一種基于沖擊韌性篩選合理焊接工藝參數的方法技術

一種基于沖擊韌性篩選合理焊接工藝參數的方法，屬材料力學性能評價與表征領域；方法：1)鋼板預處理；2)在鋼板上進行單道次焊接，獲得包含完整焊接熱影響區焊板；3)在焊板上截取沖擊試樣，并開V/U型缺口；4)檢測沖擊試樣的沖擊韌性，獲得沖擊試樣的沖擊吸收功，確定熱影響區的沖擊斷裂行為；5)判斷：當滿足焊板的沖擊吸收功≥1/2原鋼板的沖擊吸收功，且熱影響區的沖擊斷裂行為為韌性斷裂時，焊接工藝參數合理，否則不合理；本發明專利技術方法，采用單道次平板焊接制備焊接熱影響區，可大范圍地調節焊接工藝參數，針對不同焊接工藝評價熱影響區沖擊韌性的惡化程度并篩選出合理的工藝參數；焊接工序少，操作便捷，節約成本，效率高。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術屬于材料的力學性能評價與表征領域，特別涉及一種基于沖擊韌性篩選合理焊接工藝參數的方法。
技術介紹
焊接是鋼結構工程建造中必不可少的工序。隨著工程結構的大型化、高參數化、以及服役環境的惡化，高性能中厚鋼板的需求量越來越大。在工程結構建設過程中，同一高強度鋼板不可避免地會經歷不同參數的焊接工藝，導致其原始顯微組織和性能發生不同程度的變化。如以西氣東輸管線工程的建造為例，高強管線鋼一般需要經過氣體保護打底焊接工藝、內外多絲埋弧焊接工藝、以及現場環形焊接工藝。這些焊接工藝所采用的不同工藝參數使焊接接頭形成了不同的顯微組織和力學性能。當焊接工藝參數選取不當時，焊接接頭會出現局部脆化現象，嚴重危害了焊接結構件的安全服役性能。因此，針對不同焊接方法，篩選出合理工藝參數是確保焊接接頭結構完整性的重要前提。熱影響區沖擊韌性的惡化現象一直是焊接冶金領域至關重要的課題。從焊接冶金學理論分析，鋼板局部受高溫焊接熱源的作用，顯微組織發生明顯變化而導致沖擊韌性的降低。顯微組織的變化主要體現在以下兩方面：(1)晶粒尺寸粗化，在熔合區附近，焊接溫度極高(甚至超過1300℃)，奧氏體晶粒發生異常長大；(2)硬脆性相變產物的形成，由于焊接熱循環的不均勻冷卻速度，有利于碳富集形成M-A組元，尤其在不完全相變區，快速冷卻條件下逆相變生成的部分奧氏體立即轉變成粗大M-A組元。這兩方面是導致熱影響區沖擊韌性下降的重要因素。設計合理焊接工藝可以最大限度地抑制這兩方面因素對沖擊韌性的不良影響。此外，對于高強結構鋼來說，合金元素含量相對較高，當熱輸入量較小時，熱影響區容易形成高脆性馬氏體組織；當熱輸入量過大時，則容易出現側板條鐵素體或魏氏體組織，這兩種基體組織均對熱影響區的沖擊韌性造成不利影響。為了優化熱影響區韌性，冶金學者主要通過改變母材的化學成分來提高韌性，如“焊接熱影響部的韌性優異的鋼材及其制法”(CN101153372A)主要采用REM的氧化物和CaO來提高韌性，如“具有在焊接熱影響區沖擊韌性較好的焊接接頭的大線能量焊接高強度鋼板”(CN101918607A)添加Ti/B元素形成TiO和TiO-(Ti，B)N7MnS復合氧化物促進針狀鐵素體形成來提高韌性，又如“具有高焊接熱影響區韌性的高強鋼及其制造方法”(CN101165202A)采用超低碳控制焊后滲碳體(或M-A組元)形成來提高韌性；也有涉及采用改變焊接過程中的冷卻行為或焊后熱處理方法來提高韌性，如“一種提高焊接熱影響區沖擊韌性的在線工藝”(CN102152012A)在焊接過程中采用噴吹高壓氣體方式來提高韌性。這些專利采用實際焊接接頭來評價熱影響區韌性，均沒有涉及如何快速評價熱影響區的韌性。盡管針對焊接熱影響區韌性的惡化現象提出大量的改善方法，但是改善后的鋼板并不可能在任何焊接工藝參數下均能獲得良好的沖擊韌性。因此，如何篩選出合理焊接工藝參數也是非常重要的。