X100 管線鋼在生產(chǎn)過程中采用了控軋、 控冷工藝， 因而具有較高的強(qiáng)度和韌性， 被廣泛應(yīng)用于油氣管線建設(shè)

。 埋弧焊是X100 管線鋼常用的焊接方法， 其焊接接頭熱影響區(qū)按照經(jīng)歷熱循環(huán)的差異， 分為粗晶區(qū)、 細(xì)晶區(qū)、 臨界區(qū)和亞臨界區(qū)

。 其中粗晶區(qū)的峰值溫度一般認(rèn)為在1 100 ℃到固相線之間。 由于加熱溫度很高， 奧氏體晶粒發(fā)生急劇長大， 冷卻后得到粗大的組織， 對(duì)熱影響區(qū)的性能會(huì)產(chǎn)生不利影響

。 在粗晶區(qū)的熱循環(huán)過程中， 冷卻時(shí)間t

對(duì)焊后冷卻組織的影響很大， 因此冷卻時(shí)間t

對(duì)于研究粗晶區(qū)的組織性能具有重要的指導(dǎo)意義

。

1 計(jì)算冷卻時(shí)間t8/5 的理論經(jīng)驗(yàn)公式

當(dāng)鋼材板厚大于臨界板厚時(shí)， 采用三維傳熱的計(jì)算公式 （公式 （1））； 當(dāng)板厚小于臨界板厚時(shí)， 采用二維傳熱的計(jì)算公式（公式（2））

。

在聽說作業(yè)的設(shè)計(jì)上除了聽音模仿、聽音跟讀、模仿配音、朗讀和編演對(duì)話，還要為學(xué)生創(chuàng)造豐富的語境和真實(shí)的情景激發(fā)學(xué)生使用語言的動(dòng)機(jī)。比如，在讀的作業(yè)設(shè)計(jì)上除了讀課文、表演課文，還要為培養(yǎng)學(xué)生良好的閱讀習(xí)慣做好規(guī)劃，如適當(dāng)加入繪本閱讀、做讀書筆記、繪制思維導(dǎo)圖、設(shè)計(jì)生日卡片、創(chuàng)辦手抄報(bào)、設(shè)計(jì)表格、調(diào)查、創(chuàng)編廣告語等。在寫的作業(yè)設(shè)計(jì)上要根據(jù)課程標(biāo)準(zhǔn)的要求，由能正確書寫字母和單詞、到能模仿范例寫詞句、再到能寫出簡短的語句，教師結(jié)合分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)的要求對(duì)學(xué)生的書寫進(jìn)行規(guī)范和指導(dǎo)。由于學(xué)生缺少英語語言環(huán)境，建議作業(yè)的布置結(jié)合一起作業(yè)、趣配音等軟件，引導(dǎo)學(xué)生在視聽中加深對(duì)語言的理解和運(yùn)用。

通過分析理論經(jīng)驗(yàn)公式可以看出， 在焊接方法、 板厚和初始溫度都確定的情況下， 焊接熱輸入對(duì)t

具有決定性作用

。 另一方面， 理論經(jīng)驗(yàn)公式與管線鋼的實(shí)際焊接過程還有一定差距，用其來計(jì)算t

會(huì)產(chǎn)生較大誤差。 因此本研究擬在試驗(yàn)的基礎(chǔ)上研究X100 鋼級(jí)管線鋼焊接熱影響區(qū)粗晶區(qū)t

的計(jì)算方法。

2 試驗(yàn)材料及設(shè)備

試驗(yàn)用鋼板為國內(nèi)某鋼廠生產(chǎn)的X100 管線鋼板， 規(guī)格為530 mm×150 mm×18.4 mm， 鋼板的顯微組織如圖1 所示， 組織為粒狀貝氏體和少量多邊形鐵素體。 鋼板的沖擊斷口形貌如圖2 所示， 可以看到斷口全部為韌窩， 局部區(qū)域存在一些較大較深的韌窩， 表明粒狀貝氏體＋少量多邊形鐵素體的組織結(jié)構(gòu)賦予了材料良好的韌性。 鋼板的化學(xué)成分見表1。 試驗(yàn)采用H06H1 型焊絲（Φ4 mm）， BG-SJ101H1 型燒結(jié)焊劑。 試驗(yàn)用設(shè)備包括林肯AC-1200 型埋弧焊機(jī)、 BRD-03 型便攜式電容儲(chǔ)能點(diǎn)焊機(jī)、 DYR23CS6L1P102031U 和DYR23BS402032U4A 型函數(shù)記錄儀， 以及NiCr-NiSi 熱電偶（K 型， 熔點(diǎn)為1 372 ℃） 等。

