一种有效解决焊接热模拟试验试样鼓包的方法

摘要

本发明涉及一种有效解决焊接热模拟试验试样鼓包的方法，具体包括以下步骤：将材料按规定加工成11×11×71mm标准试样后，放入对应的方口型铜夹具中，再将两对铜夹具连同夹持的试样安装在试验舱中；安装时，先用顶块将右边的铜夹具固定，然后开启液压配合stroke轴向左移动，固定左边的铜夹具，在不断拧紧左边顶块的同时，使力值保持在‑50～+50kgf，且在试验运行前，先启动两次液压，使试样所受夹紧力有个较好的释放；当试样升温到1300‑1400℃时，就会减少鼓包现象的产生。本发明操作简单，大大提高了试验成功率，节约了试验时间和成本。

说明书

技术领域

本专利申请属于热模拟物理试验技术领域，更具体地说，是涉及一种有效解决焊接热模拟试验试样鼓包的方法。

背景技术

美国DSI公司生产的Gleeble系列热模拟试验机是目前比较先进的物理模拟设备的。利用该设备可研究成分与各工艺参数对组织和性能的影响，用于指导产品设计和实际生产工艺的制定，并有助于建立数学模型。

海洋工程用钢多应用于海洋平台结构中的关键部位，而海洋平台结构是超大型焊接结构，对钢的焊接性能有严格的要求。由于海洋环境恶劣, 各类船舶及海洋工程用钢在海洋环境中极易发生材料力学性能恶化甚至失效, 影响其服役稳定性和安全性, 严重时还会造成巨大的经济损失。为了保证船舶及海洋工程的服役性能，海洋工程用钢的研发不仅需要关注强度、塑韧性、耐腐蚀性和疲劳性能，还需特别关注焊接性能。

焊接热模拟技术广泛应用于材料物理加工领域，在焊接领域的应用也逐步扩大，尤其是焊接热影响区组织与性能方面。不同线能量的输入，对焊接热影响区组织与性能的影响不同，当大线能量输入焊接过程时，焊接热影响区受焊缝中高温熔敷金属的持续作用，长时间滞留于高温状态，且焊后 HAZ内冷却速度缓慢，这导致原奥氏体晶粒严重粗化，最终降低钢板强度和塑韧性，且在大线能量下，峰值温度较高，停留时间也较长，易出现如图1所示的鼓包现象（黑色曲线之间为鼓包处），导致试验失败。

发明内容

本发明需要解决的技术问题是提供一种有效解决焊接热模拟试验试样鼓包的方法，以解决在线能量较大、峰值温度较高的情况下，尽可能避免试样的鼓包问题。

为了解决上述问题，本发明所采用的技术方案是：

一种有效解决焊接热模拟试验试样鼓包的方法，具体包括以下步骤：

S1、将材料按要求加工成标准的试样；

S2、将正负两根电偶丝焊接在试样中心位置（具体为试样长度方向的中心位置），两个焊点间隔1~2mm，并将焊点处裸露的电偶丝用加热管套上；

S3、将试样放入两对铜夹具中，再将铜夹具连同夹持的试样安装在热模拟试验机的试验舱中；

S4、安装时，先用顶块将一侧（比如右边）的铜夹具固定；

S5、开启液压配合stroke轴向对侧（左侧）移动，从而固定另一侧（左边）的铜夹具，在最终拧紧该侧（左边）的顶块后，使力值保持在-50～+50kgf；

S6、为避免试样出现氧化现象，试验前对试验舱的腔体进行抽真空、充保护气操作，以在舱体内形成保护气氛；

S7、编写试验程序，通过输入密度、比热容、导热率、峰值温度、停留时间、升温速率、线能量、模拟板厚参数，程序自动生成t8/5时间；

S8、预启动试验，即试验前连续两次开启、关闭液压后再正式启动试验程序，以释放试样所受的夹持力；

S9、按照试验工艺，将试样逐步升温到1200℃~1400℃，在峰值温度停留数秒后进行降温，直到降温至300℃时停止试验，从而生成温度-时间曲线，其中，800~500℃降温时间即为t8/5时间；

