s31606q345r复合钢板弧焊焊接接头的力学性能.doc
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1、毕 业 设 计(论 文)S31603/Q345R碳钢不锈钢复合板CO2气体保护焊焊接接头力学性能研究 姓 名 丁 凯 鹏 学 院 材料科学与工程 专 业 焊接技术与工程 年 级 焊接111402班 指导教师 赵 菲 2015年 06 月 15 日太原科技大学毕业设计(论文)任务书学院(直属系): 材料科学与工程 时间:2015年3月30 日学 生 姓 名丁凯鹏指 导 教 师赵菲设计(论文)题目S31603/Q345R碳钢不锈钢复合板CO2气体保护焊焊接接头力学性能研究主要研究内容(1)了解分析S31603、Q345R这种不锈钢/碳钢复合板材料的特点(2)不锈钢/碳钢复合材料连接方法研究(3)焊
2、接接头的抗拉强度,抗弯强度,伸长度,断面收缩率,冲击韧度,缺口敏感性,疲劳极限研究方法1. 通过焊接工艺试验研究,确定最佳不锈钢/碳钢复合材料焊接工艺方法;2. 研究工艺参数对复合材料连接成形接头力学性能(焊接接头的拉伸试验;焊接接头的弯曲试验;焊接接头的冲击试验;焊接接头的硬度试验)的影响规律。主要技术指标(或研究目标) 通过对碳钢不锈钢复合材料的焊接接头的各项力学性能的试验,了解焊接接头的各项力学性能,以及对接头性能的影响,从而了解焊接接头缺陷的避免与矫正教研室意见教研室主任(专业负责人)签字: 年 月 日 说明:一式两份,一份装订入学生毕业设计(论文)内,一份交学院(直属系)。太原科技大
3、学毕业设计(论文)摘 要 本文对S31603/Q345R不锈钢/碳钢复合板在两组不同焊接工艺下,对其力学性能进行研究。研究采用CO2气体保护焊的焊接方法,采用KTW-309LMOP焊丝、THY-51B焊丝做为填充金属,采用V形坡口形式对不锈钢/碳钢复合板进行对接焊。通过对在不同工艺下两组复合板获得的焊接接头进行力学性能测试,分析力学性能测试结果,确定可获得最优焊接接头性能的工艺参数。力学性能测试结果表明,两种工艺参数下的不锈钢/碳钢复合板的抗拉强度与其基层母材的抗拉强度相当,略高于复层的抗拉强度,且均在远离熔合线的母材处发生了断裂,熔合线附近发生硬度突增,焊缝硬度均高于母材,较快的焊接速度以及
4、较小的焊接电流都能提高焊缝的力学性能,其中1号试板韧性较好,2号试板抗拉强度更高可以满足实际生产对焊接接头的强度要求。综上,在本文选用的工艺参数下,均可实现碳钢/不锈钢复合板的优质焊接。关键词:碳钢/不锈钢复合板 焊接接头 力学性能ABSTRACTIn this paper, S31603 / Q345R stainless steel / carbon steel composite panels at two different welding processes, to study its mechanical properties. Research on the use of CO2
5、 gas welding welding method using KTW-309LMOP wire, THY-51B wire as filler metal, use a V-shaped groove in the form of stainless steel / carbon steel composite plate butt welding. Through two different processes in composite board obtained by testing the mechanical properties of welded joints, mecha
6、nical analysis test results to determine the optimal process parameters obtained performance of welded joints.Mechanical test results show that the tensile strength of the tensile strength of its grassroots base metal under the process parameters or stainless / carbon composite panels rather, slight
7、ly higher than the tensile strength of multi-layer, and are far away from the fusion line of mother material at the fracture occurred, the sudden increase in hardness occurred near the fusion line, the weld hardness is higher than the base metal, weld faster speed and smaller welding current can imp
