CN101576450A - 一种无损探伤用表面裂纹缺陷试块的制作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种无损探伤用表面裂纹缺陷试块的制作方法。利用焊接过程中的表面裂纹产生机理，提出了一种快速制作表面裂纹缺陷试块的制作方法。通过在焊缝中添加硫元素，合理控制焊接工艺等途径，制作出常见表面焊接裂纹试块。本发明所制作出的表面裂纹不同于常用的探伤标准试块中的人工缺陷，其裂纹缺陷真实、可行，可以用于超声探伤、渗透探伤等无损探伤方法，对无损探伤人员培训及换、取证考核，增强其对表面裂纹缺陷探伤信号的感性和理性认识具有重要的意义。
Description
技术领域
本发明属于无损探伤领域，涉及一种缺陷试块的制作方法，尤其是一种无损探伤用表面裂纹缺陷试块的制作方法。
背景技术
无损检测是一门新兴的综合性应用技术学科，是在不破坏或不损伤被检查对象的前提下，测定和评价物质内部或外表各类缺陷的学科。无损检测技术是实现质量控制、改进工艺、降低成本、保证设备安全运行等的重要手段，已经成为现代工业产品的制造和使用过程中不可缺少的重要组成部分。近年来，随着应用物理、电子技术、材料科学等的发展，无损检测技术方法、检测精度等得到很大的丰富和发展，到目前为止，针对不同的缺陷类型和特点，无损检测方法有：射线检测(χ射线、γ射线)、超声检测、涡流检测、磁粉检测、渗透检测以及声发射检测、红外检测、激光全息照相检测新技术等。对于产品缺陷的无损检测过程而言，可简单分为两个主要部分，那就是检测阶段和评价阶段。检测阶段主要是发现缺陷，而评价阶段主要是对发现的缺陷进行定性和定量分析。发现缺陷过程和缺陷分析的重要前提是必须熟悉各种常见缺陷的对应信号，只有这样才能准确采集缺陷信息并对其进行判断，以达到“没有漏检，没有错检”的目的。因此，常见缺陷试块就成了无损探伤技术人员培训、考核等过程中必备的试件。
焊接是材料连接和性能改善的重要学科之一。因为特殊的热过程，焊接接头是一种化学成分不均匀体；是影响产品质量和使用安全的关键部位；也是产品结构中缺陷发生的“重灾区”。所以，对焊接接头中缺陷的有效检测是保证产品质量和运行安全的必要保证。在焊接接头的裂纹、未熔合、未焊透、气孔、夹渣等缺陷中，因为对产品安全的严重危害性，裂纹缺陷一直是无损检测工作中被关注的重点。对裂纹缺陷的检测和评价，离不开对裂纹缺陷检测信息的准确认识。所以，裂纹缺陷试块的制作具有重要的工程实际意义。
一直以来，在探伤用标准试块方面，国内外进行了大量的研究和标准试块的规范，形成了相应的国际、国家及行业标准，如国际标准试块标准ISO2400-1972E、钢焊缝手工超声波探伤标准试块标准GB/T11345-89、机械行业标准试块标准JB/T4730.1～4730.6-2005、电力行业标准试块标准DL/T5048-95、石油行业标准试块标准Q/SYXQ7-2001等。仔细分析研究这些标准后，其所规定的标准试块有两个最大的特点：(1)其缺陷制作多采用人工方式制作，如打标准孔等形式；(2)其功用是主要用来测定探伤仪、探头及系统性能。但是，标准试块中人工缺陷与实际缺陷间的差别，以及人工缺陷制作方式上的局限，很难使检测人员更为深刻地认识缺陷检测信号。为此，一种实际缺陷试块及其制作方法十分值得期待。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供一种无损探伤用表面裂纹缺陷试块的制作方法，该方法是为了制作实体焊缝缺陷，其主要针对焊接裂纹中的表面裂纹进行。利用焊接冶金等基础理论，通过常规的焊接方式，在缺陷试块上的焊缝表面和浅层形成一定尺寸的裂纹，从而制作出与实际缺陷相同的焊缝缺陷，以加深检测人员对缺陷检测信号的认识程度。
本发明的目的是通过以下技术方案来解决的：
