30408不锈钢焊缝高温下力学性能研究
来源:至德钢业 日期:2022-07-01 11:08:31 人气:850
采用氩弧焊(GTAM)打底、手工电弧焊(SMAW)填充及盖面的焊接方法,对接焊接30408不锈钢板,以测试母材和带焊缝材料的拉伸性能。结果表明,两种拉伸试样在500℃和600℃温度下均为延性断裂,而在700℃时带有焊缝的试样发生脆性断裂。此外,两种试样温度越高,强度和塑性越低。在500℃时,母材和带焊缝试样的拉伸强度和拉伸应变分别约为405MPa和380MPa以及0.42和0.34;在700℃时,母材和带焊缝试样的拉伸强度和拉伸应变分别约为220MPa和180MPa以及0.26和0.11。
30408不锈钢的焊接性能和延展性能良好,常用于高温压力容器和压力管道,且广泛应用于化工机械和电器等行业。高温拉伸试验主要用来检测金属材料不同温度下的力学性能,且测试时要保证将试样加热到所需温度。国内外学者已经对材料的高温力学性能进行了研究。例如:Brnic J等研究了304不锈钢在高温下力学性能对蠕变的影响,并证明304不锈钢可以作为耐蠕变的材料;王殊寻等人研究发现,在一定范围内升高温度能改善30408不锈钢的塑性,但温度升高到600℃时,材料晶界明显出现弱化现象。本文以30408不锈钢材料作为研究对象,测试母材和带焊缝两种试样的拉伸性能,对比分析两种不同试样在不同高温下的屈服强度和抗拉强度等力学性能。
1焊接工艺设计
本文采用的材料为固溶处理后的30408不锈钢板,尺寸为16mm(厚)×100mm(长)×200mm(宽),并采用金属分析光谱仪测试得到其化学成分含量,如表1所示。取试样前的母材和带焊缝材料,如图1所示。
图1(b)试板采用GTAM打底且SMAW填充及盖面的焊接方法,按照表2中的焊接工艺参数对接焊接给定的试板。焊接前,采用机械方法及有机溶剂清理焊丝和焊接部位表面的铁锈、油渍以及其他污物。
2试样的制备及试验装置
2.1试样的制备
母材和带焊缝材料的拉伸试样取样位置,如图2所示,位于厚度中间位置。两种试样按照《金属材料拉伸实验-高温实验方法》GB/T 228.2—2015进行设计和加工,且试样尺寸为Φ8mm×160mm×M15mm,设计图纸及试样加工后的实物分别如图3和图4所示。
2.2试验装置及试验方法
高温拉伸试验采用MTS 647高温拉伸材料试验机,测定两种不同试样在500℃、600℃和700℃下的力学性能。
3试验结果分析
3.1高温下断裂方式分析
无焊缝试样和带焊缝试样分别在500℃、600℃以及700℃温度下拉伸的断裂宏观照片如图7所示。
由图7(a)可得:母材试样在高温拉伸过程中为延性断裂;断口为杯锥状断口,由纤维区、放射区和表面光滑的剪切唇构成,且温度越高,断面收缩率越大[9]。由图7(b)可知:带焊缝试样在500℃和600℃下拉伸的断口为典型的延性断裂,而700℃下拉伸的断裂接近于脆性断裂,断口较齐整且位于焊缝处。
3.2高温下试件的拉伸强度和拉伸应变分析
母材试样和带焊缝试样分别在500℃、600℃以及700℃温度下拉伸的强度和应变,如图8所示。
由图8可知,母材试样在3个温度下的拉伸强度分别为405MPa、360MPa和220MPa,拉伸应变分别约为0.42、0.33和0.26;带焊缝试样拉伸强度在3个温度下分别为380MPa、320MPa和180MPa,拉伸应变分别为0.34、0.27和0.11。
通过数据对比,在相同的高温环境下,母材试样的拉伸强度和拉伸应变都大于带焊缝试样。但是,随着试验温度的升高,两种试样的拉伸强度和拉伸应变都将降低。
4结论
本文进行了30408不锈钢母材试样和带焊缝试样分别在500℃、600℃和700℃温度下的高温拉伸试验,可得出如下结论:
(1)30408不锈钢母材试样和带焊缝试样在500℃和600℃温度下的断裂为延性断裂,而在700℃温度下的断口较平整;
(2)通过数据对比,在相同的高温环境下,母材试样的拉伸强度和拉伸应力都大于带焊缝试样;
(3)随着试验温度的升高,两种试样的拉伸强度和拉伸应力均降低。