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1、武汉理工大学学士学位论文武汉理工大学本科生毕业设计（论文）Q235与201奥氏体不锈钢焊接接头的组织和性能分析学院（系）： 材料科学与工程学院 专业班级： 材料成型专业0904班学生姓名： 指导教师： 学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包括任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。作者签名： 年 月 日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保障、使用学位论文的规定，同意学校保留并向有关学位论文管理部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许
2、论文被查阅和借阅。本人授权省级优秀学士论文评选机构将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。本学位论文属于1、保密囗，在 年解密后适用本授权书2、不保密囗 。（请在以上相应方框内打“”）作者签名： 年 月 日导师签名： 年 月 日目 录摘 要IAbstractII1 绪论11.1 前言11.2 异种钢焊接今后的研究热点与发展趋势21.3 异种钢焊接的问题21.4 课题主要内容和目的32 实验材料和方法62.1 焊接材料62.2 焊接方法的选择62.3 焊接工艺设计72.3.1 焊条的选择72.3.2 焊件坡口形式的选择82.4 工
3、艺参数选择82.4.1 焊条直径82.4.2 焊接电流92.4.3 电弧电压92.4.4 焊接速度92.5 焊接前的准备和焊接102.5.1 焊接前的准备102.5.2 焊接实施102.5.3 焊接过程中出现的问题102.6 金相试样制备和金相观察112.6.1 切割112.6.2 打磨、抛光112.6.3 腐蚀112.6.4 金相观察122.7 显微硬度测试122.8 热处理工艺实验133 实验结果分析143.1 焊接试样图143.2 金相组织分析143.2.1 未热处理金相组织分析143.2.2 热处理后的金相组织分析193.3 硬度测试204 结论23参考文献24致 谢25摘 要本论文实
4、验对象是珠光体钢Q235和201奥氏体不锈钢。采用A102焊条实现了Q235与 Q235焊接、201奥氏体不锈钢与201奥氏体不锈钢焊接、Q235与201奥氏体不锈钢焊接，并对三个焊接试样进行了金相组织观察。选取Q235与201奥氏体不锈钢焊接接头进行了850的退火处理，对热处理后的试样进行了金相观察和硬度测试，与热处理前的Q235与201奥氏体不锈钢焊接接头的组织和硬度进行了比较，所得实验结果对于异种钢焊接具有重要的指导意义，为异种钢焊接作业提供参考依据。关键词：异种钢焊接；Q235；奥氏体不锈钢；金相组织；硬度测试IAbstractThe pearlite steel of Q235 an
5、d austenitic stainless steel of 201 are the subjects of this thesis.The welding between Q235 and Q235 is realized by the electrode of A102,as well as the welding between 201 and 201,the dissimilar welding between Q235 and 201,then the metallographic examination and hardness testing are done on the t
6、hree specimen welded.The joint of the dissimilar welding between Q235 and 201 is selected for the annealing treatment of 850 ,and then the same operation of he metallographic examination and hardness testing to the specimen which has been heat treated. The comparison between the two teams of specime
7、n, the result which have important guiding significance to the dissimilar welding and heat treatment has great value in use.Key words:dissimilar steel welding;Q235;austenite;metallographic observation;hardness test；structure and propertyII1 绪论1.1 前言随着国民经济的迅速发展和科学技术的不断进步，新结构、新设备层出不穷，新材料、新工艺的应用日益广泛，对零
