高碳高铬不锈钢是一种含有Cr、Mo、Ni等多种合金元素的马氏体不锈钢,碳含量约为1%,具有较高的硬度、机械强度、优良的耐磨性和耐腐蚀性能,广泛应用于机械、建筑、船舶等诸多工业领域。但是高碳高铬不锈钢焊接时产生的焊接应力和引起的变形会对机械结构产生影响。本文通过有限元模拟焊接结构和采用多束流工艺减小焊接引起的角变形;并采用焊前和焊后热处理方式,对高碳高铬不锈钢焊接接头的组织和力学性能进行研究。使用ABAQUS软件对高碳高铬不锈钢电子束焊接进行有限元模拟分析,采用高斯面热源和锥形体热源组合成的复合热源模型,有效模拟出电子束焊接熔池的“钉形”焊缝形貌特征。分析计算焊透结构和未焊透结构的温度场和应力场分布,表明未焊透结构焊缝残余应力更大,横向残余应力和纵向残余应力更加集中。测量分析焊透结构和未焊透结构的实际焊接角变形,得出焊透结构下的电子束焊接接头角变形为0.6°,未焊透结构下电子束焊接接头角变形未0.8°,焊透结构角变形小于未焊透结构角变形。采用多束流的焊接工艺,在无辅助热源下焊接角变形为1.4°;添加焊前辅助热源焊接角变形为1.1°;焊后辅助热源焊接变形角度为0.6°,得出多束流焊接工艺能够有效地减小焊接引起的角变形。焊前热处理对高碳高铬不锈钢电子束焊接接头组织和性能的影响研究表明,退火态下高碳高铬不锈钢组织为铁素体基体上弥散分布碳化物颗粒,经调质处理后,基体由回火马氏体及残留奥氏体组成,碳化物颗粒发生部分固溶,颗粒数量减少,尺寸增大。焊接接头的焊缝区域组织均由马氏体与残留奥氏体构成,碳及合金元素以过饱和固溶的形式存在于焊缝组织中。焊接热影响区在经历焊接热循环后,部分碳化物颗粒发生溶解,固溶到基体组织中,引起组织的固溶强化,未溶解碳化物颗粒分布在基体上并且尺寸得到进一步的长大。高碳高铬不锈钢经焊前热处理可以有效地提高母材和焊接热影响区的硬度,母材硬度提高到386 HV,提高了60%,热影响区硬度由588 HV提高到780 HV,提高了35%,同时焊接接头的抗拉强度也提高了20%,但接头塑性变形能力有所下降。对调质态下的高碳高铬不锈钢电子束焊接接头进行焊后回火热处理研究,结果表明通过焊后回火热处理,可以促进焊接接头中过饱和固溶在基体组织中的碳化物颗粒析出,碳化物颗粒平均尺寸减小,由调质态0.8-1.2μm减小到焊后回火态0.6-1.0μm。焊后回火热处理也改善了焊接接头的力学性能,使焊接接头熔合区和热影响区的纳米硬度提高,接头的抗拉强度提高了33%,断后延伸率由调质态的2%提升到3.5%,抗弯强度提高了13%,挠度提高了20%,焊接接头的强度和塑性得到有效的改善。焊后回火热处理接头的耐磨性得到提高,摩擦磨损量由6.7 mg较少到3.9 mg;得出焊后回火态的高碳高铬不锈钢电子束焊接接头疲劳极限为420 MPa。