一種測定鋼板焊接熱循環溫度曲線的方法及裝置制造方法
【專利摘要】本發明公開一種測定鋼板焊接熱循環溫度曲線的方法及裝置，屬于材料工程領域。本發明包括試件制備和焊接熱循環測定過程，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，并按設定的焊接規范參數在焊接面從引弧板開始向楔形板方向進行焊接，同時使用記錄儀記錄各測量位置溫度隨時間的變化情況；根據記錄儀測定的時間-溫度數據，繪制不同焊接熱影響區焊接熱循環曲線。本發明能夠較好地測定鋼板焊接熱循環曲線，具有測試快捷、費用低廉、試驗可靠和數據準確等優點，可以測定多種焊接方法下鋼板的實際焊接熱循環曲線，具有很大的實用性和推廣價值。
【專利說明】一種測定鋼板焊接熱循環溫度曲線的方法及裝置
【技術領域】
[0001]本發明公開了一種測定鋼板焊接熱循環溫度曲線的方法及裝置，屬于材料工程領域，涉及到金屬材料的焊接熱循環測定方法及裝置。
【背景技術】
[0002]焊接是通過連接處的局部熔化或相互擴散，將簡單零部件拼接成復雜零件或構件的一種加工手段。焊接過程中，處于電弧熱源中心區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的部位，雖然一直為固態，但仍然受到焊接熱的影響而形成熱影響區，并且不同部位根據離電弧熱源中心距離遠近而有所不同。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過程，這種特殊熱循環過程是通過焊接熱循環曲線來進行描述。焊接過程中，焊接熱循環直接影響到焊接接頭的綜合力學性能，所以焊接熱循環曲線是制定合理的焊接工藝的關鍵參考依據。
[0003]由于焊接熱循環過程具有加熱和冷卻時間短、峰值溫度高等特殊性，目前國內外測定焊接熱循環曲線的方法較少: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備昂貴，同時由于成像速度無法滿足焊接熱循環的溫度變化速率，其測試結果與實際焊接熱循環往往有巨大的差別。而傳統的熱電偶法需要將熱電偶深埋于焊接試板的內部，需要進行多次鉆孔加工，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、測試區域測量位置難以控制等缺點，造成測量成功率很低，且試驗誤差較大，試驗過程中使用的熱電偶為鉬銠合金材質，試驗費用昂貴。例如，中國專利申請號200810041083.3公開了“一種激光焊接熱循環參數的測試方法及其裝置”，在兩塊焊接試板之間放置一楔形條，與楔形條斜面相對應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，并相應設置熱電偶，采用植入熱電偶的方法測得焊接熱循環過程；在《熱加工工藝》》2006年第35卷第7期中采用局部采點對薄板焊接熱循環進行測定；在《內蒙古科技大學學報》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。以上文獻均采用熱電偶埋入式進行焊接熱循環的測定，需要在板上鉆孔，工作量巨大而且繁瑣。
[0004]可見，發明一種能夠測試快捷、費用低廉、試驗可靠和數據準確的焊接熱循環曲線測試試驗方法，為焊接工藝參數的制定提供科學的依據就顯得尤為重要。
【發明內容】
[0005]本發明的目的是提供一種可以快速、準確、可靠地測定鋼板焊接熱循環曲線的方法及裝置，為焊接工藝參數的制定提供重要的依據。
[0006]本發明測定鋼板焊接熱循環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)，焊接熱影響區溫度測定:按設定的焊接規范參數，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行焊接，同時使用記錄儀記錄各測量位置溫度隨時間的變化情況；
步驟(5)，繪制焊接熱循環曲線:根據記錄儀測定的時間一溫度數據，繪制不同焊接熱影響區焊接熱循環曲線。
[0007]本發明步驟(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]本發明步驟(2)中，熱電偶直徑為0.2?0.5mm，用熱電偶焊機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曲線的方法中重要參數的選用范圍及理由如下:
(I)楔形板和弓I弧板尺寸規格
本發明中，楔形板長度和高度尺寸影響到焊接熱影響區熱循環測試范圍，同時要預留充足的息弧區域，所以楔形板斜邊長度7為100?800mm，楔形板高度A (焊接面終點到斜邊的距離)^ 50mm。較小的楔形板角度有利于試驗精度，但是過小楔形板角度造成試板尺寸過大，不利于試驗操作，所以楔形板角度a為5?45°。為保證焊接電弧的運動和焊縫金屬的流動，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合從而影響到溫度測量的準確性，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，但熱電偶絲過細往往不利于試驗過程的操作，容易出現斷絲等現象，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確度，測量位置過于密集會影響到測量結果的準確性，所以測量位置間隔>0.5_。同時應根據楔形試塊的尺寸規格與測試要求布置測試位置，測試位置越緊密，焊接熱影響區的熱循環曲線越詳細。
