CN105115802A - 一种新的焊接返修ctod实验方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种新的焊接返修CTOD实验方法，采用“X”型和“K”型的预制焊缝坡口形式进行预制焊缝的焊接，采用“K”型的返修焊接坡口形式进行焊接热影响区的CTOD试验，“X”型、“V”型的返修焊接坡口形式进行焊缝区的CTOD试验，结合两者的优点，准确的评定出接头最脆弱部位的CTOD断裂韧性值，确保焊接接头的性能。扩大了预制焊缝的坡口形式范围，提高了焊接热影响区有效CTOD试样的制备成功率，应用范围更广，成本更低。

Description

一种新的焊接返修CTOD实验方法

技术领域

本发明涉及一种焊接技术领域，特别是一种新的焊接返修CTOD实验方法。

背景技术

CTOD是英文名称CrackTipOpeningDisplacement的首字母缩写，中文称为裂纹尖端张开位移，指的是裂纹尖端处受张开型载荷后两表面所张开的相对距离，往往用δ表示，常用单位是毫米。裂纹尖端张开位移试验取样，按国际通用规范BS7448，可以按实际厚度制作试样(即全厚度试样)。这样，既保存了原结构(板厚)尺寸效应，又很好地模拟实际的焊接条件，所测得的韧性会比较准确、可靠。CTOD值的大小，反映了裂纹尖端材料抵抗开裂的能力，也就是材料的韧性。把要检测的材料制成带有人为预制裂纹的试样，把待检测的试样模拟现场实际情况制成带有人为预制裂纹的试样，在实验机上施加载荷，通过得到的载荷-位移曲线，结合其它相关参数，计算出裂纹尖端张开位移δ值。δ值越大，表示裂纹尖端材料抵抗开裂的性能越好，即韧性越好；反之，δ值越小，韧性越差。由于CTOD韧性能很好反映焊接接头的质量，因此CTOD检测评定技术能够有效检测焊接质量。CTOD检测合格的焊缝，具有良好的韧性。

大量试验研究表明，CTOD断裂韧度是评价钢材及焊接接头抗脆性断裂特性的重要参量。通过CTOD试验不但可以选择材料韧度，而且可以为结构的安全可靠性的评定提供试验依据。现阶段普遍使用V型坡口进行CTOD实验，采用表面缺口试样，在做焊缝中心的CTOD性能时尚可，但对于做返修焊缝的热影响区的CTOD性能来说，由于按照DNV-OS-C401标准的相关规定，要保证缺口位置距焊缝熔合线的距离不超过0.5mm，这对于坡口的平整度、焊接时参数平稳一致性以及预制疲劳裂纹时的尖端位置把握性都提出了非常高的要求，极易出现无效的CTOD试样。并且通常情况下，焊接返修时，其返修焊缝会一侧是原始焊缝，另一侧是母材，那么做试验时除了对焊缝区的性能进行验证外，还应对这两侧的熔合区进行验证，这样如果采用V型坡口的表面缺口试样评定两侧的CTOD性能对于焊接过程(坡口的平整度参数平衡一致性)和制样过程(预制疲劳裂纹的裂纹尖端位置)都有非常高的要求，也易出现无效试样，导致焊接试板的延长和试验费用的增加。

发明内容

本发明的目的是为了解决上述现有技术的不足而提供扩大了预制焊缝的坡口形式范围，又提高了焊接热影响区有效CTOD试样的制备成功率，应用范围更广，成本更低的一种新的焊接返修CTOD实验方法。

为了实现上述目的，本发明所设计的一种新的焊接返修CTOD实验方法，其特征在于：第一步选择所需的钢板，根据加工图切割加工出试板，切割有：“X”型坡口试板两对，“K”型坡口试板两对；

“K”型坡口直边一侧熔合线在一个平面内，埋弧焊的典型焊接参数如下：焊丝直径：4.0mm、电流：600A、电压：31V、焊接速度：500mm/min；

二氧化碳气体保护焊的焊接参数如下：焊丝直径：1.4mm、电流：240～280A、电压：25～29V、焊接速度：200～380mm/min；

第二步，试板加工完成并检验尺寸合格后进行试件装配，并加上马板和引弧板，装配好后再次检查试板装配尺寸是否合格；

第三步，试板组对好后，进行原始焊缝第一面焊接；

第四步，第一面焊接完成后，直至其冷却至30℃左右后，卸掉马板，气刨到一定的深度，再进行打磨，并把坡口扩成U型或者半U型，在气刨和打磨K型坡口时，一定要注意保住直边的完整性；

第五步，进行第二面的焊接，焊接第二面与第一面焊的焊接方式相同；

第六步，完全焊完后，过48小时以后进行无损探伤，由于板厚较厚，进行磁粉探伤和超声波探伤；

第七步，无损探伤合格后，通过切割、气刨、打磨方式制备返修焊接接头，将两块“X”型坡口试板，分别制成一对“V”型坡口返修试板和一对“K”型坡口返修试板；将两块“K”型坡口试板同上处理，也分别制成一个“V”型坡口返修试板和一个“K”型坡口返修试板；返修时组对及焊接的与第一面焊接相同，返修焊接中预热温度及层间温度，不低于115℃，不高于200℃；返修过程中返修焊接热输入尽量控制在1.0-2.5KJ/mm；背部清根时，要保证完全去除根部缺陷，清根深度至少为5mm；

