CN108871896A - 带裂纹缺陷的无损检测用焊缝模拟试块的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种带裂纹缺陷的无损检测用焊缝模拟试块的制备方法，包括以下步骤：提供一副钢板焊件、铜丝和电焊条；采用电焊条在钢板焊件的坡口位置先进行打底焊再进行填充焊，焊接过程中，在对应的焊缝金属层按预设裂纹的数量、区域、方向和长度开设相对应的沟槽，将铜丝放置于沟槽内，继续采用电焊条对沟槽处进行填充焊，使钢板焊件和铜丝熔化并盖于沟槽内，对钢板焊件进行快速冷却，熔融下的铜丝在急冷条件下收缩形成裂纹存于焊缝中，待试块冷却至常温后，采用电焊条对其它焊层进行填充焊，直至焊接完毕。本发明通过人工制备裂纹缺陷，可实现对裂纹长度、方向（纵向或横向）、深度等特征的控制，制备出预先设定缺陷的焊缝模拟试块，满足超声波检测的应用需求。
Description
技术领域
本发明属于无损检测技术领域，涉及一种焊缝模拟试块中裂纹缺陷的人工制备方法，尤其涉及一种带裂纹缺陷的无损检测用焊缝模拟试块的制备方法。
背景技术
超声波检测是一种重要的无损检测技术，因其对工件内部宏观缺陷的灵敏度较高，操作时受外界条件影响较小，被广泛应用于金属焊缝的检测。超声检测技术经过发展包括常规超声检测技术（UT）、衍射时差超声检测技术（TOFD）以及相控阵检测技术（PAUT）。
用于超声仪探头系统性能校准和检测校准的标准试块和对比试块是超声波检测技术的重要组成部分，根据NB/T47013的规定，标准试块和对比试块的人工反射体均采用机加工而成，而实际焊缝中的反射体，如裂纹、气孔、夹渣等缺陷呈多样性，因此，焊缝内部有相应真实缺陷的模拟试块，更能真实地模拟实际工件中的工况。
在金属构件中，裂纹是金属焊缝中最忌讳的缺陷之一，对不同大小及深度处裂纹的检测灵敏度是衡量一种无损检测方法优劣的重要指标，对裂纹缺陷的检测和准确判断也是对无损检测人员的基本要求。因此，带一定量的人工反射体（缺陷）的焊缝模拟试块给超声检测操作者提供了一种有效的模拟训练方法，同时，对于有已知内部缺陷的焊缝模拟试块也是不同的检测方法进行灵敏度对比的重要工具。由于实际焊接工件中缺陷的种类、数量及部位存在不可预控性，焊缝中的缺陷随机性较大。因此，制备一定数量的已知内部缺陷的焊缝模拟试板对无损检测领域有重要的意义。
发明内容
本发明的目的在于提供一种带裂纹缺陷的无损检测用焊缝模拟试块的制备方法，它可以在焊缝中制备出裂纹缺陷，实现对裂纹长度、方向（纵向或横向）、深度等特征的控制，满足超声波等检测方法练习实操的应用需求。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种带裂纹缺陷的无损检测用焊缝模拟试块的制备方法，包括以下步骤：
提供一副钢板焊件、铜丝和电焊条，在钢板焊件的待焊部位加工坡口，所述铜丝的长度与预设裂纹的长度一致；
将一副钢板焊件进行组对，采用电焊条在钢板焊件的坡口位置先进行打底焊再进行填充焊，焊接过程中，在对应的焊缝金属层按预设裂纹的数量、区域、方向和长度开设相对应的沟槽，所述沟槽的深度大于铜丝的直径，将铜丝放置于所述沟槽内，继续采用电焊条对沟槽处进行填充焊，使钢板焊件和铜丝熔化并盖于沟槽内，保持该填充层厚度为3～5mm，对钢板焊件进行快速冷却，熔融下的铜丝在急冷条件下收缩形成裂纹存于焊缝中，待试块冷却至常温后，采用电焊条对其它焊层进行填充焊，直至焊接完毕，即制成带裂纹缺陷的无损检测用焊缝模拟试块。
按上述技术方案，所述铜丝包括含铜量不低于65%的铜合金。
按上述技术方案，所述钢板焊件的坡口包括X坡口或单V坡口。
按上述技术方案，所述钢板焊件包括碳钢材料试块。
按上述技术方案，所述沟槽采用机械打磨焊缝形成，或利用电焊条横向摆动形成。
按上述技术方案，一副钢板焊件之间的焊接方式包括电焊条手工电弧焊。
本发明产生的有益效果是：本发明通过在焊缝中按预设裂缝要求开设沟槽，并在沟槽内放置铜丝，再对沟槽进行填充焊，利用电弧热量使少量的铜熔化在钢焊缝中，利用铜和钢之间熔点、热导率、线膨胀系数差异较大的物理特性以及铜和钢焊接时极易产生裂纹的特点，使铜在急冷情况下因收缩速度差异明显而形成裂纹，即可实现对模拟试块中裂纹长度、方向（纵向或横向）、深度等特征的控制，根据需要制备出预先设定裂纹缺陷的焊缝模拟试块，满足超声波检测的应用需求，本发明可推广应用于制备磁粉、射线、渗透等无损检测方法中的焊缝模拟试块。
