CN110187077A - 焊接热影响区自然冷却组织转变曲线图的测定方法 - Google Patents

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李国平
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赵振铎
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王秋平
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罗刚
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Abstract

本发明属于金属材料热力学研究领域，涉及焊接热影响区自然冷却组织转变曲线图的测定方法，包括：实时获取被测试金属材料分别在不同焊接热循环处理下的应变量和温度，焊接热循环处理结束后检测被测试金属材料的金相组织、硬度和冲击韧性；获得被测试金属材料分别在不同焊接热循环处理下的应变‑温度曲线和温度‑时间曲线；根据所述应变‑温度曲线获取所述被测试金属材料在不同焊接热循环处理下的相变点；在所述温度‑时间曲线上连接所述相变点，并记录金相组织、相变点、硬度和冲击韧性，获得焊接热影响区自然冷却组织转变曲线图。本发明的焊接热影响区自然冷却组织转变曲线图可以为金属材料的焊接提供直接的技术指导。

Description

焊接热影响区自然冷却组织转变曲线图的测定方法
技术领域
本发明属于金属材料热力学研究领域，涉及一种焊接热影响区自然冷却组织转变曲线图的测定方法。
背景技术
过冷奥氏体连续冷却转变曲线图(简称CCT曲线图)系统地表示冷却速度对转变开始点、相变进行速度和组织的影响情况，已广泛应用于钢铁生产工艺的研发环节。在焊接领域，虽然焊接条件下的组织转变与热处理条件下的组织转变从基本原理来讲是一致的，但是由于焊接过程具有本身的特点，如：加热温度高、加热速度快、高温停留时间短、自然条件下连续冷却、局部加热，就给焊接时的组织转变带来了它的特殊性，相应地使组织转变有着与热处理不同的规律，对比图1和图2。
焊接条件下连续冷却组织转变图(简称SHCCT图)是目前焊接冶金领域广泛使用的重要技术资料，它可用于间接地评定钢的焊接性和合理地确定焊接工艺规范，在焊接生产和焊接研究中具有重要的实用价值和指导意义。考虑到焊接条件与热处理过程的差异，SHCCT图的测定使用1300℃的峰值温度、200℃/s以上的加热速度以及1s以内的高温停留时间，从而尽可能地与实际焊接的升温过程一致。但是，SHCCT图的降温过程仍使用恒冷速的连续冷却过程，这与实际焊接不符，因此，得到的SHCCT图无法直接指导焊接生产。
发明内容
本发明针对现有SHCCT图的不足，提供一种更接近实际焊接热循环的焊接热影响区自然冷却组织转变曲线图的测定方法。
具体的，本发明提供了一种焊接热影响区自然冷却组织转变曲线图的测定方法，包括以下步骤：(1)实时获取被测试金属材料分别在不同焊接热循环处理下的应变量和温度，焊接热循环处理结束后检测被测试金属材料的金相组织、硬度和冲击韧性；(2)获得被测试金属材料分别在不同焊接热循环处理下的应变-温度曲线和温度-时间曲线；(3)根据所述应变-温度曲线获取所述被测试金属材料在不同焊接热循环处理下的相变点；(4)在所述温度-时间曲线上连接所述相变点，并记录金相组织、相变点、硬度和冲击韧性，获得焊接热影响区自然冷却组织转变曲线图。
优选的，所述焊接热循环处理的冷却根据热模拟试验机中的焊接HAZ自然冷却曲线进行。
优选的，所述应变量为绝对膨胀值或膨胀率。
优选的，所述相变点通过切线法或顶点法获取。
优选的，所述不同焊接热循环处理为至少5组不同参数的焊接热循环处理。
优选的，在步骤(1)前，还包括，将被测试金属材料按照焊接HAZ热模拟试样的尺寸制样。
优选的，所述应变量和所述温度分别通过应变仪和热电偶实时监测获得。
另一方面，本发明提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其中，该程序被处理器执行时实现上述的焊接热影响区自然冷却组织转变曲线图的测定方法。
又一方面，本发明提供了一种计算机设备，包括存储器，处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，其中，所述处理器执行所述程序时实现上述的焊接热影响区自然冷却组织转变曲线图的测定方法。
本发明的技术方案具有如下的有益效果：
(1)本发明的焊接热影响区自然冷却组织转变曲线图的测定方法中，焊接热循环处理根据热模拟试验机中的焊接HAZ自然冷却曲线进行，因此，实际焊接生产中所测得的热循环曲线一定处于本发明的焊接热影响区自然冷却组织转变曲线图中两条曲线之间，由此，实际焊接生产的焊接接头的性能一定也处于两条曲线所对应的性能区间内，从而判断此焊接接头是否满足要求；
(2)本发明的焊接热影响区自然冷却组织转变曲线图中，每条曲线代表一个焊接热循环下的自然冷却组织转变曲线，曲线下标注其得到试样的金相组织、硬度、冲击韧性等性能指标，为金属材料的焊接提供直接的技术指导。
附图说明
通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。
图1为过冷奥氏体连续冷却转变曲线图；
图2为传统焊接条件下连续冷却组织转变图；
图3为实际焊接热循环曲线与焊接条件下连续冷却组织转变图的叠加图；
图4为本发明实施例中的金属材料焊接热影响区自然冷却组织转变曲线图。
具体实施方式
为了充分了解本发明的目的、特征及功效，通过下述具体实施方式，对本发明作详细说明。本发明的工艺方法除下述内容外，其余均采用本领域的常规方法或装置。下述名词术语除非另有说明，否则均具有本领域技术人员通常理解的含义。
由于传统焊接条件下连续冷却曲线(Simulated HAZ Continuous CoolingTransformation,SHCCT)的冷却速度是恒定的，与实际焊接热循环不符，得到的组织也与实际不符。通过图3可知，实际焊接热循环曲线与SHCCT图的曲线有交点，因此，无法直接判断实际焊接热循环得到的组织性能如何。基于此，本发明提出使用热模拟试验机中的焊接HAZ热模拟试验程序使待测金属材料试样经历焊接热循环过程(即焊接热影响区自然冷却过程)，得到与实际焊接更为相近的组织。本发明通过绘制金属材料焊接热影响区自然冷却组织转变曲线图(Simulated HAZ Natural Cooling Transformation,SHNCT图)，并标出每条自然冷却曲线对应的组织、性能指标，为金属材料的焊接提供直接的技术指导。
