工具鋼/Q235復(fù)合板爆炸焊接試驗(yàn)及性能

運(yùn)用金相技術(shù)和掃描電子顯微鏡,分析工具鋼-普碳鋼復(fù)合板爆炸焊接的結(jié)果。通過選取最佳的爆炸焊接參數(shù),解決復(fù)合板爆炸焊接試驗(yàn)中易出現(xiàn)的裂紋以及邊界不易焊合現(xiàn)象。結(jié)果顯示,起爆端界面波形比較微小,然后逐漸增大,但是增幅較微弱,界面的結(jié)合強(qiáng)度較高,并且復(fù)合板的結(jié)合區(qū)存在著金屬強(qiáng)烈的塑性變形、熔化和原子間的相互擴(kuò)散等冶金過程。

通過設(shè)計(jì)爆炸焊接試驗(yàn)復(fù)合了鋁合金-純鋁-鋼爆炸復(fù)合板,對其界面形態(tài)、顯微硬度及力學(xué)性能進(jìn)行了研究。結(jié)果表明,鋁合金-純鋁界面純規(guī)則正弦波形,純鋁-鋼復(fù)合板界面波形較小,鋁合金-純鋁-鋼復(fù)合板的界面剪切強(qiáng)度在75mpa以上,爆炸復(fù)合過程中,純鋁與鋼界面生成了金屬間化合物,其界面處基體金屬發(fā)生強(qiáng)烈的塑性變形。復(fù)合板變形及組織變化的結(jié)果造成復(fù)合板界面處的顯微硬度最高,隨著距界面距離的增加,兩側(cè)基體金屬的硬度逐漸降低。

以3mm厚的ta2鈦板和26mm厚的正火態(tài)q345r為材料,通過爆炸焊接實(shí)驗(yàn),對鈦/鋼復(fù)合板爆炸焊接的動態(tài)參數(shù)進(jìn)行了研究。結(jié)合復(fù)合板結(jié)合界面特征、復(fù)合板結(jié)合強(qiáng)度(剪切強(qiáng)度)以及界面波的金相組織,討論了鈦/鋼爆炸焊接時獲得高強(qiáng)度結(jié)合和規(guī)則的界面結(jié)合波狀形態(tài)的條件。對于3mm厚ta2與26mm厚正火態(tài)q345r,該條件是動態(tài)碰撞角β>17°,動態(tài)碰撞速度vp>760m/s。根據(jù)界面波及基板軋制金相組織形態(tài),分析了形成界面波的機(jī)理,認(rèn)為射流阻礙復(fù)板連續(xù)碰撞基板是形成界面波的一個主要原因。

本文采用不銹鋼焊條和碳鋼焊條對q235+0cr18ni9ti不銹鋼復(fù)合板進(jìn)行焊接,根據(jù)焊接組織及硬度分析,得出了其最佳的焊接工藝。結(jié)果表明:無論是不銹鋼焊條還是碳鋼焊條得最佳焊接電流都為90～110a。采用兩種焊條復(fù)合焊接時,得到的焊縫組織較為均勻,與基材組織也較匹配。

將25cr5moa/q235鋼板復(fù)合板坯加熱到800～1100℃,經(jīng)保溫后軋制1道次,壓下量為50%～70%,制成25cr5moa/q235鋼熱軋復(fù)合板試樣.用材料力學(xué)性能試驗(yàn)機(jī)測試復(fù)合板試樣復(fù)合界面的剪切強(qiáng)度,用光學(xué)顯微鏡和掃描電鏡觀察界面的組織.結(jié)果表明:當(dāng)軋制溫度在900～1000℃時,有利于25cr5moa/q235鋼的復(fù)合;道次壓下量對25cr5moa/q235鋼復(fù)合板界面結(jié)合強(qiáng)度影響非常大,道次壓下量大,有利于形成更多潔凈、活化的新生表面,并且可以細(xì)化晶粒,提高復(fù)合板的結(jié)合強(qiáng)度;金屬組織中晶粒的梯度變化,有利于提高雙金屬復(fù)合材料的結(jié)合強(qiáng)度.

