【文章內(nèi)容簡介】 成分 C Si Mn S P Ni Cr Mo 設(shè)計(jì)含量 ≦ ≦ ≦ 測試值 沈陽工學(xué)院畢業(yè)論文 5 T91 與不銹鋼相比 , T91 具有低的熱膨脹系數(shù)和良好的導(dǎo)熱性 , 是一種物理性能較好的管道用熱強(qiáng)鋼。使用 T91 鋼可以減少膨脹應(yīng)力和由溫度梯度 (僅對(duì)壁 T91 管件而言 )產(chǎn)生的熱瞬態(tài)應(yīng)力。 表 T91 鋼物理性能 溫度℃ 熱傳導(dǎo)系數(shù)[W(mK)1] 彈性模數(shù)MPa 由室溫至指定溫度的平均膨脹系數(shù)/ 20 26 218 50 26 216 100 27 213 200 28 207 300 29 199 400 29 190 500 30 181 600 30 162 T91 實(shí)驗(yàn)制備 及 焊接工藝 制樣方法： 本實(shí)驗(yàn) 使用的材料型號(hào)。直徑?？傞L度。 使用線切割方法，從每個(gè)鋼管的焊接接頭處各切割下七個(gè)長條狀試樣。一個(gè)用作金相顯微觀察和顯微維氏硬度檢測及彎曲試驗(yàn)。使用砂紙對(duì)試樣打磨、拋光、腐蝕（本次試驗(yàn)采用 5%的硝酸酒精溶液腐蝕），然后使用金相顯微鏡對(duì)試樣的焊接接頭 (包括母材、不完全正火區(qū)、正火區(qū)、過熱區(qū)及焊縫 )進(jìn)行金相觀察、拍照，然后進(jìn)行顯微硬度測試，最后進(jìn)行彎曲試驗(yàn)。三個(gè)加工成夏比 V 型缺口沖擊試樣，沖擊試驗(yàn)結(jié)束，將沖擊試驗(yàn)的試樣斷口在掃描電鏡（ SEM）下觀察斷口的斷裂特征。另三個(gè)試樣用于熱疲勞試驗(yàn)。 如表 沈陽工學(xué)院畢業(yè)論文 6 表 T91鋼焊接工藝對(duì)比實(shí)驗(yàn) 序號(hào) 管件編號(hào) 焊接方法 預(yù)熱溫度(℃) 層間溫度(℃) 焊接層數(shù) 焊接電流(A) 焊后熱處理 恒溫時(shí)間 1 2021GX003 TIG 150 150 5 105 0℃ 2 2021GX004 TIG 150 150 3 115 750℃ 1h 3 2021GX005 TIG 150 150 4 125 770℃ 1h 4 2021GX006 TIG 200 200 3 105 770℃ 1h 5 2021GX007 TIG 200 200 4 115 0℃ 6 2021GX008 TIG 200 200 5 125 750℃ 1h 7 2021GX009 TIG 250 250 4 105 750℃ 1h 8 2021GX010 TIG 250 250 5 115 770℃ 1h 9 2021GX011 TIG 250 250 5 125 0℃ 沈陽工學(xué)院畢業(yè)論文 7 顯微硬度 試驗(yàn) 針對(duì)焊接接頭，測試焊接熱影響區(qū)的硬度分布，是了解焊接接頭性能的一項(xiàng)重要指標(biāo)。由于焊接接頭從熱影響區(qū)到焊縫中心組織變化很大，其表現(xiàn)出的顯微硬度必然會(huì)產(chǎn)生較大的波動(dòng)。