[发明专利]预测大型钢结构件冷热多丝复合埋弧焊热循环参数的方法

说明书

本发明公开了一种预测大型钢结构件冷热多丝复合埋弧焊热循环参数的方法，1)确定大型钢结构件焊接条件；2)对测温板试样进行焊接，通过金相分析测量实际焊缝及热影响区；3)搭建热电偶测温系统进行标定；4)对测温板试样进行建模；5)建立三丝复合焊热源模型；6)设定三丝复合焊热源模型的边界条件参数；7)计算测温板试样模型的焊接温度场分布，提取其热影响区某一位置的热循环参数；8)将该热循环参数与实测测温板试样的热循环参数进行对比；若＜10％，入步骤9)；若＞10％，回步骤6)对参数进行微调，重新计算；9)新增边界条件重新施加到测温板试样模型。本发明解决热循环参数测量成本太高的问题。

技术领域

本发明涉及预测焊接循环参数的方法，更具体地说，涉及一种预测大型钢结构件冷热多丝复合埋弧焊热循环参数的方法。

背景技术

焊接过程是一个特殊的局部加热和冷却过程，且热影响区的粗晶区处在过热状态，奥氏体晶粒加热而严重长大，冷却后便产生复杂粗大的组织，韧性很低，过热粗晶区一般是力学性能薄弱区，容易产生催化和裂纹等焊接缺陷。因此，准确地测量及预测焊缝热影响区各个分区的热循环曲线是进行焊接冶金分析的基础，也是焊接数值模拟计算及焊接热影响区金相组织、力学性能和焊接变形/应力等预测的前提。所以，准确测量并控制焊接热循环参数，对于优化控制焊缝及其热影响区微观组织和力学性能具有重要意义。

作为一种高效的焊接工艺，埋弧焊接已广泛应用于厚板焊接结构，如大型船体、焊接钢管、厚壁压力容器、H型钢梁等。为了进一步提高熔覆率及生产效率，相比于传统的单丝埋弧焊接，采用了一种新型的冷/热多丝复合埋弧焊接方法，主要在两根平行的热丝中间插入一根冷丝，利用热丝多余的热量来熔化冷丝，在不改变总的热输入值的情况下，提高熔覆率，从而提高焊接速度。但在焊接细晶粒高强钢及热敏感性强的一类材料时，大能量输入母材和焊缝中，可能会给母材和焊缝造成热损害，从而母材的热影响区晶粒粗化，产生局部软化现象，使得热影响区的力学性能不均匀，最终影响焊接质量和使用性能。因此，对大型钢结构多丝埋弧焊接热影响区的温度测量越来越受到重视。

但是由于生产实际的限制，准确测量其热影响区焊接热循环曲线需要耗费大量的人力物力。目前尚无针对大型高强厚板结构钢的焊接热影响区热循环测量简易成型的方法。

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，利用计算机模拟大型厚板结构钢焊接成为了一种省时省力的新型高效的方法，通过结合实际工艺试验与理论数值模拟技术，从而实现焊接工艺过程定量分析计算及准确预测。

发明内容

针对现有技术中存在的上述缺陷，本发明的目的是提供一种预测大型钢结构件冷热多丝复合埋弧焊热循环参数的方法，为了精确的获得大型厚板钢结构件焊接热影响区的热循环曲线，解决热循环参数测量成本太高的问题。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种预测大型钢结构件冷热多丝复合埋弧焊热循环参数的方法，包括以下步骤：

1)确定大型钢结构件的焊接条件；

2)对测温板试样进行正常焊接，焊接后通过金相分析观察横截面剖面宏观形貌，并测量实际焊缝及热影响区尺寸；

3)搭建热电偶测温系统，并对所述热电偶测温系统进行标定，并计算热影响区不同位置的热循环参数；

4)利用有限元对所述测温板试样进行三维建模并划分网格；

5)依据试验焊接情况，建立三丝复合焊热源模型；

6)参考实际焊接情况，设定所述三丝复合焊热源模型的边界条件相关参数；

7)计算所述测温板试样模型的焊接温度场分布，并提取其热影响区某一位置的焊接热循环参数；