鋼板焊接熱影響區沖擊韌性的檢測與評估，通常采用的方法有兩種：一種采用實際焊接接頭，此方法盡管是一種直接且被普遍采用的評價熱影響區韌性的方法，但其前期處理工序較為復雜，如焊板需要開坡口、兩端分別搭接引弧和熄弧焊板。由于工藝參數較多，此方法檢測熱影響區韌性還需要耗費大量原材料，勞動強度大，經濟性較差。當采用多道次焊接工藝后，道次間熱循環的相互作用導致熱影響區結構復雜，其韌性評價的針對性不強，沖擊試樣取樣位置也會引起韌性值較為離散，降低了實驗結果篩選合理焊接工藝參數的有效性。另一種采用焊接熱模擬方法，此方法只是模擬了亞區焊接熱循環特征，重點分析單一亞區的沖擊韌性變化，并沒有體現熱影響區連續變化的顯微組織特征，因此，此方法不能表征熱影響區整體沖擊韌性的演變。如上所述，同一鋼板在一個工程項目中可能會經歷不同焊接方法的多種工藝參數的焊接工藝。因此，如何快速、便捷地篩選出合理焊接工藝，對確保焊接熱影響區沖擊韌性不被惡化和提高工程結構的安全可靠性都是非常有必要的。然而，盡管熱影響區沖擊韌性的惡化程度是一個直接影響焊接接頭結構完整性的重要參數，但目前它卻也沒有一種能夠快速、便捷、且可篩選焊接工藝參數的評估方法。
技術實現思路
針對現有技術的不足，尤其對于鋼板需要采用不同工藝參數的焊接時，不合理的工藝參數會明顯惡化焊接熱影響區沖擊韌性等問題，本專利技術提供了一種基于沖擊韌性快速篩選合理焊接工藝參數的方法；目的在于提供一種工藝簡單，成本低、操作便捷的快速評估焊接熱影響區沖擊韌性并篩選出合理焊接工藝參數的方法，解決目前焊接熱影響區沖擊韌性評價方法單一且操作復雜等問題，本專利技術的基于沖擊韌性快速篩選合理焊接工藝參數的方法，主要用于快速評估焊接(主要指熔化焊)結構用高強中厚鋼板的熱影響區沖擊韌性，尤其在不同熱輸入量條件下對焊接熱影響區沖擊韌性惡化程度進行評價，篩選出能夠獲得優良焊接熱影響區韌性的合理工藝參數；具體包括如下步驟：步驟1，鋼板預處理：對鋼板進行預處理，清除表面氧化鐵皮和油污，使鋼板表面平整；步驟2，單道次焊接：在鋼板上，進行單道次焊接，獲得包含完整焊接熱影響區的焊板，其中，單道次焊接的工藝參數為：焊接電流、焊接電壓和焊接速度；步驟3，制備沖擊試樣：在焊板上，定義熱影響區內最遠離原鋼板焊接表面的點，為熱影響區的中心點，垂直于原鋼板焊接平面且通過中心點的直線，為中心線；沖擊試樣為長方體，定義其最長的邊為沖擊試樣的長；在焊板上，截取沖擊試樣，使沖擊試樣的長垂直于焊道方向，沖擊試樣的長平行于原鋼板焊接平面且以中心線為長的對稱線，中心線上的焊接熱影響區位于沖擊試樣厚度方向的中間位置，如果焊板不滿足沖擊試樣的尺寸，則增大鋼板厚度或長度，重新開始步驟1；在沖擊試樣上開V型或U型缺口，使V型或U型缺口穿過沖擊試樣的熱影響區；步驟4，沖擊試驗：采用擺錘式或落錘式沖擊試驗機檢測沖擊試樣的沖擊韌性，獲得沖擊試樣的沖擊吸收功，觀察沖擊試樣的斷口表面形貌特征，確定熱影響區的沖擊斷裂行為；步驟5，判斷焊接工藝參數是否合理：如果同時滿足如下(a)和(b)條件，判斷焊接工藝參數，即焊接電流、焊接電壓和焊接速度合理；否則，則不合理；(a)沖擊試樣的沖擊吸收功：焊板的沖擊吸收功≥1/2原鋼板的沖擊吸收功；(b)熱影響區的沖擊斷裂行為為韌性斷裂。上述的基于沖擊韌性快速篩選合理焊接工藝參數的方法中：定義，焊接熱影響區內，垂直原鋼板焊接平面的截面為焊接熱影響區的橫截面；定義，焊接熱影響區，是指受焊接熱源的作用，焊縫周圍的母材發生固態相變行為以及力學性能變化的區域，通?？杉毞譃榇志^、細晶區、不完全相變區、和回火區。所述的完整焊接熱影響區，是指鋼板橫截面上包含了粗晶區、細晶區、不完全相變區和回火區的四個完整亞區的熱影響區。所述步驟1中，鋼板是指低碳鋼、中碳鋼、低合金或中合金高強鋼板中的一種。