具体的，本发明提供了一种焊接热影响区自然冷却组织转变曲线图的测定方法，包括以下步骤：
(1)实时获取被测试金属材料分别在不同焊接热循环处理下的应变量和温度，焊接热循环处理结束后检测被测试金属材料的金相组织、硬度和冲击韧性。
优选的，在步骤(1)前，还包括，将被测试金属材料按照焊接HAZ热模拟试样的尺寸制样。
优选的，所述焊接热循环处理根据热模拟试验机中的焊接HAZ自然冷却曲线进行，其中，所述热模拟试验机中的焊接HAZ自然冷却曲线最接近实际焊接状态的温度-时间曲线，从而得到与实际焊接更为相近的组织。
可选的，所述热模拟试验机可以为Gleeble 3800热模拟试验机。
优选的，所述应变量为被测试金属材料的绝对膨胀值或膨胀率，其通过应变仪实时检测获得，所述应变仪放置在被测试金属材料试样均温区窄边。
优选的，所述温度通过热电偶实时监测获得，所述热电偶放置在被测试金属材料试样均温区宽边。
其中，所述焊接热循环处理的焊接热循环曲线可以使用两个温度的时间差表示，如t1300/250:150s表示试样由1300℃降至250℃所用的时间为150秒。
优选的，所述不同焊接热循环处理为至少5组不同参数的焊接热循环处理，焊接热循环处理的焊接热循环曲线可以表示为，如，tx/y:150s、tx/y:300s、tx/y:500s、tx/y:1000s、tx/y:2000s(其中，x为试样的起始温度，y为试样冷却后的温度)。在其它一些实施例中，对试样进行的焊接热循环处理的组数可以为6组、7组或更多组，试样由温度x降至温度y的时间也可以设定为其它值，在此本发明不作具体限定。
其中，所述金相组织、所述硬度和所述冲击韧性的检测为焊接HAZ组织状态、性能的评价指标，均采用本领域公知的方法进行，本发明在此不做详细说明。
(2)根据(1)实时检测到的应变量和温度，获得被测试金属材料分别在不同焊接热循环处理下的应变-温度曲线和温度-时间曲线。
其中，所述被测试金属材料在不同焊接热循环处理下的应变-温度曲线可以绘制在不同的图中，也可以绘制在同一张图中。
其中，所述被测试金属材料在不同焊接热循环处理下的温度-时间曲线绘制在同一张图中。
(3)根据所述应变-温度曲线获取所述被测试金属材料在不同焊接热循环处理下的相变点。
其中，所述相变点通过切线法或顶点法获取。
(4)连接所述温度-时间曲线上的相变点，并记录金相组织、相变点、硬度和冲击韧性，获得焊接热影响区自然冷却组织转变曲线图。
具体的，将不同焊接热循环处理下的温度-时间曲线绘制在同一张图中，然后连接相变点，并标注每个焊接热循环处理下对应得到的金相组织、相变点、硬度和冲击韧性，获得焊接热影响区自然冷却组织转变曲线图。
本发明的焊接热影响区自然冷却组织转变曲线图中，每条曲线代表一个焊接热循环下的自然冷却组织转变曲线，曲线下标注其得到试样的金相组织、硬度、冲击韧性等性能指标，为金属材料的焊接提供直接的技术指导。
下面以T4003不锈钢作为试验材料对本发明的焊接热影响区自然冷却组织转变曲线图的测定方法进行详细说明。
将T4003不锈钢加工成5mm×10mm×55mm冲击试样，放入Gleeble 3800热模拟试验机中，在试样均温区宽边放置热电偶，在试样均温区窄边放置应变仪。使用Gleeble 3800热模拟试验机中焊接HAZ模拟程序对试样进行试验，试验参数以由1300℃降低至250℃的时间表征，分别取150s、300s、500s、1000s、2000s。试验中实时记录温度、应变数据，热模拟试验后测量试样金相、硬度、常温冲击值，具体请见表1。绘制试样在上述时间表征下的应变-温度曲线和温度-时间曲线。在应变-温度曲线上，使用切线法测量试样在上述时间表征下的相变点。将各时间表征下的温度-时间曲线绘制在一张图上，连接相变点，并标注每个焊接热输入条件对应得到的金相组织、相变点、硬度和冲击韧性值，获得焊接热影响区自然冷却组织转变曲线图，具体请见图4。
表1热模拟试验后T4003不锈钢的金相、硬度、常温冲击值测试结果
T<sub>1300/250</sub> 150s 300s 500s 1000s 2000s
晶粒度 5级 5级 4级 4级 4级
硬度(HV5) 215 240 259 242 180
常温冲击值(半试样) 7.4J 6.4J 6.4J 5.6J 3.4J
通过图4可知，在本发明的焊接热影响区自然冷却组织转变曲线图中，每条曲线代表一个焊接热循环下的自然冷却组织转变曲线，曲线下标注其得到试样的金相组织、硬度、冲击韧性等性能指标，为金属材料的焊接提供直接的技术指导。
实际焊接生产中所测得的热循环曲线一定处于SHNCT图中两条曲线之间，相应的，实际焊接生产的焊接接头的性能也处于两条曲线所对应的焊接接头的性能区间内，从而判断此焊接接头是否满足要求。
另一方面，本发明提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现上述的焊接热影响区自然冷却组织转变曲线图的测定方法。
又一方面，本发明提供了一种计算机设备，包括存储器，处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现上述的焊接热影响区自然冷却组织转变曲线图的测定方法。
应当理解，为了精简本公开并帮助理解各个发明方面中的一个或多个特征，在上面对本发明的示例性实施例的描述中，本发明的各个特征有时被一起分组到单个实施例、图、或者对其的描述中。然而，并不应将该公开的方法解释成反映如下意图：即所要求保护的本发明要求比在每个权利要求中所明确记载的特征更多的特征。更确切地说，如权利要求书所反映的那样，发明方面在于少于前面公开的单个实施例的所有特征。因此，遵循具体实施方式的权利要求书由此明确地并入该具体实施方式，其中每个权利要求本身都作为本发明的单独实施例。
此外，本领域的技术人员能够理解，尽管实施例包括其它实施例中所包括的某些特征而不是其它特征，但是不同实施例的特征的组合意味着处于本发明的范围之内并且形成不同的实施例。例如，在权利要求书中，所要求保护的实施例的任意之一都可以以任意的组合方式来使用。
应该注意的是上述实施例对本发明进行说明而不是对本发明进行限制，并且本领域技术人员在不脱离所附权利要求的范围的情况下可设计出替换实施例。单词“包括”不排除存在未列在权利要求中的方法或步骤。本发明可以借助于包括有若干不同元件的硬件以及借助于适当编程的计算机来实现。

