CN116252030A - 一种Gleeble热模拟试验机的闪光对焊试验方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种Gleeble热模拟试验机的闪光对焊试验方法，其方法步骤为：1）将试验材料按要求加工成长方体的试样，两个试样为一组进行试验；2）将正负两根热电偶丝焊接在其中一个试样上，焊点距试样的焊接面10～12mm、两个焊点上下间隔1～2mm，并在焊点处裸露的电偶丝套装石英管；3）将两个试样分别装卡在两个夹具之间，按要求对称安装在热模拟试验机的腔体中；要保证两个试样端面轻接触，并在热模拟试验机的腔体内形成保护气氛；4）根据闪光对焊试验的预设参数，按要求编制试验程序；5）所述试样进行试验；6）将试验后的试样经处理后，通过金相显微镜观察金相组织，测定硬度值。本方法模拟过程操作简单，成功率高，大大提高了焊接接头质量。

Description

一种Gleeble热模拟试验机的闪光对焊试验方法

技术领域

本发明属于焊接技术领域，尤其是一种Gleeble热模拟试验机的闪光对焊试验方法。

背景技术

随着经济的迅速发展以及对能源需求的日益増长，石油、天然气的运输量和运输距离不断増加，且由于管线运输是长距离输送石油、天然气最经济合理的运输方式，这就导致对高级别长输管道用钢的需求越来越急迫。X80管线钢是应用于长输油气管线建设中的最高钢级，因其特殊的服役条件，对其使用性能和焊接性能提出了更高的要求。焊接是最有效的油气管道连接方式，其焊接质量的优劣对管道运输起着决定性的重要影响。传统的焊接方法由于低温冲击韧性变差、焊接质量不稳定、焊接效率等技术问题已不能完全满足管道焊接的要求，为此，特采用一种新型焊接方法-闪光对焊，闪光对焊技术在管道焊接方面具有显著优势，其在解决现存技术难题方面表现出了更多的可行性，应用前景和范围越来越可观。

闪光对焊属于电阻对焊的一种，其原理是将两个工件对称放置并夹紧在焊接设备上，使焊接端面局部接触并通以电流，在电流作用下焊接端面被迅速加热，使接头达到一定的热变形程度，然后加压使热变形区域的金属因塑性流动形成接头的电阻焊方法。与传统焊接方法相比，闪光对焊热效率高、焊接质量好、可焊金属范围广，并且由于闪光的作用，使得焊接接头处形成自保护区，减少了对口金属被氧化的可能性；闪光后期由于高温液态金属的存在，能够将焊接接头的污物清除干净；且闪光对焊较少出现许多熔化焊接接头缺陷。因此，闪光对焊广泛应用于建筑、铁路、石油燃气运输和冶金工业等方面。

利用闪光对焊机进行闪光对焊试验时，有如下缺点：一是对材料的尺寸要求比较严格，焊件尺寸比较大，一旦失败，会造成材料的浪费；二是焊接过程中材料烧损较多同时伴有大量烟尘和飞溅，影响环境和安全；三是焊接参数控制不方便；因此需要闪光对焊试验进行模拟，以验证焊接效果。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种模拟过程操作简单、成功率高的Gleeble热模拟试验机的闪光对焊试验方法。

为解决上述技术问题，本发明所采取的方法步骤为：1）将试验材料按要求加工成长方体的试样，两个试样为一组进行试验；

2）将正负两根热电偶丝焊接在其中一个试样上，焊点距试样的焊接面10～12mm、两个焊点间隔1～2mm，并在焊点处裸露的电偶丝套装石英管；

3）将两个试样分别装卡在两个夹具之间，按要求对称安装在热模拟试验机的腔体中；要保证两个试样焊接面轻接触，并在热模拟试验机的腔体内形成保护气氛；

4）根据闪光对焊试验的预设参数，按要求编制试验程序；

5）所述试样以设定的升温速度进行升温，再按设定的闪光速度与留量进行第一次对接压缩，随后按设定的顶锻速度与留量进行第二次对接压缩；顶锻压缩结束后，按照设定的预留时间进行自然冷却；