在gleeble-1500熱模擬試驗(yàn)機(jī)上對q235鋼與ta1進(jìn)行復(fù)合試驗(yàn)的基礎(chǔ)上,通過sem、能譜分析、x射線衍射和電子萬能試驗(yàn)機(jī)等測試方法對ta1/q235鋼軋制復(fù)合板界面元素擴(kuò)散、相結(jié)構(gòu)以及結(jié)合強(qiáng)度、各組元變形規(guī)律等進(jìn)行了分析,研究結(jié)果表明,ta1/q235鋼復(fù)合材料的應(yīng)力-應(yīng)變曲線表現(xiàn)為動態(tài)再結(jié)晶型,隨著總壓下率的增大,q235鋼與ta1的變形程度差別減小。在高溫復(fù)合時,鈦與鋼中的鐵元素發(fā)生了互擴(kuò)散,有一定的擴(kuò)散層,鈦元素相對于鐵元素擴(kuò)散更為活躍,擴(kuò)散量也比較大。在一定溫度和變形量下,結(jié)合界面生成了金屬間化合物,生成的金屬間化合物主要有tic、feti、fe2ti。850℃時,主要生成tic,也有少量fe2ti。900℃時,界面生成的化合物主要是fe2ti。

將淬火后的q235鋼進(jìn)行多道次大壓下量(累積壓下量達(dá)94%)冷軋制備出超高強(qiáng)度內(nèi)生復(fù)合板,采用透射電鏡及x射線衍射儀研究了該內(nèi)生復(fù)合板的顯微形貌。結(jié)果表明,制備出的內(nèi)生復(fù)合板抗拉強(qiáng)度高達(dá)2112mpa,顯微組織呈現(xiàn)層片狀特征。

分析以往鈦/鋼復(fù)合板爆炸焊接裝藥量計(jì)算過程中存在的問題,結(jié)合可焊性窗口下限理論及爆速試驗(yàn)結(jié)果,提出鈦/鋼復(fù)合板爆炸焊接裝藥厚度下限的計(jì)算方法,從數(shù)值上闡明裝藥厚度下限值與復(fù)板厚度、復(fù)板密度、炸藥參數(shù)、基復(fù)板最小碰撞速度之間的函數(shù)關(guān)系。參照此裝藥厚度下限值進(jìn)行鈦/鋼復(fù)合板爆炸焊接驗(yàn)證試驗(yàn),結(jié)果表明,鈦金屬復(fù)板的延展變形得到很好的控制,結(jié)合界面沒有產(chǎn)生ti-fe脆性金屬間化合物,結(jié)合界面抗剪切強(qiáng)度達(dá)到380mpa。

研究了不銹鋼———碳鋼單面、雙面復(fù)合板爆炸焊接質(zhì)量,結(jié)合界面的微觀結(jié)構(gòu),剪切強(qiáng)度及耐蝕性能.結(jié)果表明,單、雙面不銹鋼———低碳鋼爆炸焊接復(fù)合板的結(jié)合界面均為波狀結(jié)構(gòu),結(jié)合面兩側(cè)存在一定組織變形,近界面處為角結(jié)晶組織,稍遠(yuǎn)處為拉伸變形后的纖維狀組織.結(jié)合界面碳鋼一側(cè)過渡區(qū)存在增碳區(qū),不銹鋼一側(cè)有一個脫碳層.雙面復(fù)合界面的結(jié)合過渡區(qū)約為單面的1.5倍寬,脫碳區(qū)也接近單面的1.5倍.采用切割爆炸焊接法有利于改善不銹鋼———低碳鋼復(fù)合板的邊緣焊合.在同一基板上進(jìn)行雙面不銹鋼復(fù)合時,第一面復(fù)合界面的剪切強(qiáng)度比第二面復(fù)合界面的差.無論是單面,還是雙面復(fù)合板,其界面結(jié)面強(qiáng)度均由起爆端向末端逐漸降低.結(jié)合界面的脫碳層對復(fù)合板的耐蝕性能無明顯影響

