專利名稱：預(yù)測(cè)低合金鋼焊縫金屬中非金屬夾雜物特征參數(shù)的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種預(yù)測(cè)鋼焊縫金屬中夾雜物特征參數(shù)的方法，尤其涉及一種預(yù)測(cè)低合金鋼焊縫金屬中夾雜物特征參數(shù)的方法。
背景技術(shù)：
焊縫金屬中的夾雜物是一種常見的焊接缺陷，主要是在焊接過(guò)程中通過(guò)冶金物理化學(xué)反應(yīng)形成的微粒和非金屬雜質(zhì)。夾雜物的存在不僅降低焊縫金屬的韌性，增加低溫脆性，同時(shí)也增加了焊縫的熱裂和層狀撕裂傾向。為了提高焊縫金屬性能，相關(guān)工程技術(shù)人員采取多種冶金和工藝措施，比如嚴(yán)格限制焊絲、母材中雜質(zhì)的含量，提高熔池的存在時(shí)間，擺動(dòng)焊條和短弧焊等，以降低夾雜物的形成數(shù)量。 近年來(lái)，隨著鋼鐵冶煉技術(shù)的進(jìn)步和焊接科技的不斷發(fā)展，圍繞焊縫中的夾雜物出現(xiàn)了一種相反的觀點(diǎn)，即氧化物冶金理論。氧化物冶金技術(shù)即是在煉鋼和焊接過(guò)程中控制夾雜物的大小、形態(tài)、數(shù)量和分布，在鋼或焊縫金屬的凝固過(guò)程中，這些大量細(xì)小、彌散分布的夾雜物能夠起到晶內(nèi)鐵素體形核質(zhì)點(diǎn)的作用，有效抑制晶粒長(zhǎng)大，在軋制或焊接過(guò)程中起到細(xì)化晶粒的作用。而低合金鋼焊縫金屬易出現(xiàn)嚴(yán)重的晶粒粗化、局部軟化和脆化的現(xiàn)象，綜合表現(xiàn)為焊縫金屬的韌性急劇下降，威脅著工程結(jié)構(gòu)的適用安全。利用“氧化物冶金”技術(shù)，即利用焊縫金屬中的非金屬夾雜物可極大促進(jìn)針狀鐵素體的形成并減少其他鐵素體的數(shù)量。由于針狀鐵素體晶粒細(xì)小，且相鄰針狀鐵素體的板條間為大角度晶界，晶粒內(nèi)位錯(cuò)密度較高，因此具有針狀鐵素體組織的焊縫金屬可以獲得高的強(qiáng)度和良好的低溫韌性。焊縫金屬中誘發(fā)針狀鐵素體形核、長(zhǎng)大的夾雜物主要包括TiO、TiN和MnO Al2O3等，其特征參數(shù)是影響夾雜物形核的重要因素。當(dāng)夾雜物含有多種相組成，并且夾雜物尺寸為0. 5 0. 8 ii m、體積分?jǐn)?shù)為IX 10_3 6X 10_3時(shí)，有利于針狀鐵素體的多維形核。同時(shí)，單位體積夾雜物的數(shù)量決定了針形鐵素體的形核數(shù)量。而若夾雜物間距太大，易導(dǎo)致鐵素體粗大，降低焊縫金屬韌性，因此，夾雜物間距一般要在2 10 y m。目前低合金鋼焊材成分多樣，不同種類焊材采取了不同的合金設(shè)計(jì)，即使同一廠家的不同批號(hào)產(chǎn)品也存在一定成分波動(dòng)，不同的成分導(dǎo)致了焊縫中非金屬夾雜物具有不同的特征參數(shù)。為了獲得較好的低合金鋼焊接接頭韌性，需要設(shè)計(jì)合理的焊縫金屬成分從而獲得較好的非金屬夾雜物的特征參數(shù)。目前，主要是通過(guò)大量焊接實(shí)驗(yàn)及昂貴的測(cè)量設(shè)備來(lái)測(cè)定焊縫金屬中非金屬夾雜物的特征參數(shù)，這不僅消耗大量人力、物力和時(shí)間，而且適用范圍較窄。

發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，本發(fā)明提出了一種快速、適用于大規(guī)模使用、低成本的預(yù)測(cè)低合金鋼焊縫金屬中非金屬夾雜物特征參數(shù)的方法。本發(fā)明解決該技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是
