專利名稱：550～850MPa氣保焊焊縫強(qiáng)度的預(yù)測方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及焊接技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及氣保焊接技術(shù)領(lǐng)域，特別是氣保焊焊縫強(qiáng)度的預(yù)測 方法。
背景技術(shù)：
焊接接頭是鋼結(jié)構(gòu)重要部位，由于焊接接頭是在不平衡的熱狀態(tài)下產(chǎn)生的，其組織及性 能包括接頭的強(qiáng)度也是不平衡的。 一般要求焊接接頭的強(qiáng)度與基材相當(dāng)或略高于基材。焊縫 在焊接接頭中占有主要部分，因此焊縫強(qiáng)度很大程度上決定了焊接接頭的強(qiáng)度。
焊接強(qiáng)度由焊縫化學(xué)成分與焊接工藝決定。氣保焊焊接線能量一般為10 25kJ/cm，母材 熔入焊縫比例很少，因此焊縫成分主要由焊接材料即焊絲及保護(hù)氣體決定。由于焊接材料的 成分、焊接工藝存在很大的差異，確定焊縫強(qiáng)度有很大的困難。 一般是從選擇焊接材料開始 進(jìn)行大量焊接試驗(yàn)，具有一定的盲目性且費(fèi)時費(fèi)力，因此對焊縫強(qiáng)度進(jìn)行準(zhǔn)確的預(yù)測具有很 大的意義。
國內(nèi)外有關(guān)焊縫強(qiáng)度預(yù)測已有一定數(shù)量的研究，采用的方法有人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)[李連勝等. 結(jié)構(gòu)鋼焊條熔敷金屬的化學(xué)成分的人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測系統(tǒng).焊接，2002]、基于焊縫冷卻曲線
及各種組織的轉(zhuǎn)變計算等，但鮮見比較實(shí)用的。文獻(xiàn)[PH.BOURGETS，et al, Prediction of Mechanical Properties of Weld Metal Based on Some Metallurgical Assumptions. Mathematical Modelling of Weld Phenomena. London:The Institute of Materials, 1993] 按溫度將焊縫分成超臨界區(qū)、回火區(qū)等多個區(qū)域，并預(yù)測各區(qū)的比例。采用相關(guān)公式計算焊 縫中各區(qū)每種金相組織如馬氏體、貝氏體及鐵素體/珠光體的硬度，再計算強(qiáng)度，這種方法 較為復(fù)雜，且沒提及焊縫中主要組織針狀鐵素體硬度的計算。
對于550 850MPa強(qiáng)度的焊縫，主要組織是針狀鐵素體及先共析鐵素體。要進(jìn)行焊縫強(qiáng) 度的準(zhǔn)確預(yù)測，必須考慮焊縫化學(xué)成分及焊接工藝等多方面的因素的影響，進(jìn)行充分的驗(yàn)證 試驗(yàn)，預(yù)測系統(tǒng)應(yīng)該具有較強(qiáng)的操作性，能夠指導(dǎo)焊接材料的研發(fā)、焊接構(gòu)件生產(chǎn)時的焊接 材料選擇及焊接工藝制定，而目前還沒有550 850MPa氣保焊焊縫強(qiáng)度的預(yù)測方法的報道。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種550 850MPa氣保焊焊縫強(qiáng)度的預(yù)測方法，該 方法具有較高的準(zhǔn)確度，可用于550 850MPa中厚鋼板焊縫強(qiáng)度的預(yù)測方法。 本發(fā)明解決上述技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是-. 550 850MPa氣保焊焊縫強(qiáng)度的預(yù)測方法，其具體步驟為-(1)選定焊材，獲得焊材在指定鋼板上焊接焊縫化學(xué)成分的步驟；度;
