1.本发明涉及焊接接头硬度评估技术领域，更具体地，涉及一种考虑焊接热循环的碳钢接头硬度评估修正方法及系统。
背景技术：
2.碳钢作为常用的船舶、海洋结构物以及桥梁等大型钢结构的加工金属，有着优异的力学性能和性价比。同时，熔化焊，作为碳钢金属连接的重要焊接方法，在局部且快速移动的电弧作用下，碳钢受热熔化，形成熔池；再冷却凝固，使得焊接部件达到原子间的接合。碳钢焊接接头的硬度，作为一种常见的力学性能参数，往往通过加工试件进行测试的方式进行评估；也可以通过碳钢焊接接头内部的微观缺陷即位错密度，进行预测分析。
3.具体地，碳钢接头焊后的残余塑性应变，是影响焊接接头变形、残余应力的根本原因；同时，加工硬化现象会改变金属原子间的位错密度，也是分析评估焊接接头硬度的重要参数。这种基于残余塑性应变获得焊接接头内部位错密度，进而评估接头硬度的方法，在工程中被广泛使用；然而，残余塑性应变仅体现焊后冷却的最终结果，不能体现焊接热循环过程及其影响，特别是回复再结晶现象对位错密度的影响，不能准确地评估碳钢焊接接头的硬度数值。
技术实现要素：
4.本发明针对现有技术中存在的不能准确地评估碳钢焊接接头的硬度数值的技术问题。
5.本发明提供了一种考虑焊接热循环的碳钢接头硬度评估修正方法，包括以下步骤：
6.s1，获取碳钢焊接接头的残余塑性应变数值；
7.s2，基于预定位置的残余塑性应变，计算该位置的位错密度；
8.s3，考虑焊接热循环的回复再结晶现象，对不同时刻下的位错密度进行修正；
9.s4，根据修正后的位错密度计算得到硬度数值。
10.优选地，所述s2中位错密度的计算公式如下：
11.t＝(211
×
ε
p
1.42)
×
10
13
12.其中，t为位错密度，ε
p
为塑性应变。
13.优选地，所述s4中硬度y的计算公式如下：
14.t＝(211
×
ε
p
1.42)
×
10
13
15.hv＝2.4
×
t/10
13
200
16.其中，t为位错密度，hv为硬度。
17.优选地，所述s1具体包括：
18.通过热电偶应变片测试或者热-弹-塑性有限元分析，得到包含该位置在内的整个焊接区域的热循环曲线以及对应时刻的塑性应变的数值，且对其进行离散化处理得到不同
时刻的热循环下的塑性应变。
19.优选地，所述s3具体包括：
20.s31，利用ti时刻的位错密度t
ia
与前一时刻t
i-1
的位错密度变化量t
(i-1)b
之差作为当前时刻第一次修正后的位错密度t
ic
；其中，i为大于1的自然数；
21.s32，根据位错密度及其第一次修正值，计算时间区间(t
i-1
，ti)的第一次位错密度回复率r1：
[0022][0023]
t
constant
为无塑性应变状态下的位错密度常量，数值为：1.42
×
10
13
；
[0024]
s33，计算第一次回复再结晶参数c1。
[0025][0026]
其中，n为碳钢回复再结晶指数，数值为0.249；
[0027]
s34，基于arrhenius公式，计算第二次回复再结晶参数c2：
[0028][0029]
其中，k0为回复再结晶常数，8.38
×
108，q为反应热，即表示一定物质的量的物质反应所放出或吸收的热量，数值为113.6kj/mol；r为气体常数，数值为8.314；ti为ti时刻的温度；
[0030]
s35，基于johnson-mehl公式，计算第二次修正的位错密度回复率r2：
[0031]
r2＝1-exp(-(c2)n)
[0032]
其中，n为碳钢回复再结晶指数，数值为0.249；
[0033]
s36，考虑位错密度回复率即回复再结晶现象的影响，第二次修正的位错密度如下t
icc
：
[0034]
t
icc
＝t
ia-r2
×
(t
ia-t
constant
)；
[0035]
s37，计算ti时刻的位错密度变化量t
ib
：
[0036]
t
ib
＝t
ia-t
icc
[0037]
以此对t
i 1
时刻的位错密度进行修正。
[0038]
优选地，所述s37之后还包括：重复上述步骤s31～s37，考虑温度对位错密度的影响，直到焊接热循环结束至室温，逐步得到第二次修正的位错密度，
[0039]
优选地，在初始时刻t0时，t
0b
＝0。
[0040]
本发明还提供了一种考虑焊接热循环的碳钢接头硬度评估修正系统，所述系统用于实现考虑焊接热循环的碳钢接头硬度评估修正方法，包括：
[0041]
残余塑性应变获取模块，用于获取碳钢焊接接头的残余塑性应变数值；
[0042]
位错密度计算模块，用于基于预定位置的残余塑性应变，计算该位置的位错密度；
[0043]
位错密度修正模块，用于考虑焊接热循环的回复再结晶现象，对不同时刻下的位错密度进行修正；
[0044]
硬度计算模块，用于根据修正后的位错密度计算得到硬度数值。
[0045]
