第34卷第5期2013年5月
焊接学报
TＲANSACTIONS OF THE CHINA WELDING INSTITUTION
Vol．34No．5May
2013
收稿日期：2012－04－27
基金项目：山东电力集团科技课题（20120D-38）；江苏省高校自然基金资助项目（11KJB460004）；江苏科技大学博士启动基金资
助项目（35061007）；江苏省高等教育优势学科建设项目
厚板多层多道焊温度场的有限元分析
胥国祥1，杜宝帅2，董再胜3
，朱
静
1
（1．江苏科技大学江苏省先进焊接技术重点实验室，镇江212003；2．山东电力研究院，济南250062；
3．济南钢铁集团总公司，济南250101）
摘
要：考虑坡口形式对焊接热输入分布的影响及焊缝横断面形状特征，建立了超细
晶Q460高强钢厚板多层多道GMAW 焊有限元分析模型．利用ANSYS 软件对超细晶钢多层多道焊焊缝及热影响区形状尺寸进行了模拟计算，
计算结果与试验结果吻合较好．对超细晶钢多层多道焊温度场及热循环曲线进行了计算和定量分析．结果表明，后续焊缝对整个厚度方向上热影区热循环的峰值温度、高温停留时间及冷却时间有重要影响，应严格控制后续焊缝热输入或层间温度．关键词：厚板；多层多道焊；温度场；数值模拟中图分类号：TG456．2
文献标识码：A
文章编号：0253－360X （2013）05－0087－
04
胥国祥
0序言在厚板多层多道焊过程中，接头热影响区要经
过多次热循环，热场特征复杂，热影响区宽度及晶粒尺寸难于控制．而Q460钢作为新一代超细晶低合
金钢，综合力学性能优异［1］
，其厚板在输电铁塔、桥梁制造和工程机械制造中有着广泛的应用潜力．由于超细晶粒钢性能的提高主要依赖于晶粒的细化，因此热影响区宽度及其晶粒尺寸的控制是超细晶钢
焊接首先要考虑的问题［2］
．而晶粒的长大主要由焊接热循环决定，所以对Q460钢厚板的焊接温度场和热循环特征进行研究具有重要工程实用价值．虽然目前已经展开了对超细晶钢热影区热场及
性能的研究
［2－4］
．而对于Q460钢厚板多层多道焊热场及热影响区热循环特征研究较少．此外，目前
对于厚板多层多道焊温度场的模拟计算，主要通过
焊件表面定点的试验结果加以验证［5，6］
，忽略温度
场沿厚度方向的分布，从而限制了模型的适用性和
准确性．文中充分考虑热场在焊件厚度方向的分布特征，建立适用的有限元分析模型，对Q460高强钢厚板开坡口多层多道焊温度场及热影响区热循环特征进行定量研究，为厚板焊接接头组织性能的控制提供有效分析手段和基础数据．
1热源模型与热传导方程
在厚板开坡口多层多道焊过程中，电弧同时加
热坡口两侧焊件，电弧热流分布模式具有体积热源特征．因此利用双椭球体热源模型［7］
描述电弧热输入的分布模式较为合理．此外除电弧热输入外，高温填充金属也对焊件进行加热，
其对焊缝形状及热场特征有重要影响．对于这部分热量，采用平均热流密度分布的体积热源进行表征．每道焊缝体积热源的横断面形状为每道焊缝填充金属横断面形状，长度为单个时间步长内焊枪移动的距离．熔滴热焓热流密度分布的计算公式为
q d （x ，y ）=
Q D
V
（1）Q D =ρw v w （H dr －H V ）
（2）H dr =（0．5519I +1715．1801）?1000．0
（3）
式中：Q D 为熔滴带入熔池的热焓量；ρW 为焊丝密度；v W 为送丝速度；H v 为熔池平均热焓；H dr 为熔滴
热焓；V 为熔滴热焓热源体积；I 为焊接电流．
2
有限元模型的建立
2．1
试验条件及试验结果
采用CO 2气体保护焊方法，对Q460钢进行平板对接焊接试验．焊件尺寸为100mm 100mm 12mm ，采用V 形坡口，坡口角度为60?，钝边为2mm ，焊丝采用EＲ55-G ，焊接速度为2mm /s ，其它工