8、件部位的性能提出了更高的要求，如硬度、耐磨性、耐蚀性、低温韧性、高温持久强度、磁性、导电性、导热性、熔点等多个方面的性能。在有些情况下，任何一种金属材料都不可能完全满足使用要求，或者即使某种金属比较理想，也往往由于十分希贵，不能在工程中普遍应用。现代焊接技术的发展的发展已经可以将不同性能的材料焊接成复合零部件，既能满足各种性能要求，又可以节约各种贵重金属材料，降低成本。因此，采用焊接方法制造异种材料复合零部件受到人们的广泛重视，具有广阔的应用前景1。两种牌号不同的钢之间的焊接称之为异种钢焊接，它是属于异种金属焊接中应用最为广泛的一类接头。异种钢及异种金属之间的焊接研究一直是国内外学术界和工业界
9、共同关注的热点前沿课题，已做了大量的工作，积累了丰富的理论知识和实践经验。但由于异类材料的组合极为多样，对接头的要求又各不相同，所以还有许多问题没有得到解决或还须做进一步的研究。在这种接头中，金属本身的各种性能，已不足以直接说明它在焊接时可能出现什么问题或焊接后能否满足使用要求。异种钢及异种金属焊接接头所形成的复合零部件能否满足工程上复杂工况下的功能要求，关键是解决他们的焊接性问题，而焊接性的核心是接头熔合区或过渡区的行为和性能，随着现代新材料和新型复合结构的大量出现，研究和讨论异种钢及异种金属焊接熔合区的显微结构特征及其转变机理就显得尤为突出和重要。但是，由于受到实验技术和实验条件的限制，目
10、前，对窄的熔合区的研究，大多数还是停留在金相光学显微镜的观察上。光学显微镜分辨本领低，并受腐蚀剂的影响大，一些微观组织很难被显示和观察，即使用高倍的扫描电子显微镜（SEM）也很难观察到熔合区细微的组织结构变化，而这些细微的变化对接头机械性能变化有很大的影响，它也是弄清楚某些失效断裂机理的钥匙。另外，在由众多新材料构成的现代高技术复合零部件中，由于对它的使用环境和可靠性等方面提出了更高更苛刻的要求，因此也要求我们必须采用更先进的分析测试手段，从更微观的层次和角度对异种钢及异种金属焊接接头焊接性的本质进行更加深入的研究2。观察焊接区，特别是熔合区显微组织变化特征及其转变机理的最有效和最直观的方法是
11、利用较光学显微镜和扫描电镜具有更高放大倍数和分辨率的透射电子显微镜（TEM）。但到目前为止，还较少看到有关这方面的报道。许多学者甚至认为不可能制备出可供TEM观察的熔合区薄膜样品，这主要是由于异种钢及异种金属之间物理、化学性能、组织、成分、强度等相差很大的缘故。1.2 异种钢焊接今后的研究热点与发展趋势随着人们对焊接领域研究的不断深入，异种金属焊接已经成为工程应用不可缺少的工艺手段，并已成为焊接领域的研究热点。对异种金属焊接的研究已经深入到各个领域工作中，重心偏向一下几个方面： （1）新焊材的研制。如何客服因母材性能差异形成劣质异种焊接接头的问题是异种金属焊接面临的重大挑战。研制出同时具有母材
12、性能的焊材或填充材料，其意义等同于缩小母材的性能差异，减少碳的迁移，提高接头的高温持久性能，达到改善异种金属焊接接头的目的3。 （2）提高异种金属焊接接头的抗腐蚀性能。在石油化工和电站锅炉等行业中，腐蚀成为异种钢焊接接头最常见的失效形式。由于接头由两种不同的母材和填充材料经过高温快冷结合而成，结构复杂，相对于母材，异种金属焊接接头抗腐蚀能力很低。因此，如何提高异种钢焊接接头抗腐蚀性能也是工程实践中急需解决的难题4。 （3）采用现代先进的检测手段和计算机模拟技术，深入研究异种金属焊接接头的腐蚀性能、应力分布、碳迁移规律等，构建完善的数据库，异种金属焊接提供参考依据。1.3 异种钢焊接的问题由于异
13、种钢接头两侧的母材无论从化学成分上还是物理、化学性能上都存在着差异，主要表现在： （1）结晶化学性差异（晶格类型、晶格常数、原子半径、原子外层电子数等）：这决定两种材料在冶金学上的相容性无限固溶、有限固溶、形成化合物、产生中间相和不能形成合金。 （2）物理性能差异：熔点、膨胀系数、导热系数、比电阻、力学性能等，这影响焊接温度场、应力场等。 （3）表面状态差异（氧化膜性质、形态）。 因此，焊接时，要比同一种钢自身之间的焊接要复杂得多。异种钢焊接时存在以下焊接特点： （1）接头中存在着化学成分的不均匀性异种钢焊接接头的化学成分不均匀性及由此而导致的组织和力学性能不均匀性问题极为突出，特别是对于第二
14、类异种钢接头更是如此。不仅焊缝与母材的成分往往不同，就连焊缝本身的成分也是不均匀的，这主要是由于焊接时稀释率的存在所造成的。这种化学成分的不均匀性对接头的整体性能影响较大。 （2）接头熔合区组织和性能的不稳定性在母材与焊缝金属之间的熔合区由于存在着明显的宏观化学成分不均匀性，因此就引起组织极大的不均匀性，给接头的物理化学性能、力学性能带来很大影响。比如用奥氏体不锈钢焊条焊接低合金钢与奥氏体不锈钢之间的异种钢接头，在熔合区就存在着“碳迁移”现象，使熔合区靠焊缝一侧形成增碳层，而低合金钢一侧形成脱碳层，在此区域内硬度变化剧烈，同时力学性能下降，甚至引起开裂。（3）焊后热处理是较难处理的问题异种钢接
15、头的焊后热处理是一个比较难处置的问题，如果处置不当，会严重损坏异种钢接头的力学性能，甚至造成开裂。例如对于同类异种钢接头，一侧母材强度较低，要求的焊后热处理温度也较低，而另一侧母材强度及合金元素含量较高，要求的焊后热处理温度较高，此时如果PWHT温度选择不当，会使强度低的一侧母材强度下降过度。1.4 课题主要内容和目的对于异种钢焊接接头又可分为两种情况，第一类为同类异种钢组成的接头，这类接头的两侧母材虽然化学成分不同，但都属于铁素体类钢或都属于奥氏体类钢；第二类接头为异类异种钢组成，即接头两侧的母材不属于同一类钢，例如一侧为铁素体类钢，另一侧为奥氏体类钢(如奥氏体不锈钢)。对于母材都属于铁素体类钢，其焊缝采用奥氏体不锈钢焊条或镍基焊条焊接的接头，也属于第二类接头。由于异种钢接头两侧的母材无论从化学成分上还是物理、化学性能上都存在着差异，因此，焊接时，要比同一种钢自身之间的焊接要复杂得多