3 試驗(yàn)方法

為獲得焊后粗晶區(qū)組織， 選擇中等焊接熱輸入下峰值溫度在1 100 ℃以上的熱循環(huán)曲線， 將對(duì)應(yīng)測(cè)點(diǎn)處的組織作為X100 鋼級(jí)管線鋼焊接熱影響區(qū)粗晶區(qū)的組織， 其顯微組織如圖4 所示。 由圖4可見， 粗晶區(qū)的晶粒粗大， 原奧氏體晶界清晰，晶粒內(nèi)部分布著粗大的板條狀組織。 晶粒粗大的原因是粗晶區(qū)的加熱溫度很高且高溫停留時(shí)間延長， Ti、 Nb、 V 等元素的碳氮化物大量溶解在基體中， 失去釘扎晶界的作用， 致使奧氏體晶粒嚴(yán)重長大， 粗大的晶粒以及晶粒內(nèi)部粗大的板條狀組織容易誘發(fā)顯微裂紋， 且阻止裂紋擴(kuò)展的能力很弱， 從而導(dǎo)致粗晶區(qū)韌性下降。 焊后粗晶區(qū)的沖擊斷口形貌如圖5 所示， 由圖5 可知粗晶區(qū)發(fā)生了解理斷裂， 在每一個(gè)解理小面上均呈現(xiàn)扇形的解理臺(tái)階， 表明此時(shí)粗晶區(qū)的韌性已經(jīng)大幅降低。

4 試驗(yàn)結(jié)果與分析

4.1 試驗(yàn)結(jié)果

為精確地描述t

與焊接熱輸入的關(guān)系， 可以用數(shù)學(xué)方法求出兩者的函數(shù)關(guān)系， 常用的兩種方法分別是最小二乘法擬合與拉格朗日插值

。 首先采用最小二乘法擬合， 經(jīng)嘗試， 當(dāng)擬合多項(xiàng)式的次數(shù)為2 時(shí)得到計(jì)算精度最高的擬合多項(xiàng)式， 即

4.2 粗晶區(qū)的焊后組織

在試板的焊縫中心線兩側(cè)不同位置鉆孔作為測(cè)試點(diǎn)， 測(cè)試點(diǎn)布局和尺寸如圖3 所示。 管線鋼板焊接前， 先利用點(diǎn)焊機(jī)將熱電偶的工作端焊在孔的底部， 自由端置于焊接現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境中， 函數(shù)記錄儀接入熱電偶回路。 采用管線鋼焊接時(shí)常用的熱輸入進(jìn)行單絲埋弧焊堆焊管線鋼板， 焊接過程中熱電偶負(fù)責(zé)測(cè)量溫度， 函數(shù)記錄儀每隔1 s 記錄一次溫度， 測(cè)試結(jié)束后將函數(shù)記錄儀中的數(shù)據(jù)導(dǎo)入計(jì)算機(jī)， 就能得到熱循環(huán)曲線中的一系列溫度值

。

由于中東歐16國都相對(duì)較小，每個(gè)國家又都有自己的國語，且均屬于小語種。而這些語種目前在國內(nèi)主流外語培訓(xùn)市場(chǎng)上幾乎難覓蹤跡。因此，在外語培訓(xùn)市場(chǎng)上，政府可以政策性鼓勵(lì)有一定資質(zhì)的培訓(xùn)機(jī)構(gòu)開設(shè)中東歐國家的小語種培訓(xùn)。

4.3 粗晶區(qū)的t8/5 計(jì)算方法

在熱循環(huán)曲線中尋找峰值溫度在1 100 ℃以上的曲線作為粗晶區(qū)的熱循環(huán)曲線， 通過分析曲線得到對(duì)應(yīng)的t

， 試驗(yàn)采用的熱輸入與對(duì)應(yīng)的t

測(cè)量值見表2， 由表2 可知， 隨著熱輸入增加， X100鋼級(jí)管線鋼焊接接頭粗晶區(qū)的t

逐漸上升。

接著采用拉格朗日插值尋找t

與焊接熱輸入之間的函數(shù)表達(dá)式， 經(jīng)過拉格朗日插值， 得到t

與熱輸入之間的函數(shù)表達(dá)式為

作業(yè)設(shè)計(jì)要堅(jiān)持以學(xué)生為本，按照學(xué)生的學(xué)習(xí)心理特征，把學(xué)生置于動(dòng)態(tài)、開放的學(xué)習(xí)環(huán)境，提供多元、綜合學(xué)習(xí)的機(jī)會(huì)，讓他們無拘無束，學(xué)得主動(dòng)、積極，體驗(yàn)自主開放的學(xué)習(xí)過程，真正成為學(xué)習(xí)的主人。

