实验四 合金结构钢焊接热影响区率硬倾向的模拟试验评定
实验四 合金结构钢焊接热影响 区淬硬倾向的模拟试验评定
一、实验目的1、了解相同峰值温度条件下，不同t8/5对淬硬倾向的影响。2、了解Gleeble焊接热模拟试样在长度方向的硬度分布特征
一 、实验目的 n 1、了解相同峰值温度条件下，不同t8/5 对淬硬倾向的影响。 n 2、了解Gleeble焊接热模拟试样在长度 方向的硬度分布特征
二、试验原理及方法1.焊接热影响区最高硬度模拟试验的相似原理在低合金高强钢焊后冷却过程中，在热影响区中可能出现低塑性的脆硬组织，在焊缝扩散氢含量较高和接头拘束度较大时易产生氢致冷裂纹，一般可采用组织的硬度值来表征其脆硬倾向。材料的碳当量是决定热影响区硬倾向的主要因素。碳当量越高，材料萍硬倾向越大。焊接时热影响区过热区在800一500℃区间的冷却时间（一般用t8/5表示）是另一个重要参数。该冷却速度越大，则热影响区的硬程度越高。焊接方法、板厚、接头形式、焊接规范、预热温度焊接接头中，热影响区的硬度值最高。一般用决定了t8/5的大小。热影响区的最高硬度来衡量淬硬程度的高低。不同强度级别的结构钢热影响区有不同的最高硬度允许值。国际焊接学会（IIW）提出的钢的焊接冷裂纹倾向的临界硬度（HV）值为350。根部裂纹开裂的临界硬度（HV）值为330。焊接热影响区最高硬度的测量一般应按国标GB一4675.5-84规定的试验方法来进行。采用平焊位置在试板表面堆焊一道焊道。经至少12小时的放置后，采用机械方法垂直切割焊缝的中部，并在此断面上取硬度测量的试样。检测面经研磨、腐蚀后，显示焊缝及熔合线，如图1所示，在熔合线底部切线上，每隔0.5mm进行载荷为10Kg的维氏硬度的测定，切点及两侧的各7个点作为硬度的测定点。熔合线底部切线上的温度分布（见图1）是：切点附近温度高，随着与该点距离的增加，温度逐渐下降。该切线上的硬度分布一般也呈现类似的分布规律
二、试验原理及方法 n 1. 焊接热影响区最高硬度模拟试验的相似原理 n 在低合金高强钢焊后冷却过程中，在热影响区中可能出现低塑性的 脆硬组织，在焊缝扩散氢含量较高和接头拘束度较大时易产生氢致冷裂 纹，一般可采用组织的硬度值来表征其脆硬倾向。 n 材料的碳当量是决定热影响区淬硬倾向的主要因素。碳当量越高， 材料淬硬倾向越大。焊接时热影响区过热区在800－500℃区间的冷却时 间（一般用t8/5表示）是另一个重要参数。该冷却速度越大，则热影响 区的淬硬程度越高。焊接方法、板厚、接头形式、焊接规范、预热温度 决定了t8/5的大小。 焊接接头中，热影响区的硬度值最高。一般用 热影响区的最高硬度来衡量淬硬程度的高低。不同强度级别的结构钢热 影响区有不同的最高硬度允许值。国际焊接学会（IIW）提出的钢的焊接 冷裂纹倾向的临界硬度（HV）值为350。根部裂纹开裂的临界硬度（HV） 值为330。 n 焊接热影响区最高硬度的测量一般应按国标GB－4675.5-84规定的 试验方法来进行。采用平焊位置在试板表面堆焊一道焊道。经至少12小 时的放置后，采用机械方法垂直切割焊缝的中部，并在此断面上取硬度 测量的试样。检测面经研磨、腐蚀后，显示焊缝及熔合线，如图1所示， 在熔合线底部切线上，每隔0.5mm进行载荷为10Kg的维氏硬度的测定，切 点及两侧的各7个点作为硬度的测定点。熔合线底部切线上的温度分布 （见图1）是：切点附近温度高，随着与该点距离的增加，温度逐渐下降。 该切线上的硬度分布一般也呈现类似的分布规律
采用Gleeble-3500热模拟试验机可以在一定尺寸的小试样上再现与图1中实际焊接热影响区熔合线底部切线上各点相似的热循环过程，并使模拟试样中心区域的温度导切点附近的温度一致从而在治模拟试样的轴向上获得导该切线上相近似的硬度分布。这就是焊接热影响区最高硬度模拟试验的基理，在进行焊接热模拟试验时，不同t8/5条件下的系列焊接热循环曲线可通过系统配置的HAZ软件包来产生。常用的计算方法包括Fs,d）Table实验数学模型及Hannerz、RosenthalRykalin-2D和Rykalin-3D等焊接传热学经典公式。在焊接热模拟试验过程中，先将热电偶焊在试样长度方向的中心点上，并按预先设骨的焊接热循环曲线将试样进行加热和冷却动态实时记录在热电偶附近的温度变化过程。由于试样是采用电阻热进行加热，并通过试样两端的夹具的热传导来进行散热，因而在试样上的温度分布情况（见图2）是：治试样的径向，试样表面与心部的温度差别很小，可以近似地视为“等温面”；治试样的轴向，试样中心点的温度最高，向两端部温度遂渐降低。试样长度方向的热传导导温度分布情况导图1中实际焊接热影响区熔合线底部切线相以。试样经模拟试验及经一段时间放置后治长度方向：每隔1mm进行载荷为10g的维氏硬度的测定（采用其它形式的硬度测试时，需将测试结果转换为维氏硬度值），中心点及两侧的各3个点作为硬度的测定点最高硬度值。采用类似实验方法，可以确定不同8/5条件下焊接影响区的最高硬度值