預(yù)測(cè)低合金鋼焊縫金屬中非金屬夾雜物特征參數(shù)的方法，包括步驟步驟1，基于合金熱力學(xué)理論設(shè)計(jì)一系列低合金鋼焊縫金屬組分，并獲取各組分的低合金鋼焊縫金屬相圖；步驟2，分析低合金鋼焊縫金屬相圖獲得各低合金鋼焊縫金屬內(nèi)非金屬夾雜物的特征參數(shù)，所述的非金屬夾雜物特征參數(shù)包括非金屬夾雜物的平均直徑、體積分?jǐn)?shù)、數(shù)量密度和平均間隔，其中，數(shù)量密度為單位體積的非金屬夾雜物數(shù)量；步驟3，對(duì)低合金鋼焊縫金屬中非金屬夾雜物特征參數(shù)的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)樣本進(jìn)行擬合，基于焊縫金屬中硅、錳、鋁、鈦、氮、氧元素含量和所對(duì)應(yīng)的非金屬夾雜物特征參數(shù)建立回歸模型；步驟4，運(yùn)用多元線性回歸法分析所設(shè)計(jì)的低合金鋼焊縫金屬中硅、錳、鋁、鈦、氮、氧元素含量與非金屬夾雜物特征參數(shù)的關(guān)系，獲得回歸模型的回歸系數(shù)，利用殘差圖修正回歸系數(shù)即得到非金屬夾雜物特征參數(shù)預(yù)測(cè)模型；步驟5，采用低合金鋼焊縫金屬中非金屬夾雜物特征參數(shù)的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)樣本進(jìn)一步修正非金屬夾雜物特征參數(shù)預(yù)測(cè)模型；步驟6，根據(jù)低合金鋼焊縫金屬中硅、錳、鋁、鈦、氮、氧元素含量，采用非金屬夾雜物特征參數(shù)預(yù)測(cè)模型即可預(yù)測(cè)低合金鋼焊縫金屬中夾雜物的特征參數(shù)。上述步驟I中所述的設(shè)計(jì)一系列低合金鋼焊縫金屬組分具體為根據(jù)低合金鋼焊縫金屬化學(xué)成分和各主要合金元素可能的含量變化范圍，改變低合金鋼焊縫金屬中硅、錳、鋁、鈦、氮、氧六種主要影響夾雜物特征參數(shù)的元素含量，得到多種不同組分的焊縫金屬；上述步驟I中所述的低合金鋼焊縫金屬相圖是采用Thermo-Calc熱力學(xué)軟件計(jì)算得到。上述低合金鋼焊縫金屬內(nèi)非金屬夾雜物的特征參數(shù)是通過(guò)分析低合金鋼焊縫金屬相圖中液體、體心立方鋼、面心立方鋼、熔渣、氧化物和氮化物的含量得到。與現(xiàn)有的測(cè)定焊縫金屬夾雜物特征參數(shù)的方法相比，本發(fā)明方法具有快速、適用于大規(guī)模使用、低成本的優(yōu)點(diǎn)。采用本發(fā)明方法可預(yù)測(cè)低合金鋼焊縫金屬中夾雜物特征參數(shù)，預(yù)測(cè)結(jié)果也可作為設(shè)計(jì)合理焊縫金屬成分的依據(jù)。具體實(shí)施方法本發(fā)明方法建立在合金熱力學(xué)理論上,利用Thermo-Calc熱力學(xué)計(jì)算軟件得到不同成分焊縫金屬中非金屬夾雜物的特征參數(shù)，再運(yùn)用多元線性回歸法分析不同成分的焊縫金屬與其對(duì)應(yīng)特征參數(shù)的關(guān)系，從而獲得非金屬夾雜物特征參數(shù)預(yù)測(cè)模型，利用該預(yù)測(cè)模型即可預(yù)測(cè)低合金鋼焊縫金屬中非金屬夾雜物的特征參數(shù)。下面將針對(duì)非金屬夾雜物的平均直徑、體積分?jǐn)?shù)、數(shù)量密度和平均間隔等特征參數(shù)分別說(shuō)明非金屬夾雜物特征參數(shù)預(yù)測(cè)模型的構(gòu)建過(guò)程。一、非金屬夾雜物平均直徑預(yù)測(cè)模型的構(gòu)建基于大量實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，發(fā)明人發(fā)現(xiàn)低合金鋼焊縫金屬內(nèi)各元素及其含量不同，焊縫金屬中非金屬夾雜物的特征參數(shù)也不同，而且，焊縫金屬中硅、錳、鋁、鈦、氮、氧元素含量對(duì)非金屬夾雜物特征參數(shù)的影響較大。