这种无损探伤用表面裂纹缺陷试块的制作包括以下步骤：
a)首先在缺陷试块上开坡口，然后采用与所述缺陷试块材质匹配的焊条在坡口处进行填充焊接，然后确定焊缝上的设计裂纹区域，所述缺陷试块为矩形试块，其材质为低碳钢。
b)在所述缺陷试块的设计裂纹区域的焊缝上涂撒硫化亚铁粉末。所述硫化亚铁粉末的粒度为20～40目，熔点为1195℃，其S的重量百分含量为27％；其中硫化亚铁粉末的涂撒量与盖面熔敷金属的质量比为1∶8～12或者1∶16～20；
c)采用大电流电弧对设计裂纹区域的焊缝进行浅熔深和快速重熔；其中采用φ4.0mm的电焊条，焊接电流为170A，所述电焊条的类型与所述缺陷试块材质相匹配；
d)对焊缝的重熔区域进行修磨，打磨掉未熔的硫化亚铁；
e)采用A102焊条对设计裂纹区域进行盖面焊接，焊接电流为140～160A；
f)最后采用A102焊条对除设计裂纹区域的其他坡口区域进行盖面焊接，保证坡口填满，其中焊接电流为130A。
本发明通过在焊道上涂撒FeS粉末，增加焊缝中的硫含量，从而促使焊缝产生结晶裂纹，来达到制作表面裂纹试块的目的。本发明制作的表面裂纹试块从制作方法和作用上与比标准试块具有以下有益效果：
(1)采用焊接方法制作真实的表面裂纹，比标准试块更接近实际的焊缝缺陷；
(2)制作的表面裂纹缺陷试块的检测信号与真实缺陷相同，增强了无损检测技术人员对实际缺陷的感性和理性认识；
(3)本发明制作的表面裂纹缺陷试块可以用于超声探伤、渗透探伤等无损探伤方法，对无损探伤人员培训及换、取证考核。
附图说明
图1为本发明中填充焊后的缺陷试块断面示意图；
图2为本发明中设计裂纹区域涂撒硫化亚铁后的缺陷试块的俯视图；
图3为本发明中设计裂纹区域盖面焊接后的缺陷试块俯视图；
图4为本发明完成后的缺陷试块俯视图。
其中：1为缺陷试块；2为焊缝；3为A设计裂纹区域；4为B设计裂纹区域；5为人字形裂纹；6为中心裂纹；7为硫化亚铁粉末。
具体实施方式
本发明是基于以下原理来实现的：
硫是钢中主要的有害杂质之一，它在铁液中以FeS形式无限溶解，而在固体铁中溶解度很小(在γ-Fe中最多溶解0.05％，在Fe和FeS共晶温度985℃时，硫的溶解度仅为0.013％)。含硫较高的钢液凝固时，硫以化合物FeS、Ni3S2等形态富集在晶粒界面上，形成Fe与FeS或者Ni与Ni3S2等的低熔共晶体，从而在热加工时造成钢锭及钢材的“热脆”现象。在焊接过程中，熔池结晶时，因为显微偏析和区域偏析问题，过饱和的硫以低熔共晶体形式存在于晶界。在焊缝收缩应力作用下，易于产生焊接热裂纹，更具体地讲，称为焊接结晶裂纹。
硫是引起焊接结晶裂纹的主要元素之一，其在柱状晶界偏析时，可以与Fe、Ni等元素形成硫化物(FeS熔点1193℃，Ni3S2熔点644℃)和低熔共晶体(Fe和FeS共晶体熔点985℃，Ni和Ni3S2共晶体熔点625℃)，导致焊缝在冷却过程中晶界在较长时间内处于液态，在拉伸应力作用下，沿晶界开裂。焊接过程中，焊缝上往往会产生一定的拉应力，这就是裂纹产生的外在力学因素。所以，为了减少硫的危害，就应对杂质元素硫进行严格限制。相应的材料标准中对硫含量都进行了必要的限制，如普通碳素钢，其硫含量小于0.05％；优质碳素钢硫含量小于0.04％；高级优质碳素钢，硫含量小于0.03％；特殊钢种中硫含量控制更严，如X80管线钢硫含量小于0.02％；奥氏体不锈钢硫含量小于0.03％。焊接材料中也进行严格的限制，焊条熔敷金属中硫含量一般必须控制在0.03％以下，以控制焊缝中的硫含量。如果人为地向焊缝中过渡硫元素并适当控制焊接工艺，会增加焊缝结晶裂纹的倾向。焊接结晶裂纹往往开口向外，属于表面裂纹的范畴。焊接裂纹一直是焊接工作者极力避免的主要焊接缺陷之一，但是，在探伤用表面缺陷试块制作中，反其道而用之，有效利用焊接热裂纹的形成机理，并对产生裂纹的因素进行合理控制，将会收到不错的成效。本发明就是通过这种思路来完成的。
