CN103323345B - 一种提高ndt试验结果准确性的方法及其装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于金属材料NDT试验的方法及其装置，特别涉及一种提高NDT试验结果准确性的方法及其装置，该方法包括如下步骤：试件制作、堆焊裂纹源焊道、加工裂纹源、试件冷却和落锤试验，在堆焊裂纹源焊道的步骤中，本发明是让试件槽上的试件的各侧面和底面与冷却液直接接触后，再在试件上堆焊出裂纹源焊道；该装置包括冷却液、冷却箱、试件槽，在冷却箱上分别设置有供冷却液进出的冷却液出口和冷却液进口，冷却箱为非封闭结构，在试件槽的槽体的侧壁和/或底面上分别设置有通孔，通孔通过冷却液与冷却箱连通；该装置冷却效率高，稳定性强，并且将焊接升温影响区域减小到最低。

Description

一种提高NDT试验结果准确性的方法及其装置

技术领域

本发明涉及一种用于金属材料NDT试验的方法及其装置，特别涉及一种提高NDT试验结果准确性的方法及其装置。

背景技术

据申请人了解，铁素体结构钢的韧性随温度降低而下降，当温度降到某一值时，达到临界点，此时断口完全呈结晶状脆性断裂状态，这一温度称为无塑性转变温度(nil-ductility transition temperature, NDT)，是表征含有小裂纹的钢材在动态加载屈服应力下发生脆断的最高温度；用落锤试验方法测定出材料的无塑性转变温度，就可以确定材料的使用温度，求得在设计应力下，防止脆性断裂所允许的最大裂纹尺寸，或者由裂纹尺寸来得到发生脆断的最小应力；落锤试验是在试样的拉伸面上堆焊焊道并开缺口，该脆性焊道在母材内引起若干微裂纹作为引发裂纹源；试验时，在一定温度下加载产生脆性裂纹，如果该裂纹未扩展到试样的一侧认为试样未开裂，继续降温，直到找出这样一个温度，在此温度下裂纹扩展到试样的一侧或两侧才算“断裂”；故无塑性转变温度属于止裂温度，其实质就是动态载荷条件下材料发生脆断的最高温度，是评价材料止裂特征的参数；通常，不同组织的材料具有不同的NDT温度，所以保证测试件的组织结构与产品本体一致是测得准确的NDT温度的必要前提；但是，在堆焊裂纹源焊道时，由于焊接产生的高温，焊道附近达到接近溶化的温度，试件的组织会不可避免的长大。若焊接参数控制不当，焊接热影响区的范围会很大，致使大范围内的组织粗化，恶化NDT性能。另外，如果堆焊时对试件的冷速不加控制，由于人为因素及环境因素的影响，每次堆焊时试件的热影响区的大小及冷却速度也会不一样，得到的组织类型及晶粒度也不一样，因此测得NDT温度也不一样，导致NDT试验结果不稳定。这些因素都会影响到试验结果的准确性，从而对钢材的性能产生误判。

专利号为CN101017124A的发明专利公开了一种测定无塑性转变温度的方法与装置，该专利提供的装置就是目前通常使用的冷却装置，该装置使用间接冷却的方法，通过冷却底板来间接冷却放在底板上的试件，该冷却方法具有如下缺点：1.该冷却方法冷却效率低，需要很长时间才能达到预期冷却温度；2.由于试件绝大部分裸露在环境温度下，很容易受到环境温度影响；3.焊接时的局部高温扩散很快，该冷却方法无法压制温度的提高，组织粗化的范围不可避免的增大。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，提供一种提高NDT试验结果准确性的装置，该装置冷却效率高，稳定性强，并且将焊接升温影响区域减小到最低。

本发明解决以上技术问题的技术方案：

一种提高NDT试验结果准确性的方法，包括如下步骤：试件制作、在试件上堆焊裂纹源焊道、加工裂纹源、试件冷却和落锤试验，在堆焊裂纹源焊道的步骤中，将试件放置在试件槽上，通入冷却液，让冷却液通过试件槽的槽体侧壁和底面上的通孔进入试件槽，让试件槽上的试件的各侧面与底面与冷却液直接接触后，再在试件上堆焊出裂纹源焊道。

一种提高NDT试验结果准确性的装置，包括冷却液、冷却箱、试件槽，在所述冷却箱上分别设置有供冷却液进出的冷却液出口和冷却液进口，所述冷却箱为非封闭结构，其上开有放置试件槽的孔，在试件槽的槽体的侧壁和/或底面上分别设置有通孔，所述通孔通过冷却液与冷却箱连通。

