CN112975073B - 一种合金钢焊缝晶粒形貌控制方法 - Google Patents

一种合金钢焊缝晶粒形貌控制方法 Download PDF

Info

Publication number
CN112975073B
CN112975073B CN202110173587.6A CN202110173587A CN112975073B CN 112975073 B CN112975073 B CN 112975073B CN 202110173587 A CN202110173587 A CN 202110173587A CN 112975073 B CN112975073 B CN 112975073B
Authority
CN
China
Prior art keywords
welding
layer
weld
seam
temperature
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN202110173587.6A
Other languages
English (en)
Other versions
CN112975073A (zh
Inventor
韩天鹏
刘福广
冯琳杰
张巍
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Xian Thermal Power Research Institute Co Ltd
Huaneng Pingliang Power Generation Co Ltd
Original Assignee
Xian Thermal Power Research Institute Co Ltd
Huaneng Pingliang Power Generation Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Xian Thermal Power Research Institute Co Ltd, Huaneng Pingliang Power Generation Co Ltd filed Critical Xian Thermal Power Research Institute Co Ltd
Priority to CN202110173587.6A priority Critical patent/CN112975073B/zh
Publication of CN112975073A publication Critical patent/CN112975073A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN112975073B publication Critical patent/CN112975073B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K9/00—Arc welding or cutting
    • B23K9/235—Preliminary treatment
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K9/00—Arc welding or cutting
    • B23K9/02—Seam welding; Backing means; Inserts

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Arc Welding In General (AREA)

Abstract

本发明公开了一种合金钢焊缝晶粒形貌控制方法，通过数值模拟，获得在焊接热输入条件下焊缝过热区、相变重结晶区、不完全重结晶区及再结晶区宽度，并据此分析设定焊缝控制高度。完成第一层焊缝焊接，将焊缝打磨至设定高度，随后通过后续5层焊缝固定热输入及焊层高度控制，确保首层焊缝经历1150℃，900‑1150℃，727‑980℃、600‑727℃及600‑727℃的5次加热，完成首层焊缝晶粒形貌改善。重复上述焊接加热步骤，完成全焊缝晶粒形貌改善。本发明提供的方法无需额外辅助设备，仅通过焊接自身工艺控制即可完成焊缝及热影响区晶粒形貌控制，改善后的焊缝及热影响区晶粒细小，柱状晶及粗晶大幅减少。

