CN110722254B - 具有裂纹缺陷的奥氏体不锈钢焊缝缺陷试板的制作方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种具有裂纹缺陷的奥氏体不锈钢焊缝缺陷试板的制作方法，包括：在钢板焊件的待焊部位加工坡口后，将一对钢板焊件进行组对，采用钨极气体保护焊进行打底焊，再采用焊条电弧焊进行填充焊；制作出沟槽，将锌合金丝放置在沟槽内，采用钨极气体保护焊对沟槽进行填充焊，使填充丝和锌合金丝熔化并填满沟槽，采用钨极氩弧焊对填满的焊缝进行点焊重熔，含有锌合金的重熔点焊缝在冷却过程中形成裂纹；采用熔化极气体保护焊在裂纹缺陷上方填充一层焊缝；采用焊条电弧焊对其他焊层焊道进行填充焊。本具有裂纹缺陷的奥氏体不锈钢焊缝缺陷试板的制作方法，可在焊缝中任何部位制作出裂纹缺陷，实现对裂纹数量、长度、方向、深度等特征的控制。

Description

具有裂纹缺陷的奥氏体不锈钢焊缝缺陷试板的制作方法
技术领域
本发明涉及缺陷试板的制作方法技术领域，尤其涉及一种具有裂纹缺陷的奥氏体不锈钢焊缝缺陷试板的制作方法。
背景技术
目前工程上奥氏体不锈钢常用的无损检测方法有射线检测（RT）、超声波检测（UT）、渗透检测（PT），但涉及到厚板（≥40mm）探伤时，上述这些方法都具有各自的局限性，检测的灵敏度也低。相控阵检测技术（PAUT）作为一种新的超声波检测技术，具有准确、直观、便于携带的特点，目前在国外奥氏体不锈钢产品上已经广泛应用。由于国内没有正式的PAUT检测标准，因此需要制作缺陷试板进行不同无损检测方法的对比试验，确定奥氏体不锈钢PAUT检测工艺。
在奥氏体不锈钢工程产品中，裂纹是焊缝中最严重的缺陷之一，对不同大小及深度的裂纹缺陷的检测灵敏度是衡量无损检测方法优劣的重要指标。同时，检测人员要熟练地掌握无损检测技术，特别是奥氏体不锈钢这种难于检测的材料，需要大量的实践训练，来熟练检测和判断缺陷的种类、数量以及存在的部位。因此，制备一定数量的已知内部缺陷的试板对于无损检测领域有重要的意义。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种具有裂纹缺陷的奥氏体不锈钢焊缝缺陷试板的制作方法，旨在实现在焊缝中任何部位制作出裂纹缺陷，实现对裂纹数量、长度、方向、深度等特征的控制，满足各种检测方法的对比试验用模拟试板或检测人员培训的应用需求。
为实现上述目的，本发明提供一种具有裂纹缺陷的奥氏体不锈钢焊缝缺陷试板的制作方法，包括以下步骤：
在钢板焊件的待焊部位加工坡口后，将一对钢板焊件进行组对，采用钨极气体保护焊先进行打底焊，再采用焊条电弧焊进行填充焊；
根据预设裂纹的数量、位置、方向和长度采用机械方法在焊缝中制作出沟槽，将锌合金丝放置在沟槽内，采用钨极气体保护焊对沟槽进行填充焊，使填充丝和锌合金丝熔化并填满沟槽，继续采用钨极氩弧焊对填满的焊缝从一侧至另一侧依次进行点焊重熔且不加丝，含有锌合金的重熔点焊缝在冷却过程中形成裂纹；
完成点焊过程后，采用熔化极气体保护焊在裂纹缺陷上方填充一层焊缝；
采用焊条电弧焊对其他焊层焊道进行填充焊，直至完成焊接。
优选地，钢板焊件的坡口包括X坡口、单V坡口以及U型坡口。
优选地，所述锌合金丝中锌含量不少于60%。
优选地，所述沟槽填满后采用打磨的方式将多余的焊肉去除，以达到精确的裂纹缺陷高度。
优选地，所述钨极气体保护焊中，焊丝直径为2.4mm~3.0mm，采用氩气进行保护；熔化极气体保护焊中，焊丝直径为1.2mm~1.6mm，采用氩气和二氧化碳二元气体进行保护。