[0013]本發明同時公開了用于測定鋼板焊接熱循環曲線的裝置，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]本發明具有如下優點:
1、本發明可以快速、準確地測定鋼板的焊接熱循環曲線，為制定科學合理的焊接工藝提供重要依據。
[0015]2、本發明所需實驗材料和試驗設備較少，費用低廉，試驗過程較為簡單，試驗成功率高，可操作性較強。
[0016]3、本發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際焊接熱循環曲線。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0017]圖1本發明所涉及楔形板結構示意圖；
圖2本發明所涉及引弧板結構示意圖；
圖3本發明所涉及測量位置示意圖；
圖4本發明所涉及楔形板和引弧板組裝和焊接方向示意圖；
圖5本發明一實施例的焊接熱影響區曲線圖。
【具體實施方式】
[0018]下面結合具體實施例對本發明進行進一步的說明。
[0019]應用本發明對屈服強度890MPa高強鋼Q890進行焊接熱循環曲線測定，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熱電偶絲進行溫度測定，用熱電偶焊機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:按照圖4所示將引弧板和楔形板進行無間隙組裝，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；并于組裝結構兩側進行電焊固定。
[0022](4)焊接熱影響區溫度測定: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熱60°C。焊接材料選用FK-1000，直徑為Φ1.2mm，保護氣體選用成分為80%Ar和20%C02的混合氣體。
[0023](5)繪制焊接熱循環曲線:根據記錄儀測定的時間一溫度數據，繪制不同焊接熱影響區焊接熱循環曲線。最終獲得的焊接熱影響區曲線見圖5。
[0024]由以上可見，實施例很好的測定了 Q890高強鋼板12kJ/cm的GMAW焊接熱循環曲線，測試方法簡單快捷，具有很好的應用價值，可以為焊接工藝參數的制定提供可靠的依據。
[0025]除上述實施例外，本發明還可以有其他實施方式。凡采用等同替換或等效變換形成的技術方案，均落在本發明要求的保護范圍。
【權利要求】
1.一種測定鋼板焊接熱循環溫度曲線的方法，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)，焊接熱影響區溫度測定:按設定的焊接規范參數，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行焊接，同時使用記錄儀記錄各測量位置溫度隨時間的變化情況； 步驟(5)，繪制焊接熱循環曲線:根據記錄儀測定的時間一溫度數據，繪制不同焊接熱影響區焊接熱循環曲線。
2.根據權利要求1所述的測定鋼板焊接熱循環曲線的方法，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.根據權利要求1所述的測定鋼板焊接熱循環曲線的方法，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.根據權利要求1所述的測定鋼板焊接熱循環曲線的方法，其特征在于:熱電偶絲直徑為0.2?0.5mm。
5.根據權利要求1所述的測定鋼板焊接熱循環曲線的方法，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的測量位置，測量位置間隔^ 0.5mmο
6.根據權利要求1所述的測定鋼板焊接熱循環曲線的方法，其特征在于:步驟(3)中，在引弧板與楔形板組裝結構的兩側進行電焊固定。
7.根據權利要求1所述的測定鋼板焊接熱循環曲線的方法，其特征在于:步驟(4)中，實際焊接工藝要求進行焊前預熱的，使用火焰噴槍于焊接面對試件進行烘烤，預熱至預定溫度。
8.根據權利要求1所述的測定鋼板焊接熱循環曲線的方法，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.如權利要求1所述的用于測定鋼板焊接熱循環曲線的裝置，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】G01N25/20GK104267061SQ201410539835
【公開日】2015年1月7日 申請日期:2014年10月13日 優先權日:2014年10月13日
【發明者】鄭志霞, 范益, 邱保文, 郭志春 申請人:南京鋼鐵股份有限公司