CN108326396B

CN108326396B - 一种焊缝表面裂纹缺陷的制作方法

Info

Publication number: CN108326396B
Application number: CN201810220190.6A
Authority: CN
Inventors: 刘芸; 曹瑞泽; 焦圣伦; 吴天祥
Original assignee: Qingdao University of Technology
Current assignee: Qingdao University of Technology
Priority date: 2018-03-16
Filing date: 2018-03-16
Publication date: 2020-05-08
Anticipated expiration: 2038-03-16
Also published as: CN108326396A

Abstract

本发明提出一种焊缝表面裂纹缺陷的制作方法，属于钢结构加工及其无损检测技术领域，该方法包括如下步骤：根据设计焊缝类型准备待焊接的母材；设定设计裂纹位置，所述设计裂纹位于所述设计焊缝表面；以熔点在3000℃以上的片材作为所述设计裂纹的模板材料，依据所述设计裂纹的尺寸确定所述模板的尺寸，并将所述模板固定在所述设计裂纹的设定位置上；焊接所述母材形成焊缝；将所述模板从所述焊缝中取出，并清理残渣，得到焊缝裂纹。该方法既可模拟真实焊缝裂纹，又能精确控制裂纹尺寸及位置，且制造工艺简单。

Description

一种焊缝表面裂纹缺陷的制作方法

技术领域

本发明属于钢结构加工及其无损检测技术领域，尤其涉及一种焊缝表面裂纹缺陷的制作方法。

背景技术

焊接是钢构件的主要连接方式之一，焊缝中不可避免地存在不同程度的缺陷或损伤。既有节点在建造之初，焊缝经超声波探伤，其内部缺陷的数量和尺寸均在规范允许范围内，但在使用过程中，其缺陷会积累或扩大，例如： (1)由于钢结构长期暴露在侵蚀环境和多种荷载作用下，其微观缺陷必然逐渐累积；(2)若遭遇地震灾害，短时间内的往复荷载必将给焊缝内部带来损伤。在强震作用下，这些焊缝缺陷及损伤极易发展到临界状态，导致焊缝断裂危害节点安全。

裂纹是影响节点焊缝安全的缺陷之一，当节点焊缝呈现携裂纹工作状态时，在上述两种情况下，极易发生由裂纹扩展引起的焊缝低应力脆断，严重影响整个建筑的安全。因而，对钢构件携裂纹工作状态进行研究具有重要意义。目前，针对钢构件携裂纹工作的研究仍停留在数值模拟阶段，至今鲜有成功的试验研究实例，试验研究最大难点在于：如何在构件焊缝中精确加入裂纹缺陷。

目前，在焊缝中制作裂纹缺陷的方法主要有如下四种：(1)在焊缝中事先加入裂纹缺陷预制工具或缺陷材料(泡沫塑料)，以产生裂纹缺陷，但这种方法焊接难度大不易控制，焊接过程中容易产生夹渣、形状缺陷等其他缺陷，且试件厚度对其影响较大，局限性较为突出；(2)在焊缝中加入金属(铜) 产生裂纹缺陷，但这样制作的裂纹缺乏裂纹特征；(3)在焊接过程中通过控制温度、母材夹杂物和应力腐蚀产生裂纹，虽能这样制作的裂纹与真实裂纹较为接近，但裂纹尺寸较难控制，且成本高、成功率低，不符合国内外绿色建筑要求；(4)在焊缝中做槽，经断裂后再焊接成型以产生裂纹，但其制作过程复杂，对机械设备的要求较高。