本发明还提供了一种电子设备，包括存储器、处理器，所述处理器用于执行存储器
中存储的计算机管理类程序时实现考虑焊接热循环的碳钢接头硬度评估修正方法的步骤。
[0046]
本发明还提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机管理类程序，所述计算机管理类程序被处理器执行时实现考虑焊接热循环的碳钢接头硬度评估修正方法的步骤。
[0047]
有益效果：本发明提供的一种考虑焊接热循环的碳钢接头硬度评估修正方法及系统，其中方法包括：获取碳钢焊接接头的残余塑性应变数值；基于预定位置的残余塑性应变，计算该位置的位错密度；考虑焊接热循环的回复再结晶现象，对不同时刻下的位错密度进行修正；根据修正后的位错密度计算得到硬度数值。本发明考虑了焊接过程中热循环的软化效果，以及回复再结晶现象对位错密度的影响，修正了常用的通过塑性应变直接计算位错密度的不足，提升了基于位错密度评估碳钢焊接接头硬度的精度。
附图说明
[0048]
图1为本发明提供的一种考虑焊接热循环的碳钢接头硬度评估修正方法流程图；
[0049]
图2为本发明提供的一种可能的电子设备的硬件结构示意图；
[0050]
图3为本发明提供的一种可能的计算机可读存储介质的硬件结构示意图；
[0051]
图4为本发明提供的温度与时间关系图；
[0052]
图5为本发明提供的塑性应变与时间关系图；
[0053]
图6为本发明提供的修正前后位错密度对比图；
[0054]
图7为本发明提供的修正前后维氏硬度对比图。
具体实施方式
[0055]
下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
[0056]
图1为本发明提供的一种考虑焊接热循环的碳钢接头硬度评估修正方法，包括以下步骤：
[0057]
s1，获取碳钢焊接接头的残余塑性应变数值；通过试验测试或者热-弹-塑性有限元分析，获得碳钢接头的残余塑性应变数值。
[0058]
s2，基于预定位置的残余塑性应变，计算该位置的位错密度；具体地，根据常用的碳钢焊接接头的硬度评估方法，基于某位置的残余塑性应变计算该位置的位错密度，计算公式如下：
[0059]
t＝(211
×
ε
p
1.42)
×
10
13
[0060]
其中，t为位错密度，ε
p
为塑性应变。
[0061]
s3，考虑焊接热循环的回复再结晶现象，对不同时刻下的位错密度进行修正；
[0062]
s4，根据修正后的位错密度计算得到硬度数值。计算公式如下：
[0063]
hv＝2.4
×
t’/10
13
200
[0064]
hv为硬度，t’为修正后的位错密度。
[0065]
优选的方案，步骤s1具体包括：通过热电偶应变片测试或者热-弹-塑性有限元分析，得到该位置的整个焊接热循环曲线以及对应时刻的塑性应变的数值，且对其进行离散化处理。
[0066]
优选的方案，步骤s3还包括：考虑热循环过程的软化效果，对位错密度进行修正。修正的具体过程如下：
[0067]
s31，下面以t
i-1-ti时间段为例进行举例说明。对于ti时刻的位错密度，考虑焊接热循环的回复再结晶现象：
[0068]
ti时刻的第一次修正后的位错密度t
ic
＝ti时刻的位错密度t
ia-t
i-1
时刻位错密度的变化量t
(i-1)b
。
[0069]
即，t
ic
＝t
ia-t
(i-1)b
。
[0070]
其中，t
ic
为ti时刻的第一次修正后的位错密度，t
ia
为ti时刻的位错密度，t
(i-1)b
为t
i-1
时刻的位错密度的变化量。其中，在初始时刻t0时，t
0b
＝0。
[0071]
s32，根据位错密度及其第一次修正值，计算时间区间(t
i-1
，ti)的第一次位错密度回复率r1：
[0072][0073]
t
constant
为无塑性应变状态下的位错密度常量，数值为：1.42
×
10
13
。s33，计算第一次回复再结晶参数c1。
[0074][0075]
其中，n为碳钢回复再结晶指数，数值为0.249。
[0076]
s34，基于arrhenius公式，计算第二次回复再结晶参数c2：
[0077][0078]
其中，k0为回复再结晶常数，8.38
×
108，q为反应热，即表示一定物质的量的物质反应所放出或吸收的热量，数值为113.6kj/mol；r为气体常数，数值为8.314；ti为ti时刻的温度。
[0079]
s35，基于johnson-mehl公式，计算第二次修正的位错密度回复率r2：
[0080]
r2＝1-exp(-(c2)n)
[0081]
其中，n为碳钢回复再结晶指数，数值为0.249。
[0082]
s36，考虑位错密度回复率即回复再结晶现象的影响，第二次修正的位错密度如下t
icc
：
[0083]
t
icc
＝t
