焊接单面焊双面成型工艺及其在海洋工程装备制(2)
式中 w为根部焊缝的宽度;h为试板厚度;γ为液体金属表面张力的系数;ρ为液体金属密度;g为重力加速度。因此,理论上碳钢和低合金钢板不开坡口,KTIG可以一次性焊透的最大厚度是12mm。由式(1)可知,KTIG的熔深能力与装配间隙密切相关,当装配间隙增大时,根部焊缝的宽度增加,KTIG的熔深能力会下降,因此试板开成X型坡口时,根部焊道变宽进而影响熔深。
图1 根部焊道成型形貌Fig.1 Forming effect of root welds
2.2 KTIG焊接接头力学性能测试
图2 焊缝横截面宏观形貌Fig.2 Macro Morphology of Weld
KTIG焊接可以在不填加焊丝的情况下,完成根部焊道的深熔单面焊双面成型,但电弧熔化焊接会造成母材的合金元素烧损,进而可能造成根部焊道的力学性能下降。为验证KTIG焊接接头能否满足使用要求,根据美国焊接协会钢结构焊接规范AWS D1.1 和挪威船级社焊接规范 DNVGL-OS-C401 进行了拉伸、弯曲、冲击、宏观硬度等力学性能测试,测试结果分别如表3~表6所示。由表3可知,所有焊接接头拉伸力学性能测试结果均满足规范要求,2/3的焊接接头断裂位置均位于母材,表明焊缝位置抗拉强度略优于母材。由表4可知,所有焊接接头弯曲力学性能测试结果符合规范要求,表明整个焊接接头(包括KTIG焊接的根部焊道)焊缝金属、熔合区域无气孔、夹渣、未熔合和裂纹等焊接缺陷。由表5可知,所有焊接接头冲击性能测试结果满足规范要求;对于所有焊接接头,焊缝中心位置的冲击值低于母材热影响区的冲击值,分析认为是KTIG焊接的高热输入和无焊丝添加造成的母材晶粒尺寸增大和合金元素烧损所致。由表6可知,焊接接头区域(焊缝金属、熔合线、热影响区)的宏观硬度高于母材金属硬度,满足规范要求;焊缝表面(图3中线1)和根部(图3中线2)宏观硬度无明显差异。对于A36材料,有无背部保护气对焊接接头的拉伸、弯曲、冲击、宏观硬度等力学性能没有明显影响。
表3 焊接接头抗拉强度Table 3 Tensile strength of weld joints试样编号T-A-1-1 T-A-1-2 T-A-2-1 T-A-2-2 T-E-1 T-E-2抗拉强度R m/M P a 5 3 0 5 3 1 5 3 6 5 3 9 5 6 4 5 6 7断裂位置焊缝(有气孔)母材母材焊缝(有气孔)母材母材
表4 焊接接头弯曲试验结果Table 4 Bend test results of weld joints试样编号B-A-1-1 B-A-1-2 B-A-1-3 B-A-1-4 B-A-2-1 B-A-2-2 B-A-2-3 B-A-2-4 B-E-1 B-E-2 B-E-3 B-E-4弯曲结果合格合格合格合格合格合格合格合格合格合格合格合格弯曲类型侧弯侧弯侧弯侧弯侧弯侧弯侧弯侧弯侧弯侧弯侧弯侧弯弯曲角度/(°)1 8 0 1 8 0 1 8 0 1 8 0 1 8 0 1 8 0 1 8 0 1 8 0 1 8 0 1 8 0 1 8 0 1 8 0弯头直径D/m m 4 0 4 0 4 0 4 0 4 0 4 0 4 0 4 0 4 0 4 0 4 0 4 0
表5 焊接接头冲击韧性Table 5 Impact toughness of weld joints试样编号I-A-1-1 I-A-1-2 I-A-1-3 I-A-1-4 I-A-2-1 I-A-2-2 I-A-2-3 I-A-2-4 I-E-1 I-E-2 I-E-3 I-E-4 I-E-5 I-E-6取样位置测试温度T/℃冲击吸收功K V/J 1 2 3焊缝中心熔合线熔合线+2 m m熔合线+5 m m焊缝中心熔合线熔合线+2 m m熔合线+5 m m焊缝中心熔合线熔合线+2 m m熔合线+5 m m根部焊缝中心根部熔合线0 0 0 0 0 0 0 0-4 0-4 0-4 0-4 0-4 0-4 0 5 6 7 2 7 4 1 0 5 4 8 7 6 1 0 2 1 3 8 1 3 3 1 1 9 1 6 7 2 1 0 1 4 5 1 2 9 5 2 7 6 7 3 1 3 2 5 8 7 3 1 0 0 1 4 2 1 8 1 1 6 7 2 3 0 2 3 3 1 1 7 1 1 4 5 3 7 5 6 0 1 4 0 4 9 7 0 9 3 1 3 8 1 1 5 1 0 6 2 5 1 2 2 8 1 4 7 1 3 8均值5 4 7 4 6 9 1 2 6 5 2 7 3 9 8 1 3 9 1 4 3 1 3 1 2 1 6 2 2 4 1 3 6 1 2 7
表6 焊接接头宏观硬度Table 6 Macro hardness of weld joints HV试样编号H-A-1-1 H-A-1-2 H-A-2-1 H-A-2-2 H-E-1 H-E-2 1 1 6 9 1 6 3 1 6 5 1 6 2 1 9 7 2 2 9 2 1 6 6 1 6 0 1 6 6 1 5 9 2 0 9 2 1 1 3 1 6 2 1 6 2 1 6 5 1 5 9 2 0 0 2 1 8 4 1 7 2 1 7 9 1 7 0 1 7 5 2 0 1 1 9 9 5 1 7 0 1 7 6 1 7 2 1 7 2 2 1 7 2 3 6 6 2 1 3 1 7 0 1 9 2 1 8 2 2 1 6 2 1 1 7 1 9 3 1 8 8 2 0 4 1 7 7 2 2 6 2 0 1试样编号H-A-1-1 H-A-1-2 H-A-2-1 H-A-2-2 H-E-1 H-E-2 8 9 2 0 2 1 8 8 1 9 2 1 7 4 2 1 9 2 3 4 2 1 9 2 1 8 2 1 5 2 2 5 2 0 4 2 1 8 1 0 2 1 6 2 2 0 2 1 9 2 1 9 2 0 1 2 1 7 1 1 2 1 8 2 2 3 2 1 9 2 0 8 2 0 8 2 1 7 1 2 2 1 2 2 1 2 1 7 9 1 6 8 2 3 8 2 2 7 1 3 2 1 6 1 8 7 1 7 7 1 7 4 2 4 0 2 3 3 1 4 2 0 3 1 9 6 1 6 5 1 9 0 2 4 4 2 3 6试样编号H-A-1-1 H-A-1-2 H-A-2-1 H-A-2-2 H-E-1 H-E-2 1 5 1 9 5 1 8 8 1 7 0 1 6 7 2 3 6 2 5 4 1 6 1 7 0 1 7 2 1 7 9 1 6 5 2 1 5 2 1 0 1 7 1 5 9 1 5 9 1 6 7 1 6 0 2 1 5 2 3 9 1 8 1 6 0 1 6 1 1 6 8 1 6 1 2 1 6 2 3 4 1 9 1 6 1 1 6 2 1 6 2 1 6 2 2 2 1 2 2 2
图3 硬度测试位置Fig.3 Location of macro hardness test
文章来源:《海洋工程》 网址: http://www.hygczz.cn/qikandaodu/2021/0312/599.html
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