S10、分析处理得到的温度-时间曲线；

S11、将热模拟后的试样机加工呈v型缺口，在450J摆锤冲击试验机上进行冲击试验，得到冲击韧性指标；

S12、将冲击试验后的试样经镶嵌、磨抛后，用硝酸酒精侵蚀，通过金相显微镜观察金相组织。

本发明技术方案的进一步改进在于：S1中，试样规格为11×11×71mm，试样所用材料为海洋工程用钢，试样表面粗糙度要小于3.2μm。

本发明技术方案的进一步改进在于：S2中，使用的加热管为石英管，试样中心位置指的是沿试样长度方向的中心位置。

本发明技术方案的进一步改进在于：S3中，热模拟试验机型号为Gleeble3800，铜夹具为两对楔形方口铜夹具。

本发明技术方案的进一步改进在于：S6中，腔体抽真空值为2×10

本发明技术方案的进一步改进在于：S9中，将试样以100℃/s的升温速率升到1300℃~1400℃，在峰值温度停留3s后进行降温。

本发明技术方案的进一步改进在于：当S9中的峰值温度低于1300℃时，S2中采用k型电偶丝；当S9中的峰值温度高于1300℃时，S2中采用铂铑的s型电偶丝。

本发明技术方案的进一步改进在于：S12中，用240 - 1000#砂纸研磨，用金刚石抛光膏抛光，用4%硝酸酒精侵蚀。

由于采用了上述技术方案，本发明取得的有益效果是：

本发明有效解决了大线能量、高峰值温度下试样鼓包问题，大大提高了试验成功率，试验成本低，易操作，试验数据准确、可靠，具有较高的推广应用价值。

附图说明

图1为试样鼓包现象示例图；

图2为本发明中试样的结构示意图；

图3为试样400kJ/cm线能量下得到的温度-时间曲线；

图4为试样在400kJ/cm线能量下的金相组织。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明做进一步详细说明。

本发明公开了一种有效解决焊接热模拟试验试样鼓包的方法，参见图1-图4，具体包括以下步骤：

S1、将材料按要求加工成标准的试样；

S2、将正负两根电偶丝焊接在试样中心位置，两个焊点间隔1~2mm，并将焊点处裸露的电偶丝用加热管套上；

S3、将试样放入两对铜夹具中，再将铜夹具连同夹持的试样安装在热模拟试验机的试验舱中；

S4、安装时，先用顶块将一侧的铜夹具固定；

S5、开启液压配合stroke轴向对侧移动，从而固定另一侧的铜夹具，在最终拧紧该侧的顶块后，使力值保持在-50～+50kgf；

S6、为避免试样出现氧化现象，试验前对试验舱的腔体进行抽真空、充保护气操作，以在舱体内形成保护气氛；

S7、编写试验程序，通过输入密度、比热容、导热率、峰值温度、停留时间、升温速率、线能量、模拟板厚参数，程序自动生成t8/5时间；

S8、预启动试验，即试验前连续两次开启、关闭液压后再正式启动试验程序，以释放试样所受的夹持力；

S9、按照试验工艺，将试样逐步升温到1200℃~1400℃，在峰值温度停留数秒后进行降温，直到降温至300℃时停止试验，从而生成温度-时间曲线，其中，800~500℃降温时间即为t8/5时间；

S10、分析处理得到的温度-时间曲线；

S11、将热模拟后的试样机加工呈v型缺口，在450J摆锤冲击试验机上进行冲击试验，得到冲击韧性指标；

S12、将冲击试验后的试样经镶嵌、磨抛后，用硝酸酒精侵蚀，通过金相显微镜观察金相组织。

S1中，试样规格为11×11×71mm，试样所用材料为海洋工程用钢，试样表面粗糙度要小于3.2μm。

S2中，使用的加热管为石英管，也可以为其他加热管。试样中心位置指的是沿试样长度方向的中心位置。

S3中，热模拟试验机型号为Gleeble3800，铜夹具为两对楔形方口铜夹具。

S6中，腔体抽真空值为2×10

S9中，将试样以100℃/s的升温速率升到1300℃~1400℃（此处选择1400℃），在峰值温度停留3s后进行降温。

当S9中的峰值温度低于1300℃时，S2中采用k型电偶丝；当S9中的峰值温度高于1300℃时，S2中采用铂铑的s型电偶丝。

S12中，用240 - 1000#砂纸研磨，用金刚石抛光膏抛光，用4%硝酸酒精侵蚀。

下面列举实施例进行详细说明，本实施例以海洋工程用钢为材料，试验要求获得完全马氏体组织，因此必须进行快速冷却，具体试验步骤如下：

采用Gleeble3800热模拟试验机进行试验，试样为11×11×71mm的长方体，参见图2。

将正负两根s型电偶丝焊接在试样长度方向的中心位置，并将焊点处裸露的电偶丝用石英管套上。

将试样放入两对对应的方口型铜夹具中，再将两对铜夹具连同夹持的试样安装在试验舱中；

安装试样时，先用顶块将右边的铜夹具固定；再开启液压配合stroke轴向左移动，固定左边的铜夹具，在最终拧紧左边顶块的后，使力值保持在-50～+50kgf；

为避免试样出现氧化现象，抽真空到一定值（2×10

利用设备自带的HAZ程序按工艺编制试验程序，按如下工艺进行试验：

1)按照要求输入对应的参数：钢密度7.8g/cm

2)预启动试验程序，连续两次开启、关闭液压，释放试样所受夹持力；

3)正式启动试验程序，按照设定的参数，将试样以100℃/s的速度升温到1400℃，停留3s后开始降温，直到300℃时停止试验；

4)待试样冷却后，打开试验舱门取出试样，标号，并机加工成v型缺口，进行冲击试验，得到温度-时间曲线，参见图3；

5)分析处理得到的温度-时间曲线；

6)将冲击后的试样切割，用240~1000#砂纸研磨，用金刚石抛光膏抛光，用4%硝酸酒精侵蚀，通过金相显微镜观察金相组织。

对试样焊接热影响区进行金相组织观察，参见图4为20μm下的金相组织图，由图可看出其组织明显粗化。

本发明的实施效果较好，有效避免了试样在400kJ/cm线能量下的鼓包问题，提高了试验成功率，为后续冲击韧性试验提供了保障，试验结果准确、可靠。