獲取低合金鋼焊縫金屬中非金屬夾雜物特征參數(shù)的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)樣本，所述的低合金鋼焊縫金屬中非金屬夾雜物特征參數(shù)的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)樣本包括焊縫金屬中硅、錳、鋁、鈦、氮、氧元素質(zhì)量百分比及其非金屬夾雜物特征參數(shù)。對(duì)低合金鋼焊縫金屬中非金屬夾雜物特征參數(shù)的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)樣本進(jìn)行擬合，并基于焊縫金屬中硅、錳、鋁、鈦、氮、氧元素質(zhì)量百分比和所對(duì)應(yīng)的非金屬夾雜物的平均直徑建立回歸模型dv-bo+b1XSi_b2XMn+b3XA1_b4XTi+b5XN+b6Xo (I)其中，dv為焊縫金屬中非金屬夾雜物的平均直徑，單位為iim;Xsi ,Xfc > Xa1、XT1、XN、X0分別為低合金鋼焊縫金屬中硅、錳、鋁、鈦、氮、氧元素的質(zhì)量百分比；bQ b6為回歸系數(shù)。運(yùn)用多元線性回歸分析法分析所設(shè)計(jì)的一系列不同成分的低合金鋼焊縫金屬與其對(duì)應(yīng)的非金屬夾雜物平均直徑的關(guān)系，并利用殘差圖分析回歸模型，找出該模型中的異常點(diǎn)并刪除，從而獲得k b6的值。采用低合金鋼焊縫金屬中非金屬夾雜物平均直徑的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)修正回歸系數(shù)Idci b6，得到修正后的非金屬夾雜物平均直徑預(yù)測(cè)模型。本具體實(shí)施中采用了大量國(guó)內(nèi)外已發(fā)表文獻(xiàn)中的數(shù)據(jù)修正回歸系數(shù)，得到如下的非金屬夾雜物平均直徑預(yù)測(cè)模型dv=0. 2699+0. 3642XSi+0. 0732XMn+0. 4441XA1_0. 6451XTi_6. 2964XN+1. 7147X0(2)。二、非金屬夾雜物體積分?jǐn)?shù)預(yù)測(cè)模型的構(gòu)建對(duì)低合金鋼焊縫金屬中非金屬夾雜物特征參數(shù)的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)樣本進(jìn)行擬合，并基于焊縫金屬中硅、錳、鋁、鈦、氮、氧元素質(zhì)量百分比和所對(duì)應(yīng)的非金屬夾雜物的體積分?jǐn)?shù)建立回歸模型Vv-bo+b1XSi_b2XMn+b3XA1_b4XTi+b5XN+b6Xo (3)其中，Vv為焊縫金屬中非金屬夾雜物的體積分?jǐn)?shù)，單位10_3wt. % ；Xsi ,Xfc > Xa1、XT1、XN、X0分別為低合金鋼焊縫金屬中硅、錳、鋁、鈦、氮、氧元素的質(zhì)量百分比；bQ b6為回歸系數(shù)。運(yùn)用多元線性回歸分析法分析所設(shè)計(jì)的一系列不同成分的低合金鋼焊縫金屬與其對(duì)應(yīng)的非金屬夾雜物體積分?jǐn)?shù)的關(guān)系，并利用殘差圖分析回歸模型，找出該模型中的異常點(diǎn)并刪除，從而獲得k b6的值。采用低合金鋼焊縫金屬中非金屬夾雜物體積分?jǐn)?shù)的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)修正回歸系數(shù)Idci b6，得到修正后的非金屬夾雜物體積分?jǐn)?shù)預(yù)測(cè)模型。本具體實(shí)施中采用了大量國(guó)內(nèi)外已發(fā)表文獻(xiàn)中的數(shù)據(jù)修正回歸系數(shù)，得到如下的非金屬夾雜物體積分?jǐn)?shù)預(yù)測(cè)模型Vv=4. 1966+0. 9855XSi_2. 8098XMn+l. 0409XA1_5. 3801XTi+180. 7533XN+41. 6741X0