采用Gleeble-3500热模拟试验机可以在一定尺寸的小试样上再现与图1中 实际焊接热影响区熔合线底部切线上各点相似的热循环过程，并使模拟试样 中心区域的温度与切点附近的温度一致，从而在沿模拟试样的轴向上获得与 该切线上相近似的硬度分布。这就是焊接热影响区最高硬度模拟试验的基理。 在进行焊接热模拟试验时，不同t8/5条件下的系列焊接热循环曲线可通过 系统配置的HAZ软件包来产生。常用的计算方法包括F(s,d)Table实验数学模 型及Hannerz、Rosenthal、Rykalin-2D和Rykalin-3D等焊接传热学经典公式。 在焊接热模拟试验过程中，先将热电偶焊在试样长度方向的中心点上，并按 预先设置的焊接热循环曲线将试样进行加热和冷却，动态实时记录在热电偶 附近的温度变化过程。由于试样是采用电阻热进行加热，并通过试样两端的 夹具的热传导来进行散热，因而在试样上的温度分布情况（见图2）是：沿 试样的径向，试样表面与心部的温度差别很小，可以近似地视为“等温面”； 沿试样的轴向，试样中心点的温度最高，向两端部温度逐渐降低。试样长度 方向的热传导与温度分布情况与图1中实际焊接热影响区熔合线底部切线相 似。试样经模拟试验及经一段时间放置后，沿长度方向，每隔1mm进行载荷 为10Kg的维氏硬度的测定（采用其它形式的硬度测试时，需将测试结果转 换为维氏硬度值），中心点及两侧的各3个点作为硬度的测定点最高硬度值。 采用类似实验方法，可以确定不同t8/5条件下焊接影响区的最高硬度值
2.数据和试样的处理方法采用Origin或Excel软件分别进行试验数据的处理一是将试样长度方向上各测试点与中心点的距离作为横座标，硬度值作为纵座标，绘出相应的硬度分布曲线。二是将不同的t8/5作为横座标，相应的最高硬度值作为纵座标，绘出焊接热影响区最高硬度值随t8/5变化的曲线。另外，将所测得的焊接热影响区最高硬度值与国际焊接学会（IIW）提出的钢的焊接冷裂纹倾向的临界硬度（HV）值和根部裂纹开裂的临界硬度（HV）值相比较，评价试验材料焊接冷裂纹的倾向
n 2.数据和试样的处理方法 n 采用Origin或Excel软件分别进行试验数据的处理。 一是将试样长度方向上各测试点与中心点的距离作为 横座标，硬度值作为纵座标，绘出相应的硬度分布曲 线。二是将不同的t8/5作为横座标，相应的最高硬度 值作为纵座标，绘出焊接热影响区最高硬度值随t8/5 变化的曲线。 n 另外，将所测得的焊接热影响区最高硬度值与国 际焊接学会（IIW）提出的钢的焊接冷裂纹倾向的临界 硬度（HV）值和根部裂纹开裂的临界硬度（HV）值相 比较，评价试验材料焊接冷裂纹的倾向
铜夹具焊缝金属轧制表面熔合线点.0.5硬度测定线热电偶硬度测定线温度分布温度分布图1.实际HAZ硬度测试线及温度分布示意图图2.模拟HAZ硬度测试线及温度分布示意图
铜夹具 硬度测定线 热电偶 温度分布 温度分布 图1.实际HAZ硬度测试线及温度分布示意图 图2. 模拟HAZ硬度测试线及温度分布示意图 -6 -4 -2 0 2 4 6 400 600 800 1000 1200 1400 Y Axis Title X Axis Title B -6 -4 -2 0 2 4 6 400 600 800 1000 1200 1400 Y Axis Title X Axis Title B
三、实验仪器及材料1.试验材料：低碳贝氏体钢；2.10mm×10mm铜夹具：1对：3.TYPE-K型热电偶：1对；4.试样：10×10×80mm；5.无水乙醇：少许6.工具：若干
三、实验仪器及材料 n 1.试验材料：低碳贝氏体钢； n 2.10mm×10mm铜夹具：1对； n 3.TYPE-K型热电偶:1对； n 4.试样：10×10×80mm； n 5.无水乙醇：少许； n 6.工具：若干
四、实验步骤1CAI课件演示与讲解焊接热模拟试验原理、焊接热循环计算。2.Gleeble3500热力动态模拟试验机介绍工作室操作、HAZ软件包、GSL编程工具。3.热模拟试验试样安装、程序编制、程序运行、试验后取出试样等。4.硬度测试沿长度方向。每隔1mm进行硬度的测定，中心点及两侧的各3个点作为硬度的测定点，从中确定最高硬度值
四、实验步骤 n 1.CAI课件演示与讲解 n 焊接热模拟试验原理、焊接热循环计算。 n 2.Gleeble3500热力动态模拟试验机介绍 n 工作室操作、HAZ软件包、GSL编程工具。 n 3.热模拟试验 n 试样安装、程序编制、程序运行、试验后取出试 样等。 n 4.硬度测试 n 沿长度方向，每隔1mm进行硬度的测定，中心点及两 侧的各3个点作为硬度的测定点，从中确定最高硬度值
五、分析整理实验数据，写出实验报告六、思考题（任选两题1、焊接热影响区最高硬度的影响因素有哪些？2、产生焊接冷裂纹的主要因素有哪些？3、随t8/5减小，焊接热影响区的硬度值如何变化？为什么？
n 五、分析整理实验数据，写出实验报告 n 六、思考题(任选两题) n 1、焊接热影响区最高硬度的影响因素有 哪些？ n 2、产生焊接冷裂纹的主要因素有哪些？ n 3、随t8/5减小，焊接热影响区的硬度值 如何变化？为什么？