一種測定鋼板焊接熱循環(huán)溫度曲線的方法及裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開一種測定鋼板焊接熱循環(huán)溫度曲線的方法及裝置，屬于材料工程領(lǐng)域。本發(fā)明包括試件制備和焊接熱循環(huán)測定過程，首先使用待測鋼板制作楔形板和引弧板；然后將熱電偶絲的端部焊在一起，用高溫膠水粘貼于楔形板測量面的指定位置；將引弧板和楔形板電焊固定，并按設(shè)定的焊接規(guī)范參數(shù)在焊接面從引弧板開始向楔形板方向進(jìn)行焊接，同時(shí)使用記錄儀記錄各測量位置溫度隨時(shí)間的變化情況；根據(jù)記錄儀測定的時(shí)間-溫度數(shù)據(jù)，繪制不同焊接熱影響區(qū)焊接熱循環(huán)曲線。本發(fā)明能夠較好地測定鋼板焊接熱循環(huán)曲線，具有測試快捷、費(fèi)用低廉、試驗(yàn)可靠和數(shù)據(jù)準(zhǔn)確等優(yōu)點(diǎn)，可以測定多種焊接方法下鋼板的實(shí)際焊接熱循環(huán)曲線，具有很大的實(shí)用性和推廣價(jià)值。
【專利說明】一種測定鋼板焊接熱循環(huán)溫度曲線的方法及裝置

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明公開了一種測定鋼板焊接熱循環(huán)溫度曲線的方法及裝置，屬于材料工程領(lǐng)域，涉及到金屬材料的焊接熱循環(huán)測定方法及裝置。

【背景技術(shù)】
[0002]焊接是通過連接處的局部熔化或相互擴(kuò)散，將簡單零部件拼接成復(fù)雜零件或構(gòu)件的一種加工手段。焊接過程中，處于電弧熱源中心區(qū)域的部位將熔化而成為焊縫，而焊接接頭中離電弧距離較遠(yuǎn)的部位，雖然一直為固態(tài)，但仍然受到焊接熱的影響而形成熱影響區(qū)，并且不同部位根據(jù)離電弧熱源中心距離遠(yuǎn)近而有所不同。焊接接頭中，受到焊接熱影響的母材均有升溫和冷卻兩個(gè)過程，而且升溫速率高、冷卻速度快，形成一種與普通熱處理大不相同的特殊熱循環(huán)過程，這種特殊熱循環(huán)過程是通過焊接熱循環(huán)曲線來進(jìn)行描述。焊接過程中，焊接熱循環(huán)直接影響到焊接接頭的綜合力學(xué)性能，所以焊接熱循環(huán)曲線是制定合理的焊接工藝的關(guān)鍵參考依據(jù)。
[0003]由于焊接熱循環(huán)過程具有加熱和冷卻時(shí)間短、峰值溫度高等特殊性，目前國內(nèi)外測定焊接熱循環(huán)曲線的方法較少:一種是非接觸式熱像法，另一種是熱電偶埋入式測量。但以上兩種方法均存在很多問題:非接觸式熱像法所需測量設(shè)備昂貴，同時(shí)由于成像速度無法滿足焊接熱循環(huán)的溫度變化速率，其測試結(jié)果與實(shí)際焊接熱循環(huán)往往有巨大的差別。而傳統(tǒng)的熱電偶法需要將熱電偶深埋于焊接試板的內(nèi)部，需要進(jìn)行多次鉆孔加工，操作性較差且工作量巨大，并且由于熱電偶與試板接合情況無法觀察、測試區(qū)域測量位置難以控制等缺點(diǎn)，造成測量成功率很低，且試驗(yàn)誤差較大，試驗(yàn)過程中使用的熱電偶為鉬銠合金材質(zhì)，試驗(yàn)費(fèi)用昂貴。例如，中國專利申請(qǐng)?zhí)?00810041083.3公開了“一種激光焊接熱循環(huán)參數(shù)的測試方法及其裝置”，在兩塊焊接試板之間放置一楔形條，與楔形條斜面相對(duì)應(yīng)的焊接試板的端面作為測溫面，沿該焊接試板端面均布若干供放置熱電偶的通孔，并相應(yīng)設(shè)置熱電偶，采用植入熱電偶的方法測得焊接熱循環(huán)過程；在《熱加工工藝》》2006年第35卷第7期中采用局部采點(diǎn)對(duì)薄板焊接熱循環(huán)進(jìn)行測定；在《內(nèi)蒙古科技大學(xué)學(xué)報(bào)》2009年第28卷第I期中采用熱電偶埋入式測定60_特厚鋼板V型坡口焊接熱循環(huán)。以上文獻(xiàn)均采用熱電偶埋入式進(jìn)行焊接熱循環(huán)的測定，需要在板上鉆孔，工作量巨大而且繁瑣。