(4)。三、非金屬夾雜物數(shù)量密度預(yù)測(cè)模型的構(gòu)建對(duì)低合金鋼焊縫金屬中非金屬夾雜物特征參數(shù)的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)樣本進(jìn)行擬合，并基于焊縫金屬中硅、錳、鋁、鈦、氮、氧元素質(zhì)量百分比和所對(duì)應(yīng)的非金屬夾雜物的數(shù)量密度建立回歸模型Nv=b0+bt +baX^+b3XA1+b4XTi +b5XN+b6X0+b7exp (7. 3459XTi) +b8exp (20. 6151XA1) +b9exp (-13. 5434XSi)(5)其中，Nv為焊縫金屬中非金屬夾雜物的數(shù)量密度，單位107mm 3 ；Xsi ,Xfc > Xa1、XT1、XN、X0分別為低合金鋼焊縫金屬中硅、錳、鋁、鈦、氮、氧元素的質(zhì)量百分比； bQ b9為回歸系數(shù)。采用低合金鋼焊縫金屬中非金屬夾雜物數(shù)量密度的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)修正回歸系數(shù)k b9，得到修正后的非金屬夾雜物數(shù)量密度預(yù)測(cè)模型。本具體實(shí)施中采用了大量國(guó)內(nèi)外已發(fā)表文獻(xiàn)中的數(shù)據(jù)修正回歸系數(shù)，得到如下的非金屬夾雜物數(shù)量密度預(yù)測(cè)模型Nv=IO. 5749+4. 1802XSi_3. 4052X^-50. 2867XA1+55. 3775XTi+52. 8033XN+32. 0126Xo_6.8902exp (7. 3459XTi) +1. 0223exp (20. 6151XA1) +15. 7316exp (-13. 5434XSi) (6)。四、非金屬夾雜物的平均間隔預(yù)測(cè)模型的構(gòu)建對(duì)低合金鋼焊縫金屬中非金屬夾雜物特征參數(shù)的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)樣本進(jìn)行擬合，并基于焊縫金屬中硅、錳、鋁、鈦、氮、氧元素質(zhì)量百分比和所對(duì)應(yīng)的非金屬夾雜物的平均間隔建立回歸模型A v=b0+b1XSi+b2XMn+b3XA1+b4XTi+b5XN+b6X0+b7exp (0. 3442XSi+XN) +b8exp (1. SSOTXltln) +b9(XSi+XA1+XN)14(7)其中，Xv為焊縫金屬中非金屬夾雜物的平均間隔，單位iim;Xsi ,Xfc > Xa1、XT1、XN、X0分別為低合金鋼焊縫金屬中硅、錳、鋁、鈦、氮、氧元素的質(zhì)量百分比；b0 b9為回歸系數(shù)。采用低合金鋼焊縫金屬中非金屬夾雜物平均間隔的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)修正回歸系數(shù)Idci b9，得到修正后的非金屬夾雜物平均間隔預(yù)測(cè)模型。本具體實(shí)施中采用了大量國(guó)內(nèi)外已發(fā)表文獻(xiàn)中的數(shù)據(jù)修正回歸系數(shù)，得到如下的非金屬夾雜物平均間隔預(yù)測(cè)模型Av=-113. 7611-50. 3511XSi_5. 1493X^+3. 1408XA1+0. 7230XTi_208. 1517XN_22. 