CN107378199B - 一种调整焊接haz几何尺寸分布的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种调整焊接HAZ几何尺寸分布的方法，包括：（a）建模，热输入计算得出温度场分布图；（b）焊接试验得到微观金相组织分布图，焊接试验的热输入采用步骤（a）中使用的参数值；（c）对比温度场分布图与微观金相组织分布图，验证步骤（a）的模拟结果是否有效；（d）若结果有效，则改变焊接速度，计算得出不同焊接速度下的温度场分布图；（e）对不同焊接速度下得到的温度场分布图中的熔池区域、热影响区区域尺寸进行标定，得到焊接速度与HAZ几何尺寸分布关系表。本发明采用数值模拟结合试验模拟验证的方式可确保数值模拟建模的有效性，通过数值模拟结果统计不同焊接速度下的HAZ几何尺寸变化规律，有效降低工作量。

Description

一种调整焊接HAZ几何尺寸分布的方法
技术领域
本发明属于焊接技术领域，涉及一种调整焊接HAZ几何尺寸分布的方法，具体涉及一种控制焊接速度以调整焊接HAZ几何尺寸分布的方法。
背景技术
铁素体组织中低合金钢多层多道焊接过程中，由于前一道焊接产生的粗晶区(CGHAZ)在后续焊道的热过程中经历了不同峰值温度的二次热循环，可能引起前一焊道粗晶区韧性的不同变化。当第二次热循环的峰值温度处于材料Ac1～Ac3温度之间时，前一焊道粗晶区由于组织遗传性和显微组织的变化，生成以链状分布在原粗大的奥氏体晶界的M-A组元，从而导致韧性下降，即表现为临界粗晶热影响区(IRCGHAZ)局部脆化。而通过再次焊接热循环对CGHAZ和IRCGHAZ加热至650℃左右(Ac1以下)时，可明显的改善该区域的韧性、硬度以及组织形态。
鉴于焊接接头的几何尺寸可以表征为焊接过程中的温度场分布，根据焊接温度场分布特征形貌判定，对于铁素体中低合金钢，由于焊接热影响区以外的区域温度才能处于Ac1以下，因此若想实现后续焊道产生的焊接热循环将前一层CGHAZ和IRCGHAZ加热至峰值温度低于Ac1，则需控制该焊道HAZ几何尺寸分布。目前，常用的控制焊道HAZ几何尺寸的方法是采用的是大量工艺焊接试验方法或数值模拟方法，但大量工艺焊接试验方法无论对工件或焊条的消耗都比较大，成本较高，且试验工作量大，而数值模拟法又不能保证结果的可靠性。
发明内容
本发明目的是为了克服现有技术的不足而提供一种控制焊接速度以调整焊接HAZ几何尺寸分布的方法。
为达到上述目的，本发明所采用的技术方案为：
一种调整焊接HAZ几何尺寸分布的方法，包括以下步骤：
(a)建立有限元模型，选择热源模型，输入热输入参数，计算得出热输入对所述有限元模型的温度场分布特征的影响规律图；
(b)对试验验证工件采用热输入可控焊接试验得到热输入对焊接接头微观金相组织分布影响图，所述焊接试验的热输入参数值采用步骤(a)中使用的热输入参数值；
(c)然后将步骤(a)得出温度场分布特征的影响规律图与步骤(b)得出的微观金相组织分布影响图进行对比，验证步骤(a)的模拟结果是否有效；
(d)若步骤(a)的模拟结果有效，则改变步骤(a)中的热输入中的焊接速度，计算得出不同焊接速度下的温度场分布图；
(e)对不同焊接速度下得到的温度场分布图中的熔池区域、热影响区区域尺寸进行标定，得到焊接速度与HAZ几何尺寸分布关系。
根据本发明的进一步的实施方式，所述方法还包括将步骤(e)得到的焊接速度与HAZ几何尺寸分布关系应用于实际焊接操作的步骤。
进一步地，步骤(a)中，对所述有限元模型采用网格划分。
进一步地，步骤(a)中，所述有限元模型按照实际待焊接工件的材料性能参数来建立。
所述材料性能参数包括但不限于弹性模量、泊松比、热传导率等。
进一步地，步骤(a)中，热输入参数为焊接速度、电弧电压和焊接电流。
进一步地，步骤(d)中，改变步骤(a)中的热输入参数中的焊接速度，其他热输入参数不变。
进一步地，步骤(c)中，所述验证步骤(a)的模拟结果是否有效具体采用如下实施方式：若所述温度场分布特征的影响规律图中的温度场分布线与所述微观金相组织分布影响图中微观组织分布线具有一致的变化趋势，则步骤(a)的模拟结果有效；否则，重新建模。
