[发明专利]一种焊接结构件热影响区力学性能评估方法

说明书

本发明涉及一种焊接结构件热影响区力学性能评估方法，该方法基于焊接工艺参数，通过数学模型建立，确定不同厚度被测板热影响粗晶区的热循环曲线，对结构件的热影响区力学性能进行评估，基于热影响区力学性能结果，反过来对焊接工艺参数进行优化。本发明解决了无法直接通过结构件进行性能评估的问题，为焊接工艺参数优化奠定基础，为考虑层间温度的焊接热循环过程提供了依据。

技术领域

本发明属于焊接性能技术领域，具体涉及一种焊接结构件热影响区力学性能评估方法。

背景技术

焊接是金属结构件最常用的连接方式，工程应用中以熔化焊为主，大多数焊接方法在焊接过程中对焊缝周围母材微观组织和力学性能有很大的影响，甚至会导致热影响区焊接后发生开裂。但是，由于结构件焊缝形式多种多样，主要以角焊缝为主，无法直接取样测试其力学性能，另一方面，热影响区尺寸相对较小，无法单独取样观察，对于材料焊接工艺参数对热影响区微观组织和力学性能的影响是不清楚的，导致无法直接通过结构件性能评估进行工艺优化，很多情况下结构件的参数靠试板平焊的方式进行参数确定或者仅仅通过电弧和熔滴过渡的稳定性来评估焊接质量。

采用试板平焊的焊接参数焊接结构件无法预估结构件焊接接头质量好坏，简单地通过电弧行为和熔滴过渡的稳定性无法对结构件焊接参数进行准确优化，导致很多结构件在经过长时间的受力服役后，在焊缝周围发生断裂。

发明内容

本发明的目的是提供一种焊接结构件热影响区力学性能评估方法，解决了无法直接通过结构件进行性能评估的问题，为焊接工艺参数优化奠定基础，为考虑层间温度的焊接热循环过程提供了依据。

本发明的技术方案是，一种焊接结构件热影响区力学性能评估方法具体步骤如下：

第一步，建立Rykalin热循环模型；

Rykalin-2D导热模型表达式为：

当d≤d_e时，用Rykalin-2D导热计算式，此时r＝1，若dd_e时，则采用Rykalin-3D导热计算式，即：

式中Q为热输入线能量，单位为kJ；T₀为室温，通常取值25℃；T₁、T₂为用于决定冷却时间的温度，即起始温度T₁和中止温度T₂，单位为℃；d为被测板的实际板厚，单位为cm；d_e为等价板厚，即临界板厚，单位为cm；ρ为材料密度，单位为g/cm³；c为材料的比热容，单位为J/(g.℃)；Δt为从T₁到T₂的冷却时间，单位为s；l为材料的热导率，单位为W/(cm·℃)；e＝2.718281828459；。以钢铁为例，l＝0.2W/(cm·℃)；c＝0.502J/(g·℃)；ρ＝7.78g/cm3；

第二步，确定不同厚度被测板热影响粗晶区的热循环曲线；

首先计算公式(3)，然后将结果带入公式(2)，根据d和计算结果d_e确定采用Rykalin-2D还是Rykalin-3D模型计算r，最后计算带入公式(1)确定热影响粗晶区的热循环曲线，即热影响粗晶区温度T和时间t的关系曲线；

第三步，进行检测和焊接参数优化；

根据第一步的结果进行检测，首先将被测材料加工成11×11×55(mm)的试样，按照上述计算得到的热循环曲线在热模拟设备(Gleeble)中进行微观组织热模拟；然后将不同热循环下模拟的试样进行力学性能测试，得到不同焊接工艺参数下热影响区的力学性能；最后围绕不同焊接参数下结构件热影响区的力学性能进行焊接参数优化。