[0004]可見，發(fā)明一種能夠測試快捷、費(fèi)用低廉、試驗(yàn)可靠和數(shù)據(jù)準(zhǔn)確的焊接熱循環(huán)曲線測試試驗(yàn)方法，為焊接工藝參數(shù)的制定提供科學(xué)的依據(jù)就顯得尤為重要。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的是提供一種可以快速、準(zhǔn)確、可靠地測定鋼板焊接熱循環(huán)曲線的方法及裝置，為焊接工藝參數(shù)的制定提供重要的依據(jù)。
[0006]本發(fā)明測定鋼板焊接熱循環(huán)溫度曲線的方法具體包括如下步驟:
步驟(1)，試板制備，使用待測鋼板制作楔形板和引弧板；所述楔形板具有按一定角度相交的焊接面和測量面，所述引弧板為長方體，引弧板的厚度與楔形板厚度一致； 步驟(2)，連接熱電偶絲:
①將熱電偶絲的測量端焊接在一起；
②使用高溫膠水將熱電偶絲的測量端黏貼于楔形板的測量面的指定測量位置；
③將熱電偶絲的輸出端連接至記錄儀；
步驟(3)，將引弧板與楔形板進(jìn)行組裝固定:沿引弧板長度方向，將引弧板的頂面與楔形板的焊接面緊密相連地固定在同一水平面上，楔形板的測量面位于焊接面的下方；
步驟(4)，焊接熱影響區(qū)溫度測定:按設(shè)定的焊接規(guī)范參數(shù)，在引弧板的頂面和楔形板的焊接面從引弧板開始向楔形板的方向進(jìn)行焊接，同時(shí)使用記錄儀記錄各測量位置溫度隨時(shí)間的變化情況；
步驟(5)，繪制焊接熱循環(huán)曲線:根據(jù)記錄儀測定的時(shí)間一溫度數(shù)據(jù)，繪制不同焊接熱影響區(qū)焊接熱循環(huán)曲線。
[0007]本發(fā)明步驟(I)中，楔形板角度a為5?45° ,楔形板斜邊長度7為100?800mm,楔形板高度A彡50mm,楔形板厚度￠/彡30mm ;引弧板長度Z彡50mm,引弧板高度//彡50mm,引弧板厚度與楔形板厚度一致。楔形板測量面粗糙度為Ra3.2及以下，楔形板焊接面和引弧板頂面的粗糙度為Ra25及以下。
[0008]本發(fā)明步驟(2)中，熱電偶直徑為0.2?0.5mm，用熱電偶焊機(jī)將熱電偶絲的測量端焊在一起，并使用耐1400°C以上高溫膠水將熱電偶絲測量端牢固粘貼于楔形板的測量面的指定測量位置，測量位置間隔> 0.5_。
[0009]上述測定鋼板焊接熱循環(huán)曲線的方法中重要參數(shù)的選用范圍及理由如下:
(I)楔形板和弓I弧板尺寸規(guī)格
本發(fā)明中，楔形板長度和高度尺寸影響到焊接熱影響區(qū)熱循環(huán)測試范圍，同時(shí)要預(yù)留充足的息弧區(qū)域，所以楔形板斜邊長度7為100?800mm，楔形板高度A (焊接面終點(diǎn)到斜邊的距離)^ 50mm。較小的楔形板角度有利于試驗(yàn)精度，但是過小楔形板角度造成試板尺寸過大，不利于試驗(yàn)操作，所以楔形板角度a為5?45°。為保證焊接電弧的運(yùn)動(dòng)和焊縫金屬的流動(dòng)，焊楔形板厚度d彡30mm。
[0010](2)楔形板和引弧板表面粗糙度
楔形板測量面的粗糙度影響到熱電偶絲和測量面的緊密結(jié)合從而影響到溫度測量的準(zhǔn)確性，所以測量面的表面粗糙度要求為Ra3.2及以下。楔形板和引弧板焊接面的粗糙程度影響到電弧的穩(wěn)定性，所以其表面粗糙度要求為Ra25及以下。
[0011](3)熱電偶直徑
熱電偶直徑過粗將使溫度測量誤差增大，但熱電偶絲過細(xì)往往不利于試驗(yàn)過程的操作，容易出現(xiàn)斷絲等現(xiàn)象，熱電偶直徑選用0.2?0.5mm較為適宜。
[0012](4)測量間距
測量間距將影響到測量準(zhǔn)確度，測量位置過于密集會(huì)影響到測量結(jié)果的準(zhǔn)確性，所以測量位置間隔>0.5_。同時(shí)應(yīng)根據(jù)楔形試塊的尺寸規(guī)格與測試要求布置測試位置，測試位置越緊密，焊接熱影響區(qū)的熱循環(huán)曲線越詳細(xì)。
[0013]本發(fā)明同時(shí)公開了用于測定鋼板焊接熱循環(huán)曲線的裝置，該裝置由一楔形板和一引弧板組成，所述楔形板具有按一定角度相交的焊接面和測量面；所述引弧板為長方體，弓丨弧板的厚度與楔形板厚度一致；沿引弧板長度方向，引弧板的頂面與楔形板的焊接面緊密相連地固定在同一水平面上，楔形板的測量面位于焊接面的下方。