q235的焊接性 由于低碳鋼含碳量低，錳、硅含量也少，所以，通常情況下不會因焊接而產(chǎn)生嚴(yán)重硬化 組織或淬火組織。低碳鋼焊后的接頭塑性和沖擊韌度良好，焊接時，一般不需預(yù)熱、控制層 間溫度和后熱，焊后也不必采用熱處理改善組織，整個焊接過程不必采取特殊的工藝措施， 焊接性優(yōu)良。 但在少數(shù)情況下，焊接時也會出現(xiàn)困難： 1)采用舊冶煉方法生產(chǎn)的轉(zhuǎn)爐鋼含氮量高，雜質(zhì)含量多，從而冷脆性大，時效敏感性增加， 焊接接頭質(zhì)量降低，焊接性變差。 2)沸騰鋼脫氧不完全，含氧量較高，p等雜質(zhì)分布不均，局部地區(qū)含量會超標(biāo)，時效敏感 性及冷脆敏感性大，熱裂紋傾向也增大。 3)采用質(zhì)量不符合要求的焊條，使焊縫金屬中的碳、硫含量過高，會導(dǎo)致產(chǎn)生裂紋。如某 廠采用酸性焊條焊接q235-a鋼時，因焊條藥皮中錳鐵的含碳量過高，會引起焊縫產(chǎn)生熱裂 紋。 4)某些焊接方法會降低低碳鋼焊接接頭

采用合適的工藝方法制備了兩種高速鋼(w18cr4v,w6mo5cr4v2)與q235鋼的軋制復(fù)合板材,用剪切試驗(yàn)方法測定了復(fù)合板材的界面結(jié)合強(qiáng)度,用光學(xué)顯微鏡和掃描電子顯微鏡觀察了復(fù)合板材界面結(jié)合狀態(tài).復(fù)合板材界面結(jié)合強(qiáng)度達(dá)到460mpa,界面結(jié)合良好,能夠滿足復(fù)合刀片對材料性能的要求.

對ta1/q235鋼復(fù)合板累積疊軋焊進(jìn)行了研究.研究結(jié)果表明:采用累積疊軋焊方法能夠制備出結(jié)合性能較好的鈦/碳鋼復(fù)合板,其結(jié)合強(qiáng)度隨著累積變形量與首道次變形量的增加而提高,疊軋過程中經(jīng)磨床打磨與噴丸處理獲得潔凈、新鮮并具有一定加工硬化程度的結(jié)合界面,會促進(jìn)復(fù)合板結(jié)合強(qiáng)度的提高.800℃以下熱軋后,q235鋼的組織呈明顯的條帶狀;而850℃以上熱軋后,q235鋼條帶狀變形組織逐漸轉(zhuǎn)化為等軸狀,界面附近的q235鋼脫碳,出現(xiàn)明顯的排列整齊且粗大的鐵素體晶粒帶.鈦側(cè)的組織主要有等軸α組織和魏氏α組織.綜合考慮軋制溫度對鈦與q235鋼組織與界面結(jié)合性能的影響,累積疊軋溫度應(yīng)控制在800～850℃之間.

鈦鋼復(fù)合板既可充分發(fā)揮基層和覆層各自材料的優(yōu)點(diǎn),也是節(jié)約貴金屬最好的途徑,具有明顯的社會效應(yīng)和經(jīng)濟(jì)效應(yīng),值得進(jìn)一步應(yīng)用推廣。通過分析ta2和q235b的焊接性,論述了鈦與鋼熔焊焊縫脆裂的機(jī)理,指出鈦鋼復(fù)合板焊接性能差的主要原因在于焊縫中產(chǎn)生了脆性的金屬間化合物,從而導(dǎo)致焊縫在焊接應(yīng)力的作用下發(fā)生開裂。根據(jù)鈦鋼復(fù)合板焊接的特點(diǎn),通過大量的試驗(yàn)研究,作者提出了合理的鈦鋼復(fù)合板焊接接頭形式和完善的焊接工藝措施,同時加強(qiáng)對施焊人員的培訓(xùn)管理,嚴(yán)格焊接全過程的控制,ta2/q235b鈦鋼復(fù)合板的焊接難題得到成功解決。

針對油田對集輸管線用板材較高抗腐蝕性的要求,采用爆炸焊接技術(shù),對2205雙相不銹鋼與碳鋼q235進(jìn)行爆炸焊接,研制出了10000mm(長)×1400mm(寬)×14mm(厚)大面積雙相不銹鋼復(fù)合板材,其中不銹鋼層厚度為2mm。檢測結(jié)果表明:復(fù)合板材的剪切強(qiáng)度及其他力學(xué)性能均達(dá)到或超過標(biāo)準(zhǔn)要求;hic試驗(yàn)和sscc試驗(yàn)加載為72%rt0.5時均未出現(xiàn)任何裂紋;在h2s,co2,cl-共存的氣相腐蝕介質(zhì)中,試樣蝕速率為0.045mm/a;兩種材料的復(fù)合界面sem觀察及元素分析表明,2205雙相不銹鋼與q235完全實(shí)現(xiàn)了冶金結(jié)合。

