[發(fā)明專利]一種焊接結(jié)構(gòu)件熱影響區(qū)力學(xué)性能評(píng)估方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110801657.8
• 申請(qǐng)日: 2021-07-15
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN113500323A
• 公開(kāi)（公告）日: 2021-10-15
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李建國(guó);賈冬生;班永華;王國(guó)棟;何耀宇;王立新;王小龍;劉國(guó)強(qiáng);段愛(ài)平;梁瑞;聶新宇;崔健偉;林江
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 內(nèi)蒙古第一機(jī)械集團(tuán)股份有限公司
• 主分類號(hào): B23K31/12
• 分類號(hào): B23K31/12
• 代理公司: 中國(guó)兵器工業(yè)集團(tuán)公司專利中心 11011
• 代理人: 劉瑞東

本發(fā)明涉及一種焊接結(jié)構(gòu)件熱影響區(qū)力學(xué)性能評(píng)估方法，該方法基于焊接工藝參數(shù)，通過(guò)數(shù)學(xué)模型建立，確定不同厚度被測(cè)板熱影響粗晶區(qū)的熱循環(huán)曲線，對(duì)結(jié)構(gòu)件的熱影響區(qū)力學(xué)性能進(jìn)行評(píng)估，基于熱影響區(qū)力學(xué)性能結(jié)果，反過(guò)來(lái)對(duì)焊接工藝參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化。本發(fā)明解決了無(wú)法直接通過(guò)結(jié)構(gòu)件進(jìn)行性能評(píng)估的問(wèn)題，為焊接工藝參數(shù)優(yōu)化奠定基礎(chǔ)，為考慮層間溫度的焊接熱循環(huán)過(guò)程提供了依據(jù)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于焊接性能技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種焊接結(jié)構(gòu)件熱影響區(qū)力學(xué)性能評(píng)估方法。

背景技術(shù)

焊接是金屬結(jié)構(gòu)件最常用的連接方式，工程應(yīng)用中以熔化焊為主，大多數(shù)焊接方法在焊接過(guò)程中對(duì)焊縫周圍母材微觀組織和力學(xué)性能有很大的影響，甚至?xí)?dǎo)致熱影響區(qū)焊接后發(fā)生開(kāi)裂。但是，由于結(jié)構(gòu)件焊縫形式多種多樣，主要以角焊縫為主，無(wú)法直接取樣測(cè)試其力學(xué)性能，另一方面，熱影響區(qū)尺寸相對(duì)較小，無(wú)法單獨(dú)取樣觀察，對(duì)于材料焊接工藝參數(shù)對(duì)熱影響區(qū)微觀組織和力學(xué)性能的影響是不清楚的，導(dǎo)致無(wú)法直接通過(guò)結(jié)構(gòu)件性能評(píng)估進(jìn)行工藝優(yōu)化，很多情況下結(jié)構(gòu)件的參數(shù)靠試板平焊的方式進(jìn)行參數(shù)確定或者僅僅通過(guò)電弧和熔滴過(guò)渡的穩(wěn)定性來(lái)評(píng)估焊接質(zhì)量。

采用試板平焊的焊接參數(shù)焊接結(jié)構(gòu)件無(wú)法預(yù)估結(jié)構(gòu)件焊接接頭質(zhì)量好壞，簡(jiǎn)單地通過(guò)電弧行為和熔滴過(guò)渡的穩(wěn)定性無(wú)法對(duì)結(jié)構(gòu)件焊接參數(shù)進(jìn)行準(zhǔn)確優(yōu)化，導(dǎo)致很多結(jié)構(gòu)件在經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間的受力服役后，在焊縫周圍發(fā)生斷裂。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種焊接結(jié)構(gòu)件熱影響區(qū)力學(xué)性能評(píng)估方法，解決了無(wú)法直接通過(guò)結(jié)構(gòu)件進(jìn)行性能評(píng)估的問(wèn)題，為焊接工藝參數(shù)優(yōu)化奠定基礎(chǔ)，為考慮層間溫度的焊接熱循環(huán)過(guò)程提供了依據(jù)。

本發(fā)明的技術(shù)方案是，一種焊接結(jié)構(gòu)件熱影響區(qū)力學(xué)性能評(píng)估方法具體步驟如下：

第一步，建立Rykalin熱循環(huán)模型；

Rykalin-2D導(dǎo)熱模型表達(dá)式為：

當(dāng)d≤d_e時(shí)，用Rykalin-2D導(dǎo)熱計(jì)算式，此時(shí)r＝1，若dd_e時(shí)，則采用Rykalin-3D導(dǎo)熱計(jì)算式，即：

式中Q為熱輸入線能量，單位為kJ；T₀為室溫，通常取值25℃；T₁、T₂為用于決定冷卻時(shí)間的溫度，即起始溫度T₁和中止溫度T₂，單位為℃；d為被測(cè)板的實(shí)際板厚，單位為cm；d_e為等價(jià)板厚，即臨界板厚，單位為cm；ρ為材料密度，單位為g/cm³；c為材料的比熱容，單位為J/(g.℃)；Δt為從T₁到T₂的冷卻時(shí)間，單位為s；l為材料的熱導(dǎo)率，單位為W/(cm·℃)；e＝2.718281828459；。以鋼鐵為例，l＝0.2W/(cm·℃)；c＝0.502J/(g·℃)；ρ＝7.78g/cm3；

第二步，確定不同厚度被測(cè)板熱影響粗晶區(qū)的熱循環(huán)曲線；

首先計(jì)算公式(3)，然后將結(jié)果帶入公式(2)，根據(jù)d和計(jì)算結(jié)果d_e確定采用Rykalin-2D還是Rykalin-3D模型計(jì)算r，最后計(jì)算帶入公式(1)確定熱影響粗晶區(qū)的熱循環(huán)曲線，即熱影響粗晶區(qū)溫度T和時(shí)間t的關(guān)系曲線；

第三步，進(jìn)行檢測(cè)和焊接參數(shù)優(yōu)化；

根據(jù)第一步的結(jié)果進(jìn)行檢測(cè)，首先將被測(cè)材料加工成11×11×55(mm)的試樣，按照上述計(jì)算得到的熱循環(huán)曲線在熱模擬設(shè)備(Gleeble)中進(jìn)行微觀組織熱模擬；然后將不同熱循環(huán)下模擬的試樣進(jìn)行力學(xué)性能測(cè)試，得到不同焊接工藝參數(shù)下熱影響區(qū)的力學(xué)性能；最后圍繞不同焊接參數(shù)下結(jié)構(gòu)件熱影響區(qū)的力學(xué)性能進(jìn)行焊接參數(shù)優(yōu)化。