优选地，采用熔化极气体保护焊在裂纹缺陷上方填充一层焊缝时，采用平焊位置，单脉冲电源进行焊接。
优选地，采用钨极气体保护焊先进行打底焊之前，对坡口两侧进行打磨处理，去除油污和杂物以保证坡口的洁净度，并采用钨极气体保护焊在焊件两端进行点固焊。
优选地，采用钨极气体保护焊进行打底焊时，焊丝为全奥氏体焊丝，正面和背面保护气均采用氩气。
优选地，采用焊条电弧焊进行填充焊时，采用正反面交替焊接以防止出现变形，焊条为全奥氏体焊条。
优选地，制作沟槽时，沟槽的深度大于锌合金丝的直径，沟槽的长度和锌合金丝长度相同。
本发明提出的具有裂纹缺陷的奥氏体不锈钢焊缝缺陷试板的制作方法，具有以下有益效果：
（1）本发明利用奥氏体不锈钢锌污染裂纹和热裂纹的原理制作裂纹缺陷，方法简单易行，可靠性高，解决了奥氏体不锈钢由于塑、韧性好且在急冷环境下不产生脆性相的特征，因而在传统方法下不易产生裂纹的技术难题；
（2）利用奥氏体不锈钢再结晶温度高，采用气体保护焊焊接熔深浅的特点，在裂纹缺陷上方覆盖一层MIG焊焊缝，解决了裂纹缺陷容易被下层焊接热源消除的技术难题；
（3）本发明可以实现对缺陷试板中裂纹长度、方向、深度、位置等特征的控制，制备出符合要求的带有裂纹缺陷的奥氏体不锈钢焊缝缺陷试板，解决了裂纹缺陷无法实现定量控制的技术难题，满足各种检测方法的对比试验用模拟试板或检测人员培训的应用需求。
附图说明
图1为本发明制作的带有纵向裂纹缺陷的奥氏体不锈钢焊缝缺陷试板的主视结构示意图；
图2为本发明制作的带有纵向裂纹缺陷的奥氏体不锈钢焊缝缺陷试板的俯视结构示意图；
图3为图2圆圈处的放大结构示意图。
图中：1-奥氏体不锈钢焊件，2-纵向裂纹，3-重熔点焊缝，4-MIG焊焊缝。
本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
具体实施方式
应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
需要说明的是，在本发明的描述中，术语“横向”、“纵向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，并不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
本发明中，一种具有裂纹缺陷的奥氏体不锈钢焊缝缺陷试板的制作方法，包括以下步骤：
步骤S10，在钢板焊件的待焊部位加工坡口后，将一对钢板焊件进行组对，采用钨极气体保护焊先进行打底焊，再采用焊条电弧焊进行填充焊；
步骤S20，根据预设裂纹的数量、位置、方向和长度采用机械方法在焊缝中制作出沟槽，将锌合金丝放置在沟槽内，采用钨极气体保护焊对沟槽进行填充焊，使填充丝和锌合金丝熔化并填满沟槽，继续采用钨极氩弧焊对填满的焊缝从一侧至另一侧依次进行点焊重熔且不加丝，含有锌合金的重熔点焊缝在冷却过程中形成裂纹；
步骤S30，完成点焊过程后，采用熔化极气体保护焊在裂纹缺陷上方填充一层焊缝；
步骤S40，采用焊条电弧焊对其他焊层焊道进行填充焊，直至完成焊接。
钢板焊件的坡口包括X坡口、单V坡口以及U型坡口。奥氏体不锈钢钢板焊件包括3系材料试块。
锌合金丝中锌含量不少于60%。锌合金丝可以使用较粗的一根，也可以是多根细丝捻合在一起。
在沟槽中放入锌合金丝，是由于锌的沸点极低，在焊接电弧热作用下，锌合金丝会蒸发，而后冷凝残留在焊缝中。在利用钨极气体保护焊重熔过程中，残留在焊缝中的锌会熔融，渗入到奥氏体晶界浸润晶粒边界导致液体金属脆化，由于重熔是采用点焊的方式，重新熔化的焊缝范围小，冷却速度快，导致重熔的液体金属受到两侧焊缝较大的拉应力，出现沿晶粒边界开裂的热裂纹。
