CN106053477B - 一种高强度钢搭接接头焊接裂纹敏感性的评定方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高强度钢搭接接头焊缝裂纹敏感性的评定方法及评定用搭接接头试件，包括：上板和下板，所述上板的截面积小于下板；上板和下板之间设有厚度2mm的垫片，以上述搭接接头试件为待评定样品，通过螺栓固定装配上、下板并经焊接点固后，取出垫片，在上板和下板的两侧边缘焊接拘束焊缝；24h后再焊接试验焊缝；试验焊缝完成24h后将焊接后的搭接接头试件进行解剖，将试验焊缝进行机械切割，切取试样；将切取下来的试样经打磨和抛光处理后在金相显微镜下检测其裂纹倾向，根据裂纹率对高强度钢搭接接头焊缝裂纹敏感性进行评定。本发明可以更好的对高强度钢焊接结构的难易程度做出判断，从而有利于制定出正确的焊接工艺。
Description
技术领域
本发明涉及一种高强度钢焊接性的评定方法，具体涉及一种高强度钢搭接接头焊接裂纹敏感性的评定方法，属于焊接技术领域。
背景技术
现代焊接工程结构日益向大型化、轻量化方向发展，对焊接接头性能提出了更高的要求。为了提高焊接装备的质量和使用性能，满足各种焊接工程结构需求，不仅要求钢材要具备良好的综合力学性能，比如更高的强度、耐磨性，同时兼备一定得塑性和韧性；而且还要具备良好的加工工艺性能，特别是焊接性。高强度钢因其具有较高的强度、塑性和韧性，同时还具备良好的焊接性，因而在各种焊接工程中得到了广泛的应用。
但是随着钢材强度级别的提高，特别是对于抗拉强度在1000MPa以上低碳调质高强度钢，其焊接接头裂纹呈明显增大倾向。冷裂纹是高强度钢焊接中最常出现的焊接缺陷，其中，氢致延迟冷裂纹由于具有延迟性，危害性更大，更应引起充分的重视。
评定高强度钢焊接接头的裂纹敏感性是焊接性试验中很重要的内容，常用的评定方法主要有斜y形坡口对接裂纹试验、插销试验、刚性固定对接裂纹试验等。对于搭接焊接结构焊接裂纹敏感性的评定，目前通常采用的是搭接接头焊接裂纹试验(CTS)，但这种试验方法的不足之处在于拘束应力小，对焊缝或接头中出现裂纹倾向的敏感性小，试验评定的可靠性差。因此，在消耗材料少，试验周期短，节省试验费用的原则下，如何更为可靠地评定高强度钢搭接接头的焊接裂纹敏感性，是目前亟待解决的技术问题。
发明内容
针对上述现有技术的不足，本发明的目的提供一种高强度钢搭接接头焊接裂纹敏感性的评定方法，通过该评定方法可以较准确的对高强度钢焊接结构的裂纹倾向做出判断，从而有利于制定出正确的焊接工艺。
本发明的另一目的是提供一种高强度钢搭接接头焊接裂纹敏感性评定用搭接接头试件。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
本发明的第一方面，提供一种高强度钢搭接接头焊接裂纹敏感性评定用搭接接头试件，包括：上板和下板，所述上板的截面积小于下板；所述上板和下板之间设有厚度可调节的垫片；所述上板和下板通过紧固装置进行固定。
优选的，所述垫片的厚度为2mm。
优选的，所述紧固装置为螺栓紧固装置。
所述上板的尺寸优选为80mm×80mm，下板尺寸优选为180mm×105mm。上板和下板的钢材强度级别可以相同，也可以不同；上板的4个端面需要进行机械加工(气割下料时，机械加工余量为10mm以上)，下板的端面可采用气割下料，砂轮打磨平整即可。
本发明中所述的“机械加工”是指通过铣床或磨床加工，并用钢丝刷将待焊试验焊缝附近表面的铁锈清除干净，使其露出金属光泽。
