Q390低合金高强钢焊接接头断裂性能研究

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低合金高强钢具有较好的强韧性和焊接性,其焊接结构在工程机械、能源、建筑、压力容器、车辆船舶等领域得到了广泛应用。但与此同时,焊接结构的断裂事故也时有发生。近年来,国内外的专家学者对低合金高强度钢焊接接头的焊接裂纹、强韧性不匹配、熔合区及热影响区性能变化等问题进行了研究,发现在进行焊接结构设计时,仅仅依靠传统的强度设计原则不足以保证焊接结构的安全性。因此,为保证焊接结构的安全性,在进行焊接结构设计时要同时考虑焊接强度和韧性。本文对热轧态Q390钢焊接接头断裂性能进行研究。采用C02气体保护焊,按照等强匹配原则制定焊接工艺参数,仿照野外作业实际焊接过程进行焊接,通过对焊接接头的硬度测试,分析热轧态Q390钢的冷裂纹敏感性,对焊接件进行拉伸、冲击等试验,分析焊接接头的焊缝区和热影响区断裂性能受温度的影响情况,采用扫描电镜观察焊接接头断口的组织形貌;根据结构完整性规范,利用主曲线下边界对现有韧脆转变区间冲击吸收功和断裂韧性关系式进行修正,得到适用于Q390钢等强匹配焊接接头焊缝区的冲击吸收功和断裂韧性关系式,建立了焊接接头冲击吸收功的类主曲线模型;采用围道积分法,模拟分析焊接接头冲击试验过程,预测焊接接头断裂韧性。研究表明:(1)热轧态Q390低合金高强钢在制作焊接接头时,母材受热循环作用小,焊后的热影响区冷却速度快,产生表面硬化,针状铁素体增加,冲击断裂性能优于焊缝和母材区;而焊缝区晶粒增大,微观组织对温度变化敏感,低温性能变差,是焊接接头薄弱区域,降低了焊接接头服役能力。(2)焊缝区冲击吸收功和断裂韧性的关系符合现有经验公式表征的断裂韧性和冲击吸收功的关系规律;在焊缝韧脆转变区间内,运用主曲线法建立Q390钢等强匹配焊接接头焊缝区的累计失效概率、温度和吸收功的关系,为通过冲击试验评估材料累计失效概率提供参考依据。(3)含裂纹焊接接头的抵抗损伤能力随材料抗拉强度的增大而增大,随弹性模量的增大而降低。
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