88焊接学报第34卷
艺参数见表1．焊接过程中分四层填充坡口，其焊接顺序和焊缝宏观断面如图1所示．可以看出，在电弧和高温熔滴的作用下，坡口边侧金属熔化，焊层宽度明显大于相应位置坡口宽度，焊缝横断面熔合线成波浪形，焊缝热影响区粗晶区较宽．
表1
Q460高强钢厚板多层多道焊工艺参数Table 1
Process parameters in multi-pass welding of thick plate of Q460high strength steel
焊接电流I /A
电弧电压U /V
焊层厚度d /mm
第一层110233第二层120233第三层120233第四层
120
23
3
图1多层多道焊接头坡口形式和焊缝横断面
Fig.1
Groove form of welding joint and weld cross sec-tion in multi-pass welding
2．2
有限元模型
依据Q460钢厚板多层多道焊坡口形式及焊道
位置和数量，建立焊件的几何模型，并对几何模型进行非均匀有限元网格划分．为了综合考虑模拟精度和计算效率，在焊缝及近缝区网格划分较细，而远离焊缝区域网格较粗，如图2所示．对于ANSYS 软件，无法真实描述焊丝熔融金属的填充过程，而是通过“生死”单元技术反映填充金属对焊接传热过程的影响．因此在计算前即将填充金属预置在焊道．熔滴热焓热源模型仅分布于各焊层焊缝金属
．
图2Q460高强钢厚板多层多道焊有限元模型
Fig.2
Finite element model for multi-pass welding of thick Q460steel plate
3
计算结果与讨论
3．1
热源模型的验证
利用上述热源模型，并通过ANSYS 有限元软件
对Q460高强钢厚板多层多道焊温度场进行模拟计算．每道焊缝的计算时间为32s ，相邻两道焊缝的时间间隔为120s．计算过程中环境温度为20?，其它材料物性参数见文献［
8］．熔池三维形状依据Q460钢熔点（1500?）确定，而粗晶区温度区间为1200 1500?
焊缝横断面及热影响区形状尺寸通过将计算得到的三维熔池及三维热影响区向垂直于焊接方向平面的投影确定．图3给出了焊缝横断面和热影响区计算值与试验值的比较．可以看出，两者吻合较好，仅在熔合线走向方面存在一定误差，由此证明了模型的准确性．而误差是由于没有考虑熔池内的流体流动以及体积热源本身的局限性所致
．
图3焊缝横断面及热影响区形状尺寸计算结果与试验结果的比较
Fig.3
Comparison of calculated weld cross section and HAZ size with experimental results
3．2
温度场的分析与讨论
图4给出了Q460钢厚板多层多道焊温度场的
计算结果．可以看出，在第1道焊缝施焊过程中，焊缝尺寸较小，焊件上表面最高温度为500?左右；而
第5期胥国祥，等：厚板多层多道焊温度场的有限元分析89
第2焊道施焊过程中，焊接电流有所增大，同时由于
第1道焊缝的预热作用，因此熔池较大．对于第3
焊层，由于其离焊件上表面较近及第1，2焊道的预热，使其在焊接过程中焊件上表面部分区域达到熔
点以上，
焊件下表面也达到1000?以上，如图4c．可见第3层焊缝对整个焊件横截面上各点的热循环影响较大．而对于焊道P6，由于热源中心靠近焊件上表面，其对焊件下表面热场影响较弱
．
图4
Q460钢厚板多层多道焊温度场的计算结果
Fig.4
Calculated results of temperature distributions in multi-pass welding of Q460steel plate
热循环峰值温度、高温停留时间（大于800?
