CN105269170A - 小口径管热裂纹敏感性的评定方法 - Google Patents

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张明海
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Abstract

本发明涉及焊接技术与工程领域，公开了一种小口径管热裂纹敏感性的评定方法，包括以下步骤：在待评定样品上加工试验焊缝和拘束焊缝；焊接拘束焊缝；冷却，打磨、清理焊接后的试验焊缝表面；对焊接后的试验焊缝进行焊接裂纹PT探伤；焊接热裂纹敏感性评定；其中，所述待评定样品为管状，在待评定样品中心插入圆棒，圆棒两端均伸出待评定样品，待评定样品所述圆棒同轴设置，所述待评定样品两端与圆棒之间各形成一个拘束焊缝试验焊缝的填充金属采用与待评定样品相同批次的材料，试验结果直接反应管状试样用料的裂纹敏感性，操作简单，适用于小口径管的热裂纹敏感性的评定。

Description

小口径管热裂纹敏感性的评定方法
技术领域
本发明涉及焊接技术与工程领域，尤其是一种小口径管的热裂纹敏感性评定方法。
背景技术
焊接热裂纹，大量见于奥氏体钢及镍基合金、铜合金等材料的焊接过程中，是影响产品质量的主要焊接缺陷之一。影响热裂纹产生的因素主要有母材及焊接材料高温塑性储备、材料化学成分，焊接过程中焊接热输入，焊接接头的拘束度等。随着设备设计参数的提高，高温段用材等级不断提高，特别是650℃、700℃新型奥氏体钢及镍基合金将得到应用。该类材料尚无实际应用经验，其热裂纹敏感性高，因此对该类材料热裂纹敏感性的评定是其焊接工艺性研究的主要部分。
目前现有热裂纹敏感性的评定方法超过30种，均是通过拘束试验机，外加载荷形成拘束度，常用的有可调拘束试验、环形镶块试验。可调拘束试验：通过在焊缝冷却收缩时在试板一端强加一外应力，使试板急剧地向下弯，使试板被压弯后贴在圆弧形表面的模块上，进而使焊缝成为具有一定弯曲半径的焊缝，在外应力作用下拉开焊缝金属；环形镶块试验：在圆孔中央镶入另一块圆板，此圆板与圆孔间保持一定的间隙，可用不加填充焊丝的钨极氩弧焊熔焊一圈而形成对接环缝。待试件冷却后，根据未产生明显裂纹的圆周角来评定热裂纹敏感性。圆周角值愈大，抗裂性越好。
上述两种评定方法，裂纹检出率高，但可调拘束试验，由于在外应力作用下使焊缝成为具有一定弯曲半径的焊缝，来模拟管状待评定样品的试验焊缝，与待评定样品的试验焊缝拘束度不一致，不适用于小管径的待评定样品；环形镶块试验，圆板与圆孔之间的间隙形成试验焊缝，圆板与圆孔之间焊缝的焊接操作起来较困难，不适用于小管径的待评定样品。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种操作简单，适用于小口径管热裂纹敏感性的评定方法。
实现本发明的原理是：利用管材本身特点，圆棒与待评定样品之间的间隙形成拘束焊缝，保证了试验焊缝与拘束焊缝的拘束度一致，每次焊接试验焊缝拘束度一致，避免了拘束度差异对试验效果产生影响，试验焊缝填充金属采用与管状试样用料同炉批次材料，试验结果直接反应管状试样用料的裂纹敏感性，适用于小口径管热裂纹敏感性的评定。
基于上述原理本发明所采用的技术方案是：小口径管热裂纹敏感性的评定方法，包括以下步骤：
S1：在待评定样品上加工试验焊缝和拘束焊缝；
S2：焊接拘束焊缝；
S3：冷却，待待评定样品的温度与试验焊缝焊接温度一致后，再焊接试验焊缝；
S4：冷却，打磨、清理焊接后试验焊缝的焊缝表面；
S5：对焊接后试验焊缝进行焊接裂纹PT探伤；
S6：焊接热裂纹敏感性评定，根据公式：
表面裂纹率＝Σι/L×100％，计算表面裂纹率。
L为试验焊缝长度，单位mm；
Σι为试验焊缝裂纹长度之和，单位mm。
其中，待评定样品为管状，在待评定样品中心插入圆棒，圆棒两端均伸出待评定样品，待评定样品与圆棒同轴设置，待评定样品两端与圆棒之间各形成一个拘束焊缝，拘束焊缝与待评定样品的拘束度一致，每次焊接试验焊缝拘束度一致，避免了拘束度差异对试验效果产生影响，该方法适用于小口径管热裂纹敏感性的评定，试验结果直接反应管状试样用料的裂纹敏感性。
进一步地,所述圆棒为铁素体材料的圆棒，线膨胀系数小，相同温度下降量对应的热收缩应变小，进一步地保证了拘束焊缝与试验焊缝拘束度一致。
进一步地，焊接拘束焊缝时，采用分层对称焊接，进一步地使拘束焊缝与待评定样品的拘束相同。
进一步地，在待评定样品中心位置加工有坡口，保证了所有待评定样品试验焊缝的拘束度一致，该坡口的角度α为60°至90°，坡口根部间隙为2mm，该坡口为试验焊缝。
进一步地，试验焊缝的填充金属采用与待评定样品相同批次的材料，试验结果直接反应管状试样用料的裂纹敏感性。
进一步地,焊接试验焊缝时，焊缝的层间温度控制在200至250℃以下，根据填充金属的材料而不同，填充金属为不锈钢时，层间温度控制在150℃以下，层间温度过高会导致焊缝处过热，导致焊缝层间发黑，层间温度过低，焊缝会产生产生冷裂纹。
本发明的有益效果是：
(1)本发明待评定样品采用管状试样，适用于小口径管热裂纹敏感性的评定，试验焊缝填充金属采用与产品用料同炉批次材料，试验结果直接反应产品用料的裂纹敏感性。
(2)本发明利用管材本身特点，拘束焊缝采用与管状式样相同的拘束，每次试验拘束度一致，避免了拘束度差异对试验效果产生影响。
(3)本发明的评定方法可直接评定小口径管材的热裂纹敏感性，不需要复杂的焊接夹具，简单方便的完成裂纹敏感性评定工作。
附图说明
图1是本发明待评定样品的加工坡口图。
图2是本发明待评定样品与圆棒的装配图及其拘束焊缝的局部放大图。
图中标记为：1-待评定样品，2-圆棒，3-拘束焊缝，4-试验焊缝，5-坡口，α-坡口的角度。
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。
主要以镍基合金617MOD和奥氏体不锈钢SA-213TP310HCbN(HR3C)的热裂纹敏感性评定为例进行说明，选定长度为30mm的管状式样作待评定样品，长度为100mm的圆钢作圆棒。
实施例1：
待评定样品1的材料为镍基合金617MOD时，在待评定样品1中心插入圆棒2，待评定样品1两端与圆棒2之间各形成一个拘束焊缝3，焊接时，可采用点焊，并由a、b、c、d的顺序分层对称焊接拘束焊缝，具体的为两个拘束焊缝轮流焊接，且每个拘束焊缝3关于圆棒2的轴线180度对称焊接，焊接完成后，待评定样品1表面温度为350至400℃，为了保证试验焊缝的温度与待评定样品1焊接温度一致，待评定样品1冷却至100至150℃，然后焊接试验焊缝4，待评定样品1上加工坡口，该坡口本实施例具体为“Y”形坡口，该“Y”形坡口为试验焊缝4，焊接试验焊缝4时，本实施例采用的是手工钨极氩弧焊对接，分层焊接，每焊接一层，熔敷金属厚度1至2mm，具体地为只焊接一层，焊接时，控制填充金属量和焊接速度，使焊缝表面呈凹形，可提高热裂纹的检出率，试验焊缝4焊接完冷却后，打磨、清理试验焊缝4表面，然后进行PT探伤。
试验结果显示：待评定样品1的材料为617MOD材料，焊接接头焊缝填充金属为ERNiCrCoMo-1/φ2.4时，焊接后，肉眼观察，试验焊缝4表面无明显裂纹，PT探伤后试验焊缝4表面仍无裂纹显现。
待评定样品1的材料为HR3C材料，试验焊缝4的填充金属为ERNiCrCoMo-1时，试验焊缝4表面无缺陷；而填充金属为740H时，肉眼观察，试验焊缝4的表面有明显的裂纹，进一步PT探伤后，填充金属为740H的HR3C焊接试验焊缝表面有两处裂纹显现，总长度约10mm，根据公式表面裂纹率＝Σι/L×100％，计算得出表面裂纹率约为10％。
需要说明的是，管状“Y”形坡口5焊缝根部尖角应力集中较大，一般裂纹率不超过20％时，在实际焊接过程中是不会产生裂纹，此评定方法适用于管径小于100mm的小口径管热裂纹敏感性的评定。

