专利名称：550～850MPa气�：负阜烨慷鹊脑げ夥椒�
技术领域：
本发明涉及焊接技术领域，具体涉及气�：附蛹际趿煊颍乇鹗瞧：负阜烨慷鹊脑げ� 方法。
背景技术：
焊接接头是钢结构重要部位，由于焊接接头是在不平衡的热状态下产生的，其组织及性 能包括接头的强度也是不平衡的。 一般要求焊接接头的强度与基材相当或略高于基材。焊缝 在焊接接头中占有主要部分，因此焊缝强度很大程度上决定了焊接接头的强度。
焊接强度由焊缝化学成分与焊接工艺决定。气保焊焊接线能量一般为10 25kJ/cm，母材 熔入焊缝比例很少，因此焊缝成分主要由焊接材料即焊丝及保护气体决定。由于焊接材料的 成分、焊接工艺存在很大的差异，确定焊缝强度有很大的困难。 一般是从选择焊接材料开始 进行大量焊接试验，具有一定的盲目性且费时费力，因此对焊缝强度进行准确的预测具有很 大的意义。
国内外有关焊缝强度预测已有一定数量的研究，采用的方法有人工神经网络[李连胜等. 结构钢焊条熔敷金属的化学成分的人工神经网络预测系统.焊接，2002]、基于焊缝冷却曲线
及各种组织的转变计算等，但鲜见比较实用的。文献[PH.BOURGETS，et al, Prediction of Mechanical Properties of Weld Metal Based on Some Metallurgical Assumptions. Mathematical Modelling of Weld Phenomena. London:The Institute of Materials, 1993] 按温度将焊缝分成超临界区、回火区等多个区域，并预测各区的比例。采用相关公式计算焊 缝中各区每种金相组织如马氏体、贝氏体及铁素体/珠光体的硬度，再计算强度，这种方法 较为复杂，且没提及焊缝中主要组织针状铁素体硬度的计算。
对于550 850MPa强度的焊缝，主要组织是针状铁素体及先共析铁素体。要进行焊缝强 度的准确预测，必须考虑焊缝化学成分及焊接工艺等多方面的因素的影响，进行充分的验证 试验，预测系统应该具有较强的操作性，能够指导焊接材料的研发、焊接构件生产时的焊接 材料选择及焊接工艺制定，而目前还没有550 850MPa气�：负阜烨慷鹊脑げ夥椒ǖ谋ǖ�。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种550 850MPa气�：负阜烨慷鹊脑げ夥椒ǎ� 方法具有较高的准确度，可用于550 850MPa中厚钢板焊缝强度的预测方法。 本发明解决上述技术问题所采用的技术方案是-. 550 850MPa气�：负阜烨慷鹊脑げ夥椒ǎ渚咛宀街栉�-(1)选定焊材，获得焊材在指定钢板上焊接焊缝化学成分的步骤；度;
该步骤至少获得焊缝中C、 Si、 Mn、 Ni、 Cu、 Cr、 Mo、 V的重量含量；
(2) 设计焊接工艺的步骤；
该步骤至少确定输入焊接输入功率、焊接速度、指定钢板预热温度、指定钢板的特征温
(3) 计算的步骤，具体为
焊缝强度& =19.13 xl(T4i/v2+1.89i/v+ 181.5 (1) 其中
焊缝综合硬度 H^FAo/o'Hvi+Cl-FA%) Hv2
焊缝中针状铁素体硬度
//v, = —348 +185C +3305/+ 153Mw + 66iW十1440 + 191Mo + (" log vr (89 + 54C — 555/ - 22M" -10M - 20O - 33Mo)
焊缝中铁素体硬度
/fv2 = 42 + 223C + 53& + 30M" + 13M' + 7CV + 19Mo + ( 3 ) log vr (10 -195/ +楊+ 80 + 130F)
FA%=0. 626+0. 635CE (4)
CE=C+Mn/6+(Ni+Cu)/15+(Cr+Mo+V)/5 (5)
