程序,该程序中考虑了焊接线能量、温度、氢的表面逸出系数等对氢扩散分布的影响。数值分析表明,氢在焊缝根部熔合区附近聚集是该区域产生裂纹的重要原因。提高焊接线能量和增大氢的表面逸出系数可降低氢在焊缝表面熔合区的聚集,但对焊缝根部氢的聚集影响不大。HQ130高强钢焊接控制焊接线能量在20kJ/cm以下可减小氢的局部聚集,有利于防止根部焊接裂纹的产生,     

Oblique Y-groove cracking test of the welding cold cracking susceptibility of domestic X-70 pipeline steel

“Gas Transmitting From West to East Project“ is significant.it should ensure the welding quality and safety of pipeline.The task is very arduous to guarantee the quality of the projcet in the condition of long line.complex weather and geolgy features.in this paper,the welding cold cracking susceptibility of domestic X-70 pipeline steel adopted by the project, which is one of the most interesting questions of welding quality about petrol pipeline,was studied by means of oblique Ygroove cracking test.The crack ration of surface and section was tested under the conditions of different welding materials and preheat temperature.The thickness of plate stell was 14.7mm and 10.3mm.The results reveal that X-70 pipeline steel has good crack resistance.The research has important value for the construction of large-scale pipeline engineering and the application of domestic X-70 pipeline steel.     

Q890高强钢焊接淬硬倾向和冷裂纹敏感性

通过焊接热模拟试验、焊接热影响区最高硬度试验以及公式计算,分析了Q890钢的焊接淬硬倾向和冷裂纹敏感性.结果表明,稻垣道夫建立的经验公式比D·Vwer建立的理论经验公式更适用于计算厚板的焊接冷却时间t8/5.Q890钢焊接热影响区的粗晶区具有较强的淬硬倾向,调整焊前预热温度以及焊接热输入,对Q890钢热影响区的淬硬倾向无明显改善,但焊前预热能有效增大冷却时间t100,降低试验钢的焊接冷裂倾向.通过计算机拟合建立了冷却时间ts/5与焊接热影响区过热区硬度的关系式,经过验证该关系式能够对Q890钢最高硬度进行合理的预测.     

高强度桥梁钢焊接冷裂纹敏感性研究

通过冷裂纹敏感指数计算、热影响区最高硬度实验和斜Y型坡口实验分析了高强度桥梁钢Q460q的焊接冷裂纹敏感性。结果表明:Q460q冷裂纹敏感指数Pcm=0.17%,不产生冷裂纹的预热温度为60℃;常温和预热60℃条件下的热影响区最高硬度分别为282 HV和271 HV,均小于最大允许硬度410 HV;斜Y型坡口实验在室温条件下焊接时,焊缝表面裂纹率为0,平均断面裂纹率为7.8%,在60℃预热条件下焊接时,焊缝表面和断面裂纹率均为0。以上三种实验结果均表明高强度桥梁钢Q460q焊接冷裂纹敏感性较低。     

X100管线钢焊接冷裂纹敏感性

采用E10018焊条进行了斜Y形坡口焊接裂纹试验,结合数值模拟方法对X100管线钢焊接冷裂纹敏感性进行了研究,分析了预热温度对热影响区显微组织、接头硬度分布、应力应变状态的影响规律. 结果表明,X100管线钢具有一定的焊接冷裂纹敏感性,采用不高于100℃预热可以降低冷裂纹敏感性;100℃预热时裂纹率为0,此时粗晶区显微组织不是很粗大、M-A组元数量最少、硬度较低,且残余应力和应变水平都较低;但预热温度大于150℃时,粗晶区晶粒粗大、M-A组元数量增加,且接头中等效残余应力、应变水平升高,导致冷裂纹敏感性增加. 建议采用100℃进行预热.     