优选地，若所述温度场分布特征的影响规律图中的温度场分布线与所述微观金相组织分布影响图中微观组织分布线相拟合或基本重合，则步骤(a)的模拟结果有效；否则，重新建模。
本发明中，所述重新建模包括重新建立有限元模型和/或重新设置热源模型。
由于上述技术方案运用，本发明与现有技术相比具有下列优点：
本发明方法采用数值模拟结合焊接试验验证的方式可确保数值模拟有限元模型及热源设置的有效性，然后通过数值模拟结果统计不同焊接速度下的HAZ几何尺寸变化规律，有效降低试验的工作量。另一方面，试验验证过程，焊接参数受限于工艺要求及操作限制，不便于频繁调整，采用焊接速度调整焊接热输入方式，进行数值模拟，可有效规避上述问题。
附图说明
图1为本发明实施例1建立的有限元模型。
图2为本发明实施例1采用的热源模型。
图3为本发明实施例1的温度场分布图与微观金相组织分布图的对比图。
图4为本发明实施例1的焊接速度与焊缝熔深的曲线图。
图5为本发明实施例1的焊接速度与热影响区最大深度的曲线图。
具体实施方式
本发明提供一种控制焊接速度以调整焊接HAZ几何尺寸分布的方法，调整焊接速度即是通过调整焊接热输入，合理控制相邻层道间焊接接头的几何尺寸以期达到循环热处理的效果，以期达到焊接接头几何尺寸的工艺设计条件要求。
本发明提供的一种控制焊接速度以调整焊接HAZ几何尺寸分布的方法，其包括以下步骤：
(a)建模，得到焊接热输入对有限元模型温度场分布特征影响规律
根据待焊接工件的材料性能参数建立有限元模型，有限元模型采用网格划分。
选择热源模型。
输入热输入参数，计算得出热输入对有限元模型的温度场分布特征的影响规律图，热输入参数为焊接速度、电弧电压和焊接电流。
(b)根据温度场分布，确定熔池区域、热影响区区域尺寸范围
根据步骤(a)得到热输入对有限元模型的温度场分布特征的影响规律图，确定熔池区域、热影响区区域尺寸范围。
(c)试验验证，得到热输入对焊接接头微观金相组织分布影响规律
对实际待焊接工件采用热输入可控焊接试验得到热输入对焊接接头微观金相组织分布影响图，焊接试验的热输入参数值采用步骤(a)中使用的热输入参数值。
(d)验证数值模拟的有效性
将步骤(a)得到的温度场分布图和步骤(c)得到的微观金相组织分布图进行对比，若温度场分布图中的温度场分布线与微观金相组织分布图中的微观组织分布线具有一致的变化趋势，则步骤(a)的模拟结果有效；否则，重新建模。
(e)改变数值模拟中的焊接速度，得到焊接速度与焊接HAZ几何尺寸分布关系
若步骤(a)的模拟结果有效，改变步骤(a)中的热输入参数中的焊接速度，其他热输入参数(电压和电流)不变，得到不同焊接速度下的温度场分布图。
对不同焊接速度下得到的温度场分布图中的熔池区域、热影响区区域尺寸范围进行标定，得到焊接速度与HAZ几何尺寸分布关系。
(f)将步骤(e)得到焊接速度与焊接HAZ几何尺寸分布关系应用到实际焊接操作中。
下面结合具体实施例和附图对本发明优选实施方案进行详细说明。
实施例1
试验验证选择材料SA106C，采用本发明方法，包括以下步骤：
(a)建模，得到焊接热输入对有限元模型温度场分布特征影响规律
有限元模型采用三维实体单元，建立板材模型，规格为200×100，建模时材料性能参数按SA106C性能参数选择输入，采用移动热源，在板材上表面中心线位置焊接，考虑模型的对称性，建立1/2模型，有限元模型的近缝区(热源影响区域)的网格划分细密，单元网格尺寸大小约1mm，远离热源移动区域网格稀疏，单元网格尺寸大小逐步增加至5～10mm，有限元模型建立如图1所示。
热源模型选择Goldak模型(双椭球热源模型)，如图2所示，考虑热源移动对热流分布的影响，将热源前半部分与后半部分，分别设定1/4椭球。热流密度分布函数分别用下面式(1)、式(2)表示：
式(1)
式(2)
式中，ff、fr是热流密度分布系数，ff+fr＝2；a、b、c1、c2分别为熔池的几何尺寸；Q＝ηIU，其中焊接速度η为8cm/min，电弧电压U为10v，焊接电流I为160A。
根据热输入参数，计算得到的温度场分布图如图3的左边所示的图。