的时间，
t h ）和冷却时间t 8/5是决定热影响区奥氏体晶粒大小及其最终组织的关键因素．图5为不同点
热循环曲线的计算位置及计算结果．从图5可以看出，对于多层多道焊过程，焊件各点都要经过多次不同的热循环，且各热循环特征不同．图6则给出了不同点热循环峰值温度与高温停留时间的计算
值．对于点1，第1，2，3，5道焊缝施焊过程中在该点引起的峰值温度都超过了1000?．由于第2和3
道焊缝焊接电流有所增大以及第1道焊缝的预热作
用，从而使这两道焊缝在点1产生的热循环峰值温度相对较高；因为焊道P4焊接热源离点1距离较
远，
因此其引起的热循环峰值温度也相对较低．同时由于该原因，第1，
2，3，5道焊缝施焊过程在点1引起的热循环高温停留时间先增大后减小，分别为8．7，
11，17．4和13s ；而第1，2，3和5道焊缝在该点的冷却时间t 8/5有所增大，分别为11，13，15和15
s．
图5
Q460钢多层多道焊不同点热循环曲线的计算结果（z =40mm ）
Fig.5
Calculated thermal cycle curves for different points in multi-pass welding of Q460steel
当距离焊缝中心较远时（图5a 点2和点3），各
焊道焊缝引起的峰值温度迅速降低，但仍是第3和5道焊缝引起的峰值温度较大，且冷却时间t 8/5也相近．这是由于，除前序焊缝对焊件预热外，在第3和5焊道焊接过程中，焊接热源离焊缝中心线较远，对
远离焊缝中心点的热作用影响较大．而由图6同样
可以看出，对于选定的各计算点，同样第3和5道焊缝产生的热循环峰值温度和高温停留时间较大，冷却时间t 8/5相当．可见在开坡口多层多道焊过程中，后续焊缝对热影响区热循环峰值温度和高温停留时
90焊接学报第34卷
间影响较大，应严格控制间隔时间（层间温度）和后续焊道的热输入
．图6不同点热循环峰值温度和高温停留时间的计算结果Fig.6
Calculated peak temperature and high temperature retention time for different locations
4结论
（1）考虑坡口对电弧热输入和熔滴热焓的影
响，建立了厚板多层多道焊热源模型．对超细晶Q460高强钢温度场进行了模拟计算．焊缝横断面及粗晶区形状尺寸的计算结果与试验结果吻合较
好，
从而证明了模型的准确．（2）对Q460厚板多层多道焊各道焊缝的温度场及热循环进行了数值计算及定量分析．后续焊缝对热影响区各点热循环峰值温度、
高温停留时间和冷却时间有重要影响，
尤其是对前两者，从而对整个厚度方向上热影响区晶粒尺寸和最终组织影响都较大，因此对后续焊缝热输入及层间温度应严格控制．参考文献：
［1］彭
云，田志凌，何长红，等．400MPa 级细晶粒钢板焊接热
影响区的组织与力学性能［
J ］．焊接学报，2003，24（5）：21－24．
Peng Yun ，Tian Zhiling ，He Changhong ，et al ．Microsturctures and mechanical properties of welding HAZ of 400MPa ultra-fine grained steel ［J ］．Transactions of the China Welding Institution ，2003，24（5）：21－24．
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ultra-fine grained steel ［J ］．Journal of Materials Processing Tech-nology ，
2009（209）：785－791．［3］Wan X L ，Wei Ｒ，Wu K M．Effect of acicular ferrite formation on
grain refinement in the coarse-grained region of heat-affected zone ［J ］．Materials Characterization ，2010，61（7）：726－731．［4］张富巨，王
燕，张国栋，等．超细晶粒钢低热输入CO 2气体
保护焊接头行为分析［
J ］．焊接学报，2008，29（2）：33－36．Zhang Fuju ，Wang Yan ，Zhang Guodong ，et al ．Ultra-fine grain steel welded joint behaiour of CO 2arc welding under low heat in-put ［J ］．Transactions of the China Welding Institution ，2008，29（2）：33－36．
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天津大学，
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［7］盖登宇，褚元召，李庆芬，等．组合式热源模型在焊接数值模
拟中的应用［J ］．焊接学报，
2009，30（5）：61－64．Gai Dengyu ，Zhu Yuanzhao ，Li Qingfen ，et al ．Appliaction of combined welding heat source in arc welding simulation ［J ］．Transactions of the China Welding Institution ，2009，30（5）：61－64．［8］谭
真，郭广文．工程合金热物性［M ］．北京：合金工业出版社，
1994．作者简介：
胥国祥，男，1981年出生，博士，讲师．主要从事先进
焊接工艺及焊接过程的数值模拟．发表论文10余篇．Email ：xugx-
iang@163．com
2013，Vol．34，No．5TRANSACTIONS OF THE CHINA WELDING INSTITUTION