Description

一种合金钢焊缝晶粒形貌控制方法
技术领域
本发明属于金属材料焊接技术领域，具体涉及一种火电厂合金钢焊缝晶粒形貌控制方法。
背景技术
在焊接过程中，焊缝熔池内柱状晶优先生长，焊缝极少有机会生成等轴晶，从而在焊缝内部形成粗大的柱状晶结构。粗大柱状晶结构协同变形能力差，使材料的形变过程容易发生裂纹扩展，减小晶粒的内聚强度，从而恶化了焊缝的使用性能。另外，焊接热影响区中存在粗晶组织，同样是焊缝中的薄弱部位。因此，如何优化焊缝及热影响区组织，进而改善焊缝力学性能对提高焊接结构安全性具有重要意义。
目前常用的焊缝组织调控方法有熔池搅拌、机械振动及超声波振动等多种方法。上述工艺方法实施均需借助辅助设备实现，甚至需根据工件设计特殊工装夹具，实施成本较高，同时对于部分现场焊接工作而言，受空间或结构影响，难以采用辅助设备完成焊缝组织细化。另外上述方法虽然能改善焊缝组织性能，但还存在一定局限，例如上述方法对热影响区的组织性能改善效果有限，超声波振动多针对镁铝合金使用，合金钢应用较少。
因此开发一种无辅助设备的合金钢全焊缝晶粒形貌控制方法具有重大工程意义。
发明内容
本发明的目的是提供一种合金钢焊缝晶粒形貌控制方法，改善焊缝组织性能。
本发明所采用的技术方案如下：
一种合金钢焊缝晶粒形貌控制方法，包括以下几个步骤：
步骤1：在焊接热输入为W条件下，通过焊接数值模拟得到单道单层焊缝温度场，根据温度场获得单层焊缝高度H1、过热区宽度H2、正火区宽度H3、部分相变区宽度H4及回火区宽度H5；
步骤2：依据焊缝各区域尺寸，设定单层焊缝高度H，H＝H1-(H2+H3+H4+H5)/4；
步骤3：对焊接区域进行打磨，清除表面氧化层和污染物，母材预热至150℃后采用氩弧焊或手工电弧焊进行第一层焊缝焊接，焊接热输入控制为W，焊材选用与母材相同材质；
步骤4：进行第二层焊缝焊接，焊接前将第一层焊缝高度打磨至H，焊接热输入与步骤3相同，使第一层焊缝温度超过1150℃；
步骤5：进行第三层焊缝焊接，焊接前将二层焊缝高度打磨至H，焊接热输入与步骤3相同，使第一层焊缝温度达到900-1150℃；
步骤6：进行第四层焊缝焊接，焊接前将三层焊缝高度打磨至H，焊接热输入与步骤3相同，使第一层焊缝温度达到727-900℃；
步骤7：进行第五层焊缝焊接，焊接前将四层焊缝高度打磨至H，焊接热输入与步骤3相同，使第一层焊缝温度达到600-727℃；
步骤8：进行第六层焊缝焊接，焊接前将五层焊缝高度打磨至H，焊接热输入与步骤3相同，使第一层焊缝温度达到600-727℃；
步骤9：经步骤4至步骤8完成第一层焊缝晶粒形貌控制，重复步骤4至步骤8完成第二层焊缝及以上层晶粒形貌的控制。
所述焊接热输入W通过焊接速度、焊接电流、焊接电压以及焊条直径控制。
所述步骤1中焊接数值模拟的焊接热源以高斯热源形式加载，工件散热以综合换热系数的形式加载，工件底面增加底面换热。
所述步骤5中，使第一层焊缝达到最佳温度为980℃。
所述步骤6中，使第一层焊缝达到最佳温度为810℃。
所述步骤7中，使第一层焊缝达到最佳温度为690℃。
所述步骤8中，使第一层焊缝达到最佳温度为650℃。
本发明的有益效果是，通过焊接数值模拟获得焊缝控制高度，通过控制焊接热输入、焊缝高度及5次焊缝自加热的方法综合影响第一层焊缝及热影响区温度，从而达到控制焊缝及热影响区晶粒形貌的效果，进一步改善焊缝性能。本发明提供的方法无需额外辅助设备，仅通过焊接自身工艺控制即可完成焊缝及热影响区晶粒形貌控制，改善后的焊缝及热影响区晶粒细小，柱状晶及粗晶大幅减少。
附图说明
图1是本发明工艺工序流程图。
图2a、图2b、图2c和图2d分别是本发明实施例1所获得的过热区、相变重结晶区、不完全相变重结晶区及再结晶区温度场图像。