发明内容

本发明针对上述的现有焊缝裂纹缺陷制作方法的不足，提出一种焊缝表面裂纹缺陷的制作方法，其既可模拟真实焊缝裂纹，又能精确控制裂纹尺寸及位置，且制造工艺简单。

为了达到上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种焊缝表面裂纹缺陷的制作方法，包括如下步骤：

根据设计焊缝类型准备待焊接的母材；

设定设计裂纹位置，所述设计裂纹位于所述设计焊缝表面；

以熔点在3000℃以上的片材作为所述设计裂纹的模板材料，依据所述设计裂纹的尺寸确定所述模板的尺寸，并将所述模板固定在所述设计裂纹的设定位置上；

焊接所述母材形成焊缝；

将所述模板从所述焊缝中取出，并清理残渣，得到焊缝裂纹。

作为优选，所述模板的材料为熔点在3500℃以上的片材。

作为优选，所述模板的材料为碳片、钨片或碳化钽陶瓷片。

作为优选，所述设计焊缝的类型选自对接焊缝、角焊缝、端接焊缝、塞焊缝和槽焊缝中的任意一种。

作为优选，所述对接焊缝的形式选自直边缝、单边V形缝、双边V形缝、 U形缝、K形缝或X形缝中的任意一种。

作为优选，将所述模板固定在所述设计裂纹的设定位置时，所述模板超出所述设计焊缝表面2-3mm。

与现有技术相比，本发明的优点和积极效果在于：

1、本发明提供的焊缝表面裂纹缺陷的制作方法，以高熔点的片材作为裂纹缺陷的模板，焊接时模板不会与金属试件产生熔合现象，在形成焊缝后，模板易于取出，可模拟真实焊缝裂纹，其可适用于各种类型的焊缝，工艺简单、成本低廉、成功率高；

2、本发明提供的焊缝表面裂纹缺陷的制作方法，由于采用的模板材料的熔点高，能够有效避免杂质掺入到焊缝中，能够保证焊缝全部由母材自身金属材料制成；

3、本发明提供的焊缝表面裂纹缺陷的制作方法，通过控制模板的尺寸及其固定位置，可以精确控制裂纹尺寸及位置，其制作的裂纹缺陷灵活多变。

附图说明

图1为本发明实施例所提供的焊缝表面裂纹缺陷的制作方法的流程框图；

图2为本发明实施例所提供的不同设计焊缝类型对应的设计裂纹的设定位置示意图；其中，图2a为直边对接焊缝对应的多种设计裂纹的设定位置；图2b为单边V形对接焊缝对应的多种设计裂纹的设定位置；图2c为双边V 形对接焊缝对应的多种设计裂纹的设定位置；图2d为K形对接焊缝对应的多种设计裂纹的设定位置；图2e为X形对接焊缝对应的多种设计裂纹的设定位置；图2f为U形对接焊缝对应的多种设计裂纹的设定位置；图2g为母材上下搭接时角焊缝对应的多种设计裂纹的设定位置；图2h为母材呈T连接时角焊缝对应的多种设计裂纹的设定位置；

图3为本发明实施例1提供的焊缝表面裂纹缺陷的制作方法的操作示意图；其中，图3a为待焊接母材的示意图；图3b为将模板固定在设计裂纹设定位置后的示意图；图3c为焊接母材形成焊缝后的示意图；图3d为打磨后的示意图；图3e为取出模板后的示意图；

图4为本发明实施例2提供的焊缝表面裂纹缺陷的制作方法的操作示意图；其中，图4a为待焊接母材的示意图；图4b为将模板固定在设计裂纹设定位置后的示意图；图4c为焊接母材形成焊缝后的示意图；图4d为取出模板后的示意图；

以上各图中，1、设计裂纹；2、设计焊缝；3、母材；4、钢板；5、模板； 6、焊缝；7、焊缝裂纹。

具体实施方式

下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明实施例提供了一种焊缝表面裂纹缺陷的制作方法，其流程图如图 1所示，包括如下步骤：

S1：根据设计焊缝类型准备待焊接的母材。

在本步骤中，需要说明的是，本领域技术人员可根据不同类型的设计焊缝2，具体选择相应的母材3，母材3可以为普通金属试件，如钢板等。如图 2所示，针对不同类型的设计焊缝2，本领域技术人员可以根据需要选择加工有相应坡口的金属试件或选择特定摆放位置的金属试件作为母材3，只要能够焊接获得相应的设计焊缝2即可。