results showed that compared with MIG welding，low power la-ser-MIG hybrid welding could control the deposition process more accurately and more steadily，and could obtain more uniform mi-crostructures．
Key words：rapid prototyping；vertical deposition；laser-arc hybrid heat source；aluminum alloy
Numerical simulation of free metal transfer of low current CO
2
arc welding based on Surface Evolver SONG Jiaqiang，XIAO Jun，ZHANG Guangjun，WU Lin（State Key Laboratory of Advanced Welding and Joining，Harbin Institute of Technology，Harbin150001，China）．pp75－78，98
Abstract：The force and critical sizes of metal droplet should be investigated in order to realize controlling in the free
metal transfer in the CO
2
arc welding．Therefore，under the pre-condition of repulse force，gravity and surface tention，the nu-
merical simulation model of free droplet of the CO
2
arc welding based on Surface Evolver is established．The free metal transfer is analyzed according to the principle of the minimum energy of a system．In addition，the effect of repulse force on the metal transfer is investigated and the connection between welding cur-rent and critical sizes of the droplet is acquired preliminarily．The investigation lays the basis for controlling the free metal transfer under low current in the next step．
Key words：CO
2
arc welding；numerical simulation；Sur-face Evolver；free metal transfer；repulse force
Heating characteristics of conductive polymer matrix com-posites and resistance welding of polymer GUO Qing1，LI Ruiqi1，CHEN Zheng1，YE Guangyu2，GAO Fei2（1．College of Material Science and Chemical Engineering，Harbin Engineering University，Harbin150001，China；2．State Key Laboratory of Advanced Welding and Joining，Harbin Institute of Technology，Harbin150001，China）．pp79－82
Abstract：Conductive polymer matrix composites were prepared by using acrylonitrile-butadiene-styrene（ABS），con-ductive polyaniline（PANI）and conductive carbon black（CB）．The relationship of the temperature during the welding with the welding time under different welding voltage was examined．The resistance welding of polycarbonate（PC）was investigated by u-sing the conductive polymer matrix composites as a heating resis-tor．Results indicate that the welding voltage and welding time have a strong effect on the interface bonding in resistance weld-ing．Within a suitable power，the optimal welding temperature can be obtained in fixed time．A desired joint is formed at the welding interface due to the mutual melting phenomenon between polymer resistor and base materials，and the joint strength rea-ches up to25．4MPa．A novel method for plastic resistance welding using conductive composite materials as the heating de-vice was explored in this research work．
