CN110722255A - 具有未熔合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未熔合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先进行打底焊，再采用焊条电弧焊进行填充焊；根据预设未熔合的数量和位置在相应的焊缝金属层采用熔化极气体保护焊制作未熔合缺陷；在未熔合缺陷制作完成后，将焊件调整为平焊位置，采用熔化极气体保护焊在未熔合缺陷上面或侧面焊接一层焊肉以进行后处理，其余位置继续采用焊条电弧焊进行填充。本发明提出的具有未熔合缺陷的奥氏体不锈钢焊缝缺陷试板的制作方法，可实现在焊缝中任何部位制备出未熔合缺陷，从而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。

Description

具有未熔合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，尤其涉及一种具有未熔合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）。奥氏体不锈钢晶粒粗大，进行UT检测时杂波较多，灵敏度低，对于无损检测人员的经验要求高，PT一般是作为一种辅助检测手段，因此检测奥氏体不锈钢焊缝内部缺陷最常用的方法为RT。但对于厚板，特别是50mm以上的厚度，RT检测的对比度差，且需要穿透力更强的放射源，存在安全隐患。
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，未熔合是焊缝中最严重的缺陷之一，对不同大小及位置的未熔合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。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种具有未熔合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（焊缝中心或坡口侧）制备出未熔合缺陷，实现对未熔合长度、位置等特征的控制，从而满足UT、RT、PAUT等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未熔合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；
将焊件调整到立焊位置，根据预设未熔合的数量和位置在相应的焊缝金属层采用熔化极气体保护焊制作未熔合缺陷；
在未熔合缺陷制作完成后，将焊件调整为平焊位置，采用熔化极气体保护焊在未熔合缺陷上面或侧面焊接一层焊肉以进行后处理。
优选地，制作未熔合缺陷包括横向层间未熔合缺陷和纵向坡口侧未熔合缺陷。
优选地，制作纵向坡口侧未熔合缺陷时，将焊件调整到立焊位置，保护气体采用氩气和氧气二元混合气体，焊丝直径为0.8mm~1.0mm，在靠近坡口侧焊缝位置上进行焊接，控制钟罩型的电弧对准焊缝而不偏向坡口，控制熔池铁水的流动，使铁水刚接触到坡口，形成假熔合，焊接的长度即为未熔合缺陷的长度。
优选地，对纵向坡口侧未熔合缺陷进行后处理时，将焊件调整为平焊位置，采用熔化极气体保护焊，将焊枪对准坡口与焊缝相交处焊接一层焊肉，，熔化极气体保护焊焊缝长度与未熔合缺陷长度一致，采用氩气和二氧化碳二元混合气体。
优选地，制作横向层间未熔合缺陷时，将焊件调整到立焊位置，保护气体采用氩气，焊丝直径为0.6mm~0.8mm，在预设的未熔合位置处进行焊接，焊接的长度即为未熔合缺陷的长度。
优选地，对于横向层间未熔合缺陷进行后处理时，在未熔合焊道两侧各焊接一层焊肉，采用氩气和二氧化碳二元混合气体，其余位置继续采用焊条电弧焊进行填充，直至焊接完毕。
优选地，钢板焊件的坡口包括X坡口、单V坡口，组对后坡口角度为35°~45°。
优选地，制作未熔合缺陷时，采用不摆动焊，并采用单脉冲电源进行焊接。
优选地，对坡口两侧进行打磨处理，去除油污和杂物，保证坡口的洁净度后，再进行打底焊。
优选地，在要进行制作未熔合的焊条电弧焊焊缝上，进行彻底打磨干净，露出金属光泽以防止出现夹渣缺陷；