本发明进一步限定的技术方案为：

进一步的，试件堆焊面高出所述冷却箱上表面1-5mm；堆焊裂纹源焊道中的冷却步骤，冷却液从下部的的冷却液进入口流入冷却箱内部，并通过试件槽上的通孔流入试件槽，逐渐将试件从下往上浸入冷却液中，直至冷却液充满冷却箱内部，并且通过冷却液流出口流出，等待时间＞5分钟，等温度稳定后再堆焊裂纹源焊道。

进一步的，在所述试件槽的底面设置有凸起的棱条。

进一步的，试件槽为带边缘的试件槽，其通过边缘搁置在冷却箱的孔内，且试件槽边缘的尺寸大于冷却槽上的孔的尺寸。

进一步的，冷却液出口和冷却液进口位于冷却箱同一侧的表面，并且所述冷却液出口的高度高于冷却液进口的高度。

进一步的，冷却液出口的高度与所述冷却箱的上表面平齐。

进一步的，试件槽上的通孔的形状为圆形、方形和三角形中的任意一种。

进一步的，循环冷却液为水或者液氮。

进一步的，冷却液出口和冷却液进口的管径为8-16mm。

本发明采用的装置及方法，能使试件在堆焊裂纹源焊道时产生的热量及时被带走，焊接热影响区的宽度可控制在1mm以内。而不采用冷却装置或采用与本发明不同的冷却装置，焊接热影响区的宽度均大于1mm。因此，采用本发明的装置和方法，可减少焊接热源引起的试件粗晶区的宽度，使堆焊后焊接热影响区的异常组织带尽量窄，达到减少试验数据误差的目的，能使NDT温度的准确性控制在±5℃，提高了试验的准确性，有利于真实评价金属材料的NDT性能。

采用本发明的装置和方法堆焊产品sample1和采用现有冷却设备堆焊所得到产品sample2的性能对比见下表：

名称	焊接热影响区宽度	NDT温度的准确性
			sample1	＜1mm	±5℃
Sample2	≥2mm	±15℃

从实际实验数据可以看出，采用本发明的装置和方法堆焊产品生产的产品技术参数明显优于现有冷却设备堆焊所得到产品。

附图说明

图1是本发明的立体结构示意图。

图2为图1中试件槽4的横截面示意图。

图3是试件槽底和槽壁小孔的形状和分布示意图。

图4是本发明提供的冷却装置焊接过程散热示意图。

图5是现有冷却装置焊接过程散热示意图。

具体实施方式

实施例1

一种提高NDT试验结果准确性的装置，如图1和图2所示，包括能通入循环冷却液的冷却箱3和搁置在冷却箱3内部的试件槽4，在冷却箱3的同一侧的表面分别设置有供冷却液进出的冷却液出口2和冷却液进口1，冷却液出口2的高度高于冷却液进口1的高度，冷却液出口2的高度与冷却箱3的上表面平齐，试件槽4的槽体侧壁和底面上设置有若干个圆形的分布均匀的能够让冷却液流过的通孔6，在试件槽4的底面设置有若干条（本实施例为2条）向槽体内部凸起的棱条7。

本实施例利用E690海洋工程用钢制作成测试试件来进一步举例说明设备的使用方法。

一种提高NDT试验结果准确性装置的使用方法：

1.准备工作，将将需要测定的E690海洋工程用钢制作成测试试件5，确保试件5放入试件槽4后堆焊面高出冷却箱3上表面1-5mm。

2.将试件5放置在试件槽4的底部，往冷却箱3内通入液氮预冷试件，液氮从下部的冷却液进入口1缓缓流入冷却箱3内部，并通过试件槽4上的通孔6流入试件槽4，逐渐将试件5从下往上浸入液氮中，直至液氮充满冷却箱3内部，并且通过冷却液流出口2流出。

3.堆焊出裂纹源焊道，热影响区冷速为50~100℃/s，热影响区的组织为马氏体+板条贝氏体，热影响区宽度为0.5mm（不使用该冷却设备，热影响区冷速为0~45℃/s，热影响区的组织为马氏体+板条贝氏体，热影响区宽度为5mm）。

4. 堆焊出裂纹源焊道的试件5供后续实验使用。

实施例 2：

提高NDT试验结果准确性的方法以及采用的装置如下：

1.将需要测定的E690海洋工程用钢制作成测试试件5。

2.将冷却箱3的冷却液进口1和冷却液出口2接上循环液氮，等液氮能循环、稳定通过冷却箱3后，试件5放置在试件槽4中，让试件5与液氮充分接触，并在试件3上堆焊出试验需要的裂纹源焊道，通过液氮降低试件5在堆焊时的温度。