ia-r2
×
(t
ia-t
constant
)
[0084]
s37，计算ti时刻的位错密度变化量t
ib
：
[0085]
t
ib
＝t
ia-t
icc
[0086]
以此对t
i 1
时刻的位错密度进行修正。
[0087]
考虑焊接热循环影响，以及回复再结晶现象等第二次修正的位错密度t
icc
，评估硬度为：
[0088][0089]
重复上述步骤s31～s37，即考虑温度对位错密度的影响，直到焊接热循环结束至室温；逐步得到第二次修正的位错密度，评估焊接接头在热循环作用下的硬度变化以及最
终的硬度数值。
[0090]
在一个具体的实施场景中，以如下图4所示的焊接热循环(thermal cycle)为例，其最高温度为739.34摄氏度，属于焊接接头的热影响区(haz：heat affected zone)。随着温度的变化，产生的塑性应变(plastic strain)如下图5所示。基于塑性应变(plastic strain)直接得到的位错密度，已经考虑焊接热循环影响的位错密度，计算结果对比如图6所示。通过位错密度，评估得到的维氏硬度，随时间变化如图7所示。
[0091]
计算结果显示，常规方法计算的硬度为241.68，考虑焊接热循环作用修正后的硬度为209.04；同时，经维氏硬度试验测量，该点的硬度值为210.5。可知，本专利提出的修正方法，考虑了焊接热循环的软化效应，比常规的仅通过塑性应变评估硬度的方法，更加的准确和合理。
[0092]
本发明实施例还提供了一种考虑焊接热循环的碳钢接头硬度评估修正系统，所述系统用于实现如前所述的考虑焊接热循环的碳钢接头硬度评估修正方法，包括：
[0093]
残余塑性应变获取模块，用于获取碳钢焊接接头的残余塑性应变数值；
[0094]
位错密度计算模块，用于基于预定位置的残余塑性应变，计算该位置的位错密度；
[0095]
位错密度修正模块，用于考虑焊接热循环的回复再结晶现象，对不同时刻下的位错密度进行修正；
[0096]
硬度计算模块，用于根据修正后的位错密度计算得到硬度数值。
[0097]
请参阅图2为本发明实施例提供的电子设备的实施例示意图。如图2所示，本发明实施例提了一种电子设备，包括存储器1310、处理器1320及存储在存储器1310上并可在处理器1320上运行的计算机程序1311，处理器1320执行计算机程序1311时实现以下步骤：s1，获取碳钢焊接接头的残余塑性应变数值；
[0098]
s2，基于预定位置的残余塑性应变，计算该位置的位错密度；
[0099]
s3，考虑焊接热循环的回复再结晶现象，对不同时刻下的位错密度进行修正；
[0100]
s4，根据修正后的位错密度计算得到硬度数值。
[0101]
请参阅图3为本发明提供的一种计算机可读存储介质的实施例示意图。如图3所示，本实施例提供了一种计算机可读存储介质1400，其上存储有计算机程序1411，该计算机程序1411被处理器执行时实现如下步骤：s1，获取碳钢焊接接头的残余塑性应变数值；
[0102]
s2，基于预定位置的残余塑性应变，计算该位置的位错密度；
[0103]
s3，考虑焊接热循环的回复再结晶现象，对不同时刻下的位错密度进行修正；
[0104]
s4，根据修正后的位错密度计算得到硬度数值。
[0105]
需要说明的是，在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详细描述的部分，可以参见其它实施例的相关描述。
[0106]
本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、cd-rom、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
[0107]
本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程
和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式计算机或者其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
[0108]
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
[0109]
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
[0110]
尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。
[0111]
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包括这些改动和变型在内。