本发明提出的具有未熔合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）利用奥氏体不锈钢的材料特性结合熔化极气体保护焊（MIG焊）的特点，采用不同的焊接工艺方法进行组合，解决了不同位置不同类型不同方向的未熔合缺陷的技术难题，实现缺陷的定量制作，满足了UT、RT、PAUT等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；
（2）本发明采用MIG焊在未熔合缺陷上方进行的焊接方法，解决了未熔合缺陷不被下一层焊接热源消的技术难题；
（3）无损检测领域通常制作碳钢缺陷试板，采用本发明仅采用MIG焊而不借助其他手段，解决了奥氏体不锈钢焊缝在任何位置制作未熔合缺陷的技术难题，具有操作简单易形，可靠性高的特点。
附图说明
图1为本发明制作出带有纵向坡口侧未熔合缺陷的试板主视结构示意图
图2为本发明制作出带有纵向坡口侧未熔合缺陷的试板俯视结构示意图
图3为图1中圆圈处的放大结构示意图；
图4为本发明制作出带有横向层间未熔合缺陷的试板主视结构示意图
图5为本发明制作出带有横向层间未熔合缺陷的试板俯视结构示意图
图6为图5中圆圈处的放大结构示意图；
图中，1-奥氏体不锈钢焊件，2-纵向坡口侧未熔合缺陷，3-纵向MIG焊缝，4-横向层间未熔合缺陷，5-横向MIG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。
本发明提出一种具有未熔合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，将焊件调整到立焊位置，根据预设未熔合的数量和位置在相应的焊缝金属层采用熔化极气体保护焊（MIG焊）制作未熔合缺陷；
步骤S30，在未熔合缺陷制作完成后，将焊件调整为平焊位置，采用熔化极气体保护焊在未熔合缺陷上面或侧面焊接一层焊肉以进行后处理，其余位置继续采用焊条电弧焊进行填充，直至焊接完成。
采用熔化极气体保护焊（MIG焊）制作未熔合缺陷，是由于奥氏体不锈钢的再结晶温度较高，为900℃左右，高于碳钢200℃，而MIG焊线能量小，焊接速度快，单位长度热输入低，十分容易产生未熔合缺陷。
步骤S20中，制作未熔合缺陷包括横向层间未熔合缺陷和纵向坡口侧未熔合缺陷。
在未熔合缺陷上进行MIG焊时，焊接速度比常规速度快20%。具体地，步骤S20中，制作纵向坡口侧未熔合缺陷时，将焊件调整到立焊位置，保护气体采用氩气和氧气（98%Ar+2%O2）二元混合气体，焊丝直径为0.8mm~1.0mm，在靠近坡口侧焊缝位置上进行焊接，控制钟罩型的电弧对准焊缝而不偏向坡口，控制熔池铁水的流动，使铁水刚接触到坡口，形成假熔合，焊接的长度即为未熔合缺陷的长度。
制作纵向坡口侧未熔合缺陷时，采用氩气和氧气二元混合气体和1.0mm的焊丝，是由于加入O2的混合气体虽然能增加活性，提高铁水流动性，但是效果没有其他活性气体好，因此铁水流动性稍差，容易产生未熔合缺陷。直径为1.0mm的焊丝由于比1.2mm的细，因此电流电压值相对小，热输入低，容易产生侧边未熔合。
对纵向坡口侧未熔合缺陷进行后处理时，将焊件调整为平焊位置，采用熔化极气体保护焊，将焊枪对准坡口与焊缝相交处焊接一层焊肉，熔化极气体保护焊焊缝长度与未熔合缺陷长度一致，采用氩气和二氧化碳二元混合气体。
具体地，步骤S20中，制作横向层间未熔合缺陷时，将焊件调整到立焊位置，保护气体采用氩气（99.99% Ar），焊丝直径为0.6mm~0.8mm，在预设的未熔合位置处进行焊接，焊接的长度即为未熔合缺陷的长度。
保护气体采用Ar，焊丝直径为0.8mm，是由于焊层与焊层之间的未熔合较坡口侧未熔合较难出现，因此在保护气体上必须采用惰性气体，降低活性，从而进一步降低铁水流动性，直径更细的0.8mm的焊丝所用电流值一般在60A左右，热输入极低，铁水铺展不开，导致焊缝中间隆起。采用这种工艺时，除了焊丝尖端电弧所覆盖的区域热输入高，铁流流动顺畅外，其他区域电弧热源辐射逐渐降低，在焊缝二边达不到900℃，会产生未熔合缺陷。
对于横向层间未熔合缺陷进行后处理时，在未熔合焊道两侧各焊接一层焊肉，采用氩气和二氧化碳二元混合气体。
钢板焊件的坡口包括X坡口、单V坡口，组对后坡口角度为35°~45°（优选40°）。钢板焊件为奥氏体不锈钢焊件，包括3系材料试块。