第八步，返修焊接完成后，过48小时以后进行无损探伤，探伤类型与原焊缝相同；

第九步，探伤合格后对试件进行标记和切割；

第十步，机械性能试验试件加工；

第十一步，对“V”型坡口进行焊缝中心CTOD试验，“K”型坡口进行热影响区CTOD试验，将热影响区CTOD预制裂纹夹端开在“K”型坡口的直边上。

较佳地，上述的第四步中，焊接过程应严格控制以下几点：

a.焊前注意焊剂要在300℃-350℃烘干大约2小时；二氧化碳气体保护焊送气量足：15-25L/min；

b.预热温度和层间温度，不低于110℃，不高于200℃，测温距离为75mm外；断焊后，重新预热的温度应不低于正式施焊预热温度；

c.过程中随时计算线能量，确保其完全熔合，而且不会热输入量过大，尽量保证二氧化碳气体保护焊热输入在1.3-1.7KJ/mm左右，埋弧焊热输入在1.7-3.0KJ/mm左右；

d.注意每焊完一道，打磨到没有夹渣；

e.中间出意外停顿的话，一定要将接头打磨干净；

f.注意量一下焊完二氧化碳气体保护焊后，焊层表面与试板表面的距离，为后续的背面根部处理提供数据依据。

本发明得到的一种新的焊接返修CTOD实验方法，为了能很好地反映返修焊缝的实际性能并提高有效试样的比例，采用了两种返修焊缝坡口即“V”型和“K”型。无论预制焊缝的坡口形式为“X”型或“K”型，均可使用“V”型坡口进行焊缝中心CTOD试验，“K”型坡口进行热影响区试验，如果将热影响区CTOD的人为预制裂纹尖端开在“K”型坡口的直边上，那么有效CTOD试样的制备成功率大大提高。本发明既扩大了预制焊缝的坡口形式范围，又提高了焊接热影响区有效CTOD试样的制备成功率，应用范围更广，成本更低。

附图说明

图1是本发明“X”型坡口预制焊缝示意图；

图2是本发明“K”型坡口预制焊缝示意图；

图3是本发明“X”型坡口预制焊缝基础上进行“K”型坡口返修示意图；

图4是本发明“X”型坡口预制焊缝基础上进行“V”型坡口返修示意图；

图5是本发明“K”型坡口预制焊缝基础上进行“K”型坡口返修示意图；

图6是本发明“K”型坡口预制焊缝基础上进行“V”型坡口返修示意图。

图中：母材1、4、原始焊道2、返修焊缝区3。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

实施例：

如图1至图6所示，本发明提供的一种新的焊接返修CTOD实验方法，具体的实施方式过程如下：1.下料

按钢板的材质证书去料厂找到对应的钢板，即母材1，根据加工图切割加工出试板，“X”型坡口试板两对，“K”型坡口试板两对。

2.对焊工进行培训。

为保证“K”型坡口直边一侧熔合线能够尽量在一个平面内，需要对焊工的技能及操作要点进行培训。过程中的参数要仔细调整并记录。

表1埋弧焊的典型焊接参数

表2二氧化碳气体保护焊(返修)的典型焊接参数

3.试板加工完成并检验尺寸合格后进行试件装配(加上足够厚的马板及较长的引弧板)，装配好后再次检查试板装配尺寸是否合格，引弧板长140mm，厚度与母材等厚。

4.试板组对好后，通知第三方并进行原始焊缝第一面焊接。焊接过程应严格控制以下几点：

a.焊前注意焊剂要在300℃-350℃烘干大约2小时；二氧化碳气体保护焊送气量足:15-25L/min。

b.预热温度和层间温度，不低于110℃，不高于200℃，测温距离为75mm外；断焊后，重新预热的温度应不低于正式施焊预热温度。

c.过程中随时计算线能量，确保其完全熔合，而且不会热输入量过大，尽量保证二氧化碳气体保护焊热输入在1.3-1.7KJ/mm左右，埋弧焊热输入在1.7-3.0KJ/mm左右。

d.注意每焊完一道，打磨到没有夹渣。

e.中间出意外停顿的话，一定要将接头打磨干净。

f.注意量一下焊完二氧化碳气体保护焊后，焊层表面与试板表面的距离。以为后续的背面根部处理提供数据依据。

5.一面焊接完成后，直至其冷却至30℃左右后，卸掉马板，气刨到一定的深度，再进行打磨，并把坡口扩成U型或者半U型，在气刨和打磨K型坡口时，一定要注意保住直边的完整性。

6.进行第二面的焊接。焊接第二面，注意的事项与第一面焊的类似。

7.完全焊完后，过48小时以后进行无损探伤，由于板厚较厚，进行磁粉探伤和超声波探伤。

8.无损探伤合格后，这里形成原始焊道2，通过切割、气刨、打磨等方式制备返修焊接接头。如图3至图6，原始焊道2相邻处为返修焊缝区3，将两块“X”型坡口试板，分别制成一对“V”型坡口返修试板和一对“K”型坡口返修试板；将两块“K”型坡口试板同上处理，也分别制成一个“V”型坡口返修试板和一个“K”型坡口返修试板；