Key words：resistance welding；plastic welding；conduc-tive polyaniline；conductive composite
Microstructure and mechanical properties of SnAgCu/Cu solder joint during isothermal aging YANG Sijia1，YANG Xiaohua2（1．School of Materials Science and Engineering，Fuzhou University，Fuzhou350002，China；2．Instrumentation Analysis and Measurement Center，Fuzhou University，Fuzhou 350002，China）．pp83－86
Abstract：The Sn3．0Ag0．5Cu/Cu lead-free solder and Cu joints were isothermally aged at125，150and175?for36，72，216，360and720h．The microstructure and mechanical properties of the solder joints were studied．The results showed，after soldering the interfacial intermetallic compounds（IMC）of solder joints were small serrate．The size of interfacial IMC was found to increase with the aging temperature and aging time．The IMC growth rate increased with aging temperature but decreased with aging time．With the increase of aging time，the amount of IMC serration decreased，and its diameter，height and width be-came bigger，higher and wider respectively．Through analysis of the interfacial IMC，a scientific method to characterify IMC size was found．When the IMC equivalent thickness was calculated，the quantitative relationship between IMC equivalent thickness and aging time/temperature was established．The IMC activation energy is88kJ/mol．In addition，the relationship between iso-thermal aging and tensile strength was developed．The tensile strength firstly increased and then decreased with the aging time，which could be attributed to the welding residual stress relaxation and the IMC evolution．
Key words：lead-free solder；isothermal aging；micro-structure；mechanical performance
Finite element anlysis of temperature field in multi-pass welding of thick steel plate XU Guoxiang1，DU Baoshuai2，DONG Zaisheng3，ZHU Jing1（1．Key Laboratory for Advanced Welding Technology of Jiangsu Province，Jiangsu Univeristy of Science and Technology，Zhenjiang212003，China；2．Shan-dong Electric Power Research Institute，Jinan250002，China；3．Jinan Iron＆Steel Group Corporation，Jinan250101，Chi-na）．pp87－90
Abstract：Considering the effect of groove on distribution of welding heat input and geormetric feature of weld cross sec-tion，the heat source model for multi-pass welding of thick ultra-fine grained Q460high strengh steel plate was developed．The shapes and sizes of weld bead and HAZ were simulated by using ANSYS software，which agreed well with the experimental data．The thermal cycles in multi-pass welding of ultrafine grained steel were computed and quantitatively analyzed．The results show that subsequent weld passes have an important influence on peak temperature，retention time of high temperature and cooling time of thermal cycle in HAZ along the whole thickness direction of workpiece，and thus the heat input for subsequent weld passes or temperature difference among two adjacent weld passes should be controlled strictly．