坡口角度越小，焊接过程中电弧热源离坡口侧越远，也越难以摆动焊，更容易出现未熔合缺陷。但是坡口角度太小，可能会造成未焊透缺陷，因此经过多次试验采用35°~45°坡口较为合适。
制作未熔合缺陷时，采用不摆动焊，并采用单脉冲电源进行焊接。采用不摆动焊，控制铁水流向使铁水稍稍接触坡口，凝固后焊缝与坡口的熔合为假熔合，坡口与焊缝相交处必然出现未熔合缺陷。同时假熔合也是为了避免产生未焊透缺陷。
步骤S30中，采用熔化极气体保护焊在未熔合缺陷上面或侧面焊接一层焊肉以进行后处理时，采用氩气和二氧化碳（98%Ar+2% CO2）二元混合气体和直径为1.2mm的焊丝进行平焊位置焊接。
进行后处理时，采用氩气和二氧化碳二元混合气体和直径为1.2mm的焊丝进行平焊位置焊接，是由于CO2气体活性较好，平焊位置铁水流动性好，同时1.2mm的焊丝所用电流值更大，使热输入大，这些工艺能保证不出现未熔合的缺陷。但由于MIG焊相对于其他焊接方法线能量始终较小，电弧也不如钨极气体保护焊集中，因此在未熔合缺陷上覆盖一层MIG焊缝，能防止未熔合缺陷被下一道焊接的热量所消除。
在要进行制作未熔合的焊条电弧焊焊缝上，进行彻底打磨干净，露出金属光泽以防止出现夹渣缺陷；对坡口两侧进行打磨处理，去除油污和杂物，保证坡口的洁净度后，再进行打底焊。
另外，后处理时，在未熔合缺陷上进行MIG焊时，焊接速度比常规速度快20%。
制作缺陷时统一采用立焊位置，是由于在立焊位置与其他位置相比，铁水铺展不开，流动性较差，两侧熔合性较差，因此更容易产生未熔合缺陷。
下面提出两实施例具体说明。
实施例一
带纵向坡口侧未熔合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，组对坡口角度为40°；
（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）纵向坡口侧未熔合缺陷2的制作：采用焊条电弧焊进行填充焊，焊条采用E385-16焊条，为全奥氏体焊条，焊接到预设的焊缝层数，并采用机械方法将焊缝进行彻底打磨干净，露出金属光泽。在预设的位置采用MIG焊制作未熔合缺陷，其中焊丝采用伯乐的ER317L（mod.），保护气体采用98%Ar+2%O2二元气，焊丝直径为1.0mm，焊接位置为立焊，焊接电源为单脉冲电源。在焊接过程中，焊枪不进行摆动，控制钟罩型的电弧对准焊缝而不偏向坡口，控制熔池铁水的流动，使铁水稍稍接触到坡口，形成假熔合。焊缝的长度控制为50mm，即制作出50mm长的纵向坡口侧未熔合缺陷2。
（5）后处理：采用熔化极气体保护焊在纵向坡口侧未熔合缺陷上焊接一层纵向MIG焊缝3，其中焊丝采用伯乐的ER317L（mod.），采用98%Ar+2%CO2二元混合气体和直径为1.2mm的焊丝，焊接位置为平焊。焊接过程中将焊枪对准坡口与焊缝相交处焊接一层焊肉，长度与纵向坡口侧未熔合缺陷长度一致，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，确认未熔合缺陷的存在。
实施例二
带横向未熔合缺陷的奥氏体不锈钢焊缝缺陷试板的制作方法，如图4至图6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40°；
（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）横向坡口侧未熔合缺陷4的制作：采用焊条电弧焊进行填充焊，焊条采用E385-16焊条，为全奥氏体焊条，焊接到预设的焊缝层数，并采用机械方法将焊缝进行彻底打磨干净，露出金属光泽。在预设的位置采用MIG焊制作横向未熔合缺陷，其中焊丝采用伯乐的ER317L（mod.），保护气体采用99.99%Ar，焊丝直径为0.8mm，焊接位置为立焊，焊接电源为单脉冲电源。焊缝的长度控制为15mm，即制作出15mm长的横向未熔合缺陷。
（5）后处理：采用熔化极气体保护焊在未熔合焊道两侧各焊接一层横向MIG焊缝5，长度与横向未熔合缺陷长度一致，其中焊丝采用伯乐的ER317L（mod.），采用98%Ar+2%CO2二元混合气体和直径为1.2mm的焊丝，焊接位置为平焊。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，确认未熔合缺陷的存在。
