一种模拟焊接实验方法与流程

本发明属于热模拟物理测试技术领域，具体涉及一种模拟焊接工艺的实验方法。

背景技术：

焊接物理模拟已成为焊接物理冶金研究的重要测试手段之一。应用较广泛的模拟焊接试验装置是Gleeble系列热力模拟试验机。由于该试验机是将模拟试样作为电阻进行直接通电加热，可以获得很快的加热速度，同时其采用的夹具具有良好的导热和导电性，因此，能够较好地模拟焊接热循环工艺过程。通常经过焊接热循环工艺过程处理的模拟试样不仅用于金相组织观察，还可以进行冲击性能测试，为焊接工艺参数的优化提供依据。一般需要进行三次冲击性能实验以确定冲击性能，因此，需要三个经过焊接热循环工艺模拟实验的试样。

按照现有技术，一次焊接热循环工艺模拟实验只能获取一个试样，需要重复进行三次焊接热循环模拟实验。然而，每次实验效果会受到实验条件，操作者的操作技术等因素的影响，而导致后续冲击性能测试结果产生大的偏差。若在一次焊接热循环工艺模拟实验中获取两个及或两个以上试样，需对试验机的夹具进行重新设计或相关结构进行改进，且试样与试样之间会因为在加热过程中产生粘连等现象，影响后续实验的进行。

针对上述问题，亟需提出一种模拟焊接工艺的实验方法，在提高实验精度的同时也能提高实验效率。

技术实现要素：

本发明提供一种模拟焊接实验方法，其目的是实现一次实验得到多个试样，既可保证各个试样实验状态的一致性，提高实验可靠性，又能减少模拟实验次数，缩短实验周期以及节约实验成本，同时为小厚度坯料提供一种实现焊接热循环工艺模拟的途径。

为达此目的，本发明采取了如下技术解决方案：

一种模拟焊接实验方法，其具体实验过程和步骤为：

1、选取垫片：根据边长为D的热力模拟试验机夹具方形孔的尺寸，选取厚度为d、宽度为D、长度为L的垫片待用。

2、将坯样加工成宽度为D、长度为L、厚度分别为[(D-d)/2]、[(D-2d)/3]、[(D-3d)/4]的三种尺寸规格的试样，并在厚度为[(D-d)/2]试样中选取2个、厚度为[(D-2d)/3]试样中选取3个、厚度为[(D-3d)/4]试样中选取4个作为模拟试样。

3、将其中一种厚度的一个模拟试样焊接上热电偶，然后将该厚度余下的模拟试样叠放在一起，模拟试样之间垫上垫片，叠放的模拟试样连同垫片共同形成一个与热力模拟试验机夹 具方形孔尺寸吻合，即厚度与宽度相等、长度为L的整体模拟试样。

4、将整体模拟试样用一对热力模拟试验机夹具夹紧安装于热力模拟试验机上，并用卡具卡紧，运行试验程序进行焊接热循环实验。

加热时电阻的热量输入Q＝U²t/R

式中：U、t、R分别为模拟试样两端电压、通电时间和电阻；

模拟试样尺寸和材质相同，热量输入也相同，模拟试样与试验机夹具接触状况相同，热量损失Q₁也相同。输入的电能分两部分：一部分是热量损失Q₁，另一部分使电阻升高，即：

Q-Q₁＝CmΔT

C、m、ΔT分别为模拟试样的比热、质量和温度变化量；

各个模拟试样的温度变化量是一致的，而每个模拟试样在实验过程中经历的又是同一个热循环过程，因此，实验后的模拟试样分别用于进行金相检验和夏比摆锤冲击试验，可保证各个试样实验状态的一致性，减少由于操作者或实验环境等因素带来的系统误差，提高实验的可靠性。

5、实验后，将整体模拟试样从热力模拟试验机上取下，分开模拟试样后分别作为金相检验和夏比摆锤冲击试验用试样；

6、重复步骤3～5，即可得到不同厚度的金相检验和夏比摆锤冲击试验用试样。

所述垫片材质为石墨或钽。

本发明的有益效果为：

本发明方法简单易行，通过一次焊接热循环模拟实验，即可获得2～4个模拟试样，不仅可减少模拟实验次数，缩短实验周期，节约实验成本；而且能有效保证各个试样实验状态的一致性，减少由于操作者或实验环境等因素带来的系统误差，提高实验的可靠性。同时，还可通过试样的尺寸设计，实现厚度尺寸较小试样的焊接热循环模拟实验。

附图说明

图1是两个模拟试样叠放状态图；

图2是两个模拟试样叠放后形成的电路图；

图3是四个模拟试样叠放状态图；

图4是四个模拟试样叠放后形成的电路图。

图中：模拟试样1、垫片2、夹具3。R1、R2、R3、R4分别为模拟试样1、2、3、4的电阻值，U为热力模拟试验机加在模拟试样两端的电压。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步说明。

实施例1：

1.热力模拟试验机夹具方形孔尺寸为11×11mm,选取厚×宽×长为：0.2×11×80mm尺寸的垫片2，垫片2材质为石墨。

2.将坯样加工成厚×宽×长为5.4×11×80mm尺寸的模拟试样1。

3.取两个步骤2中得到的模拟试样1，将其中一个模拟试样1焊接热电偶，以实现实验温度的测量与控制。然后将两个模拟试样1叠放在一起，中间垫上垫片2，形成整体模拟试样，其电路如图2所示。应用一对热力模拟试验机夹具3夹紧(见图1)安装于热力模拟试验机上，最后用卡具卡紧，运行试验程序，进行焊接热循环实验。

4.实验结束后，将整体模拟试样从热力模拟试验机拆卸下来，由于两个模拟试样1之间垫有垫片2，很容易将两个模拟试样1分开。

5.如需要，重复步骤3、4，可得到四个模拟试样1，这样只经过两次焊接热循环工艺模拟实验就可以得到四个模拟试样1，将其中一个用于进行金相组织观察，另三个用于进行冲击性能测试。

实施例2

1.热力模拟试验机夹具方形孔尺寸11×11mm,选取厚×宽×长为0.2×11×80mm尺寸的垫片2，垫片2材质为钽。

2.将坯样加工成厚×宽×长为2.6×11×80mm尺寸的模拟试样1。

3.取四个模拟试样1，将其中一个模拟试样1焊接热电偶，以实现实验温度的测量与控制。然后将四个模拟试样1叠放在一起，模拟试样1之间垫上垫片2，形成整体模拟试样，其电路如图4所示。应用一对热力模拟试验机夹具3夹紧(见图3)安装于热力模拟试验机上，最后用卡具卡紧，运行试验程序，进行焊接热循环实验。

4.实验结束后，将整体模拟试样从热力模拟试验机上拆卸下来，由于两个模拟试样1之间均垫有垫片2，很容易将模拟试样1分开。从而只经过一次焊接热循环工艺模拟实验就可以得到四个模拟试样1，其中一个用于进行金相组织观察，另三个用于进行冲击性能测试。