CN110052732A - 一种精确定位焊接热影响区软化区的方法 - Google Patents

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Abstract

一种精确定位焊接热影响区软化区的方法，按以下步骤进行：(1)将热模拟试验机的S型热电偶焊接在待焊接样品上；(2)进行焊接模拟加热；(3)将模拟焊接样品切割制成待测试样品；待测试样品从轴线到两边依次排列有粗晶区、细晶区、临界区和母材；(4)热处理；(5)根据硬度测试标准进行硬度测试；测得的各组硬度值中的分别取平均值；(6)母材中最小平均硬度值作为标准硬度值；低于标准硬度值的各测试点所在区域，确定为软化区。本发明提供的方法能够延长焊接热影响区的宽度，不但能够使得软化区的定位变得更加简单和精确，而且使得热影响区各个子区域边界的划分更加精确。

Description

一种精确定位焊接热影响区软化区的方法
技术领域
本发明属于焊接技术领域，特别涉及一种精确定位焊接热影响区软化区的方法。
背景技术
焊接热循环使得钢中靠近焊缝的组织严重恶化形成焊接热影响区；为了详细研究热影响区的内部微观结构和性能，研究人员通常将热影响区划分为粗晶区、细晶区和临界热影响区等子区域，便于对热影响区进一步研究。
焊后热处理可以减小热影响区各区域组织和力学性能的差异；但是焊后热处理后出现的软化区被证明是蠕变过程中IV型开裂的主要位置；近年来研究人员通过研究软化区进一步研究蠕变开裂从而改进焊接接头性能，但是实际焊接中由于焊接热影响区非常狭窄，以及硬度测量的偶然性使得软化区的定位变得非常困难。
不同的研究人员对软化区的定位出现了较大偏差特别是在细晶区、临界热影响区和靠近热影响区的母材上都花费了大量的精力，但很难对软化区出现的位置得到统一的认识；因此寻找一种对软化区进行精确定位的方法，能够有效促进热影响区在焊后热处理过程中组织和力学演变的分析。
发明内容
本发明的目的是提供一种精确定位焊接热影响区软化区的方法，采用物理模拟手段对焊接热影响区进行重现和放大，采用硬度测试过程求平均值的方法，使误差降低到最小，同时硬度压痕能够对不同区域进行标定，对热影响区进行精确的分区，对软化区精确定位。
为本发明的方法按以下步骤进行：
1、准备待焊接样品；将热模拟试验机的S型热电偶焊接在待焊接样品上；
2、通过热模拟试验机进行对待焊接样品进行焊接模拟加热；焊接模拟加热前根据焊接条件，设定热模拟试验机的输入峰值温度、热输入量、保温时间、模拟厚度、预热温度和加热速率；并将待焊接样品的密度、比热容和热导率输入热模拟试验机；焊接模拟加热完成后，获得模拟焊接样品；
3、观测模拟焊接样品的微观组织，根据微观组织的微观组织形貌，以两个焊点的连线及其延长线为轴线，将模拟焊接样品切割制成待测试样品；待测试样品从轴线到两边依次排列有粗晶区、细晶区、临界区和母材；其中未受焊接热循环影响的区域为母材；靠近母材开始出现相变的区域为临界区(或者为临界热影响区)，所有组织都发生相变且在晶界或晶粒上出现明显的碳化物的区域为细晶区，发生相变但无未溶解碳化物的区域为粗晶区；
4、根据焊后热处理工艺要求，对待测试样品进行热处理，获得热处理样品；
5、根据硬度测试标准，将热处理样品进行打磨、抛光和腐蚀后，进行硬度测试；硬度测试的测试点至少5组，各组互相平行；每组测试点与轴线垂直，每组测试点中相邻两个测试点的间距相等，每组测试点中各测试点平均分布在轴线两侧；各组测试点中相邻两组测试点的间距相等；硬度测试完成后获得至少5组硬度值，将各组硬度值中的第一个硬度值取平均值，获得第一平均硬度值，以此类推，直至获得各组硬度值中最后一个硬度值的平均值，作为第N平均硬度值；
6、将位于母材中的各平均硬度值中的最小平均硬度值作为标准硬度值；则各区中平均硬度值低于标准硬度值的各测试点所在区域，确定为软化区。
上述的待焊接样品的材质选用1.25Cr0.5Mo钢。
上述的步骤1中，S型热电偶的两个热电偶在待焊接样品上的焊点距离1～2mm。
上述的步骤1中，待焊接样品的表面的粗糙度在Ra0.8以下。
上述的步骤3中，待测试样品沿轧制方向的长度16mm，宽度8mm。
上述的步骤5中，硬度测试时每组测试点中相邻两个测试点的间距0.2mm，相邻两组测试点的间距1mm。
上述的步骤5中，靠近待测试样品或热处理样品侧边的测试点与待测试样品或热处理样品侧边的间距2mm，靠近待测试样品或热处理样品两端的测试点与待测试样品或热处理样品两端的间距1mm。
上述的步骤5中，硬度测试选用压力200gf，保荷时间12s。
上述的步骤4中，焊后热处理工艺要求，是根据标准号GBT30583-2014的承压设备焊后热处理规程中，对不同钢的焊后热处理工艺要求。
相对于上述背景中软化区定位争议问题，本发明提供一种精确定位焊接热影响区软化区的方法，与现有技术相比的优势：焊后热处理后在原位置测量硬度进行对比使我们能够得到精确的捕捉到软化区出现位置，结合对不同区域的划分使软化区出现的区域的精确定位得以实现。
