一种焊接热影响区的相关试样制备方法与流程

1.本技术涉及焊接技术领域，尤其是涉及一种焊接热影响区的相关试样制备方法。


背景技术：

2.目前，焊接热影响区是在焊接过程中产生的微观组织和力学性能极不均匀的一个区域，在服役过程中往往造成焊接接头的早期失效，因此，热影响区的微观组织和力学性能研究是一个研发人员和工程技术人员共同关注的焦点。
3.因而需要研究出一种快速、准确制备焊接热影响区相关试样的方法。


技术实现要素：

4.本技术的目的在于提供一种焊接热影响区的相关试样制备方法，在一定程度上解决了现有技术中存在的需要研究出一种快速、准确制备焊接热影响区相关试样的方法的技术问题。
5.本技术提供了一种焊接热影响区的相关试样制备方法，包括如下步骤：按照预设尺寸加工待加热试样；在加工完成后的所述待加热试样上安装热电偶；采用热模拟试验机通过所述热电偶对所述待加热试样进行加热，而后切割得到焊接热影响区试样；对所述焊接热影响区试样进行硬度测试；对硬度测试后的区域进行微观组织观察；所述在加工完成后的所述待加热试样上安装热电偶包括如下步骤：在加工完成后的所述待加热试样上安装两个所述热电偶，且两个所述热电偶与所述待加热试样的安装点均位于所述待加热试样的沿其宽度方向的中心线上，两个所述热电偶与所述待加热试样的安装点对称设置于所述待加热试样的沿其长度方向的中心线的两侧。
6.进一步地，所述对所述焊接热影响区试样进行硬度测试包括如下步骤：对热电偶的安装点所在平面进行打磨、抛光，而后进行硬度测试；其中，测量三组硬度测试点，且三组硬度测试点包括沿着两个热电偶的安装点的连线的方向顺次间隔设置的a组硬度测试点、b组硬度测试点以及c组硬度测试点，其中所述b组硬度测试点经过两个热电偶的安装点的连线的中垂线，所述a组硬度测试点位于其中一个热电偶的安装点的外侧，所述c组硬度测试点位于其中另一个热电偶的安装点的外侧；每组硬度测试点均包括n个硬度测试点，对所述n个硬度测试点沿着垂直于两个热电偶的安装点的连线的方向，从焊接热影响区试样的一侧部向另一侧部按顺序编号为1、2、3
…
i
…
n，且所述a组硬度测试点、所述b组硬度测试点、所述c组硬度测试点的第i点的硬度值分别为ai、bi、ci。
7.进一步地，任意相邻的所述硬度测试点之间的距离均大于硬度压痕对角线距离的3倍；
两个所述热电偶之间的距离为1mm~2mm；沿着两个热电偶的安装点的连线的方向，相邻的两组硬度测试点之间的距离均为1mm，且所述a组硬度测试点和所述c组硬度测试点分别与相对应的所述焊接热影响区试样的两侧部之间的距离为4.5mm；同一组内任意相邻的两个所述硬度测试点之间的距离为0.2mm，且任一组内与两个热电偶的安装点的连线之间的距离为d=0.2
×
(i
‑
1) mm处的平均硬度值为1/3
×
(ai bi ci)。
8.进一步地，所述切割得到焊接热影响区试样包括如下步骤：将加热后的待测试样，以两个热电偶的安装点的连线为中心线切割得到长、宽、高分别为(20~30)mm
×
11mm
×
11mm的焊接热影响区试样，并且拆除与热电偶的连接。
9.进一步地，所述对硬度测试后的区域进行微观组织观察包括如下步骤：对所述焊接热影响区试样的硬度测量面进行化学腐蚀，而后采用金相显微镜划分焊接热影响区，最后采用扫描电子显微镜观察焊接热影响区的各区域的微观组织。
10.进一步地，所述按照预设尺寸加工待加热试样包括如下步骤：将样品切割成80mm
×
11mm
×
11mm的钢条，加工表面的粗糙度在ra0.8以下，而后使用酒精进行超声波清洗，以去除表面油污；和/或焊接模拟加热前，根据预设的焊接要求，在热模拟试验机中输入峰值温度、保温时间、预热温度、热输入、加热速率、焊接热循环参数、所述待加热试样的密度、所述待加热试样的比热容和所述待加热试样的热导率，而后对所述待加热试样进行加热。
11.本技术还提供了一种焊接热影响区的相关试样制备方法，包括如下步骤：按照预设尺寸加工待加热试样；在加工完成后的所述待加热试样上安装热电偶；采用热模拟试验机通过所述热电偶对所述待加热试样进行加热，而后得到焊接热影响区试样；对所述焊接热影响区试样进行热处理；将热处理后的试样进行蠕变处理。
12.进一步地，所述对所述焊接热影响区试样进行热处理包括如下步骤：将所述焊接热影响区试样封入真空的玻璃管内，而后在所述玻璃管中充50mpa
‑
100mpa的氩气进行保护；将装有所述焊接热影响区试样的玻璃管放入电阻炉中，按照预设的焊后热处理工艺进行焊后热处理；焊后热处理完成冷却至室温后，敲碎所述玻璃管，得到焊后热处理试样。
13.进一步地，蠕变处理后所获得的蠕变试样的长度方向的中心线与焊后热处理试样的长度方向的中心线相重合。