該步驟至少獲得焊縫中C、 Si、 Mn、 Ni、 Cu、 Cr、 Mo、 V的重量含量；
(2) 設(shè)計焊接工藝的步驟；
該步驟至少確定輸入焊接輸入功率、焊接速度、指定鋼板預(yù)熱溫度、指定鋼板的特征溫
(3) 計算的步驟，具體為
焊縫強(qiáng)度& =19.13 xl(T4i/v2+1.89i/v+ 181.5 (1) 其中
焊縫綜合硬度 H^FAo/o'Hvi+Cl-FA%) Hv2
焊縫中針狀鐵素體硬度
//v, = —348 +185C +3305/+ 153Mw + 66iW十1440 + 191Mo + (" log vr (89 + 54C — 555/ - 22M" -10M - 20O - 33Mo)
焊縫中鐵素體硬度
/fv2 = 42 + 223C + 53& + 30M" + 13M' + 7CV + 19Mo + ( 3 ) log vr (10 -195/ +楊+ 80 + 130F)
FA%=0. 626+0. 635CE (4)
CE=C+Mn/6+(Ni+Cu)/15+(Cr+Mo+V)/5 (5)
(r —r。)2 (6)
g/v
上述公式中義為指定鋼板的導(dǎo)熱系數(shù)；《為輸入焊接輸入功率，單位W; v為焊接速 度，單位cm/S; T。為鋼板預(yù)熱溫度，單位°C; T為指定鋼板的特征溫度，單位°C;、為 焊縫冷速，單位開/小時；各元素為焊縫中各元素重量百分比含量，單位％;
上述步驟(1)具體為用選定焊材在指定鋼板上焊接，檢測焊縫的化學(xué)成分。
上述步驟(1)具體為檢測選定焊材的化學(xué)成分及指定鋼板的化學(xué)成分，計算獲得焊縫 的化學(xué)成分。
上述方法還包括 (4)根據(jù)步驟(3)獲得的焊縫強(qiáng)度作以下選擇
焊縫強(qiáng)度高于要求的焊縫強(qiáng)度，結(jié)束；
或，
焊縫強(qiáng)度低于要求的焊縫強(qiáng)度，重新選定焊材，重復(fù)步驟(1);
或，
焊縫強(qiáng)度低于要求的焊縫強(qiáng)度，重新設(shè)計焊接工藝，重復(fù)步驟(2)。 本發(fā)明方法引用多個計算式，提出了氣保焊縫針狀鐵素體比例FA《與焊絲碳當(dāng)量CE的關(guān)
5系，提出了 550 850MPa中厚鋼板焊縫強(qiáng)度的預(yù)測方法。結(jié)合科研實(shí)際進(jìn)行了大量試驗(yàn)進(jìn)行
驗(yàn)證，焊縫強(qiáng)度預(yù)測具有較高的準(zhǔn)確度，并成功地用于指導(dǎo)焊絲研發(fā)及焊接工藝的制定，起
到了良好的效果，大大節(jié)約研發(fā)及試驗(yàn)成本、提高成功率。
圖1為本發(fā)明方法實(shí)施例1的流程圖
圖2為本發(fā)明方法實(shí)施例2的流程圖
具體實(shí)施例方式
如圖1所示的本發(fā)明550 850MPa氣保焊焊縫強(qiáng)度的預(yù)測方法實(shí)施例1，其具體步驟為
(1) 選定焊材，獲得焊材在指定鋼板上焊接焊縫化學(xué)成分的步驟；具體為檢測選定焊
材的化學(xué)成分及指定鋼板的化學(xué)成分，計算獲得焊縫的化學(xué)成分。計算方法可采用焊絲到焊
縫的過渡系數(shù)計算，可參考CN101112737A公開的"一種高強(qiáng)0)2氣保焊絲"。 該步驟至少獲得焊縫中C、 Si、 Mn、 Ni、 Cu、 Cr、 Mo、 V的含量；