图3a和图3b是本发明实施例1所获得的热影响区的200倍金相组织晶粒形貌变化，图3a为粗大等轴晶，图3b为细小晶粒。
图4a和图4b是本发明实施例1所获得的焊接接头的200倍金相组织晶粒形貌变化，图4a为粗大柱状晶，图4b为细小晶粒。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。
如图1所示，本发明提供了一种合金钢焊缝晶粒形貌控制方法，包括以下几个步骤：
步骤1：根据焊条尺寸、焊接电流、焊接电压、焊接速度设定焊接热输入为W，在热输入W条件下进行焊接数值模拟，焊接热源以高斯热源形式加载，工件散热以综合换热系数的形式加载，工件底面增加底面换热。根据焊接数值模拟温度场确定单层焊缝高度H1、过热区宽度H2、正火区宽度H3、部分相变区宽度H4及回火区宽度H5。
步骤2：依据焊缝各区域尺寸，设定单层焊缝高度为H＝H1-(H2+H3+H4+H5)/4。
步骤3：对焊接区域进行打磨，清除表面氧化层和污染物，母材预热至150℃后采用氩弧焊或手工电弧焊进行第一层焊缝焊接，焊接热输入控制为W，焊材选用与母材相同材质。
步骤4：进行第二层焊缝焊接，焊接前将第一层焊缝高度打磨至H，焊接热输入与步骤3相同，使第一层焊缝温度超过1150℃。
步骤5：进行第三层焊缝焊接，焊接前将二层焊缝高度打磨至H，焊接热输入与步骤3相同，使第一层焊缝温度达到900-1150℃。
步骤6：进行第四层焊缝焊接，焊接前将三层焊缝高度打磨至H，焊接热输入与步骤3相同，使第一层焊缝温度达到727-900℃。
步骤7：进行第五层焊缝焊接，焊接前将四层焊缝高度打磨至H，焊接热输入与步骤3相同，使第一层焊缝温度达到600-727℃。
步骤8：进行第六层焊缝焊接，焊接前将5层焊缝高度打磨至H，焊接热输入与步骤3相同，使第一层焊缝温度达到600-727℃。
步骤9：经步骤4至步骤8完成第一层焊缝晶粒形貌控制，重复步骤4至步骤8可完成后续焊缝(2层及以上)晶粒形貌的控制。
实施例1
15CrMo钢焊缝晶粒形貌控制：在3.2mm焊条、焊接速度为80mm/s、电流为110A，电压为85V工艺参数下的焊接热输入模拟计算15CrMo钢焊接过程，得到单层焊缝高度为2.8mm，过热区的宽度为1.5mm，相变重结晶区的宽度为1.0mm，不完全相变重结晶区的宽度为1.0～mm，再结晶区的宽度为1.0mm，据此设定单层焊缝高度为1.6mm。对待焊接表面进行机械打磨，去掉表面氧化层和污染物，采用火焰加热的方式对修复部位进行预热，预热至150℃左右。采用手焊条电弧焊进行待控制焊层的焊接，采用直径为3.2mm的焊条，焊条型号：E5515-B2，焊接速度为80mm/s、电流为110A，电压为85V，层间温度控制在200～250℃。随后进行第二层焊缝焊接，将第一层焊缝高度打磨至1.6mm，焊接中严格控制工艺参数不变，保证焊接热输入固定，第一层焊缝温度达到1250℃；进行3-6层焊缝焊接，每层焊接前将前序焊缝高度打磨至1.6mm，焊接热输入保持不变，使第一层焊缝先后经历峰值温度900℃、750℃、690℃、650℃的热作用，随即完成首层焊缝形貌控制。重复上述步骤，完成全部焊缝的焊接。
图2a、图2b、图2c和图2d所示，分别为该实施例中数值模拟温度场显示得过热区、相变重结晶区、不完全相变重结晶区及再结晶区图像。
如图3a和图3b所示，为该实施例获得的热影响区晶粒形貌变化，经焊缝晶粒形貌控制后，由图3a中的粗大等轴晶转变为图3b的细小晶粒。
如图4a和图4b所示，为该实施例获得的首层焊缝晶粒形貌变化，经焊缝晶粒形貌控制后，由图4a中的粗大柱状晶转变为图4b的细小晶粒。