所述步驟1中，鋼板厚度大于等于5mm，寬度或長度大于等于55mm。所述步驟1中，采用砂輪將鋼板的表面進行打磨，清除表面氧化鐵皮和油污。所述步驟2中，在鋼板上進行單道次焊接的首次位置為鋼板中部。所述步驟2中，焊接方式采用熔化焊，即為手工電弧焊、氣體保護焊、埋弧焊或氬弧焊中的一種方法制備焊接接頭。所述步驟2中，獲得包含完整焊接熱影響區的焊板，也意味著在鋼板的橫截面上包含完整焊接熱影響區。所述步驟3本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種基于沖擊韌性篩選合理焊接工藝參數的方法，其特征在于，具體包括如下步驟：步驟1，鋼板預處理：對鋼板進行預處理，清除表面氧化鐵皮和油污，使鋼板表面平整；步驟2，單道次焊接：在鋼板上，進行單道次焊接，獲得包含完整焊接熱影響區的焊板，其中，單道次焊接的工藝參數為：焊接電流、焊接電壓和焊接速度；步驟3，制備沖擊試樣：在焊板上，定義熱影響區內最遠離原鋼板焊接表面的點，為熱影響區的中心點，垂直于原鋼板焊接平面且通過中心點的直線，為中心線；沖擊試樣為長方體，定義其最長的邊為沖擊試樣的長；在焊板上，截取沖擊試樣，使沖擊試樣的長垂直于焊道方向，沖擊試樣的長平行于原鋼板焊接平面且以中心線為長的對稱線，中心線上的焊接熱影響區位于沖擊試樣厚度方向的中間位置，如果焊板不滿足沖擊試樣的尺寸，則增大鋼板厚度或長度，重新開始步驟1；在沖擊試樣上開V型或U型缺口，使V型或U型缺口穿過沖擊試樣的熱影響區；步驟4，沖擊試驗：采用擺錘式或落錘式沖擊試驗機檢測沖擊試樣的沖擊韌性，獲得沖擊試樣的沖擊吸收功，觀察沖擊試樣的斷口表面形貌特征，確定熱影響區的沖擊斷裂行為；步驟5，判斷焊接工藝參數是否合理：如果同時滿足如下(a)和(b)條件，判斷焊接工藝參數，即焊接電流、焊接電壓和焊接速度合理；否則，則不合理；(a)沖擊試樣的沖擊吸收功：焊板的沖擊吸收功≥1/2原鋼板的沖擊吸收功；(b)熱影響區的沖擊斷裂行為為韌性斷裂。...

【技術特征摘要】
1.一種基于沖擊韌性篩選合理焊接工藝參數的方法，其特征在于，具體包括如下步驟：步驟1，鋼板預處理：對鋼板進行預處理，清除表面氧化鐵皮和油污，使鋼板表面平整；步驟2，單道次焊接：在鋼板上，進行單道次焊接，獲得包含完整焊接熱影響區的焊板，其中，單道次焊接的工藝參數為：焊接電流、焊接電壓和焊接速度；步驟3，制備沖擊試樣：在焊板上，定義熱影響區內最遠離原鋼板焊接表面的點，為熱影響區的中心點，垂直于原鋼板焊接平面且通過中心點的直線，為中心線；沖擊試樣為長方體，定義其最長的邊為沖擊試樣的長；在焊板上，截取沖擊試樣，使沖擊試樣的長垂直于焊道方向，沖擊試樣的長平行于原鋼板焊接平面且以中心線為長的對稱線，中心線上的焊接熱影響區位于沖擊試樣厚度方向的中間位置，如果焊板不滿足沖擊試樣的尺寸，則增大鋼板厚度或長度，重新開始步驟1；在沖擊試樣上開V型或U型缺口，使V型或U型缺口穿過沖擊試樣的熱影響區；步驟4，沖擊試驗：采用擺錘式或落錘式沖擊試驗機檢測沖擊試樣的沖擊韌性，獲得沖擊試樣的沖擊吸收功，觀察沖擊試樣的斷口表面形貌特征，確定熱影響區的沖擊斷裂行為；步驟5，判斷焊接工藝參數是否合理：如果同時滿足如下(a)和(b)條件，判斷焊接工藝參數，即焊接電流、焊接電壓和焊接速度合理；否則，則不合理；(a)沖擊試樣的沖擊吸收功：焊板的沖擊吸收功≥1/2原鋼板的沖擊吸收功；(b)熱影響區的沖擊斷裂行為為韌性斷裂。2.根據權利要求1所述的基于沖擊韌性篩選合理焊接工藝參數的方法，其特征在于，所述步驟1中，鋼板是指低碳鋼、中碳鋼、低合金或中合金高強鋼板中的...

【專利技術屬性】
技術研發人員：蘭亮云，于盟，周偉，樊鵬輝，邱春林，孔祥偉，
申請(專利權)人：東北大學，
類型：發明
國別省市：遼寧;21