14.与现有技术相比，本技术的有益效果为：本技术提供的焊接热影响区的相关试样制备方法例如一种低成本、快速制备并分析热影响区的方法，相对于现有技术中焊接热影响区的获得需要依靠实际焊接，成本高、效率低、变量不可控的问题，本方法不需要实际焊接，人为变量较少，能够降低成本，提高效率。
15.本技术提供的焊接热影响区的相关试样制备方法例如一种新型焊接热影响区蠕变试样的制备方法，相对于现有技术中焊接热影响区蠕变试样制备过程繁琐、焊接过程中人为因素影响大的问题，本方法不需要实际焊接，降低焊接过程中人为因素的影响，试样尺寸小节约原料，缩短试样制备周期，提高研发效率。
附图说明
16.为了更清楚地说明本技术具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本技术的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
17.图1为本技术实施例一和实施例二中制备的热影响区的示意图；图2为本技术实施例一和实施例二中热影响区硬度测试点分布示意图（菱形块为硬度压痕示意图，箭头方向为硬度点测试顺序方向）；图3为本技术实施例一中热影响区平均硬度分布曲线，其中误差棒为标准差；图4为本技术实施例一中热影响区金相照片，虚线为各子区域分界线；图5为本技术实施例一中热影响区各子区域的扫描电镜照片，其中(a)为粗晶区中a7与b7中心位置的微观组织，(b)为细晶区中a28与b28中心位置的微观组织，(c)为临界区中a41与b41中心位置的微观组织，(d)为母材中a45与b45中心位置的微观组织；图6为本技术实施例二中蠕变试样；图7为本技术实施例二中蠕变2000h各测试点平均硬度值曲线，其中误差棒为对应点的标准差；图8为本技术实施例二中蠕变2000h扫描电镜照片，其中(a)为粗晶区；(b)为细晶区；(c)为临界区；(d)为母材。
18.附图标记：1
‑
焊接点，2
‑
焊接热影响区。
具体实施方式
19.下面将结合附图对本技术的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本技术一部分实施例，而不是全部的实施例。
20.通常在此处附图中描述和显示出的本技术实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本技术的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本技术的范围，而是仅仅表示本技术的选定实施例。
21.基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。
22.在本技术的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本技术的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
23.在本技术的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本技术中的具体含义。
24.下面参照图1至图8描述根据本技术一些实施例所述的焊接热影响区的相关试样制备方法。
25.实施例一参见图1至图5所示，本技术的实施例提供了一种焊接热影响区的相关试样制备方法，包括如下步骤：步骤101、按照预设尺寸加工待加热试样：具体地，将1.25cr
‑
0.5mo压力容器钢样品切割成80mm
×
11mm
×
11mm的钢条（参见图1所示），加工例如打磨到表面的粗糙度在ra0.8以下，而后采用酒精进行超声波清洗，以去除表面油污。
26.步骤102、在加工完成后的待加热试样上安装热电偶包括如下步骤：在加工完成后的待加热试样上安装两个热电偶，且两个热电偶与待加热试样的安装点均位于待加热试样的沿其宽度方向延伸的中心线上，两个热电偶与待加热试样的安装点对称设置于待加热试样的沿其长度方向延伸的中心线的两侧；其中，优选地，两个热电偶均为s型热电偶，且其中一个热电偶连接于下文所述的热模拟试验机的输出正极，另一个热电偶连接于下文所述的热模拟试验机的输出负极。
27.其中，优选地，两个热电偶与待加热试样焊接在一起，上述的安装点也即焊接点1（参见图1所示），后文将此加以举例说明，两个热电偶焊点的距离为1mm~2mm。
28.步骤103、采用热模拟试验机通过热电偶对待加热试样进行加热，而后切割得到焊接热影响区2试样：具体地，在gleeble3500热模拟试验机中输入待加热试样的密度7.8g/cm3、待加热试样的热导率0.45j/cm/s/℃、待加热试样的比热容0.46j/kg/℃、焊接热输入12kj/cm、峰值温度1400℃、保温时间1s和加热速率150℃/s，对待加热试样进行加热，产生焊接热影响区2如图1所示；将加热后的待测试样，以两个热电偶焊点的连线为中心线切割得到长、宽、高分别为(20~30)mm