Effect of grain boundary ferrite on susceptibility to cold cracking in high-strength weld metal

Due to the practical limitations of lowering the diffusible hydrogen content of flux-containing welding consumables, it is now felt that modification of the weld microstructure would alleviate the risk of weld metal cracking in multi-pass weld deposits. Thus, this study aimed to identify and evaluate the effect of the weld microstructure on the cold cracking susceptibility of FCAW weld metals and then to provide a basic guideline for designing new welding consumables from a microstructural point of view. In order to identify the parameter(s) that can quantify the microstructural susceptibility of multi-pass weld deposit, two sets of FCAW wires with tensile strength of about 600 MPa were prepared by controlling the Ni content to allow sufficient variation in the weld microstructure, but with little change in weld metal strength. The cold crack susceptibility of those two chemistries was evaluated by a multi-pass weld metal cracking test at various levels of diffusible hydrogen content. All of the cold cracks developed were Chevron-type, and the occurrence of such cracks depended upon the proportion of grain boundary ferrite (%GF) as well as the diffusible hydrogen (HD) content. In fact, at the same level of HD, higher Ni (1.5%Ni) wire showed better resistance to cold cracking than lower Ni (0%Ni) wire even though the latter was stronger and also higher in carbon equivalent. This result could be explained solely by the difference in grain boundary ferrite content between those two welds since Chevron cracking preferentially initiates at and propagates along grain boundary ferrite. Therefore, we propose the use of a value of %GF as a parameter to quantify the microstructural susceptibility of ferritic multipass weld deposit with a strength level of about 600 MPa. It was further suggested that, in addition to the hydrogen control approach, microstructural modification in the form of reducing the %GF can be pursued to develop welding consumables with improved resistance to cold cracking.     

X80管线钢焊接冷裂敏感性判据的建立

采用一次正交回归设计,考察焊接热输入、预热温度和熔敷金属的扩散氢含量的影响,通过插销试验测定了X80管线钢焊接热影响区下临界应力,通过方差分析得到影响插销试验下临界应力的显著性因素,采用多元线性回归建立了下临界应力方程和冷裂纹判据,并对方程进行了分析;发现X80管线钢的冷裂倾向和初始扩散氢含量密切相关,当初始扩散氢含量较低时,组织形态对下临界应力的影响显著;当初始扩散氢含量较高时,下临界应力受到组织和残余扩散氢的共同作用.     

焊缝金属铁素体含量对氢裂敏感性的影响

采用试验室制造的不同成分的焊丝,用Ar+H₂混合气体保护的TIG焊方法,通过纵向焊道拉伸拘束裂纹(LB-TRC)试验和焊缝金属恒应变速率拉伸(WM-SERT)试验,定量研究了双相不锈钢焊缝金属中铁素体含量对氢致裂纹敏感性的影响。结果表明,当双相不锈钢焊缝金属中δ铁素体含量小于50%时。焊缝金属对氢致裂纹不敏感;当δ铁素体含量大于50%时,随铁素体含量的增加,氢裂敏感性显著增加。     

Nb-Mo系X80管线钢焊接冷裂纹敏感性的研究与预测

通过插销试验获得Nb-Mo合金化的X80管线钢焊接冷裂纹下临界应力,分析发现Nb-Mo合金化的X80管线钢具有较小的冷裂敏感性.测量了不同焊接工艺条件下的焊接热循环参数、焊接热影响区最高硬度、熔敷金属初始扩散氢含量,和冷却到50℃时的残余扩散氢含量,建立了Nb-Mo合金化的X80管线钢冷裂纹判据公式,并对判据进行了分析.结果表明,在低氢条件下,钢的抗冷裂能力随着热影响区最高硬度的增大而提高;高氢条件下,钢的抗冷裂能力随着热影响区最高硬度的增大而降低;在试验硬度范围内冷裂倾向随残余扩散氢含量的增加而增大.     

防护钢的焊接冷裂纹敏感性研究

通过冷裂纹敏感指数计算、焊缝接头硬度试验和斜Y型坡口试验,分析防护钢板的焊接冷裂纹敏感性。结果表明,防护钢板冷裂纹敏感指数Pcm=0.329%,不产生冷裂纹的预热温度为172℃。在常温和预热172℃条件下,热影响区的最高硬度分别为475 HV和310 HV;斜Y型坡口试验在室温条件下焊接时,焊缝表面裂纹率为0,平均断面裂纹率为10.5%,在172℃预热条件下焊接时,焊缝表面和断面裂纹率均为0。