由于 T91 鋼焊接熱影響區(qū)域狹窄，測定較多的維氏硬度點(diǎn)是困難的，本試驗(yàn)采用顯微維氏硬度。通過對(duì)焊接接頭顯微硬度的測定去反映出焊接接頭不同組織的性能變化。使用 MH3 型顯微維氏硬度測試機(jī)從焊縫中心到基體組織進(jìn)行顯微硬度測試。 沖擊試驗(yàn) 沖擊試驗(yàn)機(jī)（英文名稱： impact testing machine）是指對(duì)試樣施加沖擊試驗(yàn)力，進(jìn)行沖擊試驗(yàn)的材料試驗(yàn)機(jī)。聯(lián)工生產(chǎn)沖擊試驗(yàn)機(jī)分為手動(dòng)擺錘式?jīng)_擊試驗(yàn)機(jī)、半自動(dòng)沖級(jí)試驗(yàn)機(jī)、數(shù)顯沖擊試驗(yàn)機(jī)、微機(jī)控制沖擊試驗(yàn)機(jī)、非金屬?zèng)_擊試驗(yàn)機(jī)等。可以通過更換擺錘和試樣底座， 可實(shí)現(xiàn)簡支梁和懸臂梁兩種形式的試驗(yàn)。 擺錘式?jīng)_擊試驗(yàn)機(jī)是沖擊試驗(yàn)機(jī)的一種，是用于測定金屬材料在動(dòng)負(fù)荷下抵抗沖擊的性能，從而判斷材料在動(dòng)負(fù)荷作用下的質(zhì)量狀況的檢測儀。 圖 沖擊實(shí)驗(yàn)機(jī) 焊 接接頭沖擊試驗(yàn)按 GB/T229－ 1994《金屬夏比沖擊試驗(yàn)方法》的相應(yīng)規(guī)定進(jìn)行，焊接接頭沖擊試件 缺口 位置的確定按 GB/T26491989《焊接接頭機(jī)械性能試驗(yàn)取樣方法》的規(guī)定進(jìn)行。將每組 T91 鋼試樣按設(shè)計(jì)方案中要求的焊接工藝焊接，之后采用線切割的方法將每組試樣制備成沖擊試驗(yàn)所用的試樣。本沖擊試驗(yàn)所用試樣為 V 型沈陽工學(xué)院畢業(yè)論文 8 缺口的沖擊試樣。由于鋼管壁厚尺寸較小的原因， 無法制成標(biāo)準(zhǔn)沖擊試樣， 而只能將其加工成 的非標(biāo)準(zhǔn)試樣。沖擊缺口開在焊縫中心處，沿徑向貫穿整個(gè)壁厚。沖擊試樣的具體尺寸如圖 。 圖 沖擊試樣尺寸 金相顯微 試驗(yàn) 金相試驗(yàn)主要是用來研究分析金屬材料的機(jī)械力學(xué)性能與內(nèi)部組織成分結(jié)構(gòu)的聯(lián)系。一般通過光學(xué)顯微鏡來觀察焊縫組織成分的宏觀與微觀形貌，對(duì)其焊縫進(jìn)行分析，從而來判別材料焊接接頭的質(zhì)量。一個(gè)完整的金相試驗(yàn)主要包括 ① 取樣、 ② 鑲嵌、 ③ 打磨、 ④ 拋光、 ⑥ 腐蝕、 ⑦ 檢測幾個(gè)步驟。 沈陽工學(xué)院畢業(yè)論文 9 圖 金相顯微鏡 SEM 掃描電子顯微鏡 掃描電鏡（ SEM）是介于透射電鏡和光學(xué)顯微鏡之間的一種微觀性貌觀察手段，可直接利用樣品表面材料的物質(zhì)性能進(jìn)行微觀成像。掃描電鏡的優(yōu)點(diǎn)是， ① 有較高的放大倍數(shù)， 2020 萬倍之間連續(xù)可調(diào)； ② 有很大的景深，視野大 ，成像富有立體感，可直接觀察各種試樣凹凸不平表面的細(xì)微結(jié)構(gòu)； ③ 試樣制備簡單。 