(r —r。)2 (6)
g/v
上述公式中义为指定钢板的导热系数；《为输入焊接输入功率，单位W; v为焊接速 度，单位cm/S; T。为钢板预热温度，单位°C; T为指定钢板的特征温度，单位°C;、为 焊缝冷速，单位开/小时；各元素为焊缝中各元素重量百分比含量，单位％;
上述步骤(1)具体为用选定焊材在指定钢板上焊接，检测焊缝的化学成分。
上述步骤(1)具体为检测选定焊材的化学成分及指定钢板的化学成分，计算获得焊缝 的化学成分。
上述方法还包括 (4)根据步骤(3)获得的焊缝强度作以下选择
焊缝强度高于要求的焊缝强度，结束；
或，
焊缝强度低于要求的焊缝强度，重新选定焊材，重复步骤(1);
或，
焊缝强度低于要求的焊缝强度，重新设计焊接工艺，重复步骤(2)。 本发明方法引用多个计算式，提出了气�：阜煺胱刺靥灞壤鼺A《与焊丝碳当量CE的关
5系，提出了 550 850MPa中厚钢板焊缝强度的预测方法。结合科研实际进行了大量试验进行
验证，焊缝强度预测具有较高的准确度，并成功地用于指导焊丝研发及焊接工艺的制定，起
到了良好的效果，大大节约研发及试验成本、提高成功率。
图1为本发明方法实施例1的流程图
图2为本发明方法实施例2的流程图
具体实施例方式
如图1所示的本发明550 850MPa气�：负阜烨慷鹊脑げ夥椒ㄊ凳├�1，其具体步骤为
(1) 选定焊材，获得焊材在指定钢板上焊接焊缝化学成分的步骤；具体为检测选定焊
材的化学成分及指定钢板的化学成分，计算获得焊缝的化学成分。计算方法可采用焊丝到焊
缝的过渡系数计算，可参考CN101112737A公开的"一种高强0)2气�：杆�"。 该步骤至少获得焊缝中C、 Si、 Mn、 Ni、 Cu、 Cr、 Mo、 V的含量；
(2) 设计焊接工艺的步骤；
该步骤至少确定输入焊接输入功率(焊接电流和焊接电压)、焊接速度、指定钢板预热温 度、指定钢板的特征温度；
(3) 计算的步骤，具体为
焊缝强度i =19.13 xl(T4i/v2+1.8衡+181.5 (1) 其中-
焊缝综合硬度 Hv-FAo/o'Hvi+Cl- FA%) Hv2
焊缝中针状铁素体硬度
=—348 +185C +3305V+ 153M" + 66M +144CV + 191Afo+ (" log vf (89 + 54C - 55&' - 22M" -1 (W/ - 20O - 33她)
焊缝中铁素体硬度
7/v， = 42 + 223C + 535/ + 30她+13M' + 70 +19Mo + ,,、
log vr (10 -19S/ + + 80 +1
FA%=0. 626+0. 635CE (4)
CE=C+Mn/6+(Ni+Cu)/15+(Cr+Mo+V)/5 (5)
焊缝冷速v,—2;r;^-r。)2 (6)
r 《/V
上述公式中/l为指定钢板的导热系数；g为输入焊接输入功率，单位W; V为焊接速 度，单位Cm/S; T。为钢板预热温度，单位°C; T为指定钢板的特征温度，单位°C ，这里 都设为700。C;、为焊缝冷速，单位开/小时；各元素为焊缝中各元素重量百分比含量，单位％。
(4)根据步骤(3)获得的焊缝强度作以下选择 焊缝强度高于要求的焊缝强度，结束； 或，
焊缝强度低于要求的焊缝强度，重新选定焊材，重复步骤(1); 或，
焊缝强度低于要求的焊缝强度，重新设计焊接工艺，重复步骤(2)。
如图2所示的本发明550 850MPa气�：负阜烨慷鹊脑げ夥椒ㄊ凳├�2，它与实施例1 的区别仅在于步骤(1)具体为用选定焊材在指定钢板上焊接，检测焊缝的化学成分。 该步骤至少获得焊缝中C、 Si、 Mn、 Ni、 Cu、 Cr、 Mo、 V的含量。
