海洋工程用F460Z埋弧焊接材料和工艺的研究

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本文针对F460Z钢成分特点和使用要求,在分析国内外相关焊丝成分特点的基础上结合理论分析,设计了3种不同成分含量的埋弧焊丝,分析了熔敷金属的成分、力学性能和扩散氢。根据试验结果,采用1号焊丝匹配CHF102焊剂在不同焊接工艺条件下,对F460Z进行了埋弧焊对接接头试验,按照中国船级社《材料与焊接规范2012》要求对焊接接头拉伸、弯曲、冲击、硬度等性能进行了试验,研究了焊接热输入和道间温度等工艺条件对F460Z埋弧焊接接头性能和组织的影响。根据F460Z高强度、高韧性的特点,在了解各种合金元素作用和焊缝金属和组织的特殊性的基础上,设计了3种埋弧焊焊丝,并选择了氟碱型碱性低氢烧结焊剂CHF102与之匹配进行埋弧焊熔敷金属试验。试验结果表明:1号焊丝具有最佳的综合性能,其熔敷金属屈服强度和抗拉强度分别为495MPa和575MPa,-60℃冲击功为140.2J,扩散氢含量为2.655ml/100g。随焊接热输入的增大,F460Z钢埋弧焊接接头抗拉强度降低;道间温度为150℃时,随焊接热输入增大,冲击韧性降低;道间温度为200℃时,冲击韧性随焊接热输入的增大先升高后降低;随道间温度从150℃升高到200℃,F460Z钢焊接接头各区的冲击韧性提高而抗拉强度降低。在本文试验条件下,F460Z最佳焊接工艺为30KJ焊接热输入,200℃道间温度。在此焊接工艺条件下,焊接接头的抗拉强度为581MPa,焊缝区、熔合线和熔合线外2mm的-60℃的冲击功分别为130J、209J、210J。F460Z钢埋弧焊接接头的焊缝区为柱状晶组织,白色的先共析铁素体沿原奥氏体晶界析出,晶内为细小的针状铁素体组织;热影响区过热区为块状先共析铁素体呈网状分布;热影响区正火区为细小的铁素体基体上均匀分布着细小碳化物。随焊接热输入的增大,焊缝区柱状晶平均宽度增大,先共析铁素体数量增多,晶内针状铁素体数量减少。随着道间温度从150℃提高到200℃,焊缝区中柱状晶区所占的比例逐渐减少,重结晶区所占比例增多。在50KJ大焊接热输入和道间温度200℃的工艺条件下,F460Z钢埋弧焊接接头仍具有较佳的综合性能,焊接接头的抗拉强度为578MPa,焊缝区、熔合线和熔合线外2mm的-60℃的冲击功分别为46J、53J、55J。满足CCS《材料与焊接规范2012》的各项要求,故F460Z钢适合大热输入焊接,有利于提高焊接生产效率。
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