8786X0+123. 9442exp (0. 3442XSi+XN) +0. 3434exp(l. 3807Xfc) -30. 3734 (XSi+XA1+XN)14 (8)。為了更好的理解本發(fā)明，下面結(jié)合實(shí)施例進(jìn)一步說(shuō)明本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)。實(shí)施例11、取某焊材的低合金鋼焊縫金屬中硅、錳、鋁、鈦、氮、氧六種元素的質(zhì)量百分比，其中，硅的質(zhì)量百分比為0. 52 %，錳的質(zhì)量百分比為1. 87 %，鋁的質(zhì)量百分比為0. 041 %，鈦的質(zhì)量百分比為0. 005%，氮的質(zhì)量百分比為0. 005%，氧的質(zhì)量百分比為0. 030% ；2、將步驟I中所得各元素的質(zhì)量百分比帶入上述公式(2)，計(jì)算出該低合金鋼焊縫金屬中非金屬夾雜物的平均直徑為0. 6311 ii m ;3、將步驟I中所得各元素的質(zhì)量百分比帶入上述公式(4)，計(jì)算出該低合金鋼焊縫金屬中非金屬夾雜物的體積分?jǐn)?shù)為1. 6245 X 10_3wt. %。4、將步驟I中所得各元素的質(zhì)量百分比帶入上述公式(6)，計(jì)算出該低合金鋼焊縫金屬中非金屬夾雜物的數(shù)量密度為1. 0666 X IOW305、將步驟I中所得各元素的質(zhì)量百分比帶入上述公式(8)，計(jì)算出該低合金鋼焊縫金屬中非金屬夾雜物的平均間隔為2. 3430 Um0實(shí)施例21、取某焊材的低合金鋼焊縫金屬中硅、錳、鋁、鈦、氮、氧六種元素的質(zhì)量百分比，其中，硅的質(zhì)量百分比為0. 53 %，錳的質(zhì)量百分比為1. 90 %，鋁的質(zhì)量百分比為0. 062 %，鈦的質(zhì)量百分比為0. 008%，氮的質(zhì)量百分比為0. 005%，氧的質(zhì)量百分比為0. 032% ；2、將步驟I中所得各元素的質(zhì)量百分比帶入上述公式(2)，計(jì)算出該低合金鋼焊縫金屬中非金屬夾雜物的平均直徑為0. 6477 u m。 3、將步驟I中所得各元素的質(zhì)量百分比帶入上述公式(4)，計(jì)算出該低合金鋼焊縫金屬中非金屬夾雜物的體積分?jǐn)?shù)為1. 6392X 10_3wt. %。4、將步驟I中所得各元素的質(zhì)量百分比帶入上述公式(6)，計(jì)算出該低合金鋼焊縫金屬中非金屬夾雜物的數(shù)量密度為1. 3089X IOW305、將步驟I中所得各元素的質(zhì)量百分比帶入上述公式(8)，計(jì)算出該低合金鋼焊縫金屬中非金屬夾雜物的平均間隔為2. 4014 Um0實(shí)施例31、取某焊材的低合金鋼焊縫金屬中硅、錳、鋁、鈦、氮、氧六種元素的質(zhì)量百分比，其中，硅的質(zhì)量百分比為0. 69%，錳的質(zhì)量百分比為1. 82%，鋁的質(zhì)量百分比為0. 057%,鈦的質(zhì)量百分比為0. 061 %，氮的質(zhì)量百分比為0. 005 %，氧的質(zhì)量百分比為0. 018 %。2、將步驟I中所得各元素的質(zhì)量百分比帶入上述公式(2)，計(jì)算出該低合金鋼焊縫金屬中非金屬夾雜物的平均直徑為0. 6397 u m。3、將步驟I中所得各元素的質(zhì)量百分比帶入上述公式(4)，計(jì)算出該低合金鋼焊縫金屬中非金屬夾雜物的體積分?jǐn)?shù)為1. 1478X IO^3Wt. %04、將步驟I中所得各元素的質(zhì)量百分比帶入上述公式(6)，計(jì)算出該低合金鋼焊縫金屬中非金屬夾雜物的數(shù)量密度為1. 1402X IOW305、將步驟I中所得各元素的質(zhì)量百分比帶入上述公式(8)，計(jì)算出該低合金鋼焊縫金屬中非金屬夾雜物的平均間隔為2. 