Key words：thick steel plate；multipass welding；tem-perature field；numerical simulation
Simulation of nugget formation process in multi-points pro-jection welding and its application WANG Rui1，AO San-san2，LUO Zhen2，ZHI Derui1，WEI Fushui3（1．School of Sci-ence，Tianjin University of Commerce，Tianjin300134，China；2．School of Materials Science and Engineering，Tianjin Univer-sity，Tianjin300072，China；3．School of Automation，Tianjin University of Technology，Tianjin300384，China）．pp91－94
Ⅴ
授课教案 潘宁：中级焊工培训 课题多层多道角焊及破口平焊 一、实习目的 通过本课题的实习，让学生掌握多层多道角焊及多层多道破口平焊，能根据不同试件的厚度，确定焊脚尺寸，焊接层数，焊接道数，达到焊脚尺寸大小基本均匀，焊脚断面尺寸形状满足要求。 定义：所谓多层多道就是为了避免焊接热输入量过高，而将焊道进行分层分道的焊接，以减少焊接变形及焊接收缩量。一般的说前道焊缝对后道焊缝起到了预热，而后道焊缝焊接时的加热过程是对前道焊缝的一次再热过程，也可以称为前道焊缝的热处理，从而改善了焊缝的机械性能。 注意：多层焊与多层多道焊的不同点。
多层多道焊主要是控制线能量/热输入过大； 热输入的公式为：电流*电压/焊接速度；当电流电压一定时，焊枪摆动过大。焊接速度就会降低，热输入会变大。 横向摆动降低焊接速度，增加焊接线能量。线能量过大焊缝热影响区晶粒粗大，性能硬而脆。焊缝易开裂。 多层多道焊很明显是针对厚的板/高压管及特殊钢，减少热输入多大带来的负面影响诸如：变形增大，拘束应力大，降低金属材料性能等。
平位多层多道焊： 平位角焊包括角接接头和T型接头，平接和搭接接头平焊。因角接接头、搭接接头、T型接头平角焊操作相类似，因此，本课题只介绍T型接头的操作。 焊角尺寸决定焊接层数与焊接道数。一般当焊脚尺寸小于6mm时，采用单层焊，焊脚尺寸6-8mm时，可以考虑焊两层，焊脚尺寸大于8mm时，必须采用多层多焊道，如图所示： a k＜6mm b k=6-8mm c k＞8mm 焊一层一道焊两层两道或两层三道多层多道焊图—1 不同 焊脚尺寸的操作方法 二、课前准备
1、焊材、焊接电源、气体的选用 （1）焊丝J50-6Φ1.2 母材：普钢及高强板 （2）焊接电源奥太350A直流电源。 （3）CO2气体及Ar80％＋CO2 20％各一组 2、试件的加工及清理钢板厚度σ=12mm（用于角焊练习），σ=19-22mm（用于开坡口35°-45°焊接练习），采用气割下料成100×300mm，破口形式1.T型、2.V型、3.单边V型每种规格每人次各一对。 . 三、操作说明 （一）、σ=12mm钢板角焊 1、操作步骤 （1）打光待焊处20mm，直至露出金属光泽。 （2）装配及定位焊（长度不小于30mm的4mm角焊定位，定位间距100～150mm。） （3）工艺参数：1、普板推荐电流150-280A 电压21-32V 气流量CO2焊15-20升，混氩气12-15升干伸长12-15mm。
第34卷第5期2013年5月 焊接学报 TＲANSACTIONS OF THE CHINA WELDING INSTITUTION Vol．34No．5May 2013 收稿日期：2012－04－27 基金项目：山东电力集团科技课题（20120D-38）；江苏省高校自然基金资助项目（11KJB460004）；江苏科技大学博士启动基金资 助项目（35061007）；江苏省高等教育优势学科建设项目 厚板多层多道焊温度场的有限元分析 胥国祥1，杜宝帅2，董再胜3 ，朱 静 1 （1．江苏科技大学江苏省先进焊接技术重点实验室，镇江212003；2．山东电力研究院，济南250062； 3．济南钢铁集团总公司，济南250101） 摘 要：考虑坡口形式对焊接热输入分布的影响及焊缝横断面形状特征，建立了超细 晶Q460高强钢厚板多层多道GMAW 焊有限元分析模型．利用ANSYS 软件对超细晶钢多层多道焊焊缝及热影响区形状尺寸进行了模拟计算， 计算结果与试验结果吻合较好．对超细晶钢多层多道焊温度场及热循环曲线进行了计算和定量分析．结果表明，后续焊缝对整个厚度方向上热影区热循环的峰值温度、高温停留时间及冷却时间有重要影响，应严格控制后续焊缝热输入或层间温度．关键词：厚板；多层多道焊；温度场；数值模拟中图分类号：TG456．2 文献标识码：A 文章编号：0253－360X （2013）05－0087－ 04 胥国祥 0序言在厚板多层多道焊过程中，接头热影响区要经 过多次热循环，热场特征复杂，热影响区宽度及晶粒尺寸难于控制．而Q460钢作为新一代超细晶低合 金钢，综合力学性能优异［1］ ，其厚板在输电铁塔、桥梁制造和工程机械制造中有着广泛的应用潜力．