[0014]本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn):
1、本發(fā)明可以快速、準(zhǔn)確地測定鋼板的焊接熱循環(huán)曲線，為制定科學(xué)合理的焊接工藝提供重要依據(jù)。
[0015]2、本發(fā)明所需實(shí)驗(yàn)材料和試驗(yàn)設(shè)備較少，費(fèi)用低廉，試驗(yàn)過程較為簡單，試驗(yàn)成功率高，可操作性較強(qiáng)。
[0016]3、本發(fā)明具有較廣的適用性，可以測定GMAW、GTAff, SMAff等焊接方法下鋼板的實(shí)際焊接熱循環(huán)曲線。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0017]圖1本發(fā)明所涉及楔形板結(jié)構(gòu)示意圖；
圖2本發(fā)明所涉及引弧板結(jié)構(gòu)示意圖；
圖3本發(fā)明所涉及測量位置示意圖；
圖4本發(fā)明所涉及楔形板和引弧板組裝和焊接方向示意圖；
圖5本發(fā)明一實(shí)施例的焊接熱影響區(qū)曲線圖。

【具體實(shí)施方式】
[0018]下面結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步的說明。
[0019]應(yīng)用本發(fā)明對(duì)屈服強(qiáng)度890MPa高強(qiáng)鋼Q890進(jìn)行焊接熱循環(huán)曲線測定，包括以下步驟:
(I)試板制備，如圖4所示，試板由楔形板I和引弧板2組成。使用待測鋼板按圖1制作楔形板1，焊接面1-1和測量面1-2之間形成的楔形板角度a為15°，焊接面1-1和測量面1-2為長方形。.斜邊長度7 (即測量面2的長度)為400_，楔形板厚度V (即焊接面的寬度)為40mm ;按圖2制作引弧板，引弧板為長方體，其中一面2_1用于焊接，引弧板長度L (即用于焊接一面的長度)為100mm，高度"為100mm，厚度D (即用于焊接一面的寬度)為40mm，與楔形板厚度相等。楔形板測量面粗糙度為Ra3.2，楔形板和引弧板的焊接面粗糙度為 Ral2.5。
[0020](2)連接熱電偶絲:選用直徑為0.3mm熱電偶絲進(jìn)行溫度測定，用熱電偶焊機(jī)將熱電偶絲的測量端焊在一起，并使用耐1400°C的高溫膠水將熱電偶絲測量端牢固分別粘貼于距焊接面垂直距離為0.5mm、l.0mm、1.5mm及2.0mm的測量位置A?D,如圖3所示。
[0021](3)組裝引弧板和楔形板:按照?qǐng)D4所示將引弧板和楔形板進(jìn)行無間隙組裝，即沿引弧板長度方向，將引弧板的頂面與楔形板的焊接面緊密相連地固定在同一水平面上，楔形板的測量面位于焊接面的下方；并于組裝結(jié)構(gòu)兩側(cè)進(jìn)行電焊固定。
[0022](4)焊接熱影響區(qū)溫度測定:使用GMAW焊接方法，從引弧板開始向楔形板的方向進(jìn)行焊接，引弧板頂面的始端為起弧端，楔形板焊接面的終端為息弧端，焊接工藝參數(shù)為:焊接電流270A，焊接電壓27V，焊接速度36cm/min，焊前使用火焰噴槍預(yù)熱60°C。焊接材料選用FK-1000，直徑為Φ1.2mm，保護(hù)氣體選用成分為80%Ar和20%C02的混合氣體。
[0023](5)繪制焊接熱循環(huán)曲線:根據(jù)記錄儀測定的時(shí)間一溫度數(shù)據(jù)，繪制不同焊接熱影響區(qū)焊接熱循環(huán)曲線。最終獲得的焊接熱影響區(qū)曲線見圖5。
[0024]由以上可見，實(shí)施例很好的測定了 Q890高強(qiáng)鋼板12kJ/cm的GMAW焊接熱循環(huán)曲線，測試方法簡單快捷，具有很好的應(yīng)用價(jià)值，可以為焊接工藝參數(shù)的制定提供可靠的依據(jù)。