為了評(píng)價(jià)計(jì)算值和測(cè)量值的吻合程度， 需要計(jì)算三種方法計(jì)算值的均方根誤差， 均方根誤差描述的是計(jì)算值和測(cè)量值之間的偏差。 經(jīng)計(jì)算，理論經(jīng)驗(yàn)公式、 最小二乘法擬合、 拉格朗日插值的計(jì)算值的均方根誤差分別為4.306 3、 0.823 3、0.844 7， 其中最小二乘法擬合計(jì)算值的均方根誤差最小， 因此可以把最小二乘法擬合公式作為X100 管線鋼焊接熱影響區(qū)粗晶區(qū)的t

計(jì)算公式。

如果使用外標(biāo)法定量，應(yīng)測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)氣和樣品氣兩者中各組分的峰面積。樣品氣中碳數(shù)為n的i組分的摩爾分?jǐn)?shù)按式(3)計(jì)算。

為了驗(yàn)證理論經(jīng)驗(yàn)公式、 最小二乘法擬合公式與拉格朗日插值公式的計(jì)算精度， 測(cè)量了X100鋼級(jí)管線鋼焊接熱影響區(qū)粗晶區(qū)在另一組焊接熱輸入下的熱循環(huán)曲線， 進(jìn)而得到相應(yīng)的t

測(cè)量值，然后將這一組焊接熱輸入分別帶入理論經(jīng)驗(yàn)公式、最小二乘法擬合公式與拉格朗日插值公式計(jì)算對(duì)應(yīng)的t

， t

的測(cè)量值與計(jì)算值見表3。 采用理論經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算t

時(shí)， 需要首先計(jì)算臨界板厚， 經(jīng)過計(jì)算， 焊接熱輸入為17.5 kJ/cm、 21.2 kJ/cm、23.3 kJ/cm 和24.5 kJ/cm 時(shí)， 鋼材板厚小于臨界板厚， 應(yīng)采用二維傳熱的公式計(jì)算t

。

5 結(jié) 論

（1） X100 鋼級(jí)管線鋼母材組織為粒狀貝氏體和少量的多邊形鐵素體， 該組織結(jié)構(gòu)賦予了材料優(yōu)良的韌性； 焊后粗晶區(qū)的晶粒粗大， 晶粒內(nèi)部分布著粗大的板條狀組織。 粗大的晶粒以及晶內(nèi)粗大的板條狀組織容易誘發(fā)顯微裂紋且阻止裂紋擴(kuò)展的能力很弱， 導(dǎo)致粗晶區(qū)韌性下降。

（2） 熱循環(huán)曲線的測(cè)量結(jié)果表明， 隨著熱輸入增加， X100 鋼級(jí)管線鋼焊接接頭粗晶區(qū)的t

逐漸上升。

（3） 在測(cè)量焊接熱循環(huán)曲線的基礎(chǔ)上通過最小二乘法擬合與拉格朗日插值均可獲得X100 鋼級(jí)管線鋼焊接熱影響區(qū)粗晶區(qū)t

的計(jì)算公式。

（4） 對(duì)理論經(jīng)驗(yàn)公式、 最小二乘法擬合公式與拉格朗日插值公式進(jìn)行試驗(yàn)驗(yàn)證， 驗(yàn)證結(jié)果表明， 最小二乘法擬合公式的計(jì)算值和測(cè)量值最接近， 可用于X100 鋼級(jí)管線鋼焊接熱影響區(qū)粗晶區(qū)的t

計(jì)算， 對(duì)于研究焊接熱輸入對(duì)X100 鋼級(jí)管線鋼焊接熱影響區(qū)粗晶區(qū)組織性能的影響以及合理制定X100 管線鋼的焊接工藝提供了重要依據(jù)。

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