下面结合附图对本发明做进一步详细描述：
实施例1
(1)焊接试块准备及填充层焊接
按照图1所示，首先在缺陷试块1上开坡口，然后采用与缺陷试块1材质匹配的焊条在坡口处进行填充焊接，在焊缝上确定设计裂纹区域。
(2)涂撒FeS粉末于设计裂纹区域
采用商用硫化亚铁粉末7(Ferrous sulfide，简称FeS，S≈27％，熔点1195℃)，粒度范围为20～40目，涂撒于设计裂纹区域的焊缝表面。
形成人字形裂纹5(如图3或图4)的硫化亚铁粉末7涂撒量与盖面熔敷金属的质量比约为1∶10，涂撒宽度与坡口宽度相同(如图2中的A设计裂纹区域3)。
形成中心裂纹6(如图3或图4)的硫化亚铁粉末7涂撒量与盖面熔敷金属的比例约为1∶18，涂撒于坡口中心，宽度为坡口宽度的2/3(如图2中的B设计裂纹区域4)。
(3)大电流快速重熔设计裂纹区域
采用大电流电弧对设计裂纹区域进行浅熔深和快速重熔。焊接采用φ4.0mm的电焊条，焊条类型与步骤(1)中的填充焊条相同，其电流采用该焊条的上限电流约170A，目的在于使部分硫化亚铁熔化进入焊缝金属中。
(4)裂纹区域修磨
对焊缝电弧重熔的区域进行修磨，打磨掉未熔的部分硫化亚铁，并对成形不良的焊缝表面进行修整。
(5)设计裂纹区域盖面焊接
进行设计裂纹区域焊接，采用奥氏体不锈钢焊条A102焊条进行。采用大电流焊接，焊接电流为150A，焊接过程按照坡口宽度进行摆弧，保证该区域一次成形。如图3所示，A设计裂纹区域3形成人字形裂纹，B设计裂纹区域4形成中心裂纹。
(6)其它区域盖面焊接
采用奥氏体不锈钢焊条A102进行坡口其它部位的盖面焊接，焊接电流130A，摆动电弧，保证坡口填满并与已盖面焊接部位的良好熔合，见图4。
以上完成后，采用铜刷进行焊缝表面清理，清理结束后，本发明的表面裂纹试块制作完成。
实施例2
(1)焊接试块准备及填充层焊接
按照图1所示，首先在缺陷试块1上开坡口，然后采用与缺陷试块1材质匹配的焊条在坡口处进行填充焊接，在焊缝上确定设计裂纹区域。
(2)涂撒FeS粉末于设计裂纹区域
采用商用硫化亚铁粉末7(Ferrous sulfide，简称FeS，S≈27％，熔点1195℃)，粒度范围为20～40目，涂撒于设计裂纹区域的焊缝表面。
形成人字形裂纹5(如图3或图4)的硫化亚铁粉末7涂撒量与盖面熔敷金属的质量比约为1∶8，涂撒宽度与坡口宽度相同(如图2中的A设计裂纹区域3)。
形成中心裂纹6(如图3或图4)的硫化亚铁粉末7涂撒量与盖面熔敷金属的比例约为1∶16，涂撒于坡口中心，宽度为坡口宽度的2/3(如图2中的B设计裂纹区域4)。
(3)大电流快速重熔设计裂纹区域
采用大电流电弧对设计裂纹区域进行浅熔深和快速重熔。焊接采用φ4.0mm的电焊条，焊条类型与步骤(1)中的填充焊条相同，其电流采用该焊条的上限电流约170A，目的在于使部分硫化亚铁熔化进入焊缝金属中。
(4)裂纹区域修磨
对焊缝电弧重熔的区域进行修磨，打磨掉未熔的部分硫化亚铁，并对成形不良的焊缝表面进行修整。
(5)设计裂纹区域盖面焊接
进行设计裂纹区域焊接，采用奥氏体不锈钢焊条A102焊条进行。采用大电流焊接，焊接电流为140A，焊接过程按照坡口宽度进行摆弧，保证该区域一次成形。如图3所示，A设计裂纹区域3形成人字形裂纹，B设计裂纹区域4形成中心裂纹。
(6)其它区域盖面焊接
采用奥氏体不锈钢焊条A102进行坡口其它部位的盖面焊接，焊接电流130A，摆动电弧，保证坡口填满并与已盖面焊接部位的良好熔合，见图4。
以上完成后，采用铜刷进行焊缝表面清理，清理结束后，本发明的表面裂纹试块制作完成。
实施例3
(1)焊接试块准备及填充层焊接
按照图1所示，首先在缺陷试块1上开坡口，然后采用与缺陷试块1材质匹配的焊条在坡口处进行填充焊接，在焊缝上确定设计裂纹区域。