本发明提出的具有未熔合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）利用奥氏体不锈钢的材料特性结合熔化极气体保护焊（MIG焊）的特点，采用不同的焊接工艺方法进行组合，解决了不同位置不同类型不同方向的未熔合缺陷的技术难题（可以在焊缝中任何部位，如焊缝中心或坡口侧），实现缺陷的定量制作，满足了UT、RT、PAUT等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；
（2）本发明采用MIG焊在未熔合缺陷上方进行的焊接方法，解决了未熔合缺陷不被下一层焊接热源消的技术难题；
（3）无损检测领域通常制作碳钢缺陷试板，采用本发明仅采用MIG焊而不借助其他手段，解决了奥氏体不锈钢焊缝在任何位置制作未熔合缺陷的技术难题，具有操作简单易形，可靠性高的特点。
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 (10)

1.一种具有未熔合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；
将焊件调整到立焊位置，根据预设未熔合的数量和位置在相应的焊缝金属层采用熔化极气体保护焊制作未熔合缺陷；
在未熔合缺陷制作完成后，将焊件调整为平焊位置，采用熔化极气体保护焊在未熔合缺陷上面或侧面焊接一层焊肉以进行后处理，其余位置继续采用焊条电弧焊进行填充，直至焊接完成。
2.如权利要求1所述的具有未熔合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，制作未熔合缺陷包括横向层间未熔合缺陷和纵向坡口侧未熔合缺陷。
3.如权利要求2所述的具有未熔合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，制作纵向坡口侧未熔合缺陷时，将焊件调整到立焊位置，保护气体采用氩气和氧气二元混合气体，焊丝直径为0.8mm~1.0mm，在靠近坡口侧焊缝位置上进行焊接，控制钟罩型的电弧对准焊缝而不偏向坡口，控制熔池铁水的流动，使铁水刚接触到坡口，形成假熔合，焊接的长度即为未熔合缺陷的长度。
4.如权利要求3所述的具有未熔合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，对纵向坡口侧未熔合缺陷进行后处理时，将焊件调整为平焊位置，采用熔化极气体保护焊，将焊枪对准坡口与焊缝相交处焊接一层焊肉，熔化极气体保护焊焊缝长度与未熔合缺陷长度一致，采用氩气和二氧化碳二元混合气体。
5.如权利要求2所述的具有未熔合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，制作横向层间未熔合缺陷时，将焊件调整到立焊位置，保护气体采用氩气，焊丝直径为0.6mm~0.8mm，在预设的未熔合位置处进行焊接，焊接的长度即为未熔合缺陷的长度。
6.如权利要求5所述的具有未熔合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，对于横向层间未熔合缺陷进行后处理时，在未熔合焊道两侧各焊接一层焊肉，采用氩气和二氧化碳二元混合气体。
7.如权利要求1所述的具有未熔合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，组对后坡口角度为35°~45°。
8.如权利要求1所述的具有未熔合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，制作未熔合缺陷时，采用不摆动焊，并采用单脉冲电源进行焊接。
9.如权利要求1所述的具有未熔合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，对坡口两侧进行打磨处理，去除油污和杂物，保证坡口的洁净度后，再进行打底焊。
10.如权利要求1至9中任意一项所述的具有未熔合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，在要进行制作未熔合的焊条电弧焊焊缝上，进行彻底打磨干净，露出金属光泽以防止出现夹渣缺陷。
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