摘 要

本文在分析角焊缝的组织性能过程中，首先对低合金钢u形肋板的焊接工艺性进行了研究。在单丝和多丝的条件下采用单面焊双面成型的形式焊接母材，改变母材的坡口角度和板单元倾斜角度，发现各项焊接参数与焊缝成型情况之间的关系。选择焊缝成型状况最好的焊接件，磨制金相试样，观察角焊缝的金相组织，分析角焊缝接头的薄弱相。最后，按照相应规范制备焊接接头焊缝和熔敷金属的抗拉测试样本和抗冲击测试样本，进行静拉伸加载和对试样加冲击载荷，得出评定角焊缝抗拉强度和冲击韧性相关的各项参数。

研究结果发现，采用单面焊双面成型的方式焊接u肋角焊缝，如果选用单丝埋弧焊焊接，始终会因为填充金属不足出现各种焊接缺陷。只用选用双粗丝埋弧焊，才能获取优质的焊缝成型，且保持较高的焊接效率。焊缝的填充金属区为粗大的片状先共析铁素体，该区域的冲击韧性差。而在熔合线附近，母材和填充金属的混合比例极不均匀，导致熔合线的组织分布差异，是焊缝机械性能的薄弱处。对于焊缝的机械性能，焊缝和熔敷金属的抗拉强度和冲击吸收功都大于母材，符合金属材料焊接工艺规范和鉴定标准的要求。

关键词： 角焊缝 金相组织 机械性能

Abstract

 In this paper, the welding process of low-alloy steel u-shaped ribs is studied in the process of analyzing the microstructure and properties of fillet welds. In the case of monofilament and multi-wire under the conditions of single-sided welding double-sided form of welding base metal, changing the base metal groove angle and plate unit tilt angle, found the welding parameters and weld the relationship between the situation. Select the best welding parts of the weld shape, grinding the metallographic sample, observe the fillet weld microstructure, analysis of the weak joint of the fillet joint. Finally, the tensile test specimen and the impact test specimen were prepared respectively. The tensile test and impact test were carried out to obtain the parameters related to the tensile strength and impact toughness of the fillet weld.

The results show that: the use of single-sided welding double-sided welding method of welding u rib angle welds, if the choice of single wire submerged arc welding, will always be due to fill the metal shortage of various welding defects. Only the use of double wire submerged arc welding in order to get a good weld shape, and maintain a high welding efficiency. The columnar crystal region of the weld is a coarse flaky eutectoid ferrite, which has poor impact toughness. In the vicinity of the fusion line, the mixing ratio of the base metal and the filler metal is extremely uneven, resulting in a difference in the distribution of the weld lines, which is a weak mechanical property of the weld. For the mechanical properties of the weld, weld and deposited metal tensile strength and impact absorption work is greater than the base metal, in line with the metal material welding process specifications and identification standards.