通過不同的爆炸焊接工藝對鋁合金-鋁-鋼進(jìn)行了爆炸復(fù)合,并對爆炸復(fù)合后的鋁合金-鋁-鋼復(fù)合板的界面組織及力學(xué)性能進(jìn)行了測試分析,探討了不同爆炸焊接工藝對鋁合金-鋁-鋼復(fù)合板界面性能的影響。結(jié)果表明:鋁合金-鋁-鋼復(fù)合板的鋁-鋼界面在爆炸復(fù)合時界面容易產(chǎn)生一層金屬間化合物。隨著裝藥密度的增加,中間層變得愈加連續(xù),界面強(qiáng)度降低明顯,而鋁-鋼界面相互擴(kuò)散距離變化不明顯。

用hrtem、tem和sem研究了00cr18ni5mo3si216mn爆炸接合復(fù)合板性能及接合界面微區(qū)組織結(jié)構(gòu)。結(jié)果表明,00cr18ni5mo3si216mn復(fù)合板強(qiáng)度不低于16mn基板的強(qiáng)度,180°扭轉(zhuǎn)無裂紋出現(xiàn);接合區(qū)形貌近似呈正弦波形,接合界面附近形成微細(xì)晶區(qū);接合界面處的白亮帶可能是嚴(yán)重塑性變形和絕熱熔化條件下急冷形成的納米晶結(jié)構(gòu)層和非晶態(tài)組織;爆炸方法可望用來制備納米晶和非晶態(tài)薄膜材料。

35CrMo與Q235鋼的焊接

為了進(jìn)一步認(rèn)識爆炸焊接結(jié)合機(jī)理和指導(dǎo)實(shí)際生產(chǎn),本文采用透射電鏡、掃描電鏡、能譜分析儀等對銅(t2)/鋼(20#)爆炸焊接復(fù)合板結(jié)合界面區(qū)的組織結(jié)構(gòu)進(jìn)行了分析。結(jié)果表明,t2/20#爆炸焊接復(fù)合板結(jié)合界面為波狀結(jié)構(gòu),其結(jié)合界面由直接結(jié)合區(qū)、熔化層及漩渦構(gòu)成;結(jié)合界面存在原子擴(kuò)散;結(jié)合區(qū)發(fā)生了嚴(yán)重的塑性變形并伴隨有加工硬化

研究了高速鋼(w18cr4v,w6mo5cr4v2)與q235鋼復(fù)合板材熱加工過程中界面的顯微組織變化。復(fù)合板經(jīng)過熱軋及退火后,在復(fù)合界面q235鋼一側(cè)形成300μm寬的脫碳區(qū)域。在后續(xù)的淬火過程中,脫碳區(qū)域的含碳量得到恢復(fù)。根據(jù)擴(kuò)散理論和高速鋼加熱過程中基體的含碳量變化規(guī)律,對復(fù)合板材熱加工過程中碳的遷移進(jìn)行了討論。

研究了高速鋼(w18cr4v,w6mo5cr4v2)與q235鋼復(fù)合板材熱加工過程中界面的顯微組織變化.復(fù)合板經(jīng)過熱軋及退火后,在復(fù)合界面q235鋼一側(cè)形成300μm寬的脫碳區(qū)域.在后續(xù)的淬火過程中,脫碳區(qū)域的含碳量得到恢復(fù).根據(jù)擴(kuò)散理論和高速鋼加熱過程中基體的含碳量變化規(guī)律,對復(fù)合板材熱加工過程中碳的遷移進(jìn)行了討論.

Q235鋼厚向拉伸試驗(yàn)研究

由于軋制的原因,軋制鋼材的纖維組織呈流線分布,在不同取向的拉伸力學(xué)性能存在明顯差異,為研究材料厚向拉伸性能,分別對具有正交各項(xiàng)異性的q235鋼做了橫向拉伸和厚向拉伸試驗(yàn),得出其拉伸曲線,結(jié)果顯示,厚向拉伸時,材料的抗拉強(qiáng)度和屈服強(qiáng)度都小于橫向拉伸,表明該材料在厚向拉伸時的力學(xué)性能最差。