(b)根据温度场分布，确定熔池区域、热影响区区域尺寸范围
根据步骤(a)得到热输入对有限元模型的温度场分布特征的影响规律图，确定熔池区域、热影响区区域尺寸范围。
(c)试验验证，得到热输入对焊接接头微观金相组织分布影响规律
对试验验证工件采用热输入可控焊接试验得到热输入对焊接接头微观金相组织分布影响图，热输入参数：焊接速度η为8cm/min，电弧电压U为10v，焊接电流I为160A，得到的微观金相组织分布图如图3的右边所示的图。
(d)验证数值模拟的有效性
将步骤(a)得到的温度场分布图和步骤(c)得到的微观金相组织分布图进行对比，如图3所示，数值模拟计算得到的温度场分布与焊接试验的得到的材料微观组织形貌情况吻合(一般认为温度场分布图中的熔池、热影响区的分布线与微观金相组织分布图中的熔池、热影响区的分布线的误差在10％内)，步骤(a)的模拟结果有效，建立的有限元模型可用来预测热输入对焊接HAZ几何尺寸的影响规律。
(e)改变数值模拟中的焊接速度，得到焊接速度与焊接HAZ几何尺寸分布关系。
改变步骤(a)中的热输入参数中的焊接速度，其他热输入参数(电压和电流)不变，得到不同焊接速度下的温度场分布图。
对不同焊接速度下得到的温度场分布图中的熔池区域、热影响区区域尺寸范围进行标定，得到焊接速度与HAZ几何尺寸分布关系。
本例中，数值模拟采用表1所示的热输入参数控制表进行操作。
表1
模型 焊接速度(cm/min) 电弧电压(V) 焊接电流(A)
Model 1 8 10 160
Model 2 12 10 160
Model 3 16 10 160
Model 4 20 10 160
Model 5 24 10 160
焊接速度从8cm/min增至24cm/min时，热影响区深度尺寸从4.03mm减小至2.54mm，减小幅度为59％；焊缝熔深从1.81mm减至1.01mm，减小幅度为44％，具体如图4和图5所示。
焊接速度的增加导致单位时间向焊接熔池内送入的焊丝体积减少。在焊接电流与送丝速度一定的条件下，焊接速度对焊接热影响区尺寸、焊缝熔深及焊缝余高都具有明显的影响。
(f)将步骤(e)得到焊接速度与焊接HAZ几何尺寸分布关系表单应用到实际焊接操作中。
浙能某电厂除氧头容器材质为铁素体中低合钢20g，壁厚22mm。容器内壁发生7mm损伤后需挖除进行补焊修复，为有效改善前道焊接过程产生的CGHAZ、IRCGHAZ组织性能，避免组织脆化，根据20g性能参数及除氧器结构尺寸特征，在焊接电流、电压给定的条件下，模拟计算现场焊接工艺条件下焊接热影响区几何尺寸分布，确定了循环热输入改善组织性能技术工艺的焊接速度参数，在现场得以实施，并获得良好效果，已经安全运行3年。
在循环热输入改善组织性能技术实施中，焊接速度可作为调整焊接工艺性能的有效变量，改变焊接HAZ几何尺寸的分布效果。
综上所述，本发明的方法具有如下优点：
(1)采用数值模拟结合焊接试验验证方式可确保数值模拟建模及热源设置的有效性，而通过数值模拟结果统计几何尺寸变化规律，可有效降低试验工作量；(2)现场焊接过程，焊接参数受限于工艺要求及操作限制，不便于频繁调整，采用焊接速度调整焊接热输入方式，可有效规避上述问题；(3)焊接速度的改变，对焊接温度场产生分布变化影响，而焊接接头的几何尺寸可以表征为焊接过程中的温度场分布，通过数值模拟试验结合焊接试验验证，得到焊接速度与焊缝熔深、焊接热影响区最大深度关系，可有效判定给定焊接速度调节下，铁素体中低合金材料焊接HAZ几何尺寸分布。同时根据分布特征情况，为后续循环热输入对前一层CGHAZ和IRCGHAZ区域作用效果，反馈制定焊接速度参数，以实现焊接接头几何尺寸的工艺设计条件要求。
上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种调整焊接HAZ几何尺寸分布的方法，其特征在于，包括以下步骤：
（a）建立有限元模型，选择热源模型，输入热输入参数，计算得出热输入对所述有限元模型的温度场分布特征的影响规律图；
（b）对试验验证工件采用热输入可控焊接试验得到热输入对焊接接头微观金相组织分布影响图，所述焊接试验的热输入参数值采用步骤（a）中使用的热输入参数值；