步骤S10中，采用钨极气体保护焊先进行打底焊之前，对坡口两侧进行打磨处理，去除油污和杂物以保证坡口的洁净度，并采用钨极气体保护焊在焊件两端进行点固焊。
步骤S10中，采用钨极气体保护焊进行打底焊时，焊丝为全奥氏体焊丝，正面和背面保护气均采用氩气。
步骤S10中，采用焊条电弧焊进行填充焊时，采用正反面交替焊接以防止出现变形，焊条为全奥氏体焊条。
步骤S20中，沟槽填满后采用打磨的方式将多余的焊肉去除，以达到精确的裂纹缺陷高度。
钨极气体保护焊（步骤S10和步骤S20中的钨极气体保护焊均采用同一参数）中，焊丝直径为2.4mm~3.0mm，采用氩气（采用99.99%Ar）进行保护；熔化极气体保护焊中，焊丝直径为1.2mm~1.6mm，采用氩气和二氧化碳（98%Ar+2%CO2）二元气体进行保护。采用以上工艺是为了保证焊接过程中不出现未熔合缺陷。
步骤S20中，制作沟槽时，沟槽的深度大于锌合金丝的直径，沟槽的长度和锌合金丝长度相同。
步骤S20中，采用熔化极气体保护焊在裂纹缺陷上方填充一层MIG焊焊缝，这是由于奥氏体不锈钢再结晶温度高，熔化极气体保护焊进行焊接熔深浅，不会消除裂纹缺陷。
步骤S30中，采用熔化极气体保护焊在裂纹缺陷上方填充一层焊缝时，采用平焊位置，单脉冲电源进行焊接。
以下列举具体实施例对本发明进行进一步说明。
具有纵向裂纹缺陷的奥氏体不锈钢焊缝缺陷试板的制作方法，如图1至图3所示，包括以下步骤：
（1）焊件下料：采用304L材料，厚度40mm，利用数控等离子进行切割，下料尺寸500×150×40mm，两块奥氏体不锈钢焊件1采用坡口机加工坡口，为防止焊接变形，采用对称X型坡口，组对坡口角度60°，组对间隙2~4mm；
（2）焊前准备：对坡口两侧进行打磨处理，去除油污和杂物，保证坡口的洁净度，并采用钨极气体保护焊在焊件两端进行点固焊；
（3）打底焊：采用钨极气体保护焊进行根部打底焊，焊丝采用伯乐的ER317L（mod.），直径为2.4mm，为全奥氏体焊丝。背面进行氩气保护，正面和背面保护气采用99.99%Ar；
（4）纵向裂纹2的制作：采用焊条电弧焊进行填充焊，采用正反面交替焊接，防止出现变形，焊条采用E385-16焊条，为全奥氏体焊条。当填充焊至预设的焊缝高度时即停止，此时正反面焊肉高度都约为12mm。采用砂轮机在预设的焊缝位置打磨出长50mm，深度约为3mm的沟槽，将50mm长的锌合金丝放入沟槽中，采用钨极气体保护焊进行填丝焊接，焊接过程中速度稍快，进行摆动焊，将沟槽两侧母材熔融到一起，一次焊接完成，填满沟槽。随后采用钨极气体保护焊在填满的焊缝上从左到右依次进行点焊重熔，点焊过程中不加丝，电弧热使焊缝熔融为铁水后即可收弧，各个重熔点焊缝3在冷却过程中依次形成纵向裂纹2。
（5）后处理：采用熔化极气体保护焊在纵向裂纹2上方覆盖焊接一层MIG焊焊缝（熔化极气体保护焊缝）4，其中焊丝采用伯乐的ER317L（mod.），保护气体采用98%Ar+2%CO2二元气，焊丝直径为1.2mm，焊接电流电压比常用电流电压值小20%左右，焊接位置为平焊，焊接电源采用单脉冲电源。MIG焊焊缝4完成后，将焊缝上的氧化皮进行打磨，然后采用焊条电弧焊完成其他部位的填充焊。
（6）缺陷验证：缺陷试板制作完成后，可采用RT进行检测，确认裂纹缺陷的存在。
本发明在具体应用时，可以根据需要的裂纹深度将填满沟槽的焊缝进行打磨，使裂纹深度尺寸更加精确。如果预设的裂纹深度较高，钨极气体保护焊重熔点焊后无法填满沟槽，可以继续在沟槽内再放置锌合金丝，进行钨极气体保护焊填充焊，然后再次重熔点焊，直至到达需要的裂纹深度。本发明除了可以制作纵向裂纹外，还可以制作横向裂纹，制作横向裂纹的沟槽可以采用铰刀等其他工具开设沟槽。