×
11mm
×
11mm的焊接热影响区2试样也即宽和高保持不变，切割出小于原长度的靠近热电偶焊点的连线的中心部位的试样，并且拆除与热电偶的连接。
29.步骤104、对焊接热影响区2试样进行硬度测试：具体地，对热电偶焊点所在平面进行打磨、抛光，而后进行硬度测试，其中，优选地，硬度计载荷为200gf，保荷时间为12s；其中，如图2所示，测量三组硬度测试点也即a组硬度测试点、b组硬度测试点以及c组硬度测试点，且三组硬度测试点沿着两个热电偶焊点的连线的方向间隔设置，其中第二组硬度测试点也即b组硬度测试点经过两个热电偶焊点的连线的中垂线，第一组硬度测试点也即a组硬度测试点位于其中一个热电偶的安装点的外侧，第三组硬度测试点也即c组硬度测试点位于其中另一个热电偶的安装点的外侧；相邻的两组硬度测试点之间的距离l2为1mm，a组硬度测试点和c组硬度测试点分别与相一一对应的所述焊接热影响区2试样的两侧部的边沿之间的距离l1为4.5mm；每组硬度测试点均包括n个硬度测试点（n为大于等于1的整数），对n个硬度测试点
沿着垂直于两个热电偶焊点的连线的方向，从焊接热影响区2试样的一侧部向另一侧部按顺序编号，也即从1、2、3
…
i
…
n；其中，同一组内任意相邻的两个硬度测试点之间的距离l3为0.2mm；硬度测试完成后对每组相同数字编号的硬度测试点的硬度值求平均值，从而得到第i点的硬度值，也即1/3
×
(ai bi ci) ，其中ai表示a组硬度点第i点的硬度值，bi表示b组硬度点第i点的硬度值，ci表示c组硬度点第i点的硬度值。那么，任一组内与两个热电偶焊点的连线之间的距离为d=0.2
×
(i
‑
1) mm处的平均硬度值为1/3
×
(ai bi ci)，并且按此绘制平均硬度值曲线如图3所示。
30.其中，优选地，硬度测试采用的设备型号为hxd
‑
1000tmc/lcd显微硬度计。
31.步骤105、对硬度测试后的区域进行微观组织观察：具体地，对焊接热影响区2试样的硬度测量面进行化学腐蚀，其中，所选腐蚀液为体积分数为4%硝酸酒精溶液，而后采用金相显微镜划分焊接热影响区2，最后采用扫描电子显微镜观察焊接热影响区2的各区域的微观组织，具体如图5所示，其中(a)为粗晶区中a7与b7中心位置的微观组织，(b)为细晶区中a28与b28中心位置的微观组织，(c)为临界区中a41与b41中心位置的微观组织，(d)为母材中a45与b45中心位置的微观组织（注意，图2中仅显示了部分硬度测试点，可以按照硬度测试点的摆布顺序获知上述各点的位置，因而图2中不再一一示出）。
32.其中，优选地，金相显微镜采用的设备型号为olympus gx51金相显微镜；观测热影响区各子区域的微观组织所用的扫描电子显微镜为tescan mira3。
33.此外，结合现有技术中，焊接热影响区2是在焊接过程中产生的微观组织和力学性能极不均匀的一个区域，在服役过程中往往造成焊接接头的早期失效，因此热影响区的微观组织和力学性能研究是一个研发人员和工程技术人员共同关注的焦点。根据焊接热影响区2的典型特征，往往将焊接热影响区2分为粗晶区、细晶区和临界区，研究其微观组织与力学性能。在以往的研究中由于实际焊接过程中的焊接速度、电流电压、坡口形状、焊接方法等各类工艺参数的差异以及焊接人员的人为因素等原因，制备的焊接热影响区2可能不同，往往得出不同的研究结论。同时在研究新钢种焊接热影响区2的性能或是不同焊接热输入对热影响区的影响需要大量的焊接试验，对材料、时间、人力造成了巨大的资源浪费。
34.可知，对于现有技术中焊接热影响区2的获得需要依靠实际焊接，成本高、效率低、变量不可控的问题，本技术提出一种低成本、快速制备并分析热影响区的方法，该方法不需要实际焊接，人为变量较少，能够降低成本，提高效率。
35.实施例二参见图1、图2、图6至图8所示，本技术的实施例二还提供一种焊接热影响区的相关试样制备方法，包括如下步骤：步骤201、按照预设尺寸加工待加热试样：具体地，参见图1所示，将p11钢样品切割成80mm
×
11mm
×
11mm的钢条，加工例如打磨表面的粗糙度在ra0.8以下，而后采用酒精进行超声波清洗，以去除表面油污。
36.步骤202、在加工完成后的待加热试样上安装热电偶包括如下步骤：在加工完成后的待加热试样上安装两个热电偶，且两个热电偶与待加热试样的安装点均位于待加热试样的沿其宽度方向延伸的中心线上，两个热电偶与待加热试样的安装点对称设置于待加热试样的沿其长度方向延伸的中心线的两侧；其中，沿着待加热试样的宽度方向也即两个安装
