焊接接头纳米技术论文提纲

论文题目：P92钢等离子焊接工艺研究

摘要：P92钢是锅炉用钢当中一种新型的耐热钢种,具有强度高、抗高温腐蚀以及抗高温氧化良好等优点,对于P92钢常用的焊接方法是钨极氩弧焊打底+手工电弧焊盖面,但这种工艺方法的流程复杂以及成本较高,为进一步提高生产效率和得到良好性能的P92焊接接头,本文利用等离子焊工艺对6 mm厚的P92钢进行焊接,分析焊接工艺参数对焊接接头力学性能的影响,在基于红外热成像技术研究焊接工艺参数对熔池温度场的影响。对P92钢等离子焊接接头进行原位拉伸试验,研究焊接接头不同区域的断裂机理。最后对焊接接头进行焊后热处理,对焊后热处理下的焊接接头进行了力学性能及析出相的研究。研究焊接电流、等离子气流量及焊接速度这三个主要参数对焊接接头的表面成型以及力学性能的影响,研究结果表明:焊接电流对P92等离子焊接接头的影响主要体现在对焊接接头的热输入上,对于6 mm厚的P92钢板,其焊接电流在126 A时焊接成型最佳,当焊接电流较小时,没有完全熔透P92钢板,导致其焊接接头的强度以及韧性都较低,但电流过大导致热影响区的组织粗化,造成焊接接头的韧性降低;等离子气流量主要影响P92等离子焊接接头的熔深,但等离子气流量过大又会造成等离子弧的紊乱,形成切割弧,反之等离子气流量过小又达不到深熔焊的效果,最终得出其等离子气流量在4.5 L/min时,其焊接接头的表面成型以及焊接接头的力学性能最佳;焊接速度对焊接接头的影响主要体现在单位时间内对其焊接接头热输入的大小,当焊接速度较小时,单位时间内对焊接接头的热输入过大,造成焊接接头组织粗化,当焊接速度较大又会导致热输入又不足,最终得出当焊接速度为170 mm/min时其单位时间内热输入分布最均匀,表面成型最佳,其焊接接头的力学性能最佳。在基于红外热成像技术基础之上,研究焊接电流、等离子气流量及焊接速度这三个参数对熔池温度场分布的影响,研究发现:焊接电流和焊接速度影响焊接过程中单位时间内对焊接接头的热输入的大小,其焊接电流过大以及焊接速度过小都会造成在焊接过程当中单位时间内对焊接接头的热量输入过多,使得焊接接头组织的粗化,若焊接电流过小以及焊接速度过大又会造成在焊接过程当中焊接接头的热输入过小,不足以熔透6 mm厚的P92钢板;等离子气流量在焊接过程当中影响热量在焊接接头纵向的分布,其等离子气流量增大时就会使得热量沿着纵向进行分布,而等离子气流量过小又会造成其单位时间内热量在焊接接头表面分布过多,在纵向得不到充分的分布,进而粗化焊接接头组织,等离子气流量主要作用是使得单位时间内产生的热量向着纵向分布,增大其熔深。由于P92钢的工作环境是在高温条件下,对P92等离子焊接接头的高温拉伸力学性能进行研究,研究发现:随着拉伸温度的提升,P92钢焊接接头的力学性能开始逐渐下降,其焊接接头断口处的晶粒度在逐渐增大,晶粒在沿着拉伸方向上变长,焊接接头处的硬度值随着拉伸温度的提升而逐渐降低。对焊接接头不同区域进行原位拉伸试验,得出其P92等离子焊接接头不同区域的断裂机理,结果表明:焊缝区的原位拉伸试样在拉伸过程当中经历了前期的钝化区SZW之后,裂纹起裂于中间相M23C6处,焊缝区的整个裂纹扩展路径沿着中间相M23C6前进,在断面上形成了撕裂脊,属于穿层断裂;热影响区是整个P92等离子焊接接头的最薄弱环节,拉伸过程中没有经历前期的钝化,裂纹直接起裂于中间相M23C6处,裂纹以沿层断裂模式前进,断口处有分层现象,最终断面呈现出解理断裂;母材区的原位拉伸试样经历钝化区SZW以后,裂纹以塑性断裂模式进行扩展,整个断口处有大小不同韧窝出现,裂纹扩展过程中遇到中间相M23C6处形成应力集中,裂纹以解理断裂模式进行扩展,属于沿层断裂。焊接接头的不同区域的屈服强度δs满足关系:δs母材区＞δs焊缝区＞δs热影响区,钝化区SZW前期塑性裂纹的扩展长度Xf满足关系:Xf母材区＞Xf焊缝区＞Xf热影响区。研究回火温度对焊接接头力学性能的影响,同时对回火处理后的第二相进行定性分析。结果表明:随着回火温度的升高,焊接接头抗拉强度逐渐下降,但同时焊接接头的韧性也得到了改善,最终得出其焊接接头在回火温度为650℃时回火热处理2 h以后,其焊接接头的综合力学性能最佳。在回火过程当中焊接接头处会产生中间相M23C6、Laves相以及MX相,一定量的析出相M23C6会对焊接接头的力学性能起到析出强化作用,过多的碳化物M23C6导致马氏体组织软化,硬度降低,使得其焊接接头的力学性能降低;Laves相的生成会对P92等离子焊接接头的蠕变性能起到增强的效果,同时Laves相的生成会对M23C6的过度析出起到抑制的效果,但Laves相的过度析出,会造成在晶界处聚集粗化,在晶界处形成空洞;在晶界处形成纳米级别的中间相MX,由于其细小的分布在晶界处,MX相的析出强化效果优于M23C6相,是P92钢等离子焊接接头的理想析出相。