本发明提出的具有裂纹缺陷的奥氏体不锈钢焊缝缺陷试板的制作方法，具有以下有益效果：
（1）本发明利用奥氏体不锈钢锌污染裂纹和热裂纹的原理制作裂纹缺陷，方法简单易行，可靠性高，解决了奥氏体不锈钢由于塑、韧性好且在急冷环境下不产生脆性相的特征，因而在传统方法下不易产生裂纹的技术难题；
（2）利用奥氏体不锈钢再结晶温度高，采用气体保护焊焊接熔深浅的特点，在裂纹缺陷上方覆盖一层MIG焊焊缝，解决了裂纹缺陷容易被下层焊接热源消除的技术难题；
（3）本发明可以实现对缺陷试板中裂纹长度、方向、深度、位置等特征的控制，制备出符合要求的带有裂纹缺陷的奥氏体不锈钢焊缝缺陷试板，解决了裂纹缺陷无法实现定量控制的技术难题，满足各种检测方法的对比试验用模拟试板或检测人员培训的应用需求。
以上仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (8)

1.一种具有裂纹缺陷的奥氏体不锈钢焊缝缺陷试板的制作方法，其特征在于，包括以下步骤：
在钢板焊件的待焊部位加工坡口后，将一对钢板焊件进行组对，采用钨极气体保护焊先进行打底焊，再采用焊条电弧焊进行填充焊；
根据预设裂纹的数量、位置、方向和长度采用机械方法在焊缝中制作出沟槽，将锌合金丝放置在沟槽内，采用钨极气体保护焊对沟槽进行填充焊，使填充丝和锌合金丝熔化并填满沟槽，继续采用钨极氩弧焊对填满的焊缝从一侧至另一侧依次进行点焊重熔且不加丝，含有锌合金的重熔点焊缝在冷却过程中形成裂纹；
完成点焊过程后，采用熔化极气体保护焊在裂纹缺陷上方填充一层焊缝；
采用焊条电弧焊对其他焊层焊道进行填充焊，直至完成焊接；
所述钨极气体保护焊中，焊丝直径为2.4mm~3.0mm，采用氩气进行保护；熔化极气体保护焊中，焊丝直径为1.2mm~1.6mm，采用氩气和二氧化碳二元气体进行保护；采用熔化极气体保护焊在裂纹缺陷上方填充一层焊缝时，采用平焊位置，单脉冲电源进行焊接。
2.如权利要求1所述的具有裂纹缺陷的奥氏体不锈钢焊缝缺陷试板的制作方法，其特征在于，钢板焊件的坡口包括X坡口、单V坡口以及U型坡口。
3.如权利要求1所述的具有裂纹缺陷的奥氏体不锈钢焊缝缺陷试板的制作方法，其特征在于，所述锌合金丝中锌含量不少于60%。
4.如权利要求1所述的具有裂纹缺陷的奥氏体不锈钢焊缝缺陷试板的制作方法，其特征在于，所述沟槽填满后采用打磨的方式将多余的焊肉去除，以达到精确的裂纹缺陷高度。
5.如权利要求1所述的具有裂纹缺陷的奥氏体不锈钢焊缝缺陷试板的制作方法，其特征在于，采用钨极气体保护焊先进行打底焊之前，对坡口两侧进行打磨处理，去除油污和杂物以保证坡口的洁净度，并采用钨极气体保护焊在焊件两端进行点固焊。
6.如权利要求1所述的具有裂纹缺陷的奥氏体不锈钢焊缝缺陷试板的制作方法，其特征在于，采用钨极气体保护焊进行打底焊时，焊丝为全奥氏体焊丝，正面和背面保护气均采用氩气。
7.如权利要求1所述的具有裂纹缺陷的奥氏体不锈钢焊缝缺陷试板的制作方法，其特征在于，采用焊条电弧焊进行填充焊时，采用正反面交替焊接以防止出现变形，焊条为全奥氏体焊条。
8.如权利要求1至7中任意一项所述的具有裂纹缺陷的奥氏体不锈钢焊缝缺陷试板的制作方法，其特征在于，制作沟槽时，沟槽的深度大于锌合金丝的直径，沟槽的长度和锌合金丝长度相同。
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