本发明的第二方面，提供一种高强度钢搭接接头焊接裂纹敏感性的评定方法，包括如下步骤：
(1)以上述搭接接头试件为待评定样品，通过螺栓固定装配上、下板并焊接点固后，取出垫片，在上板和下板的两侧边缘焊接拘束焊缝；这样在焊接试验焊缝时由于受到拘束焊缝的拘束易形成较大应力而促使微裂纹产生。
(2)拘束焊缝焊接完成至少24小时以后，再焊接试验焊缝；
(3)焊接后的搭接接头试件放置至少48小时以后，对搭接试验焊缝进行机械切割，切取评定试样；
(4)将切取下来的试样，按相同方向的检测面进行磨削、金相研磨和浸蚀处理，然后在金相显微镜下检测其裂纹倾向，测量裂纹的长度，用所测得的裂纹长度Li比上焊道深度Si分别计算出上、下板搭接焊缝的裂纹率，根据裂纹率对高强度钢搭接接头焊接裂纹敏感性进行评定。
上述评定方法，步骤(2)中，焊接试验焊缝所采用的方法为CO2气体保护焊、Ar+CO2气体保护焊或焊条电弧焊。填充材料(焊丝或焊条)根据被焊钢材强度级别确定。
试验焊缝的焊接工艺参数为：焊接电压34V～36V，焊接电流260V～380A，焊接速度0.25cm/s～0.85cm/s，保护气体流量15～20L/min。
所述试验焊缝的条数为两条，其中，第一试验焊缝有两个传热方向，第二试验焊缝有三个传热方向，先焊接第一试验焊缝。待焊接试件空冷至室温后，再以相同的工艺参数焊接第二试验焊缝。
拘束焊缝的焊接工艺参数可选取试验焊缝工艺参数的中间值。
上述评定方法，步骤(3)中，试验焊缝采用双点划线进行机械切割，按试验焊缝长度方向作5等分切取试样，第一试验焊缝和第二试验焊缝各切取5块试样。
上述评定方法，步骤(4)中，裂纹率＝(L1/S1+L2/S2+L3/S3+L4/S4+L5/S5)/5；其中，L1、L2、L3、L4和L5分别表示所切取的5块试验焊缝中每块试样的裂纹长度；S1、S2、S3、S4、S5为所切取的5块试验焊缝中每块试样的焊道深度。(第一试验焊缝和第二试验焊缝的裂纹率均按此公式计算)。
本发明的有益效果：
(1)与常规的焊接接头搭接裂纹敏感性试验方法相比，本发明的高强度钢搭接接头焊接裂纹敏感性的评定方法是在焊缝根部预留出2mm的间隙，增大了搭接焊缝根部的拘束应力，在焊接过程中焊缝金属熔化结晶、热胀和收缩中对裂纹产生更加敏感。这种试验评定方法可特用于针对搭接接头复杂焊接结构，由于上、下两板之间存在间隙，使焊缝存在收缩空间，应力条件更为苛刻，接头拘束度大大超过实际搭接接头的拘束度，容易产生裂纹。采用这种方法试验评定高强钢搭接接头的裂纹敏感性更为可靠，应用于实际焊接结构是偏于安全的。而且，发明人在试验过程中对间隙的大小进行了优化对比试验，结果发现，若间隙小于2mm，则搭接焊缝根部产生的拘束应力不足，对焊缝或接头中出现裂纹倾向的敏感性小，试验评定的可靠性差；当间隙为2mm时，其对高强度钢搭接接头焊接裂纹敏感性的评定结果最为可靠。
(2)本发明的搭接焊接接头裂纹敏感性的评定方法，具有消耗材料少、制备方法简单、试验周期短、节省试验成本等优点，可用于评定大型高强钢搭接焊接结构或较厚高强钢搭接接头的焊接性。
附图说明
图1：本发明的搭接接头试件的结构示意图；其中，1-上板，2-下板，3-垫片，4-螺栓紧固装置(M12螺栓)，d为垫片的厚度，δ1为上板的厚度，δ2为下板的厚度；
图2：拘束焊缝和试验焊缝(第一试验焊缝、第二试验焊缝)的位置示意图；其中，5-拘束焊缝，6-第一试验焊缝，7-第二试验焊缝；图中的尺寸(如80、105、180、25、55)，其单位均为mm；
图3：计算裂纹率的测定位置示意图。
具体实施方式
