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焊接结构用BWELDY960Q钢为低合金高强度钢,具有较高的强度、良好的韧性,可以减轻焊接结构件的自重,节约材料。这类钢在工程机械、矿山、港口、水电等领域得到广泛的应用,采用焊接性较好的低合金高强度钢可以使焊接结构壁厚减薄、重量减轻,从而减少焊接的工作量,促进工程结构向大型化、轻量化和高效能方向发展。焊接是影响低合金高强度钢应用的关键技术问题,从一些工程实际出发,在各种焊接条件下,低合金高强度钢焊接接头出现冷裂纹的产生,韧性的恶化和软化失强等问题。此外,苛刻的使用条件要求低合金高强度钢焊接接头性能不断提高。低合金高强钢焊接所面临要解决的问题是在保证满足高强度要求的同时,提高焊缝金属和焊接热影响区的韧性及防止裂纹的产生。本文采用焊接热模拟技术研究BWELDY960Q钢在经历单次热循环和二次热循环后热影响区的组织与性能的变化规律,找到热影响区的薄弱区域。采用常规MAG焊接方法焊接BWELDY960Q钢,研究焊接接头的组织与性能,确定最佳的焊接规范参数,并将热模拟与实际焊接热影响区的组织与性能进行对比分析。同时在常规焊接方法的基础上施加机械振动,通过改变振动频率和振动幅值,研究振动工艺参数对焊接接头组织与性能的影响。热模拟试验结果表明,模拟BWELDY960Q钢单次热循环热影响区,峰值温度Tp1为1320℃和1200℃粗晶区、800℃不完全重结晶区,均发生脆化现象。粗晶区的韧性损失达到母材的82.17%,脆化最为严重,为单次热循环热影响区韧性恶化的区域。不完全重结晶区的韧性损失达到母材的46.53%,脆化程度仅次于粗晶区。当焊接线能量在10kJ/cm-40kJ/cm范围内变化时,随着焊接线能量的增加,粗晶区的韧性降低,焊接线能量达到30kJ/cm时,粗晶区的韧性不再继续降低。模拟BWELDY960Q钢二次热循环再热粗晶区,粗晶区再经历不同峰值温度的二次热循环后,其韧性有不同程度的提高,峰值温度Tp2为1200℃未转变再热粗晶区和800℃临界再热粗晶区的韧性损失分别达到母材的73.26%和67.32%,脆化现象较严重,为再热粗晶区韧性恶化的区域,并且两区存在“组织遗传”现象。焊接试验结果表明,采用常规MAG焊接方法,焊接电流在180-240A范围内变化,当焊接电流为220A时,焊接接头的力学性能最佳。此时,焊接接头的抗拉强度为872MPa,断面收缩率为41%,延伸率为12.5%,焊缝的冲击功为60J(-20℃),熔合区的冲击功为34J(-20℃)。在振动焊接条件下,当焊接电流、振动频率和振动幅值三个参数均发生变化时,采用正交试验获得最优的振动焊接工艺参数,即焊接电流为220A,振动幅值为0.05mm,振动频率为40Hz时,BWELDY960Q钢焊接接头的焊接接头的抗拉强度为883MPa,焊缝冲击功为64J(-20℃),其力学性能达到最佳。焊接电流为220A时,BWELDY960Q钢焊接接头的力学性能随振动参数的变化而变化。随着振动频率和振动幅值的增大,焊接接头的力学性能呈现出先提高后降低的趋势,在不同的振动频率与振动幅值条件下焊接接头的抗拉强度位于790-883MP之间,延伸率位于9-14%之间,焊缝的冲击功位于50-64J之间。此外,焊接过程中施加机械振动可以改善焊缝的低温冲击韧性,常规焊接时焊缝的韧脆转变温度为-73.70℃,施加振动焊接后焊缝的韧脆转变温度为-75.02℃。通过热模拟与实际焊接热影响区组织与性能的对比分析,热模拟热影响区的奥氏体晶粒比实际焊接相应区域的晶粒要大很多,热模拟粗晶区、细晶区的硬度值有所降低,不完全重结晶区的硬度值会略有提高,虽然热模拟和实际焊接热影响区组织与性能会有所差别,但利用焊接热模拟技术可以揭示热影响区组织与性能的变化规律。