8、rove the mechanical properties of the weld, where the 1st test plate toughness compared Well, the 2nd test plate tensile strength higher actual production to meet the strength requirements for welded joints.In summary, under the article selection process parameters, can achieve high-quality carbon s
9、teel / stainless steel clad plate.Keywords: carbon steel / stainless steel clad plate, welded joint, mechanical properties摘 要IABSTRACT2第1章 绪论11.1 复合板概述11.1.1 复合板的制造方法21.1.2 复合板的性能21.1.3 复合板的应用现状41.2 碳钢/不锈钢复合板的焊接性特点及分析51.2.1 焊接性51.2.2 碳钢/不锈钢复合板的焊接工艺61.3 碳钢/不锈钢复合板的焊接研究现状71.4 课题研究背景、主要内容及意义9第2章 S31603/
10、Q345R复合板的试验方案102.1 试验准备102.2 S31603/Q345R复合板的焊接性能分析132.3 试验方案的确定152.3.1 焊接设备152.3.2 焊接方法的选择162.3.3 焊接材料的选择162.3.4 焊接工艺过程162.4 焊接接头的宏观形貌182.5 焊接接头的力学性能试验192.5.1 焊接接头的拉伸强度试验192.5.2 焊接接头的显微硬度试验20第3章 S31603/Q345R复合板的试验数据及分析223.1 S31603/Q345R接头拉伸试验结果分析223.2 S31603/Q345R显微硬度试验结果分析24第4章 结 论27参考文献28致 谢31附 录
11、32第1章 绪论1.1 复合板概述随着现代社会科学技术和工业技术的迅速发展,各种技术需求也相应而生。许多新型的设备以及结构对材料的强度、硬度、疲劳极限等性能的要求越来越高,另一方面,对材料的生产成本与使用寿命提出了更高的要求。很多时候,单一材料不能满足对性能及成本的要求,因此,创造出一种可以同时满足多种要求的新材料就成为了当务之急。这种按一定方式、比例及分布方式制造出来的材料称为复合材料。在金属成型加工中,将其称谓为复合板钎焊火焰钎焊火焰钎焊使用气体火焰或火炬加热被焊部位,温度和热量需要确定所使用的气体。火焰可以通过可与空气或氧气被燃烧任何燃料气体供给,对于火焰钎焊通常使用单一的焊枪并且要使用
12、焊头,但是对于自动火焰钎焊,多个焊头可能是必须的。手工火焰钎焊可能是最广泛使用的钎焊方法,如表7-11所示。火焰钎焊适用于涉及不同的加热部位的焊接。焊枪可被定向至较重部位从而使加热均匀。手工钎焊特别适用于构件修复。自动火焰钎焊适用于注重效率与生产值的制造业。一般,会使用多个焊枪进行焊接。火焰钎焊的焊接气氛为火焰燃烧的产物,通常使用中性或非氧化性气体,某些材料可使用氧化性较低的气体或还原性性气体,钎料金属可预填在焊接接头表面或内部,也可以在焊接时手动即时填充。这些部件在加热和冷却循环过程中必须进行组装和自我夹持或代替用机械装置夹持,这些部件必须经过处理,助溶剂添加到具有协助毛细流动的填充材料中,
13、位置不是太重要,然而,中立对促进复杂接头中毛细流动很有帮助。火焰钎焊可适用于多种材料以及焊接质量不等部分,然而,由于温度控制不当,熔点接近钎焊温度的材料是不容易被钎焊的。当加入不同厚度的部分,火焰钎焊部位往往有翘曲或变形,火药钎焊适用于被焊部位过大,形状复杂或不能由其他方法加热,钎焊件可被AWS认证合格或根据ASME第九节测评合格。其他钎焊方法其他的钎焊方法涉及不同的热量供给方法,当使用特定化学反应热量时,放热钎焊可以使用。放热化学反应是两个或两个以上热量由于反应的自由能放出的化学品之间的反应,常用固态或近固态金属氧化物反应,但此方法不广泛使用。当电弧被用作热源,其他热源可以是任何的电弧工艺,
14、包括碳弧,双碳弧,钨极氩弧焊,等离子电弧等工艺。也可使用激光束与电子束。热输入与热损失的关系必须严格控制,以避免熔化的部分被钎焊。几乎所有的普通金属都可以被钎焊,不同的金属以及它们的钎焊性,也就是这些金属在在实际生产中进行钎焊的能力,都列在表7.3中。待焊部位的厚度取决于是否可提供足够的热量对较重部位,而不对较薄部分提供过多的能量的能力。这与其它一些钎焊方法相比可能会是一个问题,是在选择加热方法时的一个主要的考虑因素。填充金属钎焊的填充金属涵盖在钎焊填充金属规范AWS A5.8中,根据分析分类如下:铝 - 硅,铜,铜 - 锌,铜 - 磷,镍 - 金,耐热材料,镁和银等基本分组。表7.4给出了不
15、同的填充金属的组合物,以及工作范围和推荐的用途,填充金属的选择基于被钎焊的金属材料。某些钎焊的填充金属含有大量的镉,当使用这些填充金属时,必须要有足够的通风。填充金属可以是多种形式的,最常见的是金属丝或杆,填充金属也可做薄片状,粘贴或作为部分的包层表面,以进行钎焊。填充金属的位置会影响接头的质量,对于正常的搭接接头的填充金属,应提供的仅一个端部,并使其通过毛细管作用流完全通过接头。如果填料金属被在两端供给,气体将被截留在接头从而产生裂纹,这将大大降低钎料的有效面积。仅在一端供给填充金属的另一个优点是用于质量控制,如果填充金属在另一端产生了一个鱼鳞状的焊缝,那么钎焊接头的完整性,将会是显而易见的