点的连线方向，两个安装点分别距离相一一对应的待加热试样的两侧部边沿的距离均为5mm，两个安装点之间的距离为1mm；沿着待加热试样的长度方向，安装点距离待加热试样的相对的两侧部边沿的距离均为40mm。
37.其中，优选地，两个热电偶均为s型热电偶，且其中一个热电偶连接于下文所述的热模拟试验机的输出正极，另一个热电偶连接于下文所述的热模拟试验机的输出负极。
38.其中，优选地，两个热电偶与待加热试样焊接在一起，上述的安装点也即焊接点1（参见图1所示）。
39.步骤203、采用热模拟试验机通过所述热电偶对所述待加热试样进行加热，而后得到焊接热影响区2试样：具体地，在gleeble1500d热模拟试验机中输入峰值温度1400℃、保温时间1s、焊接热输入12kj/cm、预热温度200℃、加热速率150℃/s、待加热试样的密度7.85g/cm3、待加热试样的比热容0.46j/kg/℃和待加热试样的热导率0.45j/cm/s/℃，对待加热试样进行加热，产生焊接热影响区2如图1所示；步骤204、对所述焊接热影响区2试样进行热处理：具体地，所述对所述焊接热影响区2试样进行热处理包括如下步骤：将所述焊接热影响区2试样封入真空的玻璃管内，而后在所述玻璃管中充80mpa的氩气进行保护；将装有所述焊接热影响区2试样的玻璃管放入400℃的电阻炉例如vbf
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1200x井式炉中，按照预设的焊后热处理工艺进行焊后热处理，热处理工艺是根据amse b31.3
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2016工艺管道中对不同牌号钢的热处理工艺要求，具体地，以55℃/h加热至690℃保温6h，以55℃/h冷却至400℃，然后取出试样在室温下空冷，敲碎所述玻璃管，得到焊后热处理试样。
40.步骤205、将热处理后的试样进行蠕变处理：具体地，蠕变前，加工尺寸及粗糙度要求如图6所示，通过rdl
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50高温蠕变试验机在550℃、60mpa下蠕变2000h得到的蠕变试样（注意：蠕变处理后所获得的蠕变试样的长度方向的中心线与焊后热处理试样的长度方向的中心线相重合，保证蠕变区域在中心位置处），所得到的热影响区硬度曲线和微观组织分别如图7和图8所示（注意，此处的硬度测试方法同实施例一所述，在此，不再详述），实现了对p11试样在12kj/cm的热输入下，制备的热影响区在蠕变过程中的微观组织组织与硬度变化的快速分析。
41.其中，优选地，本实施例中观测微观组织采用的设备型号为tescan mira3场发射扫描电子显微镜。
42.其中，优选地，本实施例中硬度测试采用的标准为gb/t4340.1
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2009金属维氏硬度试验，采用的设备为hxd
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1000tmc/lcd显微硬度计。
43.此外，结合现有技术中，焊接热影响区2是在焊接过程中由于焊接热循环作用在母材上产生的微观组织连续变化的一个区域。焊后热处理能够降低热影响区微观组织和力学性能的差异性，但是研究发现焊接热影响区2在经过焊后热处理之后的服役过程中会出现蠕变开裂等早期失效。近年来，焊接热影响区2的蠕变开裂行为一直是研究热点，并且在材料研发过程中一般会通过对焊接接头进行蠕变试验验证材料焊接可靠性。但是实际焊接制备焊接热影响区2蠕变试样过程繁琐，浪费大量的原料、时间、人力，而且焊接过程中焊接人员的人为因素影响较大，制备的焊接热影响区2可能不同，在蠕变开裂的研究过程中往往得出不同的结论。
44.结合上述可知，相对于现有技术中焊接热影响区2蠕变试样制备过程繁琐、焊接过程中人为因素影响大的问题，本技术提出了一种新型焊接热影响区2蠕变试样的制备方法，与现有技术相比的优势：不需要实际焊接，降低焊接过程中人为因素的影响，试样尺寸小节约原料，缩短试样周期提高研发效率。
45.最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本技术的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本技术进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本技术各实施例技术方案的范围。