(2)涂撒FeS粉末于设计裂纹区域
采用商用硫化亚铁粉末7(Ferrous sulfide，简称FeS，S≈27％，熔点1195℃)，粒度范围为20～40目，涂撒于设计裂纹区域的焊缝表面。
形成人字形裂纹5(如图3或图4)的硫化亚铁粉末7涂撒量与盖面熔敷金属的质量比约为1∶12，涂撒宽度与坡口宽度相同(如图2中的A设计裂纹区域3)。
形成中心裂纹6(如图3或图4)的硫化亚铁粉末7涂撒量与盖面熔敷金属的比例约为1∶20，涂撒于坡口中心，宽度为坡口宽度的2/3(如图2中的B设计裂纹区域4)。
(3)大电流快速重熔设计裂纹区域
采用大电流电弧对设计裂纹区域进行浅熔深和快速重熔。焊接采用φ4.0mm的电焊条，焊条类型与步骤(1)中的填充焊条相同，其电流采用该焊条的上限电流约170A，目的在于使部分硫化亚铁熔化进入焊缝金属。
(4)裂纹区域修磨
对焊缝电弧重熔的区域进行修磨，打磨掉未熔的部分硫化亚铁，并对成形不良的焊缝表面进行修整。
(5)设计裂纹区域盖面焊接
进行设计裂纹区域焊接，采用奥氏体不锈钢焊条A102焊条进行。采用大电流焊接，焊接电流为160A，焊接过程按照坡口宽度进行摆弧，保证该区域一次成形。如图3所示，A设计裂纹区域3形成人字形裂纹，B设计裂纹区域4形成中心裂纹。
(6)其它区域盖面焊接
采用奥氏体不锈钢焊条A102进行坡口其它部位的盖面焊接，焊接电流130A，摆动电弧，保证坡口填满并与已盖面焊接部位的良好熔合，见图4。
以上完成后，采用铜刷进行焊缝表面清理，清理结束后，本发明的表面裂纹试块制作完成。
以上实施例中用到的缺陷试块1均为矩形试块，其材质为低碳钢。
本发明所制作出的表面裂纹不同于常用的探伤标准试块中的人工缺陷，其裂纹缺陷真实、可行，可以用于超声探伤、渗透探伤等无损探伤方法，对无损探伤人员培训及换、取证考核，增强其对表面裂纹缺陷探伤信号的感性和理性认识具有重要的意义。
Claims (7)
1.一种无损探伤用表面裂纹缺陷试块的制作方法，其特征在于，包括以下步骤：
a)首先在缺陷试块(1)上开坡口，然后采用与所述缺陷试块(1)材质匹配的焊条在坡口处进行填充焊接，然后确定焊缝(2)上的设计裂纹区域；
b)在所述缺陷试块(1)的设计裂纹区域的焊缝(2)上涂撒硫化亚铁粉末(7)；
c)采用大电流电弧对设计裂纹区域的焊缝进行浅熔深和快速重熔；
d)对焊缝的重熔区域进行修磨，打磨掉未熔的硫化亚铁；
e)采用A102焊条对设计裂纹区域进行盖面焊接，焊接电流为140～160A；
f)最后采用A102焊条对除设计裂纹区域的其他坡口区域进行盖面焊接，保证坡口填满。
2.根据权利要求1所述的无损探伤用表面裂纹缺陷试块的制作方法，其特征在于，所述硫化亚铁粉末的粒度为20～40目，熔点为1195℃，其S的重量百分含量为27％。
3.根据权利要求1所述的无损探伤用表面裂纹缺陷试块的制作方法，其特征在于，步骤(b)中，硫化亚铁粉末的涂撒量与盖面熔敷金属的质量比为1∶8～12。
4.根据权利要求1所述的无损探伤用表面裂纹缺陷试块的制作方法，其特征在于，步骤(b)中，硫化亚铁涂撒量与盖面熔敷金属的质量比为1∶16～20。
5.根据权利要求1所述的无损探伤用表面裂纹缺陷试块的制作方法，其特征在于，步骤(c)中，采用φ4.0mm的电焊条，焊接电流为170A，所述电焊条的类型与所述缺陷试块材质相匹配。
6.根据权利要求1所述的无损探伤用表面裂纹缺陷试块的制作方法，其特征在于，在步骤(f)中，焊接电流为130A。
7.根据权利要求1所述的无损探伤用表面裂纹缺陷试块的制作方法，其特征在于，所述缺陷试块(1)为矩形试块，其材质为低碳钢。
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