附图说明
下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：
图1是采用本发明制备的带有纵向裂纹缺陷的无损检测用焊缝模拟试块的结构示意图；
图2是采用本发明制备带有纵向裂纹缺陷的无损检测用焊缝模拟试块的工艺流程图；
图3是采用本发明制备带有横向裂纹缺陷的无损检测用焊缝模拟试块的工艺流程图。
图中：1-钢板焊件，2-焊缝金属，3-纵向裂纹，4-铜丝，5-纵向沟槽，6-横向沟槽，7-横向裂纹。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
如图1-图3所示，一种带裂纹缺陷的无损检测用焊缝模拟试块的制备方法，包括以下步骤：
提供一副钢板焊件1、铜丝4和电焊条若干根，电焊条经焊接熔化后形成焊缝金属2，在钢板焊件1的待焊部位加工坡口，铜丝的长度与预设裂纹的长度一致；
将一副钢板焊件进行组对，采用电焊条在钢板焊件1的坡口位置先进行打底焊再进行填充焊，焊接过程中，在对应的焊缝金属层按预设裂纹的数量、区域、方向和长度开设相对应的沟槽（图2中的纵向沟槽5和横向沟槽6），沟槽的宽度和深度大于铜丝的直径，将铜丝4放置于沟槽内，继续采用电焊条对沟槽处进行填充焊，使钢板焊件和铜丝熔化并盖于沟槽内，保持该填充层厚度为3～5mm，对钢板焊件进行快速冷却，熔融下的铜丝在急冷条件下收缩形成裂纹（纵向裂纹3和横向裂纹7）存于焊缝中，待试块冷却至常温后，采用电焊条对其它焊层进行填充焊，直至焊接完毕，即制成带裂纹缺陷的无损检测用焊缝模拟试块。
在本发明的优选实施例中，铜丝包括含铜量不低于65%的铜合金。
在本发明的优选实施例中，钢板焊件采用坡口焊对接，其坡口包括X坡口或单V坡口。
在本发明的优选实施例中，钢板焊件包括碳钢材料试块，下料制取与被检工件或材料化学成分相似的碳钢材料，适用于制备碳钢构件的焊缝模拟试块。
在本发明的优选实施例中，为了便于放置铜丝，可采用机械打磨焊缝形成沟槽，沟槽长度略长于铜丝，沟槽深度大于铜丝直径。当需制备焊道中间层的横向裂纹时，中间层横向沟槽无法采用机械打磨形成时，可利用电焊条横向摆动形成的横向沟槽来预置铜丝。
在本发明的优选实施例中，一副钢板焊件之间的焊接方式包括电焊条手工电弧焊。
以下列举两个具体实施例对本发明进行进一步说明。
实例一
制备带纵向内部裂纹的模拟试块制备方法，如图2所示，包括以下步骤：
（1）模拟试块下料：采用常用的容器钢材料Q345R材料，厚度40mm,下料尺寸500×150×40mm，两块钢板1试块采用厚板常用的不对称X坡口；
（2）焊接准备：对焊缝周围进行打磨处理，除去铁锈等表面杂物，露出金属光泽，先进行大坡口侧打底焊后，在另一侧进行填充焊接，此时焊缝深度约15mm，然后将钢板焊件横向两侧点固焊固定于作业平台的钢板上，以增加试块的刚度；
（3）预置铜丝：采用机械清除焊道表面焊渣，沿缝缝方向在焊缝正中心打磨一纵向沟槽5，长30mm,深3mm，沟槽距焊缝试块上表面约10mm,将准备好的铜丝置于纵向沟槽5中，从纵向沟槽左端距离约20mm外开始引弧进行填统焊，利用电弧热将钢板试板及铜丝熔化并盖于纵向沟槽内，保持该层熔敷金属厚度约为4mm,收弧处于纵向沟槽另一端20mm外，该段焊接时，中间不熄弧，一次焊完，然后迅速冷却，如果环境温度较高，可采用在焊道表面浇冷水的方式强制快冷，由于钢与铜的熔点、热导率、线膨胀系数差异较大，熔融的铜或铜合金在急冷条件下收缩形成纵向裂纹于焊缝中,此时形成的纵向裂纹深约10mm,长度为30mm；
（4）后处理：试块冷却到常温后，再继续其它焊层的填充焊，直至焊接完毕，背面清根时，注意清根深度不得触及到预置的裂纹层；
（5）裂纹验证：试块制备完后，可通过射线拍片检测的方式，确认裂纹的存在。
实例二
制备带横向表面裂纹的模拟试块制备方法，如图3所示，包括以下步骤：
（1）模拟试块下料：采用常用的容器钢材料Q235材料，厚度30mm,下料尺寸500×150×30mm，两块钢板焊件采用厚板常用的单边V形坡口；