结合实施例对本发明作进一步的说明，应该说明的是，下述实施例仅是为了解释本发明，并不对其内容进行限定。
实施例1：Q960高强度钢搭接接头的裂纹敏感性试验评定
试验母材为厚度16mm的Q960低合金高强度钢，该钢的屈服强度大于980MPa。焊接方法为Ar+CO2混合气体保护焊。
具体评定方法如下：
1.搭接接头试件的制备
以尺寸为180mm×105mm的Q960低合金高强度钢作为下板2，以尺寸为80mm×80mm的Q960低合金高强度钢作为上板1，上板的4个端面需要进行机械加工(气割下料时，机械加工余量为10mm以上)，拘束焊缝和试验焊缝附近的氧化皮、油污和铁锈等焊前需机械处理干净；下板的端面可采用气割下料，砂轮打磨平整即可。
先用M12螺栓4固定下板2，套入一个2mm的垫片3，然后把上板1固定，保证两板之间存在2mm的间隙，如图1所示；搭接试件经焊接点固之后取出垫片。
2.拘束焊缝的焊接
在不预热条件下焊接试件两端的拘束焊缝5，施焊前采用机械处理清理接头附近的氧化皮、油污和铁锈；焊完拘束焊缝后将试件放置24小时以后才可进行第一试验焊缝6和第二试验焊缝7的焊接。
3.试验焊缝的焊接
将焊接后的搭接接头试件放在工作台上焊接试验焊缝：第一试验焊缝6有两个传热方向，第二试验焊缝7有三个传热方向。按照图2所示，先焊接第一试验焊缝6，待搭接试件空冷至室温后，再用相同焊接参数焊接第二试验焊缝7。
采用不同的焊接热输入进行试验焊缝的焊接，配合直径1.2mm的ER50-6实芯焊丝，焊接工艺参数为：焊接电压35V，焊接电流280A，焊接速度0.55cm/s，80％Ar+20％CO2混合气体流量为20L/min。拘束焊缝的工艺参数与试验焊缝的参数相似。
4.焊接裂纹敏感性评定
焊接完成48小时以后切取试样：按图2所示的第一试验焊缝6和第二试验焊7缝各切取5个试样，将每个试样单一方向侧面机械加工平整，进行金相研磨和浸蚀处理，然后对试样进行裂纹率评定：在10～100倍金相显微镜下检测裂纹倾向，测量裂纹的长度，用所测得的裂纹长度L比上焊道深度S分别计算出每一块试样上、下板焊缝的裂纹率，取其平均值，作为Q960钢搭接接头裂纹敏感性的评定依据。
实施例2：Q960钢和Q460钢异种搭接接头裂纹敏感性的试验评定
试验母材为厚度12mm的Q960高强钢和Q460高强钢，焊接方法为CO2气体保护焊。
具体评定方法如下：
1.搭接接头试件的制备
以尺寸为180mm×105mm的Q460低合金钢作为下板，以尺寸为80mm×80mm的Q960高强度钢作为上板，上板的4个端面需要进行机械加工(气割下料时，机械加工余量为10mm以上)，拘束焊缝和试验焊缝附近的氧化皮、油污和铁锈等焊前需机械处理干净；下板的端面可采用气割下料，砂轮打磨平整即可。
先用M12螺栓固定下板，套入一个2mm的垫片，然后把上板固定，保证两板之间存在2mm的间隙，如图1所示；搭接试件经焊接点固之后取出垫片。
2.拘束焊缝的焊接
采用CO2气体保护焊配合ER50-6焊丝在不预热条件下焊接拘束焊缝，施焊前采用机械处理清理接头附近的氧化皮、油污和铁锈；焊完拘束焊缝后将试件放置24小时以后才可进行第一试验焊缝和第二试验焊缝的焊接。
3.试验焊缝的焊接
将焊接后的搭接接头试件放在工作台上焊接试验焊缝：第一试验焊缝有两个传热方向，第二试验焊缝有三个传热方向。按照图2所示，先焊接第一试验焊缝，待搭接试件空冷至室温后，再用相同焊接参数焊接第二试验焊缝。
