焊接热影响区热模拟分析

焊接热模拟试验方法是利用特定的试验装置（热模拟试验机）在试样上造成与实际焊接过程相同的或近似的热循环，使试样的金相组织与所需研究的焊接热影响区特定部位的组织相同或近似，最常用的是Gleeble型电阻加热热模拟试验机，目前已经从最初的Gleeble-1500型发展到了Gleeble-3500、Gleeble-3800（美国DSI公司）等型号，主要由供电系统、加热系统、机械系统、真空系统、冷却系统及测控系统等组成，最大加载负荷超过100kN。

焊接热模拟试验主要包括两个阶段：①在热模拟过程中进行的试验，如模拟焊接热循环、焊接过程中的应力应变循环等；②热模拟完成后进行的试验，如冲击韧性试验等。

图2.1-12 30CrMnSi钢焊接HAZ强度分布

焊接热模拟主要是用于研究高强度钢热影响区特定部位焊接热循环对其组织性能的影响。模拟加热的峰值温度（T_p）一般为1350℃、950℃、800℃和700℃，分别对应于热影响区的粗晶区、细晶区、部分淬火区和亚临界回火区。经常采用的热影响区800～500℃冷却时间（t_8/5）分别为5s、10s、20s和40s，其焊接热模拟试验参数的选择见表2.1-6。

表2.1-6 高强度钢焊接热影响区的热模拟试验参数

CGHAZ—热影响区粗晶区（Coarse Grained Region in the HAZ）；

FGHAZ—热影响区细晶区（Fine Grained Region in the HAZ）。

根据实测焊接热循环曲线，在热模拟试验机上进行单次及二次热影响区模拟加热，实验过程中记录的低碳调质钢热影响区峰值温度，单次热模拟焊接热循环曲线如图2.1-13所示，粗晶区（CGHAZ）二次热模拟焊接热循环曲线如图2.1-14所示。

图2.1-13 高强度钢单次热模拟焊接热循环曲线（Gleeble—1500）(www.xing528.com)

a）T_p=1350℃ b）T_p=950℃ c）T_p=800℃

图2.1-14 高强度钢粗晶区二次热模拟焊接热循环曲线（Gleeble—1500）

图2.1-15所示为峰值温度对X60管线钢焊接热影响区低温冲击韧度的影响，图2.1-16所示为t_8/5与X60管线钢焊接热影响区冲击韧度的关系。

图2.1-15 峰值温度对X60管线钢焊接热影响区低温冲击韧度的影响

a）t_8/5=10s b）t_8/5=30s

图2.1-16 t_8/5与X60管线钢焊接热影响区冲击韧度的关系

a）T_p=1340℃ b）T_p=1100℃ c）T_p=880℃