Claims (7)

1.一种合金钢焊缝晶粒形貌控制方法，其特征在于，包括以下几个步骤：
步骤1：在焊接热输入为W条件下，通过焊接数值模拟得到单道单层焊缝温度场，根据温度场获得单层焊缝高度H1、过热区宽度H2、正火区宽度H3、部分相变区宽度H4及回火区宽度H5；
步骤2：依据焊缝各区域尺寸，设定单层焊缝高度H，H＝H1-(H2+H3+H4+H5)/4；
步骤3：对焊接区域进行打磨，清除表面氧化层和污染物，母材预热至150℃后采用氩弧焊或手工电弧焊进行第一层焊缝焊接，焊接热输入控制为W，焊材选用与母材相同材质；
步骤4：进行第二层焊缝焊接，焊接前将第一层焊缝高度打磨至H，焊接热输入与步骤3相同，使第一层焊缝温度超过1150℃；
步骤5：进行第三层焊缝焊接，焊接前将二层焊缝高度打磨至H，焊接热输入与步骤3相同，使第一层焊缝温度达到900-1150℃；
步骤6：进行第四层焊缝焊接，焊接前将三层焊缝高度打磨至H，焊接热输入与步骤3相同，使第一层焊缝温度达到727-900℃；
步骤7：进行第五层焊缝焊接，焊接前将四层焊缝高度打磨至H，焊接热输入与步骤3相同，使第一层焊缝温度达到600-727℃；
步骤8：进行第六层焊缝焊接，焊接前将五层焊缝高度打磨至H，焊接热输入与步骤3相同，使第一层焊缝温度达到600-727℃；
步骤9：经步骤4至步骤8完成第一层焊缝晶粒形貌控制，重复步骤4至步骤8完成第二层焊缝及以上层晶粒形貌的控制。
2.根据权利要求1所述的合金钢焊缝晶粒形貌控制方法，其特征在于：所述焊接热输入W通过焊接速度、焊接电流、焊接电压以及焊条直径控制。
3.根据权利要求1所述的合金钢焊缝晶粒形貌控制方法，其特征在于：所述步骤1中焊接数值模拟的焊接热源以高斯热源形式加载，工件散热以综合换热系数的形式加载，工件底面增加底面换热。
4.根据权利要求1所述的合金钢焊缝晶粒形貌控制方法，其特征在于：所述步骤5中，使第一层焊缝达到温度为980℃。
5.根据权利要求1所述的合金钢焊缝晶粒形貌控制方法，其特征在于：所述步骤6中，使第一层焊缝达到温度为810℃。
6.根据权利要求1所述的合金钢焊缝晶粒形貌控制方法，其特征在于：所述步骤7中，使第一层焊缝达到温度为690℃。
7.根据权利要求1所述的合金钢焊缝晶粒形貌控制方法，其特征在于：所述步骤8中，使第一层焊缝达到温度为650℃。
CN202110173587.6A 2021-02-06 2021-02-06 一种合金钢焊缝晶粒形貌控制方法 Active CN112975073B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202110173587.6A CN112975073B (zh) 2021-02-06 2021-02-06 一种合金钢焊缝晶粒形貌控制方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202110173587.6A CN112975073B (zh) 2021-02-06 2021-02-06 一种合金钢焊缝晶粒形貌控制方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN112975073A CN112975073A (zh) 2021-06-18
CN112975073B true CN112975073B (zh) 2022-06-21

Family

ID=76347742

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202110173587.6A Active CN112975073B (zh) 2021-02-06 2021-02-06 一种合金钢焊缝晶粒形貌控制方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN112975073B (zh)

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0163828A1 (de) * 1984-06-06 1985-12-11 Man Gutehoffnungshütte Gmbh Verfahren zur Herstellung eines Konstruktionsteils durch formgebende Auftragsschweissung, sowie nach dem Verfahren hergestelltes Konstruktionsteil
DE19944972A1 (de) * 1999-09-15 2001-04-12 Smb Stahl Und Walzwerk Service Verfahren zur Wärmeführung beim Metall-Inertgas- oder Metall-Aktivgasschweißen von metallischen Werkstoffen
JP2006068757A (ja) * 2004-08-31 2006-03-16 Jfe Steel Kk マルテンサイト系ステンレス鋼管円周溶接継手の製造方法
CN101927396A (zh) * 2009-06-19 2010-12-29 攀钢集团攀枝花钢铁研究院有限公司 一种多层焊焊接钢板的方法
CN106695144A (zh) * 2015-07-17 2017-05-24 机械科学研究院哈尔滨焊接研究所 一种由低合金高强钢制成的核电设备的焊接修复方法
CN109722510A (zh) * 2019-02-01 2019-05-07 浙江师范大学 优化先进高强韧特厚板粗晶热影响区组织与性能的方法
CN111037143A (zh) * 2019-11-28 2020-04-21 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