Key words: fillet weld microstructure mechanical properties

目录

摘 要 I

Abstract II

第一章 绪论 1

1.1 课题的背景及意义 1

1.2 角焊缝的焊接检验与组织研究 1

1.3 角焊缝的性能测试 2

第二章 u形肋板埋弧焊全熔透焊接工艺 4

2.1 焊前准备 4

2.1.1 焊接材料 4

2.1.2 焊接板材装配 4

2.2 焊接过程 5

2.2.1 U形肋板船型位置单丝埋弧焊 5

2.2.2 U形肋板船型位置双细丝埋弧焊 7

2.2.3 u形肋板船型位置双粗丝埋弧焊 9

2.2.4 双粗丝埋弧焊采用不同板单元角度焊接（u形肋板坡口角度为45°） 11

2.3 小结 13

第三章 u肋角焊缝金相实验 14

3.1 金相试样的制备 14

3.1.1 磨制试样 14

3.1.2 腐蚀试样 14

3.2 u肋角焊缝的金相 15

3.2.1 焊缝的宏观照片 15

3.2.2 底板的金相组织 16

3.2.3 肋板的金相组织 17

3.3 小结 19

第四章 u肋角焊缝机械性能实验 21

4.1 u肋角焊缝的化学成分 21

4.1.1 焊缝的化学成分 21

4.1.2 熔敷金属化学成分 21

4.2 角焊缝的硬度测试 22

4.2.1 角焊缝的硬度测试方法 22

4.2.2 角焊缝的维氏硬度 23

4.3 角焊缝的机械性能 24

4.3.1 角焊缝焊接接头性能试验 24

4.3.2 焊接材料熔敷金属机械性能试验 26

4.4 小结 27

结论 28

展望 30

参考文献 31

致谢 32

第一章 绪论

1.1 课题的背景及意义

自上世纪中后期至今，钢框架的制造和应用得到了高幅成长。相比于其他材料，钢构件的整体质量轻，抗冲击韧性突出，材料的组织成分比较均匀，制造过程简单，易于机械化生产，生产和安装周期比较短，耐热性好等原因，应用方面及其广泛。当前，人类生活用地的大面积占用，导致土建行业向着高层高跨的方向迈进。对于钢结构的各种设备和构建，节点连接方式各不相同，连接方式需要较好的灵活性，操作方法简单和用时短，且需要保证钢构件的强度，焊接成为第一位的装配方式。在实际应用中，钢结构的构件普遍受力复杂，同时受拉压力和剪切力。在桥梁建造中，钢桥具有自身相对质量轻，强度大，跨越能力强，整体高度较小，承载量大，建造过程容易等优点成为现代桥梁的主要形式。钢结构桥梁主要是由一个个桥面板单元构成，未提高钢桥的抗扭抗弯刚度，钢桥多采用u形肋结构。u肋角焊缝焊缝长度在钢桥焊缝总长中占主要地位，u形肋板是闭口结构，一般采用单边焊双面成型的焊接方式。在桥梁的运行过程中，u肋角焊缝承受载荷不断变化，且应力幅大，所以易发生疲劳裂纹。u肋角焊缝在形成疲劳裂纹过后，对桥面板的刚度会产生很大的影响，钢桥的使用寿命可能会大大较小，同时钢桥的安全可靠性得不到确切的保证。所以，保证角焊缝的焊接质量，使角焊缝具有一定的疲劳强度事关钢结构的使用安全性。研究角焊缝的组织和性能，特别是疲劳强度和冲击韧性对钢结构的生产具有重要意义。从焊缝金相组织的角度分析角焊缝的焊接性和焊接质量，可以从微观组织的角度得出焊缝金属的力学性能，定性分析角焊缝的机械性能，一般焊接接头的成分越均匀微小，焊缝的抗拉能力和韧性越好，层片状的组织会大大减小焊接接头的较低温度下抵抗冲击的能力，是接头的薄弱相。具体的力学性能试验可以测得角焊缝的抗拉强度、抗弯刚度和韧性等力学性能指标，可以检验角焊缝的焊接质量是否达标，也可以用来制定钢结构的额定载荷，在钢结构投入使用的时候规定承载指标。

1.2 角焊缝的焊接检验与组织研究

焊接成型好坏对焊接结构的功能和作用具有不可忽视的地位。焊接质量的好坏决定了焊接构件能否具有完整可靠、安全实用的性能。所以在焊接操作中对目标制品作焊接检验是必须经过的一步，对保证焊接结构各项使用指标具有重要意义。对焊缝进行焊接检验可以发现角接头内产生的问题,确保焊接构件品质达标,能够在运行中安全使用.接头检验的方法分为在焊接进行时检验和焊后检验,主要目的是预防为主.焊后检验根据是否损坏产品分为损坏性检查和无损检查.市面上一般的无损检测方法有电磁波、超声波的一系列探伤途径,磁粉探伤,和渗透探伤.无损探伤可以用来检验焊缝金属外层和内部的焊接缺欠.非破坏性检验主要是目测检验,致密性检验和耐压检验。

在融化焊的连接节点的生成过程中，焊缝金属要经历电流加热、熔化、冶金反应、凝固结晶、固态相变等过程。融化焊焊接过程中，坡口原始材料和焊材金属在焊接热源下局部升温熔化，焊接接头的冶金反应，凝固结晶都发生在焊接热过程中。焊缝的晶体成分和性能在整个焊接受热阶段内就已经被确定了。在熔化金属的冶金阶段中，焊缝处的固液相之间进行着各种冶金进程，熔池中发生着固液相之间的化学成分的交换，选择合适的焊条焊剂配方，就可以经由焊接冶金反应达到接头金属脱硫脱磷补充加强元素的目的。合理控制接点的化学物质含量对接头的机械性能有着无法略掉的影响。从化学成分的角度提高焊接性是主要方法之一，例如加入锰镍钒等微量合金元素即可以提高焊缝的强度和韧性，最大程度的控制焊缝中的硫磷氢等杂质元素也可以预防焊缝的脆性，达到提高焊缝韧性的目的。