本发明提供的方法能够延长焊接热影响区的宽度，不但能够使得软化区的定位变得更加简单和精确，而且使得热影响区各个子区域边界的划分更加精确。
附图说明
图1为本发明实施例中硬度测试时测试点分布示意图；图中，两个较大的黑色圆点为S型热电偶焊接时的两个焊点；箭头为沿轴线向两边的方向；
图2为本发明实施例中模拟焊接样品的微观组织观测图；图中，(a)为粗晶区，(b)为细晶区，(c)为临界区，(d)为母材区；图中，白色箭头和黑色箭头所指向的位置为碳化物；
图3为本发明实施例中待测试样品硬度测试获得的各区各测试点平均硬度值曲线图；图中，误差棒为各组硬度值取平均值的标准差；
图4为本发明实施例中热处理样品硬度测试获得的各区各测试点平均硬度值曲线图；图中，误差棒为各组硬度值取平均值的标准差。
具体实施方式
本发明实施例中采用的热模拟试验机为Gleeble3800热模拟试验机。
本发明实施例中S型热电偶作为热源对待焊接样品进行模拟焊接加热，切割制成待测试样品时，以两个热电偶焊接的焊点之间的连线为轴线。
本发明实施例中进行焊接模拟加热时采用的热源模型为Rykalin-3D热源模型。
本发明实施例中进行硬度测试采用的标准为GB T4340.1-2009金属维氏硬度试验，采用的设备为HXD-1000TMC/LCD显微硬度计。
本发明实施例中观测微观组织采用的设备型号为OLYMPUS GX51金相显微镜。
本发明实施例中焊后热处理工艺要求，是根据标准号GBT30583-2014的承压设备焊后热处理规程中，对不同钢的焊后热处理工艺要求。
本发明实施例中获得待测试样品后，根据硬度测试标准，将待测试样品进行打磨抛光腐蚀后，进行硬度测试；硬度测试的测试点至少5组，各组互相平行；每组测试点与轴线垂直，每组测试点中相邻两个测试点的间距相等，每组测试点中各测试点平均分布在轴线两侧；各组测试点中相邻两组测试点的间距相等；硬度测试完成后获得至少5组硬度值，将各组硬度值中的第一个硬度值取平均值，获得第一平均硬度值，以此类推，直至获得各组硬度值中最后一个硬度值的平均值，作为第N平均硬度值；将获得的各平均硬度值绘制成平均硬度值曲线，如图3所示，可见热处理前没有软化区出现。
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的钢种、附图使示例性的，仅用于解释本发明，而不能解释对本发明的限制。
实施例1
准备待焊接样品，已知待焊接样品在制备过程中的轧制方向；将热模拟试验机的S型热电偶焊接在待焊接样品上；所述的待焊接样品为1.25Cr0.5Mo钢，表面的粗糙度在Ra0.8以下，尺寸11×11×80mm；S型热电偶的两个热电偶在待焊接样品上的焊点距离1.2mm；
通过热模拟试验机进行对待焊接样品进行焊接模拟加热；焊接模拟加热前根据焊接条件，设定热模拟试验机的输入峰值温度1400℃、热输入量12KJ/cm、保温时间1s、模拟厚度50mm、预热温度200℃、加热速率150℃/s；并将待焊接样品的密度7.85g/cm3、比热容0.46J/kg·℃和热导率0.45J/cm·s·℃输入热模拟试验机；焊接模拟加热完成后，获得模拟焊接样品；
观测模拟焊接样品的微观组织，根据微观组织的微观组织形貌，以两个焊点的连线及其延长线为轴线，将模拟焊接样品切割制成待测试样品；待测试样品从轴线到两边依次排列有粗晶区、细晶区、临界区和母材；其中未受焊接热循环影响的区域为母材；靠近母材开始出现相变的区域为临界区(或者为临界热影响区)，所有组织都发生相变且在晶界或晶粒上出现明显的碳化物的区域为细晶区，发生相变但无未溶解碳化物的区域为粗晶区；待测试样品沿的长度16mm，宽度8mm；各区微观组织观测结果如图2所示；
根据焊后热处理工艺要求，对待测试样品进行热处理，获得热处理样品；
根据硬度测试标准，将热处理样品进行打磨、抛光和腐蚀后，进行硬度测试；硬度测试的测试点至少5组，各组互相平行；每组测试点与轴线垂直，每组测试点中相邻两个测试点的间距相等，每组测试点中各测试点平均分布在轴线两侧；各组测试点中相邻两组测试点的间距相等；硬度测试完成后获得至少5组硬度值，将各组硬度值中的第一个硬度值取平均值，获得第一平均硬度值，以此类推，直至获得各组硬度值中最后一个硬度值的平均值，作为第N平均硬度值；
每组测试点中相邻两个测试点的间距0.2mm，相邻两组测试点的间距1mm；
靠近待测试样品或热处理样品侧边的测试点与待测试样品或热处理样品侧边的间距2mm，靠近待测试样品或热处理样品两端的测试点与待测试样品或热处理样品两端的间距1mm；
测试点分布如图1所示；
硬度测试选用压力200gf，保荷时间12s；
将各平均硬度值绘制成平均硬度值曲线，如图4示；
将位于母材中的各平均硬度值中的最小平均硬度值作为标准硬度值；则各区中平均硬度值低于标准硬度值的各测试点所在区域，确定为软化区；
由图4见，软化区出现在细晶区。