返修时组对及焊接的注意事项与原始焊接类似，但是还要特别注意以下几点：预热温度及层间温度，不低于115℃，不高于200℃。

返修过程中二氧化碳气体保护焊热输入尽量控制在1.0-2.5KJ/mm左右。

背部清根时，要保证完全去除根部缺陷，清根深度至少为5mm。

“K”型坡口直边一次焊接时一定要注意尽量是焊接参数一直，以保证其熔合线在一个平面上。

9.返修焊接完成后，过48小时以后进行无损探伤，探伤类型与原焊缝相同。

10.探伤合格后对试件进行标记和切割。

11.机械性能试验试件加工。

12.进行CTOD试验(实验结果详见表3、表4)。

实验结果

表32G位置返修CTOD试验(0℃)

表43G返修位置CTOD试验(0℃)

本工艺发明主要对以下几点进行控制：

1.“K”型坡口直边焊接时，尽量使参数一致，以保证其直边一次熔合线在一个平面上；

2.“K”型坡清根、打磨时，一定要注意保住直边的完整性。

采用以上方式进行CTOD试验，无论预制焊缝是那种坡口形式，均可使用“V”型坡口进行焊缝中心CTOD试验，“K”型坡口用于热影响区试验，并且热影响区CTOD试样制备难度大大降低。

对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，其架构形式能够灵活多变，只是做出若干简单推演或替换，都应当视为属于由本发明所提交的权利要求书确定的专利保护范围。

Claims (3)

1.一种新的焊接返修CTOD实验方法，其特征在于：第一步选择所需的钢板，根据加工图切割加工出试板，切割有：“X”型坡口试板两对，“K”型坡口试板两对；

“K”型坡口直边一侧熔合线在一个平面内，埋弧焊的典型焊接参数如下：焊丝直径：4.0mm、电流：600A、电压：31V、焊接速度：500mm/min；

二氧化碳气体保护焊的焊接参数如下：焊丝直径：1.4mm、电流：240～280A、电压：25～29V、焊接速度：200～380mm/min；

第二步，试板加工完成并检验尺寸合格后进行试件装配，并加上马板和引弧板，装配好后再次检查试板装配尺寸是否合格；

第三步，试板组对好后，进行原始焊缝第一面焊接；

第四步，第一面焊接完成后，直至其冷却至30℃后，卸掉马板，气刨到一定的深度，再进行打磨，并把坡口扩成U型或者半U型，在气刨和打磨K型坡口时，保住直边的完整性；

第五步，进行第二面的焊接，焊接第二面与第一面焊的焊接方式相同；

第六步，完全焊完后，进行无损探伤，无损探伤方式包括进行磁粉探伤和超声波探伤；

第七步，无损探伤合格后，通过切割、气刨、打磨方式制备返修焊接接头，将两块“X”型坡口试板，分别制成一对“V”型坡口坡口返修试板和一对“K”型坡口返修试板；将两块“K”型坡口试板同上处理，也分别制成一个“V”型坡口坡口返修试板和一个“K”型坡口返修试板；返修时组对及焊接的与第一面焊接相同，返修焊接中预热温度及层间温度，不低于115℃，不高于200℃；返修过程中返修焊接热输入尽量控制在1.0-2.5KJ/mm；背部清根时，要保证完全去除根部缺陷，清根深度至少为5mm；

第八步，返修焊接完成后，进行无损探伤，探伤类型与原焊缝相同；

第九步，探伤合格后对试件进行标记和切割；

第十步，机械性能试验试件加工；

第十一步，进行对“V”型坡口坡口进行焊缝中心CTOD试验，“K”型坡口进行热影响区CTOD试验，将热影响区CTOD预制裂纹夹端开在“K”型坡口的直边上。

2.根据权利要求1所述的一种新的焊接返修CTOD实验方法，其特征在于：上述的第四步中，焊接过程应严格控制以下几点：

a.焊前注意焊剂要在300℃-350℃烘干大约2小时；二氧化碳气体保护焊送气量足：15-25L/min；

b.预热温度和层间温度，不低于110℃，不高于200℃，测温距离为75mm外；断焊后，重新预热的温度应不低于正式施焊预热温度；

c.过程中随时计算线能量，确保其完全熔合，而且不会热输入量过大，尽量保证二氧化碳气体保护焊热输入在1.3-1.7KJ/mm左右，埋弧焊热输入在1.7-3.0KJ/mm左右；

d.每焊完一道，打磨到没有夹渣；

e.中间出意外停顿的话，一定要将接头打磨干净；

f.量一下焊完二氧化碳气体保护焊后，焊层表面与试板表面的距离，为后续的背面根部处理提供数据依据。

3.根据权利要求1所述的一种新的焊接返修CTOD实验方法，其特征在于：上述中的第六步和第八步中的无损探伤其为过48小时以后进行无损探伤。