S2：设定设计裂纹位置，所述设计裂纹位于所述设计焊缝表面。

在本步骤中，需要说明的是，如图2所示，本发明可适用的设计裂纹1 位置有多种，只要位于设计焊缝2表面的设计裂纹1，均可采用本发明提供的方法制作。图2示意出了不同类型设计焊缝2对应的设计裂纹1的多种设定位置，本领域技术人员可根据需要，具体设定设计裂纹1位置。

S3：以熔点在3000℃以上的片材作为所述设计裂纹的模板材料，依据所述设计裂纹的尺寸确定所述模板的尺寸，并将所述模板固定在所述设计裂纹的设定位置上。

在本步骤中，需要说明的是，选择熔点在3000℃以上的片材作为设计裂纹的模板材料，由于其熔点远高于普通金属试件的熔点(例如：钢材熔点为 1300-1500℃，铸铁熔点为1200℃左右，纯铁熔点为1500℃左右)，焊接时模板不会与金属试件产生熔合现象，在形成焊缝后，模板易于取出。而且，由于模板熔点高，能够有效避免杂质掺入到焊缝中，能够保证焊缝全部由母材自身金属材料制成。

在本步骤中，还需要说明的是，模板尺寸依据设计裂纹的尺寸确定，因而，可通过选择不同尺寸的模板来制作不同尺寸的裂纹，只要保证在将模板固定在设计裂纹的设定位置后，模板位于设计焊缝内的部分与设计裂纹一致即可。

此外，固定模板时可采用点焊或外置夹具进行固定，只要能够保证将模板固定在设计裂纹的设定位置上即可。采用点焊的固定方式时，可采用易于控制的氩弧焊。

S4：焊接所述母材形成焊缝。

在本步骤中，需要说明的是，焊接母材时，本领域技术人员可采用二氧化碳气体保护焊、氩弧焊或其他合适的焊接方式，只要能够得到饱满焊缝即可。

S5：将所述模板从所述焊缝中取出，并清理残渣，得到焊缝裂纹。

在本步骤中，需要说明的是，由于设计裂纹位于设计焊缝表面，因而，从焊缝表面将模板取出，即可得到焊缝裂纹。

在一优选实施例中，所述模板的材料为熔点在3500℃以上的片材。由于模板材料的熔点越高越好，因而，在本优选实施例中，以熔点在3500℃以上的片材作为模板，更有利于保证模板不会与金属试件产生熔合现象，从而提高裂纹缺陷制作成功率。

在一优选实施例中，所述模板的材料为碳片、钨片或碳化钽陶瓷片。在本优选实施例中，进一步对模板的材料进行了优选，其中，碳片的熔点通常在3500-3700℃范围内，钨片的熔点在3400℃左右，碳化钽陶瓷片的熔点高达 3800℃，这几种片材所含的杂质少、熔点高，都是较为合适的模板材料。其中，碳片价格低廉且熔点相对较高，是最合适的模板材料。可以理解的是，本发明实施例并不局限于上述列举的三种材料，本领域技术人员可以选择其他合适的片材作为模板，只要能够保证在焊接时模板不会与金属试件产生熔合现象即可。

在一优选实施例中，所述设计焊缝的类型选自对接焊缝、角焊缝、端接焊缝、塞焊缝和槽焊缝中的任意一种。可以理解的是，本优选实施例仅示例性列举了几种合适的设计焊缝类型，本领域技术人员也可以选择其他合适的设计焊缝类型。

在一优选实施例中，所述对接焊缝的形式选自直边缝、单边V形缝、双边V形缝、U形缝、K形缝或X形缝中的任意一种。可以理解的是，本优选实施例仅示例性列举了几种合适的对接焊缝形式，本领域技术人员也可以选择其他合适的对接焊缝形式。