Claims (9)

1.一种焊接热影响区自然冷却组织转变曲线图的测定方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)实时获取被测试金属材料分别在不同焊接热循环处理下的应变量和温度，焊接热循环处理结束后检测被测试金属材料的金相组织、硬度和冲击韧性；
(2)获得被测试金属材料分别在不同焊接热循环处理下的应变-温度曲线和温度-时间曲线；
(3)根据所述应变-温度曲线获取所述被测试金属材料在不同焊接热循环处理下的相变点；
(4)在所述温度-时间曲线上连接所述相变点，并记录金相组织、相变点、硬度和冲击韧性，获得焊接热影响区自然冷却组织转变曲线图。
2.根据权利要求1所述的测定方法，其特征在于，所述焊接热循环处理的冷却根据热模拟试验机中的焊接HAZ自然冷却曲线进行。
3.根据权利要求1所述的测定方法，其特征在于，所述应变量为绝对膨胀值或膨胀率。
4.根据权利要求1所述的测定方法，其特征在于，所述相变点通过切线法或顶点法获取。
5.根据权利要求1所述的测定方法，其特征在于，所述不同焊接热循环处理为至少5组不同参数的焊接热循环处理。
6.根据权利要求1所述的测定方法，其特征在于，在步骤(1)前，还包括，将被测试金属材料按照焊接HAZ热模拟试样的尺寸制样。
7.根据权利要求1所述的测定方法，其特征在于，所述应变量和所述温度分别通过应变仪和热电偶实时监测获得。
8.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，该程序被处理器执行时实现如权利要求1-7中任一项所述的方法。
9.一种计算机设备，包括存储器，处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述程序时实现如权利要求1-7中任一项所述的方法。
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