关键词：P92钢;等离子焊接;组织及力学性能;原位拉伸;热处理

学科专业：材料工程（专业学位）

摘要

Abstract

第一章 绪论

1.1 选题背景及意义

1.2 锅炉用钢的发展

1.3 新型耐热钢铁素体的元素作用及强化机理

1.3.1 元素作用

1.3.2 强化机理

1.4 P92 钢的焊接性及常用的焊接方法

1.4.1 P92 钢的焊接性

1.4.2 P92 钢常用的焊接工艺

1.5 课题研究内容及技术路线

1.5.1 课题研究内容

1.5.2 课题研究技术路线

第二章 试验材料、设备及方案

2.1 试验材料

2.2 试验设备

2.3 试验方案

2.3.1 焊前准备

2.3.2 P92 钢等离子焊接接头的力学性能研究

2.3.3 P92 等离子焊接接头原位拉伸

2.3.4 P92 钢等离子焊接接头热处理研究

第三章 焊接工艺参数对焊接接头组织及性能的影响

3.1 焊接工艺参数对焊缝成形及力学性能的影响

3.1.1 焊接电流对焊缝成型及力学性能的影响

3.1.2 等离子气流量对焊缝成形及力学性能的影响

3.1.3 焊接速度对焊缝成形及力学性能的影响

3.2 基于红外热成像研究焊接工艺参数对熔池温度场的影响

3.2.1 焊接电流对熔池温度场的影响

3.2.2 等离子气流量对熔池温度场的影响

3.2.3 焊接速度对熔池温度场的影响

3.3 焊接接头的高温拉伸力学性能研究

3.3.1 焊接接头的高温拉伸应力-应变曲线

3.3.2 高温拉伸处的断口组织

3.3.3 高温拉伸断口处的晶粒度

3.3.4 高温拉伸断口处的硬度

3.4 本章小结

第四章 焊接接头断裂微观机理研究

4.1 原位拉伸试验方案

4.2 焊缝区的原位拉伸及其裂纹断裂机理研究

4.2.1 焊缝区原位拉伸下的裂纹扩展

4.2.2 焊缝区原位拉伸下的断裂机理

4.3 热影响区的原位拉伸及其裂纹断裂机理研究

4.3.1 热影响区原位拉伸下的裂纹扩展

4.3.2 热影响区原位拉伸下的断裂机理

4.4 母材区的原位拉伸及其裂纹扩展机理研究

4.4.1 母材区原位拉伸下的裂纹扩展

4.4.2 母材区原位拉伸下的断裂机理

4.5 本章小结

第五章 回火热处理对焊接接头组织性能的影响

5.1 回火热处理试验方案

5.2 回火温度对焊接接头组织的影响

5.3 回火温度对焊接接头力学性能的影响

5.3.1 回火温度对焊接接头拉伸性能的影响

5.3.2 回火温度对焊接接头硬度的影响

5.3.3 回火温度对焊接接头冲击性能的影响

5.4 回火热处理后焊接接头处的相参量研究

5.4.1 焊接接头处的相参量的定量分析

5.4.2 焊接接头处的相参量的定性分析

5.5 本章小结

结论

参考文献

致谢