5294 Um0實(shí)施例41、取某焊材的低合金鋼焊縫金屬中硅、錳、鋁、鈦、氮、氧六種元素的質(zhì)量百分比，其中，硅的質(zhì)量百分比為0. 39 %，錳的質(zhì)量百分比為1. 55 %，鋁的質(zhì)量百分比為0. 020 %，鈦的質(zhì)量百分比為0. 005%，氮的質(zhì)量百分比為0. 004%，氧的質(zhì)量百分比為0. 019%。2、將步驟I中所得各元素的質(zhì)量百分比帶入上述公式(2)，計(jì)算出該低合金鋼焊縫金屬中非金屬夾雜物的平均直徑為0. 6036 u m。3、將步驟I中所得各元素的質(zhì)量百分比帶入上述公式(4)，計(jì)算出該低合金鋼焊縫金屬中非金屬夾雜物的體積分?jǐn)?shù)為3. 3181X 10_3wt. %。4、將步驟I中所得各元素的質(zhì)量百分比帶入上述公式(6)，計(jì)算出該低合金鋼焊縫金屬中非金屬夾雜物的數(shù)量密度為2. 7102 X IOW305、將步驟I中所得各元素的質(zhì)量百分比帶入上述公式(8)，計(jì)算出該低合金鋼焊縫金屬中非金屬夾雜物的平均間隔為1. 7879 Um0
實(shí)施例51、取某焊材的低合金鋼焊縫金屬中硅、錳、鋁、鈦、氮、氧六種元素的質(zhì)量百分比，其中，硅的質(zhì)量百分比為0. 38%，錳的質(zhì)量百分比為1. 51%，鋁的質(zhì)量百分比為0.019%，鈦的質(zhì)量百分比為0. 005%，氮的質(zhì)量百分比為0. 004%，氧的質(zhì)量百分比為0. 058%。2、將步驟I中所得各元素的質(zhì)量百分比帶入上述公式(2)，計(jì)算出該低合金鋼焊縫金屬中非金屬夾雜物的平均直徑為0. 5983 u m。3、將步驟I中所得各元素的質(zhì)量百分比帶入上述公式(4)，計(jì)算出該低合金鋼焊縫金屬中非金屬夾雜物的體積分?jǐn)?shù)為3. 4612 X KT3Wt. %。4、將步驟I中所得各元素的質(zhì)量百分比帶入上述公式(6)，計(jì)算出該低合金鋼焊縫金屬中非金屬夾雜物的數(shù)量密度為2. 8670 X IOW30 5、將步驟I中所得各元素的質(zhì)量百分比帶入上述公式(8)，計(jì)算出該低合金鋼焊縫金屬中非金屬夾雜物的平均間隔為1. 8256 Um0實(shí)施例61、取某焊材的低合金鋼焊縫金屬中硅、錳、鋁、鈦、氮、氧六種元素的質(zhì)量百分比，其中，硅的質(zhì)量百分比為0. 54%，錳的質(zhì)量百分比為1. 64%，鋁的質(zhì)量百分比為0. 058 %，鈦的質(zhì)量百分比為0. 065%，氮的質(zhì)量百分比為0. 006%，氧的質(zhì)量百分比為0. 022%。2、將步驟I中所得各元素的質(zhì)量百分比帶入上述公式(2)，計(jì)算出該低合金鋼焊縫金屬中非金屬夾雜物的平均直徑為0. 6167 u m。3、將步驟I中所得各元素的質(zhì)量百分比帶入上述公式(4)，計(jì)算出該低合金鋼焊縫金屬中非金屬夾雜物的體積分?jǐn)?shù)為1. 9579X 10_3wt. %。4、將步驟I中所得各元素的質(zhì)量百分比帶入上述公式(6)，計(jì)算出該低合金鋼焊縫金屬中非金屬夾雜物的數(shù)量密度為2. 0989 X IOW305、將步驟I中所得各元素的質(zhì)量百分比帶入上述公式(8)，計(jì)算出該低合金鋼焊縫金屬中非金屬夾雜物的平均間隔為2. 9579 Um0表f 2為實(shí)施例f 6所預(yù)測(cè)的非金屬夾雜物特征參數(shù)值與實(shí)測(cè)值的對(duì)比，實(shí)施例re中所針對(duì)的低合金鋼焊縫金屬為國(guó)內(nèi)外發(fā)表文獻(xiàn)中所公開，同時(shí)文獻(xiàn)中還公開了低合金鋼焊縫金屬對(duì)應(yīng)的特征參數(shù)，即表f 2中的特征參數(shù)實(shí)驗(yàn)值。從表f 2中可以明顯看出，本發(fā)明方法是可以準(zhǔn)確預(yù)測(cè)低合金鋼焊縫金屬內(nèi)非金屬夾雜物的特征參數(shù)。表I本發(fā)明預(yù)測(cè)的平均直徑和體積分?jǐn)?shù)值與實(shí)驗(yàn)值的比較