16、。填充金属不能在一个堵塞的接头中产生毛细流动,气体堵塞,填充金属将不会产生在整个接合面进行完整的流动。在这种情况下,必须进行排气。这也适用于小罐或容器,在这些容器中气体受热膨胀,将防止填充金属形成贯通的邻接表面。图7.11 钎焊,钎焊检验,美国焊接学会表7.3 火焰钎焊中的母材可钎焊性母材填充金属火焰钎焊火焰类型AWS助焊剂分类铝铝弱还原性FB1-A黄铜银合金弱还原性F33-A or C青铜铜-锌弱还原性FB3-C铜铜-锌弱还原性FB3-C铬镍铁合金银合金弱还原性FB3-A or C球墨铸铁银合金中性/弱氧化性FB3-A or C锻铁铜-锌弱还原性FB3-C蒙乃尔银合金弱还原性FB3-A or
17、 C镍银合金弱还原性FB3-A or C镍-铜铜弱还原性FB3-C镍-银银合金弱还原性FB3-A or C贵金属任意任意Variable高碳钢铜-锌弱还原性FB3-C低合金钢铜-锌弱还原性FB3-C低碳钢铜-锌弱还原性FB3-C中碳钢铜-锌弱还原性FB3-C不锈钢银合金中性/弱还原性FB4-A注:在许多情况下,可以使用不同的填充金属。易于使用的填料金属如表所示。可忽略颜色匹配。表7.4 钎焊填充金属(续表)AWS 分类钎焊温度范围成分组成(%)铜,铜-锌和铜- 磷合金,(续)RBCuZn-D1720-1800938-98248 Cu,42 Zn,10Ni磷铜钎料BCup-11450-17007
18、88-92795 Cu,5 P磷铜钎料BCup-21350-1550732-84393 Cu,7 P磷铜钎料BCup-31325-1500718-81689 Cu,5 Ag,6 P磷铜钎料BCup-41275-1450691-78887 Cu,6 Ag,7 P磷铜钎料BCup-51300-1500704-81680 Cu,15 Ag,5 P磷铜钎料BCup-61350-1500732-81691 Cu,2 Ag,7 P磷铜钎料BCup-71300-1500704-81688 Cu,55 Ag,7 P镍,钴合金镍基钎焊粉BNi-11950-22001066-120473.5 Ni,14 Cr,3
19、 B,5 Si,5 Fe镍基钎焊粉BNi-1a1970-22001077-120473 Ni,14 Cr,3 B,5 Si,5 Fe镍基钎焊粉BNi-21850-21501010-117781.5 Ni,7 Cr,3 B,5 Si,3.5 Fe镍基钎焊粉BNi-31850-21501010-117792 Ni,3 B,4.5 Si,0.5 Fe镍基钎焊粉BNi-41850-21501010-117792.5 Ni,2 B,4 Si,1.5 Fe镍基钎焊粉BNi-52100-22001149-120472 Ni,18 Cr,10 Si镍基钎焊粉BNi-61700-2000927-109389 C
20、r,11 P镍基钎焊粉BNi-71700-2000927-109376 Ni,14 Cr,10 P镍基钎焊粉BNi-81850-20001010-109369.5 Ni,7 Si,18 Mn,5.5 Cu镍基钎焊粉BNi-91950-22001066-120480 Ni,15 Cr,3.5 B,1.5 Fe镍基钎焊粉BNi-102100-22001149-120463 Ni,12 Cr,2.5 B,3.5 Si,3 Fe,16W镍基钎焊粉BNi-112100-22001149-120468.5Ni,10 Cr,3 B,3 Si,3.5 Fe,12 W钴基钎焊粉BCo-12100-2250114
21、9-123216 Ni,19 Cr,1 Fe,4 W,60 Co。复合板在制备过程中,进行材料筛选时会出现如图 1.1所示的几种情况。因此,制备复合钢时,一定要对基层、复层材料进行合理选择,以具有良好的工艺条件作前提,最大可能地发挥复合材料的性能优势。不过,由于复合板各层材料在理化性能等方面存在比较大的差异,使材料在复合之后各个层材料之间会具有有较明显的界限。图1.1 不同材料复合后的性能在生产实际中,通常通过合理选择每层材料,正确设计复层结构,选用良好的复合工艺,使制备出的复合板可以满足如下要求:(1) 性能互补 把高韧性的材料与高硬度的材料复合后制备成性能互补的复合板。选用韧性较好的材料作
22、复合板的基层,选用硬度较高的材料作复层,使复合材料不仅具有优良的韧性,且具有较高的硬度,可满足实际生产对材料韧性以及硬度的双重要求。 (2) 表面保护作用 在高温、高压、具有强烈腐蚀性介质等场合中,通过复合把耐热、耐磨、耐蚀的金属作为复合板的复层,如此能对结构以及设备起到良好保护作用。(3) 降低成本 以廉价金属作为基层,较薄的贵金属或能起到贵金属作用的金属做复层。如此制成的复合板可以大幅降低生产成本,提高经济效益,如 Ag/Cu、Pd/Cu 等复合金属板。(4) 装饰作用 以廉价金属作为基层,金、银、镍等贵金属做为复层,可以做为装饰品使用。 1.1.1 复合板的制造方法 由于复合板具有的各种
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