目前的掃描電鏡都配有 X 射線能譜儀裝置，這樣可以同時(shí)進(jìn)行顯微組織性貌的觀察和微區(qū)成分分析，因此它是當(dāng)今十分有用的科學(xué)研究儀器 。 沈陽工學(xué)院畢業(yè)論文 10 圖 SEM 掃描電子顯微 鏡 沈陽工學(xué)院畢業(yè)論文 11 第 3 章 焊接工藝對(duì)焊接 接 頭 力學(xué)性能 的影響 工藝參數(shù)對(duì)焊縫抗彎強(qiáng)度的影響 在優(yōu)化后的焊接工藝參數(shù)的基礎(chǔ)上，通過改變焊接工藝中的單一因素，系統(tǒng)研究試驗(yàn)中每個(gè)因素對(duì) T91 鋼焊接接頭焊縫抗彎強(qiáng)度的影響。 （ 1） 焊后熱處理溫度對(duì) T91 鋼焊接接頭焊縫抗彎強(qiáng)度的影響，可以看出，不進(jìn)行熱處理，焊接接頭的抗彎強(qiáng)度極差，隨著熱處理溫度的提高，焊縫抗彎強(qiáng)度值也相應(yīng)提高。進(jìn)行焊后熱處理能有效的改善焊縫和熱影響區(qū)組織， 焊縫中的淬硬組織得到有效的回火處理， 從而降低焊接接頭的殘余應(yīng)力，使其焊接接頭力學(xué)性能得到有效提高。為獲得具有較好力學(xué)性能的焊接接頭，通常焊后熱處理溫度控制在 750－ 770 ℃ 。 圖 焊后熱處理對(duì)抗彎強(qiáng)度影響 （ 2） 焊接電流對(duì) T91 鋼焊接接頭焊縫抗彎強(qiáng)度的影響，當(dāng)焊接電流為 115A 時(shí)，焊縫抗彎強(qiáng)度值最大；繼續(xù)減小或增加焊接電流，焊縫抗彎強(qiáng)度都會(huì)明顯下降。由焊接線能量輸入公式 E=60UI／ V (公式中： E 表示焊接線能量； U表示焊接電壓； I 表示焊接電流； V表示焊接速度 )可知，焊接過程中的焊接電流太大或焊接速度較慢，都會(huì)導(dǎo)致焊接線能量增加。如果焊接線能量輸入太小，冷卻太快，過熱區(qū)產(chǎn)生較大的馬氏體組織，從而導(dǎo)致塑性和韌性下降；同時(shí)在沒有來的及逸出擴(kuò)散氫和焊接應(yīng)力的作用下產(chǎn)生冷裂紋；另外焊接線 能量輸入過大，會(huì)造成組織過熱，進(jìn)而形成魏氏組織、粗大晶粒尺寸、網(wǎng)狀晶界，導(dǎo)致焊縫脆化。上述是引起 T91 鋼焊接接頭抗彎強(qiáng)度下降主要原因。所以必須嚴(yán)格控制焊接線能量輸入，采用符合焊接工藝要求的焊接電流 。 沈陽工學(xué)院畢業(yè)論文 12 圖 焊接電流對(duì)抗彎強(qiáng)度的影響 （ 3） 預(yù)熱溫度 /層間溫度對(duì) T91 鋼焊接接頭焊縫抗彎強(qiáng)度的影響 。 隨著預(yù)熱溫度 /層間溫度的增加，抗彎強(qiáng)度不斷增加。在預(yù)熱溫度 /層間溫度低的情況下，在輸入相同的焊接能量時(shí)，熔池溫度下降快，由于焊縫中存在著大量的沒有逸出氫，從而導(dǎo)致產(chǎn)生氫致延遲裂紋；與此同時(shí)焊縫冷卻速度較快，馬氏體轉(zhuǎn)變速度也相對(duì)快，焊縫組織中的應(yīng)力沒有得到很好的釋放，因此較大的殘余