Claims (8)

1.一种精确定位焊接热影响区软化区的方法，其特征在于按以下步骤进行：
(1)准备待焊接样品；将热模拟试验机的S型热电偶焊接在待焊接样品上；
(2)通过热模拟试验机进行对待焊接样品进行焊接模拟加热；焊接模拟加热前根据焊接条件，设定热模拟试验机的输入峰值温度、热输入量、保温时间、模拟厚度、预热温度和加热速率；并将待焊接样品的密度、比热容和热导率输入热模拟试验机；焊接模拟加热完成后，获得模拟焊接样品；
(3)观测模拟焊接样品的微观组织，根据微观组织的微观组织形貌，以两个焊点的连线及其延长线为轴线，将模拟焊接样品切割制成待测试样品；待测试样品从轴线到两边依次排列有粗晶区、细晶区、临界区和母材；其中未受焊接热循环影响的区域为母材；靠近母材开始出现相变的区域为临界区(或者为临界热影响区)，所有组织都发生相变且在晶界或晶粒上出现明显的碳化物的区域为细晶区，发生相变但无未溶解碳化物的区域为粗晶区；
(4)根据焊后热处理工艺要求，对待测试样品进行热处理，获得热处理样品；
(5)根据硬度测试标准，将热处理样品进行打磨、抛光和腐蚀后，进行硬度测试；硬度测试的测试点至少5组，各组互相平行；每组测试点与轴线垂直，每组测试点中相邻两个测试点的间距相等，每组测试点中各测试点平均分布在轴线两侧；各组测试点中相邻两组测试点的间距相等；硬度测试完成后获得至少5组硬度值，将各组硬度值中的第一个硬度值取平均值，获得第一平均硬度值，以此类推，直至获得各组硬度值中最后一个硬度值的平均值，作为第N平均硬度值；
(6)将位于母材中的各平均硬度值中的最小平均硬度值作为标准硬度值；则各区中平均硬度值低于标准硬度值的各测试点所在区域，确定为软化区。
2.根据权利要求1所述的一种精确定位焊接热影响区软化区的方法，其特征在于步骤(1)中，S型热电偶的两个热电偶在待焊接样品上的焊点距离1～2mm。
3.根据权利要求1所述的一种精确定位焊接热影响区软化区的方法，其特征在于步骤(1)中，待焊接样品的表面的粗糙度在Ra0.8以下。
4.根据权利要求1所述的一种精确定位焊接热影响区软化区的方法，其特征在于步骤(3)中，待测试样品沿轧制方向的长度16mm，宽度8mm。
5.根据权利要求1所述的一种精确定位焊接热影响区软化区的方法，其特征在于步骤(5)中，硬度测试时每组测试点中相邻两个测试点的间距0.2mm，相邻两组测试点的间距1mm。
6.根据权利要求1所述的一种精确定位焊接热影响区软化区的方法，其特征在于步骤(5)中，靠近待测试样品或热处理样品侧边的测试点与待测试样品或热处理样品侧边的间距2mm，靠近待测试样品或热处理样品两端的测试点与待测试样品或热处理样品两端的间距1mm。
7.根据权利要求1所述的一种精确定位焊接热影响区软化区的方法，其特征在于步骤(5)中，硬度测试选用压力200gf，保荷时间12s。
8.根据权利要求1所述的一种精确定位焊接热影响区软化区的方法，其特征在于步骤(4)中，焊后热处理工艺要求，是根据标准号GBT30583-2014的承压设备焊后热处理规程中，对不同钢的焊后热处理工艺要求。
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