(2) 設(shè)計焊接工藝的步驟；
該步驟至少確定輸入焊接輸入功率(焊接電流和焊接電壓)、焊接速度、指定鋼板預(yù)熱溫 度、指定鋼板的特征溫度；
(3) 計算的步驟，具體為
焊縫強(qiáng)度i =19.13 xl(T4i/v2+1.8衡+181.5 (1) 其中-
焊縫綜合硬度 Hv-FAo/o'Hvi+Cl- FA%) Hv2
焊縫中針狀鐵素體硬度
=—348 +185C +3305V+ 153M" + 66M +144CV + 191Afo+ (" log vf (89 + 54C - 55&' - 22M" -1 (W/ - 20O - 33她)
焊縫中鐵素體硬度
7/v， = 42 + 223C + 535/ + 30她+13M' + 70 +19Mo + ,,、
log vr (10 -19S/ + + 80 +1
FA%=0. 626+0. 635CE (4)
CE=C+Mn/6+(Ni+Cu)/15+(Cr+Mo+V)/5 (5)
焊縫冷速v,—2;r;^-r。)2 (6)
r 《/V
上述公式中/l為指定鋼板的導(dǎo)熱系數(shù)；g為輸入焊接輸入功率，單位W; V為焊接速 度，單位Cm/S; T。為鋼板預(yù)熱溫度，單位°C; T為指定鋼板的特征溫度，單位°C ，這里 都設(shè)為700。C;、為焊縫冷速，單位開/小時；各元素為焊縫中各元素重量百分比含量，單位％。
(4)根據(jù)步驟(3)獲得的焊縫強(qiáng)度作以下選擇 焊縫強(qiáng)度高于要求的焊縫強(qiáng)度，結(jié)束； 或，
焊縫強(qiáng)度低于要求的焊縫強(qiáng)度，重新選定焊材，重復(fù)步驟(1); 或，
焊縫強(qiáng)度低于要求的焊縫強(qiáng)度，重新設(shè)計焊接工藝，重復(fù)步驟(2)。
如圖2所示的本發(fā)明550 850MPa氣保焊焊縫強(qiáng)度的預(yù)測方法實(shí)施例2，它與實(shí)施例1 的區(qū)別僅在于步驟(1)具體為用選定焊材在指定鋼板上焊接，檢測焊縫的化學(xué)成分。 該步驟至少獲得焊縫中C、 Si、 Mn、 Ni、 Cu、 Cr、 Mo、 V的含量。
本發(fā)明方法的步驟(3)所有公式可編于應(yīng)用軟件如Excel中，只要輸入相應(yīng)的化學(xué)成分 和焊接工藝參數(shù)即可得到結(jié)果，操作性強(qiáng)。由于它考慮的因素較為全面，包括化學(xué)成分、焊 縫冷速、典型組織的硬度及典型組織的比例，預(yù)測結(jié)果具有較高的準(zhǔn)確度。焊接工藝的影響 以焊縫特征溫度時的冷速表示，簡單易行。
本預(yù)測方法經(jīng)過了大量試驗(yàn)的驗(yàn)證，可成功地用于焊縫強(qiáng)度為550 850MPa的氣保護(hù)焊 接材料的開發(fā)和焊接工藝的制定。利用此方法，可以大大縮小焊材研發(fā)和焊接工藝制定試驗(yàn) 周期，省去大量試驗(yàn)費(fèi)用，提高新試產(chǎn)品初試合格率，創(chuàng)造了良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。
采用強(qiáng)度級別為550 850MPa的氣保焊絲進(jìn)行熔敷金屬焊接試驗(yàn)及典型試驗(yàn)的焊縫預(yù)測 化學(xué)成分及抗拉強(qiáng)度如表1所示。
表1:焊縫預(yù)測化學(xué)成分(wt%)及抗拉強(qiáng)度(MPa)
cSiMnNiCrMoCEAF%計算Rm實(shí)測Rm
0. 080. 441.31.70.400. 5195謝805