本发明方法的步骤(3)所有公式可编于应用软件如Excel中，只要输入相应的化学成分 和焊接工艺参数即可得到结果，操作性强。由于它考虑的因素较为全面，包括化学成分、焊 缝冷速、典型组织的硬度及典型组织的比例，预测结果具有较高的准确度。焊接工艺的影响 以焊缝特征温度时的冷速表示，简单易行。
本预测方法经过了大量试验的验证，可成功地用于焊缝强度为550 850MPa的气保护焊 接材料的开发和焊接工艺的制定。利用此方法，可以大大缩小焊材研发和焊接工艺制定试验 周期，省去大量试验费用，提高新试产品初试合格率，创造了良好的经济效益和社会效益。
采用强度级别为550 850MPa的气�：杆拷腥鄯蠼鹗艉附邮匝榧暗湫褪匝榈暮阜煸げ� 化学成分及抗拉强度如表1所示。
表1:焊缝预测化学成分(wt%)及抗拉强度(MPa)
cSiMnNiCrMoCEAF%计算Rm实测Rm
0. 080. 441.31.70.400. 5195謝805
0. 060.41. 20.80. 25/0. 3890709705
0. 0650.411.22//0. 150.380641645
0. 080. 350.9/0.5/0. 3585684670
0. 060. 350.8///0. 19575581590
0. 060. 350.6///0. 1670553550
0. 060. 3510.5//0. 2688647650
0. 080. 421. 30.80. 35/0. 4490757755
0. 080. 401.321. 80.30.40. 5598828835熔敷金属Vr = 250000K/h。
经试验分析，焊缝CE与AF。/。的关系为APPO. 626+0. 635CE，其中CE=0. 18 0. 60。 将上述方法用于气保焊焊丝的研制。为了使600MPa及690MPa级气�：杆亢阜煊凶愎坏� 强度富裕(5 10%的富裕)，计算出两例典型的焊缝化学成分及预测结果，如表2所示，与实
测值比较吻合，研制的焊丝获得成功。
表2:焊缝预测化学成分(wt%)及抗拉强度(MPa)
cSiMnNiCrMoCEAF%计算Rm实测Rm
0. 060. 341.2//0. 200. 3082648640
0.080. 421. 30.80. 35/0. 4490757755
Vr约为250000k/h.
另外用于X80等钢焊接工艺的制定也获得成功。
8
权利要求
1、550～850MPa气�：负阜烨慷鹊脑げ夥椒ǎ渚咛宀街栉�(1)选定焊材，获得焊材在指定钢板上焊接焊缝化学成分的步骤；该步骤至少获得焊缝中C、Si、Mn、Ni、Cu、Cr、Mo、V的重量含量；(2)设计焊接工艺的步骤；该步骤至少确定输入焊接输入功率、焊接速度、指定钢板预热温度、指定钢板的特征温度；(3)计算的步骤，具体为焊缝强度Rm＝19.13×10-4Hv2+1.89Hv+181.5(1)其中焊缝综合硬度Hv＝FA％·Hv1+(1-FA％)Hv2焊缝中针状铁素体硬度Hv1＝-348+185C+330Si+153Mn+66Ni+144Cr+191Mo+ (2)logvr(89+54C-55Si-22Mn-10Ni-20Cr-33Mo)焊缝中铁素体硬度Hv2＝42+223C+53Si+30Mn+13Ni+7Cr+19Mo+ (3)logvr(10-19Si+4Ni+8Cr+130V)FA％＝0.626+0.635CE(4)CE＝C+Mn/6+(Ni+Cu)/15+(Cr+Mo+V)/5 (5)<maths id="math0001" num="0001" ><math><![CDATA[ <mrow><msub> <mi>v</mi> <mi>r</mi></msub><mo>=</mo><mo>-</mo><mn>2</mn><mi>πλ</mi><mfrac> <msup><mrow> <mo>(</mo> <mi>T</mi> <mo>-</mo> <msub><mi>T</mi><mn>0</mn> </msub> <mo>)</mo></mrow><mn>2</mn> </msup> <mrow><mi>q</mi><mo>/</mo><mi>v</mi> </mrow></mfrac><mo>-</mo><mo>-</mo><mo>-</mo><mrow> <mo>(</mo> <mn>6</mn> <mo>)</mo></mrow> </mrow>]]></math></maths>上述公式中λ为指定钢板的导热系数；q为输入焊接输入功率，单位W；v为焊接速度，单位cm/s；T0为钢板预热温度，单位℃；T为指定钢板的特征温度，单位℃；vr为焊缝冷速，单位开/小时；各元素为焊缝中各元素重量百分比含量，单位％。
1、 550 850MPa气保焊焊缝强度的预测方法，其具体步骤为(1) 选定焊材，获得焊材在指定钢板上焊接焊缝化学成分的步骤；该步骤至少获得焊缝中C、 Si、 Mn、 Ni、 Cu、 Cr、 Mo、 V的重量含量；(2) 设计焊接工艺的步骤；该步骤至少确定输入焊接输入功率、焊接速度、指定钢板预热温度、指定钢板的特征温(3) 计算的步骤，具体为-焊缝强度=19.13xl0-4//v2+1.89//V + 181.5 (1)其中焊缝综合硬度-Hv-FAo/,Hvi+(1- FA%) Hv2焊缝中针状铁素体硬度//v, = -348 + 185C +33057+ 153她+66M + 1440 +191M + ("log v, (89 + 54C - - 22M"-丽/ - 20O - 33M))焊缝中铁素体硬度怖2 = 42 + 223C + 535/ + 30M" +1+ 7CV + 19她+ ( 3 )log v, (10 -1957 + 4M' + 80 + 130K)FA%=0. 626+0. 635CE (4)CE=C+Mn/6+(Ni+Cu)/15+(Cr+Mo+V) /5 (5)(W)2 (6)《/v上述公式中/l为指定钢板的导热系数；9为输入焊接输入功率，单位W; V为焊接速度，单位cm/S; T。为钢板预热温度，单位°C; T为指定钢板的特征温度，单位°C;、为焊缝冷速，单位开/小时；各元素为焊缝中各元素重量百分比含量，单位％。
2、 如权利要求l所述的方法，其特征在于步骤(1)具体为用选定焊材在指定钢板上焊接，检测焊缝的化学成分。
3、 如权利要求l所述的方法，其特征在于步骤(1)具体为检测选定焊材的化学成分及指定钢板的化学成分，计算获得焊缝的化学成分。
4、 如权利要求1或2或3所述的方法，其特征在于它还包括(4)根据步骤(3)获得的焊缝强度作以下选择焊缝强度高于要求的焊缝强度，结束；或，焊缝强度低于要求的焊缝强度，重新选定焊材，重复步骤(1);或，焊缝强度低于要求的焊缝强度，重新设计焊接工艺，重复步骤(2)。
全文摘要
本发明涉及550～850MPa气�：负阜烨慷鹊脑げ夥椒ǎ渚咛宀街栉�(1)选定焊材，获得焊材在指定钢板上焊接焊缝化学成分的步骤；(2)设计焊接工艺的步骤；(3)计算的步骤。本发明方法引用多个计算式，提出了气�：阜煺胱刺靥灞壤鼺A％与焊丝碳当量CE的关系，提出了550～850MPa中厚钢板焊缝强度的预测方法。结合科研实际进行了大量试验进行验证，焊缝强度预测具有较高的准确度，并成功地用于指导焊丝研发及焊接工艺的制定，起到了良好的效果，大大节约研发及试验成本、提高成功率。
文档编号G01N33/00GK101493448SQ20081023687
公开日2009年7月29日 申请日期2008年12月17日 优先权日2008年12月17日
发明者刘吉斌, 曹修悌, 牟文广, 王玉涛, 凯 缪, 胡因洪, 胡家国, 浮 陈, 黄治军 申请人:武汉钢铁(集团)公司
专业数控铣床产品供应商
20年生产经验，实力工厂，精工品质，质量有保障
