分析预热温度对焊接珠光体钢轨钢力学和断裂性能的影响.pdf

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1、现代冶金2014年第3期预热温度对焊接珠光体钢轨钢力学和断裂性能的影响(美国)HeshmatA．Aglan摘要：本文研究了预热温度对开槽焊接珠光体钢轨钢力学、断裂性能、硬度和显微组织的影响。用气体保护金属极电弧填充材料模拟缺陷修复之前，开槽的轨头被预热到200℃，300℃，350oC和400℃。另外一个未预热室温(RT)焊接试样用作对比研究。母材的抗拉强度，屈服强度和断后伸长率分别：1146MPa，717MPa，9．3％。200℃预热时，焊接钢轨的最佳性能指标分别为：l023MPa，655MPa，4．7％。根据这个，最佳的焊接效率为89．2％。母材钢

2、轨的平均断裂韧性K为127MPa·m，而焊接接头(200℃预热)最好的断裂韧性为116．5MPa·m。。另外，焊缝、熔合线和热影响区(HAZ)的平均硬度值分别为313．5HB、332HB和313．6HB，而母材硬度大约为360HB。200℃预热时焊缝组织主要为贝氏体和针状铁素体相。关键词：预热温度；焊接钢轨；焊接显微组织；焊接效率；断裂韧性度，H是热输入。1简介熔融区的宽度决定于熔融区停留在这种材料熔焊接前预热可以定义为把母材加热到一定的温点以上的温度和时间。更高的预热温度增加了时间度。预热主要有4个目的。‘J：a)降低冷速，可产生跨度，导致了熔融区

3、宽度的增加¨。增强延迟断裂和帮助氢扩散的韧性组织；b)降低焊预热温度对焊缝组织的组成相有很大的影响。缝和母材的收缩应力；c)预防冷变形(“冷开”)和确最近研究在lONi3CrMoV钢激光桥接焊接时，较低保恰当的熔合；d)可以除去试样的水分。然而，预预热温度(90oC)，自回火时没有足够的时间形成板热过度可能扩大和产生缺陷，例如焊接组织的热变条马氏体和上贝氏体。在较高预热温度(120℃)，形。另一方面，预热不足导致不同类型的断裂，有足够的自回火时间，沿着板条马氏体形成了针状不充分熔合和渗漏J。碳平衡图(CE)被用作计算铁素体。因此在这个预热温度下有较好

4、的韧性和较正确预热的工具。除了CE，最佳的预热温度还低的断裂倾向。然而，进一步升高预热温度依赖于端面厚度，限制，环境温度，填充材料中氢的(150℃)，由于在显微组织中生成粒状贝氏体和马浓度，和前期的开裂问题¨。氏体／奥氏体(M／A)岛组织，导致韧性降低H引。C—Mn钢焊接显微组织通常由不规则铁素体，当焊缝熔敷金属凝固收缩时受到周围母材金属针状铁素体，魏氏组织和其它显微组织构成J。的限制，焊缝金属有残余的拉应力。随着预热温添加不同的合金元素来提高C—Mn焊接接头的强度的增加焊接残余应力降低。度和韧性。Ni和Mn通常增加淬透性和抑制不规则在多道次焊接中，

5、后来的金属液滴沉淀在原来铁索体的生成来促进针状铁素体的生成，然而，cr液滴上面来填满缝隙。因此除了顶层，所有的焊层和Mo可以促进贝氏体的形成而不是针状铁素体的经历了来自这层上面的额外的热循环。这些热循环形成。高强度填充金属材料的焊缝组织是由混合的可能足够高可以重新奥氏体化焊缝金属。部分还没针状铁素体，贝氏体和低碳马氏体组织组成，这些填到奥氏体转变温度的焊缝也表现为回火组织_】。充金属有Ni，Mn，Cr和Mo。这些相的相对比例主在焊接过程中，焊缝和热影响区的硬度决定于要依赖于化学成分和焊接过程的热循环J。热输入，冷速和极值温度¨。尽管硬度测试是对焊和其

6、它因素一样，决定最终焊缝组织时冷速扮缝粗略的评估，其他机械性能例如拉伸，断裂韧性，演着重要的角色。Shia和Han报道随着冷速的降疲劳等可对焊接质量进行综合的评估¨。焊接接低马氏体比例降低¨。然而，冷速的降低伴随着预头的拉伸测试可知和母材相比其接头的强度。焊接热温度和热输入的升高。预热温度和热输入、冷速试样和母材试样的抗拉强度比叫做焊接效率⋯。的关系是：R。c1／TH，其中尺是冷速，是预热温断裂韧性表现为材料抵抗裂纹扩展的能力。对于碳2014年第3期49钢，断裂韧性通常随着晶粒的粗化而降低。2试验材料和方法在本文中，在轨头上开槽，并用多道次气体保护金

7、属极电极焊焊接(GMAW)来模拟服役时的修复。本试验研究所使用的材料由公司运输技术中心使用五个不同的预热温度。对焊接试样进行力学性(1TrCI)提供。ESAB一140(军事标准MIL140S—l能，显微组织分析和断裂行为分析。通过分析焊接具体规定的)用做填充材料(化学成分见表1)，该材效率和焊接轨头抵抗断裂来决定最佳预热温度。料由ESAB焊接和加工厂生产。表1钢轨和填充材料化学成分的重量百分比在钢轨试样的中心部位开一个25．4mm宽295．3HB。所有的预热试样，HAZ的平均硬度随着19．05mm深的槽来模拟除去轨头的缺陷。把电阻预热温度的升高而降低

8、，200℃预热时可获得最大丝加热器(250瓦热传导电容)固定在轨底的两边来的HAZ硬度313．6HB，400