4.在试件5的焊道上加工出裂纹源，热影响区冷速为50~100℃/s，热影响区的组织为马氏体+板条贝氏体，热影响区宽度为0.5mm（不使用该冷却设备，热影响区冷速为0~45℃/s，热影响区的组织为马氏体+板条贝氏体，热影响区宽度为6mm），将试件5放置在恒温箱中用乙醇冷却至试验温度，保温45分钟以上。

5.在极短时间内将试件5从恒温箱中取出，安装在落锤试验机上进行落锤试验，测得试验数据。

实施例 3：

提高NDT试验结果准确性的方法以及采用的装置如下：

1.将需要测定的9%Ni低温用钢制作成测试试件5。

2.将冷却箱3的冷却液进口1和冷却液出口2接上循环冷却水，等冷却水能循环、稳定通过冷却箱3后，试件5放置在试件槽4中，让试件5与冷却水充分接触，并在试件3上堆焊出试验需要的裂纹源焊道，通过冷却水降低试件5在堆焊时的温度，热影响区冷速为30~60℃/s，热影响区的组织为马氏体+贝氏体，热影响区宽度为0.6mm（不使用该冷却设备，热影响区冷速为0~45℃/s，热影响区的组织为马氏体+板条贝氏体，热影响区宽度为4mm）。

3. 在试件5的焊道上加工出裂纹源，将试件5放置在恒温箱中用液氮冷却至试验温度，保温45分钟以上。

4.在极短时间内将试件5从恒温箱中取出，安装在落锤试验机上进行落锤试验，测得试验数据。

除上述实施例外，本发明还可以有其他实施方式。凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明要求的保护范围。

Claims (9)

1.一种提高NDT试验结果准确性的方法，包括如下步骤：试件制作、在试件上堆焊裂纹源焊道、加工裂纹源、试件冷却和落锤试验，其特征在于：在堆焊裂纹源焊道 的步骤中，将试件放置在试件槽上，通入冷却液，让冷却液通过试件槽的槽体侧壁和底面上的通孔进入试件槽，让试件槽上的试件的各侧面与底面与冷却液直接接触后，再在试件上堆焊出裂纹源焊道；所述试件堆焊面高出冷却箱上表面1-5mm；所述堆焊裂纹源焊道中的冷却步 骤，冷却液从下部的冷却液进入口流入冷却箱内部，并通过试件槽上的通孔流入试件槽，逐渐将试件从下往上浸入冷却液中，直至冷却液充满冷却箱内部，并且通过冷却液流出口流出，等待时间＞5分钟，等温度稳定后再堆焊裂纹源焊道，焊接热影响的宽度＜1mm，NDT温度的准确性为±5℃。

2.一种采用权利要求1所述的方法的提高NDT试验结果准确性的装置，包括冷却液、冷却箱、试件槽，在所述冷却箱上分别设置有供冷却液进出的冷却液出口和冷却液进口，其 特征在于：所述冷却箱为非封闭结构，其上开有放置试件槽的孔，在试件槽的槽体的侧壁和底面上分别设置有通孔，所述通孔通过冷却液与冷却箱连通。

3.根据权利要求2所述的提高NDT试验结果准确性的装置，其特征在于：在所述试件槽的底面设置有凸起的棱条。

4.根据权利要求3所述的提高NDT试验结果准确性的装置，其特征在于：所述试件槽为带边缘的试件槽，其通过边缘搁置在冷却箱的孔内，且试件槽边缘的尺寸大于冷却槽上的孔的尺寸。

5.根据权利要求2所述的提高NDT试验结果准确性的装置，其特征在于：所述冷却液出口和冷却液进口位于冷却箱同一侧的表面，并且所述冷却液出口的高度高于冷却液进口的高度。

6.根据权利要求5所述的提高NDT试验结果准确性的装置，其特征在于：所述冷却液出口的高度与所述冷却箱的上表面平齐。

7.根据权利要求2所述的提高NDT试验结果准确性的装置，其特征在于：所述试件槽上的通孔的形状为圆形、方形和三角形中的任意一种。

8.根据权利要求2所述的提高NDT试验结果准确性的装置，其特征在于：所述冷却液为水或者液氮。

9.根据权利要求5所述的提高NDT试验结果准确性的装置，其特征在于：所述冷却液出口和冷却液进口的管径为8-16mm。