Claims (6)

1.小口径管热裂纹敏感性的评定方法，包括以下步骤：
S1:在待评定样品(1)上加工试验焊缝(4)和拘束焊缝(3)；
S2:焊接拘束焊缝(3)；
S3:冷却，焊接试验焊缝(4)；
S4:冷却，打磨、清理焊接后的试验焊缝(4)表面；
S5:对焊接后的试验焊缝(4)进行焊接裂纹PT探伤；
S6:焊接热裂纹敏感性评定；
其特征在于：所述待评定样品(1)为管状，在待评定样品(1)中心插入圆棒(2)，圆棒(2)两端均伸出待评定样品(1)，待评定样品(1)与圆棒(2)同轴设置，待评定样品(1)两端与圆棒(2)之间各形成一个拘束焊缝(3)。
2.按照权利要求1所述的小口径管热裂纹敏感性的评定方法，其特征在于：所述圆棒(2)为铁素体材料的圆棒。
3.按照权利要求1所述的小口径管热裂纹敏感性的评定方法，其特征在于：焊接拘束焊缝(3)时，采用分层对称焊接。
4.按照权利要求1所述的小口径管热裂纹敏感性的评定方法，其特征在于：试验焊缝的填充金属采用与待评定样品(1)相同批次的材料。
5.按照权利要求1所述的小口径管热裂纹敏感性的评定方法，其特征在于：在待评定样品(1)中心位置加工有坡口(1)，该坡口(1)的角度α为60°至90°，其根部间隙为2mm，该坡口(1)为试验焊缝(4)。
6.按照权利要求1或3所述的小口径管热裂纹敏感性的评定方法，其特征在于：焊接试验焊缝(4)时，焊缝的层间温度控制在200至250℃以下。
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