（2）焊接准备：对焊缝周围进行打磨处理，除去铁锈等表面杂物，露出金属光泽，先打底焊后，再进行填充焊接，当焊缝填充金属厚度与试块母材基本持平后，然后将试块纵向两端点固焊固定于作业平台的钢板上，以增加钢板焊件的刚度；
（3）预置铜丝：采用机械清除焊道表面焊渣，在垂直缝缝方向用机械打磨一横向沟槽6，深约3mm，然后将准备好的铜丝置于该横向沟槽中，从横向沟槽左端距离约20mm外开始引弧进行填统焊，利用电弧热将试板及铜丝熔化并盖于横向沟槽内，保持该层熔敷金属厚度约为3mm,收弧处于横向沟槽另一端20mm外，该段焊接时，中间不熄弧，一次焊完，然后迅速冷却，如果环境温度较高，可采用在焊道表面浇冷水的方式强制快冷，由于钢与铜的熔点、热导率、线胀系数差异较大，熔融的铜或铜合金在急冷条件下收缩形成横向裂纹7于焊缝中；
（4）后处理：试块冷却到常温后，再继续其它部位的填充焊，直至焊接完毕，如果为了得到表面可见裂纹，可将预置横向裂纹处的薄层盖面金属打磨掉，直至露出裂纹，表面裂纹主要应用于磁粉和渗透检测的模拟试块；
（5）裂纹验证：试块制备完后，可通过磁粉或渗透检测的方式，确认该表面横向裂纹的存在。
本发明在具体应用时，采用焊条手工电弧焊，先完成打底焊再进行填充焊，在填充焊过程中，在预先设置的深度沿焊缝方身向或垂直焊缝方向开设沟槽，在沟槽内预置铜丝，继续采用电焊条填充施焊，保持该填充层厚度为3～5mm，如该层太薄易被下一层填充金属重熔掉，如太厚不利于裂纹的产生，利用铜及铜合金的熔点是1083℃左右，钢的熔点约1515℃，两者差异较大，利用钢与铜的熔点、热导率、线膨胀系数差异较大，急冷情况下收缩速度差异较大而易形成裂纹。由于铁与铜属于在液态时无限互溶而在固态时能有限互溶的二元合金，因此，要防止电弧热过大，长时间高温下将小量的铜丝全部熔溶于钢板焊件中而无法形成裂纹。另外，根据单根铜丝的直径大小，铜丝可以是单根或一束（如果铜丝直径较小，可捻成一束），铜丝的长度与预设裂纹的长度一致。
应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。
Claims (6)
1.一种带裂纹缺陷的无损检测用焊缝模拟试块的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
提供一副钢板焊件、铜丝和电焊条，在钢板焊件的待焊部位加工坡口，所述铜丝的长度与预设裂纹的长度一致；
将一副钢板焊件进行组对，采用电焊条在钢板焊件的坡口位置先进行打底焊再进行填充焊，焊接过程中，在对应的焊缝金属层按预设裂纹的数量、区域、方向和长度开设相对应的沟槽，所述沟槽的深度大于铜丝的直径，将铜丝放置于所述沟槽内，继续采用电焊条对沟槽处进行填充焊，使钢板焊件和铜丝熔化并盖于沟槽内，保持该填充层厚度为3～5mm，对钢板焊件进行快速冷却，熔融下的铜丝在急冷条件下收缩形成裂纹存于焊缝中，待试块冷却至常温后，采用电焊条对其它焊层进行填充焊，直至焊接完毕，即制成带裂纹缺陷的无损检测用焊缝模拟试块。
2.根据权利要求1所述的带裂纹缺陷的无损检测用焊缝模拟试块的制备方法，其特征在于，所述铜丝包括含铜量不低于65%的铜合金。
3.根据权利要求1所述的带裂纹缺陷的无损检测用焊缝模拟试块的制备方法，其特征在于，所述钢板焊件的坡口包括X坡口或单V坡口。
4.根据权利要求1所述的带裂纹缺陷的无损检测用焊缝模拟试块的制备方法，其特征在于，所述钢板焊件包括碳钢材料试块。
5.根据权利要求1所述的带裂纹缺陷的无损检测用焊缝模拟试块的制备方法，其特征在于，所述沟槽采用机械打磨焊缝形成，或利用电焊条横向摆动形成。
6.根据权利要求1所述的带裂纹缺陷的无损检测用焊缝模拟试块的制备方法，其特征在于，一副钢板焊件之间的焊接方式包括电焊条手工电弧焊。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
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Application publication date: 20181123 |