權(quán)利要求
1.預(yù)測(cè)低合金鋼焊縫金屬中非金屬夾雜物特征參數(shù)的方法，其特征在于，包括步驟 步驟I，基于合金熱力學(xué)理論設(shè)計(jì)一系列低合金鋼焊縫金屬組分，并獲取各組分的低合金鋼焊縫金屬相圖； 步驟2，分析低合金鋼焊縫金屬相圖獲得各低合金鋼焊縫金屬內(nèi)非金屬夾雜物的特征參數(shù)，所述的非金屬夾雜物特征參數(shù)包括非金屬夾雜物的平均直徑、體積分?jǐn)?shù)、數(shù)量密度和平均間隔； 步驟3，對(duì)低合金鋼焊縫金屬中非金屬夾雜物特征參數(shù)的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)樣本進(jìn)行擬合，并基于焊縫金屬中硅、錳、鋁、鈦、氮、氧元素含量和所對(duì)應(yīng)的非金屬夾雜物特征參數(shù)建立回歸模型； 步驟4，運(yùn)用多元線性回歸法分析所設(shè)計(jì)的低合金鋼焊縫金屬中硅、錳、鋁、鈦、氮、氧元素含量與非金屬夾雜物特征參數(shù)的關(guān)系，獲得回歸模型的回歸系數(shù)，利用殘差圖修正回歸系數(shù)即得到非金屬夾雜物特征參數(shù)預(yù)測(cè)模型； 步驟5，采用低合金鋼焊縫金屬中非金屬夾雜物特征參數(shù)的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)樣本進(jìn)一步修正非金屬夾雜物特征參數(shù)預(yù)測(cè)模型； 步驟6，根據(jù)低合金鋼焊縫金屬中硅、錳、鋁、鈦、氮、氧元素含量，采用非金屬夾雜物特征參數(shù)預(yù)測(cè)模型即可預(yù)測(cè)低合金鋼焊縫金屬中夾雜物的特征參數(shù)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的預(yù)測(cè)低合金鋼焊縫金屬中非金屬夾雜物的特征參數(shù)的方法，其特征在于 所述的基于合金熱力學(xué)理論設(shè)計(jì)一系列低合金鋼焊縫金屬組分具體為 基于低合金鋼焊縫金屬化學(xué)成分和其中主要合金元素可能的質(zhì)量含量變化范圍，改變硅、錳、鋁、鈦、氮、氧元素質(zhì)量含量設(shè)計(jì)一系列不同成分的焊縫金屬。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的預(yù)測(cè)低合金鋼焊縫金屬中非金屬夾雜物的特征參數(shù)的方法，其特征在于 所述的低合金鋼焊縫金屬相圖是采用Thermo-Calc熱力學(xué)軟件計(jì)算得到。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的預(yù)測(cè)低合金鋼焊縫金屬中非金屬夾雜物的特征參數(shù)的方法，其特征在于 所述的低合金鋼焊縫金屬內(nèi)非金屬夾雜物的特征參數(shù)是通過(guò)分析低合金鋼焊縫金屬相圖中液體、體心立方鋼、面心立方鋼、熔渣、氧化物和氮化物的含量得到。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的預(yù)測(cè)低合金鋼焊縫金屬中非金屬夾雜物的特征參數(shù)的方法，其特征是 所述的修正后的非金屬夾雜物特征參數(shù)預(yù)測(cè)模型如下 非金屬夾雜物平均直徑的預(yù)測(cè)模型為dv= O. 2699+0. 