6）将试验后的试样经处理后，通过金相显微镜观察焊缝、热影响区及母材的金相组织；再测定试样焊缝、热影响区及母材处的硬度值。

进一步的，所述步骤1）中，试验材料为X80管线用钢。

更进一步的，步骤5）中，所述试样以100～120℃/s升温到900～1100℃。

更进一步的，所述步骤5）中，预留10～20s进行自然冷却。

采用上述技术方案所产生的有益效果在于：本发明采用Gleeble3800热模拟试验机模拟闪光对焊试验过程，其原理同闪光对焊机类似，将一定尺寸的试验材料对称安装在试验腔体内，两个焊件轻接触，利用Gleeble热模拟试验机电阻加热的特点，当电流流过接触点时，触点金属迅速升温熔化形成闪光现象；随后施加一定的压力，直至焊口端面的液态金属被完全挤出；挤出的液态金属在焊缝周围形成残渣，焊口处的固态金属在压力的作用下发生塑性流动而使焊件连接在一起，压力保持一段时间后形成牢固的焊缝接头。本发明成功实现闪光对焊技术在Gleeble热模拟试验机上的应用，试验效果好，数据准确，一方面试样加工简单、操作便捷，大大节约了焊接材料，另一方面开发了新的试验方法，实现了Gleeble热模拟试验机的功能拓展，提高了设备利用效能；本发明模拟闪光对焊试验不仅与实际焊接过程接近，并且以小尺寸试样替代大尺寸试样，节约了试验材料，降低了试验成本；本发明模拟过程操作简单，成功率高，大大提高了焊接接头质量，试样处理过程中能够及时发现焊缝接头缺陷，为实际进行闪光对焊技术提供参考，具有一定的推广价值。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

图1为本发明所述试样的形状示意图；

图2为本发明所述实施例1中试样在焊缝处的金相组织；

图3为本发明所述实施例1中试样在热影响区处的金相组织；

图4为本发明所述实施例1中试样在母材处的金相组织；

图5为本发明所述实施例2中试样在焊缝处的金相组织；

图6为本发明所述实施例2中试样在热影响区处的金相组织；

图7为本发明所述实施例2中试样在母材处的金相组织；

图8为本发明所述实施例3中试样在焊缝处的金相组织；

图9为本发明所述实施例3中试样在热影响区处的金相组织；

图10为本发明所述实施例3中试样在母材处的金相组织；

图11为本发明所述实施例4中试样在焊缝处的金相组织；

图12为本发明所述实施例4中试样在热影响区处的金相组织；

图13为本发明所述实施例4中试样在母材处的金相组织；

图14为本发明所述实施例1-4中试样在焊缝、热影响区、母材处的硬度值。

图中：1-试样；2-焊点。

具体实施方式

实施例1-4：本Gleeble热模拟试验机的闪光对焊试验方法采用下述工艺步骤。

1）所述热模拟试验机型号为Gleeble3800，以X80管线用钢为试验材料；图1所示，将试验材料经机加工切割成长49～51mm、宽9～11mm、高4～6mm的长方体的试样1，最好为50×10×5mm长方体的试样1；试样1须车光，确保试样表面及端部无污渍、锈蚀等，每组试验需要两个试样。

2）图1所示，将正负两根热电偶丝焊接在其中一个试样1上，两个焊点2均位于试样的上表面，且均距焊接面10～12mm、两个焊点间隔1～2mm，两个焊点距离焊接面的距离最好相同；并将焊点处裸露的电偶丝用石英管套上；焊点2距离试样1焊接面10mm及10mm以内选择R型热电偶，10mm以上选择K型热电偶。另一个试样不焊接热电偶丝。各实施例的试样尺寸和焊点位置见表1；