采用不同的焊接热输入进行试验焊缝的焊接，配合直径1.2mm的ER50-6实芯焊丝，焊接工艺参数为：焊接电压29V，焊接电流260～340A，焊接速度0.45cm/s～0.65cm/s，CO2保护气体流量18L/min。
4.焊接裂纹敏感性评定
焊接完成48小时以后切取试样：按图2所示的第一试验焊缝和第二试验焊缝各切取5个试样，将每个试样单一方向侧面机械加工平整，进行金相研磨和浸蚀处理，然后对试样进行裂纹率评定：在10～100倍金相显微镜下检测裂纹倾向，测量裂纹的长度，用所测得的裂纹长度L比上焊道深度S分别计算出每一块试样上、下板焊缝的裂纹率，取其平均值。选择裂纹率最小的工艺参数作为Q960/Q460异种钢搭接裂纹敏感性的评定依据。
Claims (10)
1.一种高强度钢搭接接头焊接裂纹敏感性评定用搭接接头试件，其特征在于，包括：上板(1)和下板(2)，所述上板(1)的截面积小于下板(2)；所述上板(1)和下板(2)之间设有厚度可调节的垫片(3)；所述上板(1)和下板(2)通过紧固装置(4)进行固定；
所述上板(1)和下板(2)为相同或不同强度级别的高强度钢。
2.如权利要求1所述的搭接接头试件，其特征在于，所述垫片(3)的厚度为2mm。
3.如权利要求1所述的搭接接头试件，其特征在于，所述紧固装置(4)为螺栓。
4.一种高强度钢搭接接头焊缝裂纹敏感性的评定方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)以权利要求1所述的搭接接头试件为待评定样品，上、下板经焊接点固之后取出垫片，在上板和下板的两侧边缘焊接拘束焊缝(5)；
(2)拘束焊缝焊(5)接完成至少24小时后，再焊接试验焊缝；
(3)将焊接试验后的搭接接头试件放置至少48小时后，对搭接试验焊缝进行解剖，将试验焊缝进行机械切割，切取试样；
(4)将切取下来的试样，按相同方向的检测面进行处理，在金相显微镜下检测其裂纹倾向，测量裂纹的长度，用所测得的裂纹长度Li比上焊道深度Si分别计算出上、下板焊缝试样的裂纹率，根据裂纹率平均值对高强度钢搭接接头焊缝裂纹敏感性进行评定。
5.如权利要求4所述的评定方法，其特征在于，步骤(2)中，焊接试验焊缝所采用的方法为CO2气体保护焊、Ar+CO2混合气体保护焊或焊条电弧焊。
6.如权利要求4所述的评定方法，其特征在于，步骤(2)中，试验焊缝焊接的工艺参数为：焊接电压34V～36V，焊接电流260V～380A，焊接速度0.25cm/s～0.85cm/s，保护气体流量15～20L/min。
7.如权利要求6所述的评定方法，其特征在于，所述试验焊缝的条数为两条，其中，第一试验焊缝(6)有两个传热方向，第二试验焊缝(7)有三个传热方向，先焊接第一试验焊缝(6)，待试件空冷至室温后，再以相同的工艺参数焊接第二试验焊缝(7)。
8.如权利要求4所述的评定方法，其特征在于，步骤(3)中，试验焊缝采用双点划线进行机械切割，按试验焊缝长度方向作5等分切取试样，第一试验焊缝(6)和第二试验焊缝(7)各切取5块试样。
9.如权利要求4所述的评定方法，其特征在于，步骤(4)中，对检测面进行处理的方法包括磨削、金相研磨和浸蚀。
10.如权利要求8所述的评定方法，其特征在于，步骤(4)中，裂纹率＝(L1/S1+L2/S2+L3/S3+L4/S4+L5/S5)/5，其中，L1、L2、L3、L4和L5分别表示所切取的5块试验焊缝中每块试样的裂纹长度；S1、S2、S3、S4、S5为所切取的5块试验焊缝中每块试样的焊道深度。
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