由于超细晶粒钢性能的提高主要依赖于晶粒的细化，因此热影响区宽度及其晶粒尺寸的控制是超细晶钢 焊接首先要考虑的问题［2］ ．而晶粒的长大主要由焊接热循环决定，所以对Q460钢厚板的焊接温度场和热循环特征进行研究具有重要工程实用价值．虽然目前已经展开了对超细晶钢热影区热场及 性能的研究 ［2－4］ ．而对于Q460钢厚板多层多道焊热场及热影响区热循环特征研究较少．此外，目前 对于厚板多层多道焊温度场的模拟计算，主要通过 焊件表面定点的试验结果加以验证［5，6］ ，忽略温度 场沿厚度方向的分布，从而限制了模型的适用性和 准确性．文中充分考虑热场在焊件厚度方向的分布特征，建立适用的有限元分析模型，对Q460高强钢厚板开坡口多层多道焊温度场及热影响区热循环特征进行定量研究，为厚板焊接接头组织性能的控制提供有效分析手段和基础数据． 1热源模型与热传导方程 在厚板开坡口多层多道焊过程中，电弧同时加 热坡口两侧焊件，电弧热流分布模式具有体积热源特征．因此利用双椭球体热源模型［7］ 描述电弧热输入的分布模式较为合理．此外除电弧热输入外，高温填充金属也对焊件进行加热， 其对焊缝形状及热场特征有重要影响．对于这部分热量，采用平均热流密度分布的体积热源进行表征．每道焊缝体积热源的横断面形状为每道焊缝填充金属横断面形状，长度为单个时间步长内焊枪移动的距离．熔滴热焓热流密度分布的计算公式为 q d （x ，y ）= Q D V （1）Q D =ρw v w （H dr －H V ） （2）H dr =（0．5519I +1715．1801）?1000．0 （3） 式中：Q D 为熔滴带入熔池的热焓量；ρW 为焊丝密度；v W 为送丝速度；H v 为熔池平均热焓；H dr 为熔滴 热焓；V 为熔滴热焓热源体积；I 为焊接电流． 2 有限元模型的建立 2．1 试验条件及试验结果 采用CO 2气体保护焊方法，对Q460钢进行平板对接焊接试验．焊件尺寸为100mm 100mm 12mm ，采用V 形坡口，坡口角度为60?，钝边为2mm ，焊丝采用EＲ55-G ，焊接速度为2mm /s ，其它工
对焊件进行多层多道焊时，当焊接后道焊逢时，前道焊缝的最低温度，称为层间温度。对于要求预热焊接的材料，当需要进行多层焊时，其层间温度应等于或略高于预热温度，如层间温度低于预热温度，应重新进行预热。 焊接奥低体不锈钢时，为保持焊接接头有较高的耐蚀性，需要有较快的冷却速度，因此此时需要控制较低的层间温度，即在前道焊缝冷却到较低温度时，再进行后道焊缝的焊接。焊接奥低体不锈钢时，为保持焊接接头有较高的耐蚀性，需要有较快的冷却速度，因此此时需要控制较低的层间温度，即在前道焊缝冷却到较低温度时，再进行后道焊缝的焊接。许多焊接工艺中都会泛泛的提上一句“控制层间温度”，但在实际中如何操作呢？ 以Q345B为例,厚度50-90。一般情况下，焊前预热，焊中要控制层间温度，问题如下： 1、理论上讲，这个层间温度应该是多少？是200-250度左右吗？（是否和马氏体转变温度有关？） 查了许多资料，都列出了各钢种在不同情况下的预热温度参考和焊后热处理温度的参考，而对层间温度都是只讲一句“控制层间温度"。 2、实际中，如果工件较小，焊工连续焊接，层间温度一般就可达130-200度，这样不用再加热就可以焊了吧，还是一定要严格达到200-250度？ 3、实际中，如果工件较大，焊缝很长，即使几个焊工分配焊接，一道焊下来，清渣一下，就会出现层间温度只有40-60度（俺现场测试过好几次）。那么这样就要严格加热到200-250度再焊？ 我单位（福建)有一项活由北方一个厂家制作，其中有个挡圈（Q345B，厚度90）的焊接，他们提交的工艺方案中就有一句"严格控制层间温度”，但我在施工现场中看，他们预热这项有保证，层间温度这项就没有保证，层间温度低到40-60度，没有再加热就焊下一道了。我在现场提出，他们就加热一下，那么这个工艺方案还有实际意义吗？ 楼主好像重复发帖了，所以不给分。有时候大家比较忙，很难及时给你解决疑问，请不要重复发帖，热心的朋友有看见多顶几下一般都可以得到清楚的答案。栏目编辑 对焊件进行多层多道焊时，当焊接后道焊逢时，前道焊缝的最低温度，称为层间温度。对于要求预热焊接的材料，当需要进行多层焊 时，其层间温度应等于或略高于预热温度，如层间温度低于预热温度，应重新进行预热。 焊接奥低体不锈钢时，为保持焊接接头有较高的耐蚀性，需要有较快的冷却速度，因此此时需要控制较低的层间温度，即在前道焊缝 冷却到较低温度时，再进行后道焊缝的焊接。 1.4焊接质量控制 ①控制热输入与冷却速度。控制焊接电流、电压、焊接速度以及熔敷金属800 ℃～500 ℃区间的冷却时间。②控制焊缝中碳／硫／磷／氮／氢／氧的质量百分比。选用优质碱性低氢焊材，采用良好的操作手法充分保护熔池金属(短弧、限制摆动、倾角稳定)。③应力与变形控制。选用高能量密度、低热输入的焊接方法，如气体保护焊；用小线能量，多层多道焊接；减小焊接坡口的角度和间隙，减少熔敷金属填充量；采用对称坡口，对称、轮流施焊；长焊缝应分段退焊或多人同时施焊；用跳焊法避免变形和应力集中。 总之，对于高强钢的焊接，应根据钢材本身的强化机理和供货状态，综合考虑其性能要求，合理选择焊接材料和试验方法对其焊接性作出评价，制定合理的焊接工艺，以指导实际焊接生产。对该钢种的焊接应主要考虑采取措施以降低其冷裂倾向。在焊接时应严格控制层间温度和焊接线能量，防止接头出现弱化现象。 2低温焊接施工工艺 2.1焊材的选择 在低温环境中，应尽量选择低氢或超低氢焊材，对焊材严格执行烘焙和保温措施。