（c）然后将步骤（a）得出温度场分布特征的影响规律图与步骤（b）得出的微观金相组织分布影响图进行对比，验证步骤（a）的模拟结果是否有效，具体为：若所述温度场分布特征的影响规律图中的温度场分布线与所述微观金相组织分布影响图中微观组织分布线具有一致的变化趋势、所述温度场分布特征的影响规律图中的温度场分布线与所述微观金相组织分布影响图中微观组织分布线相拟合或者所述温度场分布特征的影响规律图中的温度场分布线与所述微观金相组织分布影响图中微观组织分布线基本重合，则步骤（a）的模拟结果有效；否则，重新建模；
（d）若步骤（a）的模拟结果有效，则改变步骤（a）中的热输入中的焊接速度，计算得出不同焊接速度下的温度场分布图；
（e）对不同焊接速度下得到的温度场分布图中的熔池区域、热影响区区域尺寸进行标定，得到焊接速度与HAZ几何尺寸分布关系。
2.根据权利要求1所述的调整焊接HAZ几何尺寸分布的方法，其特征在于：所述方法还包括将步骤（e）得到的焊接速度与HAZ几何尺寸分布关系应用于实际焊接操作的步骤。
3.根据权利要求1所述的调整焊接HAZ几何尺寸分布的方法，其特征在于：步骤（a）中，对所述有限元模型采用网格划分。
4.根据权利要求1所述的调整焊接HAZ几何尺寸分布的方法，其特征在于：步骤（a）中，所述有限元模型按照试验验证工件的材料性能参数来建立。
5.根据权利要求1所述的调整焊接HAZ几何尺寸分布的方法，其特征在于：步骤（a）中，热输入参数为焊接速度、电弧电压和焊接电流。
6.根据权利要求1或5所述的调整焊接HAZ几何尺寸分布的方法，其特征在于：步骤（d）中，改变步骤（a）中的热输入参数中的焊接速度，其他热输入参数不变。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111037143B (zh) * 2019-11-28 2022-09-06 新兴际华集团有限公司 基于焊接热循环调控焊缝组织性能的方法

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101722371A (zh) * 2009-12-10 2010-06-09 江苏大学 激光焊接的焊缝/热影响区形状及其晶粒尺寸预测方法
CN102728932A (zh) * 2012-06-11 2012-10-17 江苏新瑞峰信息科技有限公司 一种自动优化电弧焊工艺参数的方法及其装置
CN103246774A (zh) * 2013-05-13 2013-08-14 天津大学 数值模拟p92钢管焊接热影响区宽度的方法
CN104573141A (zh) * 2013-10-10 2015-04-29 上海汽车集团股份有限公司 基于有限元分析的焊缝连接模拟方法
CN106529005A (zh) * 2016-10-28 2017-03-22 南昌航空大学 一种基于有限元仿真的超高强度钢螺纹类工件局部回火感应线圈的设计方法

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101722371A (zh) * 2009-12-10 2010-06-09 江苏大学 激光焊接的焊缝/热影响区形状及其晶粒尺寸预测方法
CN102728932A (zh) * 2012-06-11 2012-10-17 江苏新瑞峰信息科技有限公司 一种自动优化电弧焊工艺参数的方法及其装置
CN103246774A (zh) * 2013-05-13 2013-08-14 天津大学 数值模拟p92钢管焊接热影响区宽度的方法
CN104573141A (zh) * 2013-10-10 2015-04-29 上海汽车集团股份有限公司 基于有限元分析的焊缝连接模拟方法
CN106529005A (zh) * 2016-10-28 2017-03-22 南昌航空大学 一种基于有限元仿真的超高强度钢螺纹类工件局部回火感应线圈的设计方法

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