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細(xì)化晶粒可以同時(shí)提高鋼的強(qiáng)度和韌塑性。超細(xì)晶粒鋼是在不降低材料其它性能和基本不增加生產(chǎn)成本的前提下，通過控制冶煉和軋制工藝，使晶粒細(xì)化，從而使其強(qiáng)度明顯提高。超細(xì)粒鋼因具有超細(xì)、超潔凈、超均勻、高強(qiáng)和高韌特性，其焊接性必然不同于傳統(tǒng)鋼鐵材料的，從而引起一個(gè)突出問題，即在焊接時(shí)，超細(xì)晶粒和組織會(huì)重新長大，從而使焊接接頭的強(qiáng)度下降圈。如何解決這一難題，成為研究超細(xì)晶粒鋼實(shí)際應(yīng)用的關(guān)鍵。為此，對(duì)800MPa超細(xì)晶粒鋼在不同熱輸人量下焊接接頭的熱循環(huán)過程進(jìn)行了有限元分析并進(jìn)行了試驗(yàn)驗(yàn)證，期望得到合理的焊接工藝用以指導(dǎo)實(shí)際焊接。
試驗(yàn)材料為800MPa超細(xì)晶粒低合金高強(qiáng)度鋼，其化學(xué)成分(質(zhì)量分?jǐn)?shù)%)為0.054C，0.2251，1.84Mn，0.013P，0.03lAI，0.06Ti，0.054Nb，0.003V，0.27Mo，<0.0035，其尺寸為150mmx70x4，焊接方法為無填充材料的非熔化極氣體保護(hù)電弧焊對(duì)接。1#-6#試樣的焊接工藝參數(shù)如表所示，焊接熱輸入量計(jì)算時(shí)電弧功率的有效利用率為0.65。
在距焊縫起始部位80mm處取樣，試樣用體積分?jǐn)?shù)4%HNO3酒精溶液腐蝕，使用MM-6型光學(xué)顯微鏡觀察焊接接頭顯微組織。
熱源模型的選取是否恰當(dāng)，對(duì)瞬態(tài)焊接溫度場(chǎng)的計(jì)算精度，特別是在靠近熱源的地方有很大的影響。實(shí)踐證明，對(duì)于常用的焊接方法如手工電弧焊、鎢極氫弧焊采用高斯分布的函數(shù)就可以得到滿意的結(jié)果。這里，也采用高斯分布的熱源模型。
焊接過程中，焊件局部迅速加熱到很高的溫度，溫度變化十分劇烈，因此必須考慮材料的物理性能參數(shù)隨溫度的變化。焊接過程中存在兩類相變：一類是固態(tài)相變，即材料顯微組織的轉(zhuǎn)變，另一類是固液相變，即材料的熔化和凝固。材料在發(fā)生相變時(shí)，會(huì)吸收或釋放一定的熱能，所以在計(jì)算焊接溫度場(chǎng)時(shí)，必須考慮相變潛熱的問題。一般情況下，固態(tài)相變潛熱比固液相變潛熱小得多，通常可將其忽略。處理固液相變潛熱時(shí)采用比熱突變法，當(dāng)溫度達(dá)到熔點(diǎn)時(shí)，比熱容突然升高到2000·kg·℃。
焊接過程是一個(gè)快速且不均勻的加熱過程，在焊縫附近溫度分布梯度變化很大。因此，劃分網(wǎng)格時(shí)，在焊縫及其附近的區(qū)域用加密的網(wǎng)格，在遠(yuǎn)離焊縫的區(qū)域，能量傳遞緩慢，溫度分布梯度變化相對(duì)較小，采用相對(duì)稀疏的單元網(wǎng)格。
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