多层焊 Ⅰ、几个概念： 1、单道焊：只熔敷一条焊道完成整条焊缝所进行的焊接。 2、多道焊：由两条以上焊道完成整条焊缝所进行的焊接。 3、多层焊：熔敷两个以上焊层完成整条焊缝所进行的焊接。 多层焊包括多层单道焊和多层多道焊,一层焊缝可以由若干道焊道组成,如果坡口角度小,熔敷一道就可以是一层,坡口角度较大,熔敷两道及以上焊道才能组成一层焊缝,就是多道焊. Ⅱ、多层多道焊的特点 多层多道焊对改善焊接性能有着特殊作用，它不仅由于焊接线能量小可以改善焊接接头的性能，而且由于后焊焊道对前一焊道及其热影响区进行再加热，使加热区组织和性能发生相变重结晶，形成细小的等轴晶，使塑性和韧性得到改善。 多层多道焊可以提高焊缝金属的质量，特别是塑性，这是因为后层(道)焊缝对前层(道)焊缝具有热处理的作用，相当于对前层(道)焊缝进行了一次正火处理，因而改善了二次组织。对最后一道焊缝，可在其焊缝上再施焊一条退火焊道。有的工厂，当焊接接头的弯曲试样试验不合格时，采取改变原来的焊接工艺参数的措施，将单层焊缝改成多层焊缝，用小电流进行快速施焊，对提高弯曲试样的试验合格率(塑性指标)有一定效果。 应当指出，多层多道焊对提高手弧焊的质量效果较好。埋弧焊时，由于每层焊道厚度可达6～10mm，但次一层焊缝的热作用只达3～
mm，所以热处理效果较差。 Ⅲ、与单层焊相比其优点 多层焊的优点是可以焊接大厚壁结构,较之相同情形下采用单层焊,还可以减小热输入量,减小变形,降低产生缺陷的概率。 轴对称有限元模型 一、轴对称问题的定义 如果物体的几何形状、约束情况及所受的外力都对称于空间某一根轴（如Ｚ轴），则通过该轴的任何平面都是物体的对称面，物体内的所有应力、应变和位移都关于该轴对称，这类问题称为轴对称问题。 轴对称问题的力学模型 几点说明： １、轴对称结构体可以看成由任意一个纵向剖面绕着纵轴旋转一周而形成。此旋转轴即为对称轴，纵向剖面称为子午面。 ２、对于轴对称问题，采用圆柱坐标较为方便。 ３、以弹性体的轴对称为ｚ轴，其约束及外载荷也都对称于ｚ轴，因此弹性体内各点的各项应力分量、应变分量和位移分量都与环向左边θ无关，只是径向坐标ｒ和轴向坐标ｚ的函数。
例20 圆筒的多层多道焊接过程 20.1 问题描述 对下图所示的两个圆筒进行焊接，分析焊接过程的温度场和应力场。设焊接材料为普通钢材，圆筒的内径为50mm，外径为70mm。焊接过程分为两层填丝焊接，焊接速率为4mm/s。 20.2 有限元网格的划分 由于两个圆筒是对称的，因此取一半进行分析。 20.2.1 几何模型的建立 以国际单位制kg/m/s为基本单位，先建立圆筒的一个截面。 PTS: ADD 0 0 0 0.05 0 0 FILL DUPLICATE TRANSLATIONS 0 0.01 0 POINTS ALL: EXIST PLOT POINT:SETTINGS LABELS 显示几何点序号 REDRAW
RETURN RETURN 回到DUPLICATE菜单 构造焊道的几何点 TRANSLATIONS 建立5点 0 0.002 0 POINTS 4 # TRANSLATIONS 建立6点 -0.008 0 0 POINTS 4 # TRANSLATIONS 建立7点 -0.006 0.0005 0 POINTS 4 # TRANSLATIONS 建立8点 -0.002 0.0018 0 POINTS 4 # TRANSLATIONS 建立9点 -0.004 0.0014 0
POINTS 4 # RETURN CURVES:ADD 1 2 # 2 4 # 4 5 # 1 3 # 3 6 # 2 6 # CURVE TYPE INTERPOLATE 构造插值线 RETURN CRVS: ADD 5 8 9 7 6 # SWEEP:REMOVE UNUSED POINTS ALL RETURN RENUMBER ALL RETURN FILL 在这里将焊道分开
美国林肯电气公司 上海林肯电气有限公司 上海市宝山区沪太公路5008弄195号201907?电话：+86 21 6602 6620 ?传真：+86 21 6602 6623 多层多道焊接样本程序 基本思路：程序需要一个焊缝计数器，表示第几层焊缝;需要两个位置寄存器，一个里面全部设为0，用于快速清零另外一个位置寄存器；另一个位置寄存器用于设置每层焊缝的偏移量。 其中：X代表轨迹前进方向；Y代表前进方向的左边； Z代表焊枪向上的方向；W代表焊枪围绕轨迹前进方向 （X方向）旋转的角度，向左为正；P代表焊枪的推角 或拖角；R代表焊枪枪颈旋转的角度（一般不用）. 程序开始时先把所有寄存器和计数器清零，然后开始 编第一遍焊接程序，焊接完成后计数器加1，根据计 数器表示的第几层焊缝，跳转到对应的设置偏移量语 句，偏移量设置完成后，跳转到盖面程序， 盖面程序里面的焊接语句（arc start到arc end之间 的语句）直接复制第一层焊缝的程序，MP offset语 句只能放在arc start语句前面，MP offset end语句必须放在arc end后面。盖面完成后，焊枪抬高，然后跳转回焊缝计数器累加的地方，焊缝计数器加1，然后再次根据计数器表示的第几层焊缝，跳转到对应的设置偏移量语句，重复前面一道的程序。所有盖面程序完成后，跳转到最后一句回到原点。 程序本： 样 1: R[1]=0 ; 焊缝计数器清零 2: PR[30,1]=0 ; PR30号位置寄存器清零，6个数据分别代表 X,Y,Z,W,P,R.X 3: PR[30,2]=0 ; 4: PR[30,3]=0 ; 5: PR[30,4]=0 ; 6: PR[30,5]=0 ; 7: PR[30,6]=0 ; 8: PR[22]=PR[30] ; 把PR30号位置寄存器的值赋给PR22号位置寄存器 9:J P[1] 50% FINE ; 10:J P[2] 50% CNT30 ; 11:J P[3] 30% CNT30 ; 12:J P[4] 20% FINE : Arc Start[1] ; 13: Weave Sine[1] ; 14: Track TAST[1] RPM[1] ; 焊缝跟踪位置数据保存到RPM1号寄存器 15:L P[5] WELD_SPEED FINE : Arc End[1] ; 16: Weave End ; 17: Track End[1] ; 18: R[1]=1 ; 焊缝计数器置为1 19:J P[6] 50% CNT30 ; 焊枪抬高 20:J P[3] 50% CNT30 ; 焊枪移动到起弧点上方，准备下一道焊接 21: LBL[5] ; 22: R[1]=R[1]+1 ; 焊缝计数器加1 23: IF R[1]=2,JMP LBL[1] ; 条件判断，焊缝计数等2时，跳转到LBL1