表1：试样尺寸和焊点位置

。

3）将两个试样分别装卡在两个铜夹具之间，按要求对称安装在腔体中；试样一端与铜夹具边部齐平，用顶块顶紧，另一端裸露在铜夹具外侧，两个试样中心保持在一条水平线上，以防止顶锻的时候压斜、压偏；所述夹具材料为铬锆铜，强度、硬度、及导电导热均符合试验要求。安装完成后要保证两个试样1的焊接面轻接触，以便通过电流引起闪光现象；

4）为避免试样出现氧化现象，抽真空到2×10^-1torr及以下后充入氩气，在腔体内形成保护气氛。

5）利用设备自带的TAB程序按工艺编制试验程序，调整闪光速度、闪光留量等预设参数，按如下工艺进行试验：

将试样以100～120℃/s升温到900～1100℃，按设定的闪光速度1～5mm/s与闪光留量6～10mm进行第一次对接压缩；随后以10mm/s的顶锻速度与6mm留量进行第二次对接压缩；顶锻压缩结束后，预留10～20s进行自然冷却。各实施例的工艺参数见表2；

表2：各实施例的工艺参数

表2中，所述实施例试验是为了探究闪光速度和闪光留量对焊后性能的影响，所以顶端速度和留量保持为定值，升温速度以及升温后温度也最好为定值。

6）将试验后的试样经镶嵌、磨抛后，用体积分数为4%硝酸酒精侵蚀，通过金相显微镜观察焊缝、热影响区及母材的金相组织；图2-4分别为实施例1中试样在焊缝、热影响区、母材处的金相组织，图5-7分别为实施例2中试样在焊缝、热影响区、母材处的金相组织，图8-10分别为实施例3中试样在焊缝、热影响区、母材处的金相组织，图11-13分别为实施例4中试样在焊缝、热影响区、母材处的金相组织；采用维氏硬度计测定试样焊缝、热影响区及母材处的硬度值，图14为所述实施例1-4中试样在焊缝、热影响区、母材处的硬度值。由图2-图14可以看出，闪光速度或闪光流量过大会导致不同程度的晶粒粗化，出现魏氏组织等，降低接头性能，结合组织和硬度综合分析，确定本试验最优焊接参数是闪光速度1mm/s，闪光留量6mm。

Claims (4)

1.一种Gleeble热模拟试验机的闪光对焊试验方法，其特征在于，其方法步骤为：1）将试验材料按要求加工成长方体的试样（1），两个试样为一组进行试验；

2）将正负两根热电偶丝焊接在其中一个试样（1）上，焊点（2）距试样的焊接面10～12mm、两个焊点（2）间隔1～2mm，并在焊点处裸露的电偶丝套装石英管；

3）将两个试样（1）分别装卡在两个夹具之间，按要求对称安装在热模拟试验机的腔体中；要保证两个试样（1）焊接面轻接触，并在热模拟试验机的腔体内形成保护气氛；

4）根据闪光对焊试验的预设参数，按要求编制试验程序；

5）所述试样以设定的升温速度进行升温，再按设定的闪光速度与留量进行第一次对接压缩，随后按设定的顶锻速度与留量进行第二次对接压缩；顶锻压缩结束后，按照设定的预留时间进行自然冷却；

6）将试验后的试样经处理后，通过金相显微镜观察焊缝、热影响区及母材的金相组织；再测定试样焊缝、热影响区及母材处的硬度值。

2.根据权利要求1所述的一种Gleeble热模拟试验机的闪光对焊试验方法，其特征在于：所述步骤1）中，试验材料为X80管线用钢。

3.根据权利要求2所述的一种Gleeble热模拟试验机的闪光对焊试验方法，其特征在于：步骤5）中，所述试样以100～120℃/s升温到900～1100℃。

4.根据权利要求2或3所述的一种Gleeble热模拟试验机的闪光对焊试验方法，其特征在于：所述步骤5）中，预留10～20s进行自然冷却。

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