0. 060.41. 20.80. 25/0. 3890709705
0. 0650.411.22//0. 150.380641645
0. 080. 350.9/0.5/0. 3585684670
0. 060. 350.8///0. 19575581590
0. 060. 350.6///0. 1670553550
0. 060. 3510.5//0. 2688647650
0. 080. 421. 30.80. 35/0. 4490757755
0. 080. 401.321. 80.30.40. 5598828835熔敷金屬Vr = 250000K/h。
經(jīng)試驗(yàn)分析，焊縫CE與AF。/。的關(guān)系為APPO. 626+0. 635CE，其中CE=0. 18 0. 60。 將上述方法用于氣保焊焊絲的研制。為了使600MPa及690MPa級氣保焊絲焊縫有足夠的 強(qiáng)度富裕(5 10%的富裕)，計算出兩例典型的焊縫化學(xué)成分及預(yù)測結(jié)果，如表2所示，與實(shí)
測值比較吻合，研制的焊絲獲得成功。
表2:焊縫預(yù)測化學(xué)成分(wt%)及抗拉強(qiáng)度(MPa)
cSiMnNiCrMoCEAF%計算Rm實(shí)測Rm
0. 060. 341.2//0. 200. 3082648640
0.080. 421. 30.80. 35/0. 4490757755
Vr約為250000k/h.
另外用于X80等鋼焊接工藝的制定也獲得成功。
8
權(quán)利要求
1、550～850MPa氣保焊焊縫強(qiáng)度的預(yù)測方法，其具體步驟為(1)選定焊材，獲得焊材在指定鋼板上焊接焊縫化學(xué)成分的步驟；該步驟至少獲得焊縫中C、Si、Mn、Ni、Cu、Cr、Mo、V的重量含量；(2)設(shè)計焊接工藝的步驟；該步驟至少確定輸入焊接輸入功率、焊接速度、指定鋼板預(yù)熱溫度、指定鋼板的特征溫度；(3)計算的步驟，具體為焊縫強(qiáng)度Rm＝19.13×10-4Hv2+1.89Hv+181.5(1)其中焊縫綜合硬度Hv＝FA％·Hv1+(1-FA％)Hv2焊縫中針狀鐵素體硬度Hv1＝-348+185C+330Si+153Mn+66Ni+144Cr+191Mo+ (2)logvr(89+54C-55Si-22Mn-10Ni-20Cr-33Mo)焊縫中鐵素體硬度Hv2＝42+223C+53Si+30Mn+13Ni+7Cr+19Mo+ (3)logvr(10-19Si+4Ni+8Cr+130V)FA％＝0.626+0.635CE(4)CE＝C+Mn/6+(Ni+Cu)/15+(Cr+Mo+V)/5 (5)<maths id="math0001" num="0001" ><math><![CDATA[ <mrow><msub> <mi>v</mi> <mi>r</mi></msub><mo>=</mo><mo>-</mo><mn>2</mn><mi>πλ</mi><mfrac> <msup><mrow> <mo>(</mo> <mi>T</mi> <mo>-</mo> <msub><mi>T</mi><mn>0</mn> </msub> <mo>)</mo></mrow><mn>2</mn> </msup> <mrow><mi>q</mi><mo>/</mo><mi>v</mi> </mrow></mfrac><mo>-</mo><mo>-</mo><mo>-</mo><mrow> <mo>(</mo> <mn>6</mn> <mo>)</mo></mrow> </mrow>]]></math></maths>上述公式中λ為指定鋼板的導(dǎo)熱系數(shù)；q為輸入焊接輸入功率，單位W；v為焊接速度，單位cm/s；T0為鋼板預(yù)熱溫度，單位℃；T為指定鋼板的特征溫度，單位℃；vr為焊縫冷速，單位開/小時；各元素為焊縫中各元素重量百分比含量，單位％。