[0025]除上述實(shí)施例外，本發(fā)明還可以有其他實(shí)施方式。凡采用等同替換或等效變換形成的技術(shù)方案，均落在本發(fā)明要求的保護(hù)范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種測定鋼板焊接熱循環(huán)溫度曲線的方法，其特征在于，該方法包括以下步驟: 步驟(1)，試板制備，使用待測鋼板制作楔形板和引弧板；所述楔形板具有按一定角度相交的焊接面和測量面；所述引弧板為長方體，引弧板的厚度與楔形板厚度一致； 步驟(2)，連接熱電偶絲: 將熱電偶絲的測量端焊接在一起； 使用高溫膠水將熱電偶絲的測量端黏貼于楔形板的測量面的指定測量位置； 將熱電偶絲的輸出端連接至記錄儀； 步驟(3)，將引弧板與楔形板進(jìn)行組裝固定:沿引弧板長度方向，將引弧板的頂面與楔形板的焊接面緊密相連地固定在同一水平面上，楔形板的測量面位于焊接面的下方； 步驟(4)，焊接熱影響區(qū)溫度測定:按設(shè)定的焊接規(guī)范參數(shù)，在引弧板的頂面和楔形板的焊接面從引弧板開始向楔形板的方向進(jìn)行焊接，同時(shí)使用記錄儀記錄各測量位置溫度隨時(shí)間的變化情況； 步驟(5)，繪制焊接熱循環(huán)曲線:根據(jù)記錄儀測定的時(shí)間一溫度數(shù)據(jù)，繪制不同焊接熱影響區(qū)焊接熱循環(huán)曲線。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的測定鋼板焊接熱循環(huán)曲線的方法，其特征在于:步驟(I)中，楔形板角度a為5?45° ,楔形板斜邊長度7為100?800mm,楔形板高度A彡50mm,楔形板厚度d彡30mm ；弓丨弧板長度L彡50mm,弓丨弧板高度H彡50mm。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的測定鋼板焊接熱循環(huán)曲線的方法，其特征在于:楔形板的測量面粗糙度為Ra3.2及以下，楔形板的焊接面和引弧板的頂面粗糙度為Ra25及以下。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的測定鋼板焊接熱循環(huán)曲線的方法，其特征在于:熱電偶絲直徑為0.2?0.5mm。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的測定鋼板焊接熱循環(huán)曲線的方法，其特征在于:步驟(2)中，使用耐1400°C以上高溫膠水將熱電偶絲測量端牢固粘貼于相應(yīng)的測量位置，測量位置間隔^ 0.5mmο
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的測定鋼板焊接熱循環(huán)曲線的方法，其特征在于:步驟(3)中，在引弧板與楔形板組裝結(jié)構(gòu)的兩側(cè)進(jìn)行電焊固定。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的測定鋼板焊接熱循環(huán)曲線的方法，其特征在于:步驟(4)中，實(shí)際焊接工藝要求進(jìn)行焊前預(yù)熱的，使用火焰噴槍于焊接面對(duì)試件進(jìn)行烘烤，預(yù)熱至預(yù)定溫度。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的測定鋼板焊接熱循環(huán)曲線的方法，其特征在于:步驟(5)中，測量位置距焊接面的垂直距離即該部位離電弧熱源中心距離。
9.一種用于測定鋼板焊接熱循環(huán)曲線的裝置，其特征在于由一楔形板和一引弧板組成，所述楔形板具有按一定角度相交的焊接面和測量面；所述引弧板為長方體，引弧板的厚度與楔形板厚度一致；沿引弧板長度方向，引弧板的頂面與楔形板的焊接面緊密相連地固定在同一水平面上，楔形板的測量面位于焊接面的下方。
10.如權(quán)利要求1所述的用于測定鋼板焊接熱循環(huán)曲線的裝置，其特征在于楔形板角度a為5?45 ° ,楔形板斜邊長度7為100?800mm,楔形板高度A彡50mm,楔形板厚度d彡30mm ；弓丨弧板長度L彡50mm,弓丨弧板高度H彡50mm。
【文檔編號(hào)】G01N25/20GK104267061SQ201410539835
【公開日】2015年1月7日 申請(qǐng)日期:2014年10月13日 優(yōu)先權(quán)日:2014年10月13日
【發(fā)明者】鄭志霞, 范益, 邱保文, 郭志春 申請(qǐng)人:南京鋼鐵股份有限公司