为了便于取出模板，在一优选实施例中，将所述模板固定在所述设计裂纹的设定位置时，所述模板超出所述设计焊缝表面2-3mm，使模板在焊接完成后能够露出焊缝表面以便于取出。

为了更清楚详细地介绍本发明实施例所提供的焊缝表面裂纹缺陷的制作方法，下面将结合具体实施例进行描述。

实施例1

如图3所示，以双边V形对接焊缝为设计焊缝，说明焊缝表面裂纹缺陷的制作方法，包括如下步骤：

(1)取两块10mm厚的钢板4，加工出双边V形坡口，作为待焊接的母材。

(2)设计裂纹设定在位于设计焊缝表面且靠近母材双边V形坡口的边缘的位置。

(3)以碳片作为设计裂纹的模板5，依据设计裂纹的尺寸确定模板5的尺寸，将模板5置于一侧钢板4的坡口表面，模板5上部比钢板4高出2-3mm，采用氩弧焊点焊方式将模板5固定在钢板4上，使模板5位于设计裂纹的设定位置上。需要说明的是，在确定模板5的尺寸时，需保证在将模板5固定在设计裂纹的设定位置后，模板5位于设计焊缝内的部分与设计裂纹一致。

(4)采用二氧化碳气体保护焊焊接两块钢板4，焊完后清除熔渣，形成饱满焊缝6。

(5)待钢板4冷却后，将焊缝6打磨平整，将模板5从焊缝6中取出，并清理残渣，得到一条清晰的焊缝裂纹7。

实施例2

如图4所示，以角焊缝为设计焊缝，说明焊缝表面裂纹缺陷的制作方法，包括如下步骤：

(1)将两块10mm厚的钢板4上下搭接作为待焊接的母材，焊脚尺寸为 8mm。

(2)设计裂纹设定在位于设计焊缝表面且位于下层的钢板4表面的位置。

(3)以钨片作为设计裂纹的模板，作为设计裂纹的模板5，依据设计裂纹的尺寸确定模板5的尺寸，将模板5置于位于下层的钢板4的上表面，模板5超出焊脚2-3mm，采用氩弧焊点焊方式将模板5固定在下层的钢板4上，使模板5位于设计裂纹的设定位置上。需要说明的是，在确定模板5的尺寸时，需保证在将模板5固定在设计裂纹的设定位置后，模板5位于设计焊缝内的部分与设计裂纹一致。

(5)待钢板4冷却后，将模板5从焊缝6中取出，并清理残渣，得到一条清晰的焊缝裂纹7。

Claims

1.一种焊缝表面裂纹缺陷的制作方法，其特征在于，包括如下步骤：

根据设计焊缝类型准备待焊接的母材；

设定设计裂纹位置，所述设计裂纹位于所述设计焊缝表面；

焊接所述母材形成焊缝；

2.根据权利要求1所述的焊缝表面裂纹缺陷的制作方法，其特征在于：所述模板的材料为熔点在3500℃以上的片材。

3.根据权利要求1所述的焊缝表面裂纹缺陷的制作方法，其特征在于：所述模板的材料为碳片、钨片或碳化钽陶瓷片。

4.根据权利要求1所述的焊缝表面裂纹缺陷的制作方法，其特征在于：所述设计焊缝的类型选自对接焊缝、角焊缝、塞焊缝和槽焊缝中的任意一种。

5.根据权利要求4所述的焊缝表面裂纹缺陷的制作方法，其特征在于：所述对接焊缝的形式选自直边缝、单边V形缝、双边V形缝、U形缝、K形缝或X形缝中的任意一种。

6.根据权利要求1所述的焊缝表面裂纹缺陷的制作方法，其特征在于：将所述模板固定在所述设计裂纹的设定位置时，所述模板超出所述设计焊缝表面2-3mm。