【文章內容簡介】 成分 C Si Mn S P Ni Cr Mo 設計含量 ≦ ≦ ≦ 測試值 沈陽工學院畢業(yè)論文 5 T91 與不銹鋼相比 , T91 具有低的熱膨脹系數和良好的導熱性 , 是一種物理性能較好的管道用熱強鋼。使用 T91 鋼可以減少膨脹應力和由溫度梯度 (僅對壁 T91 管件而言 )產生的熱瞬態(tài)應力。 表 T91 鋼物理性能 溫度℃ 熱傳導系數[W(mK)1] 彈性模數MPa 由室溫至指定溫度的平均膨脹系數/ 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 實驗制備 及 焊接工藝 制樣方法： 本實驗 使用的材料型號。直徑?？傞L度。 使用線切割方法，從每個鋼管的焊接接頭處各切割下七個長條狀試樣。一個用作金相顯微觀察和顯微維氏硬度檢測及彎曲試驗。使用砂紙對試樣打磨、拋光、腐蝕（本次試驗采用 5%的硝酸酒精溶液腐蝕），然后使用金相顯微鏡對試樣的焊接接頭 (包括母材、不完全正火區(qū)、正火區(qū)、過熱區(qū)及焊縫 )進行金相觀察、拍照，然后進行顯微硬度測試，最后進行彎曲試驗。三個加工成夏比 V 型缺口沖擊試樣，沖擊試驗結束，將沖擊試驗的試樣斷口在掃描電鏡（ SEM）下觀察斷口的斷裂特征。另三個試樣用于熱疲勞試驗。 如表 沈陽工學院畢業(yè)論文 6 表 T91鋼焊接工藝對比實驗 序號 管件編號 焊接方法 預熱溫度(℃) 層間溫度(℃) 焊接層數 焊接電流(A) 焊后熱處理 恒溫時間 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℃ 沈陽工學院畢業(yè)論文 7 顯微硬度 試驗 針對焊接接頭，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重要指標。由于焊接接頭從熱影響區(qū)到焊縫中心組織變化很大，其表現出的顯微硬度必然會產生較大的波動。由于 T91 鋼焊接熱影響區(qū)域狹窄，測定較多的維氏硬度點是困難的，本試驗采用顯微維氏硬度。通過對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從焊縫中心到基體組織進行顯微硬度測試。 沖擊試驗 沖擊試驗機（英文名稱： impact testing machine）是指對試樣施加沖擊試驗力，進行沖擊試驗的材料試驗機。聯工生產沖擊試驗機分為手動擺錘式沖擊試驗機、半自動沖級試驗機、數顯沖擊試驗機、微機控制沖擊試驗機、非金屬沖擊試驗機等?？梢酝ㄟ^更換擺錘和試樣底座， 可實現簡支梁和懸臂梁兩種形式的試驗。 擺錘式沖擊試驗機是沖擊試驗機的一種，是用于測定金屬材料在動負荷下抵抗沖擊的性能，從而判斷材料在動負荷作用下的質量狀況的檢測儀。 圖 沖擊實驗機 焊 接接頭沖擊試驗按 GB/T229－ 1994《金屬夏比沖擊試驗方法》的相應規(guī)定進行，焊接接頭沖擊試件 缺口 位置的確定按 GB/T26491989《焊接接頭機械性能試驗取樣方法》的規(guī)定進行。將每組 T91 鋼試樣按設計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所用的試樣。本沖擊試驗所用試樣為 V 型沈陽工學院畢業(yè)論文 8 缺口的沖擊試樣。由于鋼管壁厚尺寸較小的原因， 無法制成標準沖擊試樣， 而只能將其加工成 的非標準試樣。沖擊缺口開在焊縫中心處，沿徑向貫穿整個壁厚。沖擊試樣的具體尺寸如圖 。 圖 沖擊試樣尺寸 金相顯微 試驗 金相試驗主要是用來研究分析金屬材料的機械力學性能與內部組織成分結構的聯系。一般通過光學顯微鏡來觀察焊縫組織成分的宏觀與微觀形貌，對其焊縫進行分析，從而來判別材料焊接接頭的質量。一個完整的金相試驗主要包括 ① 取樣、 ② 鑲嵌、 ③ 打磨、 ④ 拋光、 ⑥ 腐蝕、 ⑦ 檢測幾個步驟。 沈陽工學院畢業(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性能進行微觀成像。掃描電鏡的優(yōu)點是， ① 有較高的放大倍數， 2020 萬倍之間連續(xù)可調； 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微結構； 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，這樣可以同時進行顯微組織性貌的觀察和微區(qū)成分分析，因此它是當今十分有用的科學研究儀器 。 沈陽工學院畢業(yè)論文 10 圖 SEM 掃描電子顯微 鏡 沈陽工學院畢業(yè)論文 11 第 3 章 焊接工藝對焊接 接 頭 力學性能 的影響 工藝參數對焊縫抗彎強度的影響 在優(yōu)化后的焊接工藝參數的基礎上，通過改變焊接工藝中的單一因素，系統(tǒng)研究試驗中每個因素對 T91 鋼焊接接頭焊縫抗彎強度的影響。 （ 1） 焊后熱處理溫度對 T91 鋼焊接接頭焊縫抗彎強度的影響，可以看出，不進行熱處理，焊接接頭的抗彎強度極差，隨著熱處理溫度的提高，焊縫抗彎強度值也相應提高。進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力，使其焊接接頭力學性能得到有效提高。為獲得具有較好力學性能的焊接接頭，通常焊后熱處理溫度控制在 750－ 770 ℃ 。 圖 焊后熱處理對抗彎強度影響 （ 2） 焊接電流對 T91 鋼焊接接頭焊縫抗彎強度的影響，當焊接電流為 115A 時，焊縫抗彎強度值最大；繼續(xù)減小或增加焊接電流，焊縫抗彎強度都會明顯下降。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，都會導致焊接線能量增加。如果焊接線能量輸入太小，冷卻太快，過熱區(qū)產生較大的馬氏體組織，從而導致塑性和韌性下降；同時在沒有來的及逸出擴散氫和焊接應力的作用下產生冷裂紋；另外焊接線 能量輸入過大，會造成組織過熱，進而形成魏氏組織、粗大晶粒尺寸、網狀晶界，導致焊縫脆化。上述是引起 T91 鋼焊接接頭抗彎強度下降主要原因。所以必須嚴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 。 沈陽工學院畢業(yè)論文 12 圖 焊接電流對抗彎強度的影響 （ 3） 預熱溫度 /層間溫度對 T91 鋼焊接接頭焊縫抗彎強度的影響 。 隨著預熱溫度 /層間溫度的增加，抗彎強度不斷增加。在預熱溫度 /層間溫度低的情況下，在輸入相同的焊接能量時，熔池溫度下降快，由于焊縫中存在著大量的沒有逸出氫，從而導致產生氫致延遲裂紋；與此同時焊縫冷卻速度較快，馬氏體轉變速度也相對快，焊縫組織中的應力沒有得到很好的釋放，因此較大的殘余