3642 Xsi +0.0732 Xfc +0.4441 Xa1-O. 6451 XT1-6.2964 Xn +1.7147 X0其中，dv為非金屬夾雜物的平均直徑，單位μ m ；XSiafc>XA1>XTi>XN>X0分別為低合金鋼焊縫金屬中硅、錳、鋁、鈦、氮、氧元素的質(zhì)量百分比； 非金屬夾雜物體積分?jǐn)?shù)的預(yù)測(cè)模型為Vv=4. 1966+0. 9855 Xs1-2. 8098 Xsfa +1. 0409 Xa1-5. 3801 XTi +180. 7533 Xn +41. 6741X0 其中，Vv為非金屬夾雜物的體積分?jǐn)?shù)，單位10_3wt. % ;XS1、Xsfa, Xai, XT1、XN、X0分別為低合金鋼焊縫金屬中硅、錳、鋁、鈦、氮、氧元素的質(zhì)量百分比； 非金屬夾雜物數(shù)量密度的預(yù)測(cè)模型為Nv=IO. 5749+4. 1802 XSi_3. 4052 Xfc -50. 2867 Xai +55. 3775 XTi +52. 8033 Xn +32. 0126X0 -6. 8902exp (7. 3459XTi) +1. 0223exp (20. 6151 XA1)+15. 7316exp (-13. 5434 Xsi) 其中，Nv為非金屬夾雜物的數(shù)量密度，單位107mm 3 ;XS1、Χ_、Xa1、XpXpXtj分別為低合金鋼焊縫金屬中硅、錳、鋁、鈦、氮、氧元素的質(zhì)量百分比； 非金屬夾雜物平均間隔的預(yù)測(cè)模型為λ ν=-113· 7611-50. 3511 Xs1-5.1493 Xsfa +3. 1408 Xai +0.7230 XT1-208. 1517 Xn-22.8786 X0 +123. 9442exp (0. 3442 Xsi + XN) +0. 3434exp(l. 3807 Xfc) -30. 3734 (Xsi + Xai+ XN)14 其中，λ v為非金屬夾雜物的平均間隔，單位μ m -H Xa1、XT1、XN、X0分別為低合金鋼焊縫金屬中硅、錳、鋁、鈦、氮、氧元素的質(zhì)量百分比。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的預(yù)測(cè)低合金鋼焊縫金屬中非金屬夾雜物的特征參數(shù)的方法，其特征是 所述的低合金鋼焊縫金屬中硅、錳、鋁、鈦、氮、氧元素的質(zhì)量百分比由光譜儀定量分析得到。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種預(yù)測(cè)低合金鋼焊縫金屬中非金屬夾雜物特征參數(shù)的方法，本方法建立在合金熱力學(xué)理論上，利用Thermo-Calc熱力學(xué)計(jì)算軟件得到不同成分焊縫金屬中非金屬夾雜物的特征參數(shù)，再運(yùn)用多元線性回歸法分析不同成分的焊縫金屬與其對(duì)應(yīng)特征參數(shù)的關(guān)系，從而獲得非金屬夾雜物特征參數(shù)預(yù)測(cè)模型，利用該預(yù)測(cè)模型即可預(yù)測(cè)低合金鋼焊縫金屬中非金屬夾雜物的特征參數(shù)。本發(fā)明解決了傳統(tǒng)方法測(cè)定焊縫金屬夾雜物特征參數(shù)時(shí)費(fèi)時(shí)、不適于大規(guī)模測(cè)定和高成本等問(wèn)題，具有快速、適于大規(guī)模測(cè)定和低成本的優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)G06F17/50GK103020364SQ20121055180
公開日2013年4月3日 申請(qǐng)日期2012年12月18日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月18日
發(fā)明者張國(guó)棟, 周彩飛 申請(qǐng)人:武漢大學(xué)