CN107020440B - 一种带有人工焊接裂纹缺陷试板的制作方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种带有人工焊接裂纹缺陷试板的制作方法，该试板主要是用于焊接质量无损检测人员的培训。在裂纹产生区域要有满足淬硬组织产生的合金条件；在多层打底焊道或填充焊道或盖面焊缝的局部区域精确制备缺口，通过补焊缺口形成拘束条件进而产生足够大的残余拉伸应力场；焊接时在焊缝中存在较多地扩散氢含量，在随后的缺口补焊时所形成的拉伸应力下扩散氢往这一区域扩散聚集诱发裂纹产生；预制好裂纹后，采用焊条电弧焊或钨极氩弧焊进行焊道的填充焊接和盖面焊接，保证焊道正面的完整。本发明方法可以按设计要求实现对冷裂纹的位置、长度、深度和裂纹自身高度的控制，从而扩大了焊接缺陷试板的利用率。

Description

一种带有人工焊接裂纹缺陷试板的制作方法

技术领域

本发明属于金属焊接质量检验领域，具体涉及一种焊接缺陷试板的制备工艺方法，该试板主要是用于焊接质量无损检测人员的培训。

背景技术

目前无损检测方法主要包括常规的射线检验RT，超声波检验UT，磁粉检验PT，渗透检验MT以及新型检测技术TOFD检验，相控阵检验PAVT等。检验人员要准确熟练地掌握上述检验技术，需要进行大量的理论学习和实践训练，通过相应组织机构的考试并取得资格证书。在检验人员的学习和技能培训过程中，需要一定数量的焊接缺陷试板供学员练习使用。这些缺陷试板中的缺陷要具有很好的隐蔽性，特别是焊道内部的缺陷位置，尺寸大小以及类型都具有不可预见性，这样检验学员才能得到真实训练和考核。这些焊接缺陷试板需要专门的企业去制作，而针对裂纹缺陷试板的制备方法目前有以下几种：（1）在焊接过程中向焊缝中添加脆性金属材料或低熔点金属材料，如国内文献《焊接技术能手绝技绝活精粹》一书中介绍的向焊缝中添加铜丝形成热裂纹,此外，卢秉华在《无损检测》2001年第一期文章《焊缝表面裂纹试板的制作》中阐述采用焊条电弧焊辅助添加HS401焊丝产生脆性裂纹。（2）通过设计特殊的焊接材料向焊缝过渡促使焊缝产生缺陷元素，如国内专利201010202916.7和201010551573.5。（3）通过给焊缝加载使其产生预制裂纹，如国内专利201510688216.6。（4）在特定的试板上利用线切割加工制作单裂纹或多次水急冷碳钢高温试板产生多条龟裂纹，如李生平于2009年9月在《青海电力》介绍的《几种典型焊接缺陷试板的制备》。上述制备焊接缺陷的方法都成功地实现了焊接缺陷的再现，但是，有些方法不能对焊接缺陷如裂纹实现定量控制。这样限制了焊接缺陷试板的利用最大化。

发明内容

本发明的目的是提供一种带有人工焊接裂纹缺陷试板的制作方法，以该方法制作的裂纹缺陷试板能够对试板上的裂纹实现定量控制。

本发明的技术方案是：带有人工焊接裂纹缺陷试板的制作方法，是在裂纹产生区域要有产生淬硬组织的合金成分条件；在多层打底焊道或填充焊道或盖面焊缝的局部区域精确制备缺口，通过补焊缺口形成拘束条件进而产生足够大的残余拉伸应力场；焊接时在焊缝中存在较多的扩散氢含量，在随后的缺口补焊时所形成的拉伸应力下扩散氢往这一区域扩散聚集诱发裂纹产生；预制好裂纹后，采用焊条电弧焊或钨极氩弧焊进行焊道的填充焊接和盖面焊接，保证焊道正面的完整。

本发明利用钨极氩弧焊添加球墨铸铁焊丝HS402（型号为RZCQ-2）满足淬硬组织产生的合金条件；缺口补焊时采用钨极氩弧焊添加球墨铸铁焊丝HS402的焊接工艺；焊丝φ3.0，填充时根据沟槽尺寸保证沟槽填充饱满为止；如果填充金属量超过要求，可将多余的金属使用角磨机打磨掉。利用在打底焊时采用普通酸性焊条焊接时在焊缝中存在较多的扩散氢含量这一特点，在随后的缺口补焊时所形成的拉伸应力下扩散氢往这一区域扩散聚集的特点实现扩散氢诱发开裂条件。

缺口补焊时采用钨极氩弧焊添加HS402的焊接工艺，HS402是一种球墨铸铁焊丝，属于高强度铸铁，裂纹倾向大，该焊丝的化学成份为：C2.00-4.00； Mn ≤0.75 ；Si2.50-6.50 ；S≤0.10；P≤0.15；余为Fe。而钨极氩弧焊是一种惰性气体保护焊，电弧加热集中，熔池相对较小，焊缝成形容易控制，且属于明弧焊，因此焊接操作过程简单，很容易掌握焊丝的填充量以及控制焊缝的形状。由于保护气体是惰性气体，焊接过程中焊缝的合金元素烧损极小，因此，焊缝熔敷金属的合金成分主要取决于填充焊丝和母材成分以及两者的比例。由于铸铁焊丝的熔点较母材低碳钢板的熔点要低近300℃，因此，在电弧加热的情况下，焊丝熔化较多，焊缝熔敷金属的成分接近焊丝成分，因此脆性很大，焊后快速冷却下，在焊缝横向应力作用下，极易产生裂纹。利用该方法可以按设计要求实现对冷裂纹的位置、长度、深度和裂纹自身高度的控制，从而扩大了焊接缺陷试板的利用率。

