论文X120级管线钢P—GMAW接头组织分析是关于对写作管线钢论文范文与课题研究的大学硕士、相关本科毕业论文管线钢论文开题报告范文和相关文献综述及职称论文参考文献资料下载有帮助。
摘 要：X120级管线钢强度高,但由于大量合金元素的存在,其可焊性差并且容易出现焊接热影响区软化现象.针对上述问题,对X120管线钢进行了脉冲熔化极气体保护焊试验,得到了成型良好的焊接接头.分析焊缝区和热影响区微观组织发现,焊缝区组织形态主要为下贝氏体和马氏体,且晶粒细小；热影响区组织主要为粒状贝氏体、板条贝氏体和长条状的M-A组元,晶粒发生明显长大,这是导致焊接接头性能软化的主要原因.
关键词：X120管线钢；脉冲熔化极气体保护焊；显微组织
DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.10.042
1 X120管线钢
与普通管线钢相比,X120管线钢中加入了B元素.B元素的加入可以提高可淬性,促进马氏体和下贝氏体的形成.含有B元素的母材和热影响区具有更高的韧性.合金元素Ti和Nb的加入,可以防止焊接热影响去的过度退火.钢板的焊接性主要取决于钢板的碳当量,本次实验所用X120钢的Ceq值为0.53.其值高于普通的管线钢,因此焊接性较差.
X120管线钢的典型组织为下贝氏体加少量马氏体,下贝氏体组织可以使管线钢得到足够的强度和韧性.研究表明,化学成分相近的下贝氏体和马氏体,其强度也相近.并且X120管线钢中的下贝氏体晶粒细小,这使得其具有更高的韧性.
2 X120钢的焊接试验及接头组织性能分析
2.1 焊接工艺试验
试验所用X120钢的厚度为16.0 mm,管径为916 mm.针对管口与管口组对环缝焊接,采用窄间隙双V型复合坡口设计.窄间隙坡口的设计使得焊接熔敷量大大减少,各焊层熔宽和热影响区宽度相差较小,极大程度地提高了焊接效率、降低了焊接成本.根据焊接实验结果可以看出,各焊层间熔合良好并未出现未熔合、未焊透现象,整个焊缝宏观无裂纹、气孔等缺陷.
试验采用P-GMAW焊接工艺对X120钢板环形焊缝进行五层焊接,包括根焊层、热焊层、填充一层、填充二层和盖面层,不同焊层在焊接时采用不同的焊接工艺参数.
2.2 焊接接头组织分析
由于工件上不同位置与焊接热源的距离不同,所以各点经历不同的焊接热循环.与普通热处理相比,焊接热过程是一个快速加热和快速冷却的过程,温度梯度很大,因此焊缝上不同位置的点经历的热循环有很大的差别,这就导致了在焊缝上不同位置上产生形态不一的微观组织.
焊接过程中,在电弧热的作用下,X120管线钢母材发生熔化,并且与填充金属熔合,形成焊接熔池,由于焊接电弧的不断移动,当电弧远离时,焊接熔池凝固形成焊接接头.从金相照片中可以看到下贝氏体组织和马氏体组织.X120管线钢焊缝区的马氏体多呈板条状,板条马氏体的亚结构主要为高密度的位错,位错密度高达（0.3～0.9）×1012cm-2.低碳的位错型马氏体具有相当高的强度和良好的韧性.X120管线钢焊缝区有大量下贝氏体,空间形态呈双凸透镜状,与试样磨面相交呈片状或针叶状.在光学显微镜下,下贝氏体呈黑色针状或竹叶状,针与针之间呈一定的角度.在电子显微镜下可以观察到下贝氏体中碳化物的形貌,它们细小弥散,呈粒状或短条状,沿着与铁素体长轴55°～60°角取向平行分布.
研究表明,下贝氏体的强度与相同化学成分马氏体相近,而细小交错的下贝氏体组织又使得管线钢同时具有较高的韧性.在五个焊层中,其微观状态略有不同,但都有马氏体和下贝氏体.对照标尺可以看出,下贝氏体和马氏体的晶粒尺寸普遍分布在10 μm～20 μm之间, 一般不会超过25 μm, 较小尺寸的组织形态避免了晶粒粗大而带来焊缝区软化的不良现象,保证了焊缝力学性能要求.马氏体和下贝氏体的出现可以保证焊缝区的强度,而细小交错的下贝氏体保证了焊缝具有足够的韧性.
焊接过程是一个快速加热、熔化、连续冷却的过程,在焊缝周围的母材由于受到电弧热的作用会经历升温和降温过程,这是一个特殊的热处理过程,因此在焊缝周围形成焊接热影响区.在热影响区的不同位置,由于离电弧的距离不同,所经历的热循环过程也不同,因此形成的组织形貌也不同.
X120级管线钢热影响区的组织形态主要有粒状贝氏体（GB）、板条状贝氏体（LB）和呈长条状的马氏体-奥氏体组元（M-A）.热影响区晶粒尺寸明显变大,一些粒状贝氏体的边界长度已经超过25 μm.粒状贝氏体和板条贝氏体通常在稍高于上贝氏体转变温度（350 ℃～550 ℃）、中等冷却速度条件下形成,两者强度、延伸率相近,但板条贝氏体的冲击功却是粒状贝氏体的5倍,因此过多的粒状贝氏体将会导致管线钢焊缝韧性降低.X120钢较高的碳当量,使得组织中会析出较多数量M-A组元,且大部分M-A组元呈长条链状分布,长度可以贯穿整个贝氏体晶粒.这都使得X120钢焊接接头出现一定程度的局部软化现象.
3 结论
（1）采用窄间隙复合双V型坡口设计,选用脉冲熔化极气体保护工艺焊接X120级管线钢,总共焊接5层,包括根焊层、热焊层、填充一层、填充二层和盖面层,能获得成型良好的焊接接头.
（2）焊缝区的主要组织形态为下贝氏体和马氏体,且晶粒尺寸主要分布在10 μm～20 μm之间,一般不会超过25 μm.焊缝区组织细小,具有良好的力学性能,可以满足焊缝的组织性能要求.
（3） 焊接热影响區主要组织为粒状贝氏体、板条贝氏体和长条状M-A组元,晶粒尺寸出现明显的长大,且大部分M-A组元呈长条状分布,长度可以贯穿整个贝氏体晶粒.粗大的晶粒使热影响区组织塑韧性严重下降,长条状M-A组元也会使焊接热影响区出现一定程度局部软化现象.
参考文献：
[1]李继红,杨亮,张敏.X120管线钢的研究现状与发展前景[J].热加工工艺,2012,41（22）：99-103.
[2]王建泽,康永林,杨善武等.ULCB钢相变产物粒状与板条状贝氏体组织性能研究[J].材料工程,2006（01）：252-254.
基金项目：大学生创新创业训练项目（20151156） 国家自然科学基金（51305461）
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参考文献：
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