1、 550 850MPa氣保焊焊縫強(qiáng)度的預(yù)測方法，其具體步驟為(1) 選定焊材，獲得焊材在指定鋼板上焊接焊縫化學(xué)成分的步驟；該步驟至少獲得焊縫中C、 Si、 Mn、 Ni、 Cu、 Cr、 Mo、 V的重量含量；(2) 設(shè)計焊接工藝的步驟；該步驟至少確定輸入焊接輸入功率、焊接速度、指定鋼板預(yù)熱溫度、指定鋼板的特征溫(3) 計算的步驟，具體為-焊縫強(qiáng)度=19.13xl0-4//v2+1.89//V + 181.5 (1)其中焊縫綜合硬度-Hv-FAo/,Hvi+(1- FA%) Hv2焊縫中針狀鐵素體硬度//v, = -348 + 185C +33057+ 153她+66M + 1440 +191M + ("log v, (89 + 54C - - 22M"-麗/ - 20O - 33M))焊縫中鐵素體硬度怖2 = 42 + 223C + 535/ + 30M" +1+ 7CV + 19她+ ( 3 )log v, (10 -1957 + 4M' + 80 + 130K)FA%=0. 626+0. 635CE (4)CE=C+Mn/6+(Ni+Cu)/15+(Cr+Mo+V) /5 (5)(W)2 (6)《/v上述公式中/l為指定鋼板的導(dǎo)熱系數(shù)；9為輸入焊接輸入功率，單位W; V為焊接速度，單位cm/S; T。為鋼板預(yù)熱溫度，單位°C; T為指定鋼板的特征溫度，單位°C;、為焊縫冷速，單位開/小時；各元素為焊縫中各元素重量百分比含量，單位％。
2、 如權(quán)利要求l所述的方法，其特征在于步驟(1)具體為用選定焊材在指定鋼板上焊接，檢測焊縫的化學(xué)成分。
3、 如權(quán)利要求l所述的方法，其特征在于步驟(1)具體為檢測選定焊材的化學(xué)成分及指定鋼板的化學(xué)成分，計算獲得焊縫的化學(xué)成分。
4、 如權(quán)利要求1或2或3所述的方法，其特征在于它還包括(4)根據(jù)步驟(3)獲得的焊縫強(qiáng)度作以下選擇焊縫強(qiáng)度高于要求的焊縫強(qiáng)度，結(jié)束；或，焊縫強(qiáng)度低于要求的焊縫強(qiáng)度，重新選定焊材，重復(fù)步驟(1);或，焊縫強(qiáng)度低于要求的焊縫強(qiáng)度，重新設(shè)計焊接工藝，重復(fù)步驟(2)。
全文摘要
本發(fā)明涉及550～850MPa氣保焊焊縫強(qiáng)度的預(yù)測方法，其具體步驟為(1)選定焊材，獲得焊材在指定鋼板上焊接焊縫化學(xué)成分的步驟；(2)設(shè)計焊接工藝的步驟；(3)計算的步驟。本發(fā)明方法引用多個計算式，提出了氣保焊縫針狀鐵素體比例FA％與焊絲碳當(dāng)量CE的關(guān)系，提出了550～850MPa中厚鋼板焊縫強(qiáng)度的預(yù)測方法。結(jié)合科研實(shí)際進(jìn)行了大量試驗(yàn)進(jìn)行驗(yàn)證，焊縫強(qiáng)度預(yù)測具有較高的準(zhǔn)確度，并成功地用于指導(dǎo)焊絲研發(fā)及焊接工藝的制定，起到了良好的效果，大大節(jié)約研發(fā)及試驗(yàn)成本、提高成功率。
文檔編號G01N33/00GK101493448SQ20081023687
公開日2009年7月29日 申請日期2008年12月17日 優(yōu)先權(quán)日2008年12月17日
發(fā)明者劉吉斌, 曹修悌, 牟文廣, 王玉濤, 凱 繆, 胡因洪, 胡家國, 浮 陳, 黃治軍 申請人:武漢鋼鐵(集團(tuán))公司