[发明专利]一种奥氏体不锈钢焊接热影响区粗晶区特征热循环曲线的获取方法

说明书

本发明公开了一种奥氏体不锈钢焊接热影响区粗晶区特征热循环曲线的获取方法，属于金属材料焊接性研究技术领域。包括：(1)进行平板自熔焊获得截面焊缝截面形貌和尺寸；(2)点焊热电偶，进行平板自熔焊，测试点焊位置的焊接热循环曲线；(3)建立平板自熔焊三维有限元模型；(4)拟合自熔焊焊接热源模型，通过实测焊缝截面宏观形貌进行校核；(5)模拟平板自熔焊过程，获得焊接温度场，与实测焊接热循环曲线进行对比，如吻合较好，则确定焊接温度场；(6)结合焊缝截面组织分布特征，确定焊接热影响区粗晶区特征热循环曲线。本发明将少量焊接试验和计算机数值模拟技术相结合，实现对奥氏体不锈钢焊接热影响区粗晶区特征热循环曲线的获取。

技术领域

本发明属于金属材料焊接性研究技术领域，具体涉及一种奥氏体不锈钢焊接热影响区粗晶区特征热循环曲线的获取方法。

背景技术

焊接过程是一个特殊的局部加热和冷却过程，热影响区中的不同位置经历了不同的热循环过程，导致热影响区具有不均匀的显微组织和力学性能。作为热影响区中典型区域，粗晶区在焊接过程中处于过热状态，奥氏体晶粒因加热而严重长大，冷却后会形成粗大的组织，降低材料韧性，故而粗晶区是热影响区中力学性能薄弱区，是焊接接头失效的主要区域。因此，准确地测量焊接热影响区粗晶区的热循环曲线，是调整和控制焊接工艺参数以及研究金属焊接组织变化对性能影响的前提，也是进一步深入探讨相关理论的基础。

奥氏体不锈钢广泛地应用在核电、火电、轨道交通等领域关键部件的制造中，而这些大型结构件多由焊接方法制造成型。在焊接过程中，焊接加热和冷却对大型结构件的焊接热影响区组织和性能的影响很大，因此，热影响区(特别是粗晶区)的热循环曲线测量越来越受到重视。但是，由于焊接热影响区宽度较窄(一般仅有2～3mm)，因此，难以直接精确测量热影响区的焊接热循环曲线。实际工程中，技术人员常用经验模型来评估热循环曲线参数，较为粗糙且不科学，限制了焊接工艺的改进和材料的选型。

近年来，随着计算机技术及有限元数值模拟技术的飞速发展，将试验与理论数值模拟技术相结合，为焊接热循环曲线的精确确定提供了强有力的手段。

发明内容

针对奥氏体不锈钢，为了精确地获得焊接热影响区粗晶区热循环曲线，解决热影响区焊接热循环参数难以准确测量的问题，本发明提供了一种奥氏体不锈钢焊接热影响区粗晶区特征热循环曲线的获取方法。采用建立在少量工艺试验基础上的计算机数值模拟技术，实现对奥氏体不锈钢焊接过程中热影响区焊接热循环的定量分析与模拟，不仅可以评估材料焊接性、改进焊接工艺、优化焊接部件结构设计，而且能极大减少焊接工艺试验工作量和降低新产品开发成本，对生产高可靠性焊接结构件具有极为重要的指导意义。

为实现上述目的，本发明所采用的技术方案如下：

一种奥氏体不锈钢焊接热影响区粗晶区特征热循环曲线的获取方法，包括如下步骤：

(1)加工两块具有相同尺寸的不锈钢钢板A和不锈钢钢板B，同时，采用工程用焊接工艺在不锈钢钢板A上进行自熔焊，截取中部焊缝截面，腐蚀后确定焊缝宏观形貌及其宽度、深度；

(2)根据步骤(1)确定的不锈钢钢板A的焊缝宽度，确定不锈钢钢板B表面热电偶点焊位置，采用点焊机将已校对的K型热电偶点焊在已确定的点焊位置，然后采用与步骤(1)中相同的焊接工艺，对点焊了热电偶的不锈钢钢板B进行自熔焊，测试点焊位置的焊接热循环曲线；

(3)建立平板自熔焊焊接三维有限元网格模型：在三维造型软件中建立几何模型，利用网格划分软件或者有限元模拟软件对工件(不锈钢钢板A或B)进行网格划分，优先划分焊缝及其周围区域；

(4)选择合适的自熔焊焊接热源模型，结合步骤(1)实测焊缝宽度和深度，初步设置模型中的相关参数；模拟稳态自熔焊焊接过程，获得模拟的焊缝截面形貌，并与步骤(1)中实际的焊缝截面形貌对比，如吻合不好，则修正热源模型中参数，直至吻合较好；