[发明专利]焊接过程针状铁素体形核生长规律的测试及应用方法

说明书

一种焊接过程针状铁素体形核生长规律的测试及应用方法，测试方法为：(1)将EH420船板钢加工成试样，抛光后置于坩埚内；(2)以5±0.1℃/s的升温速度加热至1350±10℃保温；(3)第一次降温至800±10℃，第二次降温至500±10℃；(4)通过高温激光共聚焦显微镜观察，记录奥氏体向针状铁素体转变的过程；(5)根据记录结果中针状铁素体板条的生长数据，制成针状铁素体的长度‑时间温度关系曲线图；确定EH420船板钢形成不同尺寸的针状铁素体的形核时间和温度范围；应用方法为：通过公式对转变温度及时间进行估算，调整焊机的焊接电压、焊接电流和焊接速度，获得温度及时间参数，完成焊接。本发明可解决焊接厚板过程中焊缝性能不稳定、焊接随机性等问题。

技术领域

本发明属于冶金材料技术领域，特别涉及一种焊接过程针状铁素体形核生长规律的测试及应用方法。

背景技术

新一代船板钢如海洋平台用钢、舰船甲板用钢的大型化和高强度、高可焊性等发展趋势要求钢板在厚度增加的同时具有更高的综合性能，包括更高的力学性能、高效的加工性能以及优良的焊接性能等。传统低合金高强钢的焊接后焊缝性能(强度、韧性)较差，焊接效率差，成本高。焊缝易产生焊接冷裂纹，给厚板、特厚板、大型结构钢焊接及其后续应用带来困难。目前，海洋平台用钢、舰船甲板用钢等中厚、特厚板常采用大线能量焊接技术以提高效率和降低成本。因此，在追求高强度的同时，在大线能量输入情况下改善钢板的焊接性能越来越迫切。

钢大线能量焊接的主要难点在于焊接后钢焊缝热影响区(HAZ)的强度和韧性随着输入线能量的增大而降低。因此，HAZ的韧性成为制约钢大线能量焊接技术推广应用的关键因素。目前提高HAZ的韧性的方法主要有：(1)降低C含量和C当量、利用微合金元素和氧化物冶金方法获得超低碳钢。(2)通过改进生产工艺，获得韧性好的原始组织如针状铁素体以及贝氏体。(3)晶粒细化，使焊接过程焊缝区域组织不会过度粗化而导致焊缝强度急剧下降。

传统焊接方法焊接后热影响区内组织为块状铁素体和珠光体，且多次重复焊接实验还会出现焊接性能波动较大的问题，焊接性能较差，焊接过程材料组织性能演变规律不清晰，实际焊接过程中组织性能的转变具有随机性，无法准确把控焊缝区域组织变形过程。因此，如何利用焊接过程中先形成的针状铁素体板条分割奥氏体晶粒，实现焊接热影响区晶粒细化，从而获得焊接过程铁素体形核生长规律及其在实际焊接中的应用具有重要意义。

发明内容

本发明的目的是提供一种焊接过程针状铁素体形核生长规律的测试及应用方法，采用高温共聚焦激光显微镜模拟焊接过程，实时原位观察焊接热影响区针状铁素体的转变行为，精确地揭示针状铁素体形核和长大的动态过程，通过原位观察及图形分析获得针状铁素体变形温度与时间的关系，获得最佳的焊接工艺，并应用于实际焊接，获得优异的钢材实际焊接性能。

本发明的焊接过程针状铁素体形核生长规律的测试方法按以下步骤进行：

1、将EH420船板钢加工成圆柱状的试样，抛光后置于氧化铝坩埚内；

2、将氧化铝坩埚置于高温炉中，以5±0.1℃/s的升温速度加热至1350±10℃，然后保温30s，完成完全奥氏体化过程，获得完全奥氏体化的试样；

3、将完全奥氏体化的试样进行第一次降温，降温至800±10℃，然后进行第二次降温，降温至500±10℃；

4、在第一次降温过程中，通过高温激光共聚焦显微镜对试样进行观察，每秒拍摄5次照片进行高温原位观察，记录奥氏体向针状铁素体转变的过程，获得记录结果；

5、根据记录结果中针状铁素体板条的生长数据，制成针状铁素体的长度-时间温度关系曲线图；根据该曲线图确定EH420船板钢形成不同尺寸的针状铁素体的形核时间和温度条件。

上述的试样直径3～5mm，高度2～7mm。

上述方法中，当第二次降温结束后，将试样以5±0.1℃/s的冷却速度降温至室温，完成对焊接热循环的模拟。