超高强钢大厚板非对称双面双热源多重加热作用下组织和应力演变规律及不预热焊接工艺研究

本项目提出超高强钢不预热焊接的新思路。针对超高强钢大厚板研究非对称双面双脉冲TIG焊打底，双面双GMAW焊填充的不清根新工艺。由此衍生非对称双面双热源相互作用、超高强钢焊接性、厚板结构、多层多道焊等多因素综合下的新的科学问题。非对称双面双热源之间存在相互热作用：前面热源对后焊道有预热作用，后热源对前焊道有二次热处理作用。这种特殊的热源形式有利于减少焊缝中扩散氢含量、防止淬硬组织产生和降低接头应力，因而可避免冷裂纹的产生，从而实现不预热焊接。为证明此想法的可行性，本项目采用实验与数值模拟相结合的手段系统研究非对称双热源及多重加热作用下，超高强钢大厚板工件热循环、组织演变和应力应变动态变化规律。通过本项目的研究，一方面丰富焊接基础理论知识；另一方面提供一种高效、节能环保、不预热、不清根的非对称双面双弧焊接新工艺，实现超高强钢大厚板焊接技术的更新换代，具有较大的研究价值。

本项目对象为抗拉强度890MPa、厚度50mm的10Ni5CrMoV超高强钢大厚板。针对我国超高强钢大厚板焊接落后的现状，研究非对称双面双TIG打底，双面双GMAW填充新工艺。重点研究非对称双热源及多重加热下，超高强钢大厚板热循环、组织演变和应力变化规律，探讨不预热焊接可行性。.研究表明，双面热源同时、多次加热，具有独特热过程。双TIG打底热循环曲线具有双峰特性，后电弧对先焊道有后热作用，延缓了先焊道冷却时间，利于马氏体“自回火”和强韧性组织产生；前电弧预热了后焊道，冷却减慢；不预热双TIG打底的t8/3比预热150℃单TIG的要长，增加了扩散氢逸出。.掌握了多重热循环下10Ni5CrMoV钢组织演变规律。组织热模拟研究表明，一次粗晶热循环后再一次粗晶热循环，保留原粗晶区显微组织；一次粗晶热循环后再一次细晶热循环，组织重结晶，粗大等轴晶细化；一次粗晶热循环后再一次不完全淬火热循环即临界再热粗晶区，原粗晶区发生部分重结晶，晶粒不细化，形成沿着晶界分布的网状组织。扫描电镜观察，网状组织由岛状、块状M-A组元组成。冲击试验表明临界再热粗晶区的断裂韧性依然较好。焊态组织为针状、侧板条铁素体和板条马氏体。根部焊态组织经历多次回火，板条和针状弱化，趋近于母材回火索氏体。.掌握了双面热源重复加热作用下工件应力和变形演变规律。横向应力在焊缝及HAZ区有较高拉应力，层数增大，焊缝宽度增大，拉应力区域增大。第1道焊缝较窄，横向拉应力最大。后电弧对前焊道根部的二次热作用，加上对称的双面焊道横向收缩，导致双面打底焊道应力集中较小。大厚板双面双弧焊角变形量仅为0.226°，远小于单面焊的老工艺，可不必残余变形校正。.双面热源独特加热模式、较长冷却时间保证了焊缝超低氢，气相色谱法测定扩散氢含量为1.6ml/100g，配合较低应力和优良组织，防止了冷裂纹。插销静载断裂试验、斜Y坡口抗裂、窗口拘束试验和大尺寸刚性试板抗裂试验证明双面双弧焊具有优良抗冷裂纹能力，大试件上实现了不预热焊接。.焊缝抗拉强度大于890MPa，延伸率大于16%，-50℃冲击功大于80J，符合使用要求。.本项目提供了高效、节能环保、不预热的双面双弧新工艺，实现了我国超高强钢大厚板焊接技术更新换代，效率提高3倍，在重要产品生产中应用，取得了很好的社会和经济效益。 . 本项目发表论文14篇，培养硕士生3名，博士生5名。