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6845900B2 (en) * 2002-05-21 2005-01-25 Exxonmobil Upstream Research Company Methods for producing weld joints having thermally enhanced heat-affected-zones with excellent fracture toughness

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0163828A1 (de) * 1984-06-06 1985-12-11 Man Gutehoffnungshütte Gmbh Verfahren zur Herstellung eines Konstruktionsteils durch formgebende Auftragsschweissung, sowie nach dem Verfahren hergestelltes Konstruktionsteil
DE19944972A1 (de) * 1999-09-15 2001-04-12 Smb Stahl Und Walzwerk Service Verfahren zur Wärmeführung beim Metall-Inertgas- oder Metall-Aktivgasschweißen von metallischen Werkstoffen
JP2006068757A (ja) * 2004-08-31 2006-03-16 Jfe Steel Kk マルテンサイト系ステンレス鋼管円周溶接継手の製造方法
CN101927396A (zh) * 2009-06-19 2010-12-29 攀钢集团攀枝花钢铁研究院有限公司 一种多层焊焊接钢板的方法
CN106695144A (zh) * 2015-07-17 2017-05-24 机械科学研究院哈尔滨焊接研究所 一种由低合金高强钢制成的核电设备的焊接修复方法
CN109722510A (zh) * 2019-02-01 2019-05-07 浙江师范大学 优化先进高强韧特厚板粗晶热影响区组织与性能的方法
CN111037143A (zh) * 2019-11-28 2020-04-21 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

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
9%Cr-1%Mo耐热钢焊缝金属显微组织特征解析;王红鸿等;《焊接学报》;20080925(第09期);第94-98+120-121页 *
低合金钢自动回火焊接过程中热影响区组织转变;叶义海等;《电焊机》;20180120(第01期);第67-72页 *

Also Published As

Publication number Publication date
CN112975073A (zh) 2021-06-18

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN109623180B (zh) 一种镁合金的丝材电弧增材制造方法
CN105226479A (zh) 一种管式导电杆的制备方法、液压胀形装置及管式导电杆
CN104175014A (zh) 一种用于大型薄壁构件精确焊接成型装置及精密加工方法
CN109807560B (zh) 一种铜合金的丝材电弧增材制造方法
CN103659184A (zh) 一种散热底板的焊接方法
CN108788385A (zh) 以q345r低合金钢为基层、904l不锈钢为复层的不锈钢复合板焊接方法
CN111299805B (zh) 一种基于啃削辅助的厚板窄间隙焊接方法
CN102398105A (zh) X80钢级埋弧自动焊管件整体调质处理的工艺方法
CN114101913A (zh) 叶片铸件深槽用补焊方法
CN211490070U (zh) 轴向摩擦焊与线性摩擦焊过程中的加热装置
CN112975073B (zh) 一种合金钢焊缝晶粒形貌控制方法
CN114406512B (zh) 一种用于异种合金的焊接及电脉冲热处理工艺
JP5305195B2 (ja) 金属材の溶接方法
CN110303227B (zh) 一种核电大型贯穿件焊接及焊后处理方法及其应用
CN104526254A (zh) 四辊卷板机机架断裂的焊接修复方法
CN109454333A (zh) 旋压件环缝激光-gma复合焊接方法
CN112247359B (zh) 新型双光束激光复合激光填粉焊接方法及装置
CN109079288A (zh) 灰铸铁铸件中小缺陷补焊工艺
CN103600168B (zh) 采用施加点状预加应力对大型薄壁金属工件焊接的方法
CN110773894B (zh) 一种大拘束度结构组件的焊接热影响区再热裂纹控制方法
CN109807561B (zh) 一种Al-Mg合金的丝材电弧增材制造方法
CN109570766B (zh) 一种铝合金板材焊接方法
CN106425328B (zh) 一种QCr0.8与高强不锈钢的CMT焊接工艺
Omiyale et al. Influence of Manufacturing Parameters on the Improvement of Surface Quality of Wire Arc Additive Manufacturing of Aluminium Alloys: An Overview
CN118699518A (zh) 航空发动机焊接组件分段焊接方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant