本发明专利技术公开了一种预测低合金钢焊缝金属中非金属夹杂物特征参数的方法，本方法建立在合金热力学理论上，利用Thermo-Calc热力学计算软件得到不同成分焊缝金属中非金属夹杂物的特征参数，再运用多元线性回归法分析不同成分的焊缝金属与其对应特征参数的关系，从而获得非金属夹杂物特征参数预测模型，利用该预测模型即可预测低合金钢焊缝金属中非金属夹杂物的特征参数。本发明专利技术解决了传统方法测定焊缝金属夹杂物特征参数时费时、不适于大规模测定和高成本等问题，具有快速、适于大规模测定和低成本的优点。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种预测钢焊缝金属中夹杂物特征参数的方法，尤其涉及一种预测低合金钢焊缝金属中夹杂物特征参数的方法。
技术介绍
焊缝金属中的夹杂物是一种常见的焊接缺陷，主要是在焊接过程中通过冶金物理化学反应形成的微粒和非金属杂质。夹杂物的存在不仅降低焊缝金属的韧性，增加低温脆性，同时也增加了焊缝的热裂和层状撕裂倾向。为了提高焊缝金属性能，相关工程技术人员采取多种冶金和工艺措施，比如严格限制焊丝、母材中杂质的含量，提高熔池的存在时间，摆动焊条和短弧焊等，以降低夹杂物的形成数量。 近年来，随着钢铁冶炼技术的进步和焊接科技的不断发展，围绕焊缝中的夹杂物出现了一种相反的观点，即氧化物冶金理论。氧化物冶金技术即是在炼钢和焊接过程中控制夹杂物的大小、形态、数量和分布，在钢或焊缝金属的凝固过程中，这些大量细小、弥散分布的夹杂物能够起到晶内铁素体形核质点的作用，有效抑制晶粒长大，在轧制或焊接过程中起到细化晶粒的作用。而低合金钢焊缝金属易出现严重的晶粒粗化、局部软化和脆化的现象，综合表现为焊缝金属的韧性急剧下降，威胁着工程结构的适用安全。利用“氧化物冶金”技术，即利用焊缝金属中的非金属夹杂物可极大促进针状铁素体的形成并减少其他铁素体的数量。由于针状铁素体晶粒细小，且相邻针状铁素体的板条间为大角度晶界，晶粒内位错密度较高，因此具有针状铁素体组织的焊缝金属可以获得高的强度和良好的低温韧性。焊缝金属中诱发针状铁素体形核、长大的夹杂物主要包括TiO、TiN和MnO Al2O3等，其特征参数是影响夹杂物形核的重要因素。当夹杂物含有多种相组成，并且夹杂物尺寸为0. 5 0. 8 ii m、体积分数为IX 10_3 6X 10_3时，有利于针状铁素体的多维形核。同时，单位体积夹杂物的数量决定了针形铁素体的形核数量。而若夹杂物间距太大，易导致铁素体粗大，降低焊缝金属韧性，因此，夹杂物间距一般要在2 10 y m。目前低合金钢焊材成分多样，不同种类焊材采取了不同的合金设计，即使同一厂家的不同批号产品也存在一定成分波动，不同的成分导致了焊缝中非金属夹杂物具有不同的特征参数。为了获得较好的低合金钢焊接接头韧性，需要设计合理的焊缝金属成分从而获得较好的非金属夹杂物的特征参数。目前，主要是通过大量焊接实验及昂贵的测量设备来测定焊缝金属中非金属夹杂物的特征参数，这不仅消耗大量人力、物力和时间，而且适用范围较窄。
技术实现思路
针对现有技术存在的不足，本专利技术提出了一种快速、适用于大规模使用、低成本的。本专利技术解决该技术问题所采用的技术方案是，包括步骤步骤1，基于合金热力学理论设计一系列低合金钢焊缝金属组分，并获取各组分的低合金钢焊缝金属相图；步骤2，分析低合金钢焊缝金属相图获得各低合金钢焊缝金属内非金属夹杂物的特征参数，所述的非金属夹杂物特征参数包括非金属夹杂物的平均直径、体积分数、数量密度和平均间隔，其中，数量密度为单位体积的非金属夹杂物数量；步骤3，对低合金钢焊缝金属中非金属夹杂物特征参数的实测数据样本进行拟合，基于焊缝金属中硅、锰、铝、钛、氮、氧元素含量和所对应的非金属夹杂物特征参数建立回归模型；步骤4，运用多元线性回归法分析所设计的低合金钢焊缝金属中硅、锰、铝、钛、氮、氧元素含量与非金属夹杂物特征参数的关系，获得回归模型的回归系数，利用残差图修正回归系数即得到非金属夹杂物特征参数预测模型；步骤5，采用低合金钢焊缝金属中非金属夹杂物特征参数的实测数据样本进一步修正非金属夹杂物特征参数预测模型；步骤6，根据低合金钢焊缝金属中硅、锰、铝、钛、氮、氧元素含量，采用非金属夹杂物特征参数预测模型即可预测低合金钢焊缝金属中夹杂物的特征参数。上述步骤I中所述的设计一系列低合金钢焊缝金属组分具体为根据低合金钢焊缝金属化学成分和各主要合金元素可能的含量变化范围，改变低合金钢焊缝金属中硅、锰、铝、钛、氮、氧六种主要影响夹杂物特征参数的元素含量，得到多种不同组分的焊缝金属；上述步骤I中所述的低合金钢焊缝金属相图是采用Thermo-Calc热力学软件计算得到。上述低合金钢焊缝金属内非金属夹杂物的特征参数是通过分析低合金钢焊缝金属相图中液体、体心立方钢、面心立方钢、熔渣、氧化物和氮化物的含量得到。与现有的测定焊缝金属夹杂物特征参数的方法相比，本专利技术方法具有快速、适用于大规模使用、低成本的优点。采用本专利技术方法可预测低合金钢焊缝金属中夹杂物特征参数，预测结果也可作为设计合理焊缝金属成分的依据。具体实施方法本专利技术方法建立在合金热力学理论上,利用Thermo-Calc热力学计算软件得到不同成分焊缝金属中非金属夹杂物的特征参数，再运用多元线性回归法分析不同成分的焊缝金属与其对应特征参数的关系，从而获得非金属夹杂物特征参数预测模型，利用该预测模型即可预测低合金钢焊缝金属中非金属夹杂物的特征参数。下面将针对非金属夹杂物的平均直径、体积分数、数量密度和平均间隔等特征参数分别说明非金属夹杂物特征参数预测模型的构建过程。一、非金属夹杂物平均直径预测模型的构建基于大量实验数据，专利技术人发现低合金钢焊缝金属内各元素及其含量不同，焊缝金属中非金属夹杂物的特征参数也不同，而且，焊缝金属中硅、锰、铝、钛、氮、氧元素含量对非金属夹杂物特征参数的影响较大。获取低合金钢焊缝金属中非金属夹杂物特征参数的实测数据样本，所述的低合金钢焊缝金属中非金属夹杂物特征参数的实测数据样本包括焊缝金属中硅、锰、铝、钛、氮、氧元素质量百分比及其非金属夹杂物特征参数。对低合金钢焊缝金属中非金属夹杂物特征参数的实测数据样本进行拟合，并基于焊缝金属中硅、锰、铝、钛、氮、氧元素质量百分比和所对应的非金属夹杂物的平均直径建立回归模型dv-bo+b1XSi_b2XMn+b3XA1_b4XTi+b5XN+b6Xo (I)其中，dv为焊缝金属中非金属夹杂物的平均直径，单位为iim;Xsi ,Xfc > Xa1、XT1、XN、X0分别为低合金钢焊缝金属中硅、锰、铝、钛、氮、氧元素的质量百分比；bQ b6为回归系数。运用多元线性回归分析法分析所设计的一系列不同成分的低合金钢焊缝金属与其对应的非金属夹杂物平均直径的关系，并利用残差图分析回归模型，找出该模型中的异常点并删除，从而获得k b6的值。采用低合金钢焊缝金属中非金属夹杂物平均直径的实测数据修正回归系数Idci b6，得到修正后的非金属夹杂物平均直径预测模型。本具体实施中采用了大量国内外已发表文献中的数据修正回归系数，得到如下的非金属夹杂物平均直径预测模型dv=0. 2699+0. 3642XSi+0. 0732XMn+0. 4441XA1_0. 6451XTi_6. 2964XN+1. 7147X0(2)。二、非金属夹杂物体积分数预测模型的构建对低合金钢焊缝金属中非金属夹杂物特征参数的实测数据样本进行拟合，并基于焊缝金属中硅、锰、铝、钛、氮、氧元素质量百分比和所对应的非金属夹杂物的体积分数建立回归模型Vv-bo+b1XSi_b2XMn+b3XA1_b4XTi+b5XN+b6Xo (3)其中，Vv为焊缝金属中非金属夹杂物的体积分数，单位10_3wt. % ；Xsi ,Xfc > Xa1、XT1、XN、X0分别为低合金钢焊缝金属中硅、锰、铝、钛、氮、氧元素的质量百分比；bQ 本文档来自技高网...
【技术保护点】
预测低合金钢焊缝金属中非金属夹杂物特征参数的方法，其特征在于，包括步骤：步骤1，基于合金热力学理论设计一系列低合金钢焊缝金属组分，并获取各组分的低合金钢焊缝金属相图；步骤2，分析低合金钢焊缝金属相图获得各低合金钢焊缝金属内非金属夹杂物的特征参数，所述的非金属夹杂物特征参数包括非金属夹杂物的平均直径、体积分数、数量密度和平均间隔；步骤3，对低合金钢焊缝金属中非金属夹杂物特征参数的实测数据样本进行拟合，并基于焊缝金属中硅、锰、铝、钛、氮、氧元素含量和所对应的非金属夹杂物特征参数建立回归模型；步骤4，运用多元线性回归法分析所设计的低合金钢焊缝金属中硅、锰、铝、钛、氮、氧元素含量与非金属夹杂物特征参数的关系，获得回归模型的回归系数，利用残差图修正回归系数即得到非金属夹杂物特征参数预测模型；步骤5，采用低合金钢焊缝金属中非金属夹杂物特征参数的实测数据样本进一步修正非金属夹杂物特征参数预测模型；步骤6，根据低合金钢焊缝金属中硅、锰、铝、钛、氮、氧元素含量，采用非金属夹杂物特征参数预测模型即可预测低合金钢焊缝金属中夹杂物的特征参数。
【技术特征摘要】
1.预测低合金钢焊缝金属中非金属夹杂物特征参数的方法，其特征在于，包括步骤 步骤I，基于合金热力学理论设计一系列低合金钢焊缝金属组分，并获取各组分的低合金钢焊缝金属相图； 步骤2，分析低合金钢焊缝金属相图获得各低合金钢焊缝金属内非金属夹杂物的特征参数，所述的非金属夹杂物特征参数包括非金属夹杂物的平均直径、体积分数、数量密度和平均间隔； 步骤3，对低合金钢焊缝金属中非金属夹杂物特征参数的实测数据样本进行拟合，并基于焊缝金属中硅、锰、铝、钛、氮、氧元素含量和所对应的非金属夹杂物特征参数建立回归模型； 步骤4，运用多元线性回归法分析所设计的低合金钢焊缝金属中硅、锰、铝、钛、氮、氧元素含量与非金属夹杂物特征参数的关系，获得回归模型的回归系数，利用残差图修正回归系数即得到非金属夹杂物特征参数预测模型； 步骤5，采用低合金钢焊缝金属中非金属夹杂物特征参数的实测数据样本进一步修正非金属夹杂物特征参数预测模型； 步骤6，根据低合金钢焊缝金属中硅、锰、铝、钛、氮、氧元素含量，采用非金属夹杂物特征参数预测模型即可预测低合金钢焊缝金属中夹杂物的特征参数。2.根据权利要求1所述的预测低合金钢焊缝金属中非金属夹杂物的特征参数的方法，其特征在于 所述的基于合金热力学理论设计一系列低合金钢焊缝金属组分具体为 基于低合金钢焊缝金属化学成分和其中主要合金元素可能的质量含量变化范围，改变硅、锰、铝、钛、氮、氧元素质量含量设计一系列不同成分的焊缝金属。3.根据权利要求1所述的预测低合金钢焊缝金属中非金属夹杂物的特征参数的方法，其特征在于 所述的低合金钢焊缝金属相图是采用Thermo-Calc热力学软件计算得到。4.根据权利要求1所述的预测低合金钢焊缝金属中非金属夹杂物的特征参数的方法，其特征在于 所述的低合金钢焊缝金属内非金属夹杂物的特征参数是通过分析低合金钢焊缝金属相图中液体、体心立方钢、面心立方钢、熔渣、氧化物和氮化物的含量得到。5.根据权利要求1所述的预测低合金钢焊缝金属中非金属夹杂物的特征参数的方法，其特征是 所述的修正后的非金属夹杂物特征参数预测模型如下 非金属夹杂物平均直径的预测模型为dv= O. 2699+0. 3642 Xsi +0.0732 Xfc +0...
【专利技术属性】
技术研发人员：张国栋，周彩飞，
申请(专利权)人：武汉大学，
类型：发明
国别省市：
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