具体实施方式

一、焊接前的准备：

1、钨极氩弧焊设备的准备和参数调试。根据焊接要求准备一台钨极氩弧焊机以及与焊接参数相适应的钨电极棒，根据焊接要求相应地磨削钨极的形状，并将其安装到相应地焊枪上。准备一定纯度的保护气体氩气，并根据焊接工艺要求调节最佳的氩气流量。

2、准备一台满足焊条电弧焊工艺要求的弧焊电源设备及相应的工具。

3、焊接试板的准备。按照设计要求选取一定尺寸的试板并加工出焊接坡口。根据试板的厚度可以加工成V、Y或U型坡口。

4、事先准备一根长度为1米，直径为φ3.0mm的HS402焊丝。

二、试板制备过程：

1、组对并点固焊接试板。将准备好坡口的试板用焊条电弧焊点固，坡口间隙预留3mm；对于V型和Y型坡口试样，可预留3～5°的反变形。

2、打底焊，根据工艺要求，采用焊条电弧焊或钨极氩弧焊进行打底焊。要保证试板背面焊缝熔合良好，成形美观。焊条电弧焊时的焊条可选用E4303普通碳钢焊条即可，焊条规格为3.2直径，焊接电流为110～130A。采用钨极氩弧焊时，焊接参数为电流120A，焊丝直径2.4mm，焊丝为H08Mn2Si。

3、裂纹预制，在打底焊后，可根据预先设计裂纹需要出现的位置要求在打底焊道上画出位置标线，在标线内利用角磨机磨出深度为2～3mm宽度为3～5mm的沟槽，裂纹的深度根据沟槽的深度来控制，裂纹的长度由沟槽长度来控制。利用钨极氩弧焊合适规范对沟槽进行填充焊接，所用填充焊丝为HS402，焊丝φ3.0，填充时根据沟槽尺寸保证沟槽填充饱满为止。如果填充金属量超过要求，可将多余的金属使用角磨机打磨掉。由于氩弧焊接采用的焊丝为HS402，焊后必然在填充焊道上产生裂纹，裂纹长度就是沟槽尺寸长度。沟槽的位置及在坡口内的深度要根据预制裂纹的要求确定。

4、焊道的填充及盖面，预制好裂纹后，可以采用焊条电弧焊或钨极氩弧焊进行焊道的填充焊接和盖面焊接，保证焊道正面的完整。焊条电弧焊采用普通碳钢焊条进行焊接，填充焊采用φ3.2焊条，盖面焊采用φ4.0焊条，相应电流为120～140A和140～180A。采用钨极氩弧焊时，焊接参数为电流120～140A，焊丝直径2.4mm，焊丝为H08Mn2Si。

5、如果设计裂纹在焊道表面，可以在盖面焊道上划线磨削相应沟槽，仍然采用钨极氩弧焊填充HS402焊丝来实现裂纹的产生。裂纹的深度可根据沟槽的深度来控制，裂纹的长度可有沟槽长度来控制。

试板制备实例：根据上述工艺方案先后为多家企业焊接制备试板80多块，满足市场需求，效果良好。

Claims (3)

1.一种带有人工焊接裂纹缺陷试板的制作方法，其特征是：在裂纹产生区域要有满足淬硬组织产生的合金条件；在多层打底焊道的局部区域精确制备缺口，通过补焊缺口形成拘束条件进而产生足够大的残余拉伸应力场；在打底焊时，采用普通酸性焊条使焊缝中存在较多的扩散氢含量，在随后的缺口补焊时所形成的拉伸应力下扩散氢往裂纹产生区域扩散聚集诱发裂纹产生；预制好裂纹后，采用焊条电弧焊或钨极氩弧焊进行焊道的填充焊接和盖面焊接，保证焊道正面的完整，母材为低碳钢板；所述的满足淬硬组织产生的合金条件是：缺口补焊时采用钨极氩弧焊添加球墨铸铁焊丝HS402的焊接工艺；焊丝直径φ3.0毫米，填充时根据沟槽尺寸保证沟槽填充饱满为止；如果填充金属量超过要求，可将多余的金属使用角磨机打磨掉。

2.根据权利要求1所述的带有人工焊接裂纹缺陷试板的制作方法，其特征是：所述的精确制备缺口是根据预先设计裂纹需要出现的位置要求在打底焊道上画出位置标线，在标线内利用角磨机磨出深度为2～3mm宽度为3～5mm的沟槽，裂纹的深度根据沟槽的深度来控制，裂纹的长度由沟槽长度来控制。

3.根据权利要求1所述的带有人工焊接裂纹缺陷试板的制作方法，其特征是：所述的焊条电弧焊采用普通碳钢焊条进行焊接，填充焊采用直径φ3.2毫米焊条，盖面焊采用直径φ4.0毫米焊条，相应电流为120～140A和140～180A。