CN111604624B - 一种获取焊缝热裂纹的试验装置及评估方法 - Google Patents

一种获取焊缝热裂纹的试验装置及评估方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种获取焊缝热裂纹的试验装置及评估方法，其属于焊接技术领域，其中获取焊缝热裂纹的试验装置包括具有间隙的第一钢板和第二钢板，第二钢板在其厚度方向的第一侧与第一钢板焊接连接。评估方法包括步骤S1，准备上述获取焊缝热裂纹的试验装置；S2，使用药芯焊丝对第二钢板在其厚度方向的第二侧通过向下立焊，与第一钢板之间形成试验焊缝；S3，在试验焊缝上选取采样段，并测量采样段的长度H；S4，对采样段进行探伤，获取所有热裂纹沿试验焊缝的延伸方向的长度之和L；S5，根据L和H获得药芯焊丝的热裂纹发生率。获取焊缝热裂纹的试验装置结构简单，其评估方法操作简便，采用向下立焊，提高了热裂纹发生率和试验效率。

Description

一种获取焊缝热裂纹的试验装置及评估方法
技术领域
本发明涉及焊接技术领域，尤其涉及一种获取焊缝热裂纹的试验装置及评估方法。
背景技术
药芯焊丝在焊接时飞溅少，焊缝成型好。而且可以根据不同的待焊接钢材对其配方成分进行调整，以提高实际的焊接质量。
在焊接施工中，药芯焊丝形成的焊缝中容易出现热裂纹，直接影响焊缝质量以及焊接件之间连接的稳固程度。一般将同一条焊缝上的每个热裂纹沿焊缝的延伸方向的长度进行测量并计算总长，热裂纹的总长相对于焊缝长度的比值为热裂纹发生率，热裂纹发生率为评估药芯焊丝质量的标准之一。
由于药芯焊丝的配方不同，热裂纹发生率也不相同。为了更好的选择不同种类的药芯焊丝，目前常用的评估药芯焊丝的热裂纹发生率的方法为：1)T型接头焊接裂纹试验法；2)压板对接焊接裂纹试验法；3)可调拘束裂纹试验法；4)改进型的巴东试验法。其中T型接头焊接裂纹试验法和压板对接焊接裂纹试验法比较适合于焊条的热裂纹试验评估，且由于热裂纹发生率低，并不适合评估药芯焊丝的热裂纹发生率。而可调拘束裂纹试验法虽然可以模拟出热裂纹，但试验装置相对复杂、试验过程的变量较多，并不适合推广应用。改进型的巴东试验法是一种有效模拟药芯焊丝打底裂纹的方式，但该方法试验装置较为复杂，所耗材料也较多，且焊缝拘束度的不同对于试验数据的影响较大，而且大多数情况下热裂纹发生率较小，不宜进行统计测量。
因此亟需一种获取焊缝热裂纹的试验装置及评估方法来解决上述技术问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种获取焊缝热裂纹的试验装置，以简化试验装置的结构，便于操作，提高热裂纹发生率。
本发明的另一个目的在于提供一种评估方法，以简化试验装置的结构，便于操作，提高热裂纹发生率。
为达此目的，本发明所采用的技术方案是：
一种获取焊缝热裂纹的试验装置，包括：
第一钢板，所述第一钢板竖直设置；
第二钢板，所述第二钢板竖直设置且与所述第一钢板垂直，所述第二钢板与所述第一钢板之间具有间隙，所述第二钢板在其厚度方向的第一侧与所述第一钢板焊接连接，第二侧能够通过向下立焊与所述第一钢板之间形成试验焊缝。
进一步地，所述第一钢板与所述第二钢板连接形成“T”形结构，所述第二钢板的所述第一侧与所述第一钢板通过向上立焊形成拘束焊缝。
进一步地，所述获取焊缝热裂纹的试验装置还包括水平设置的刚性底座，所述第一钢板与所述第二钢板均固设于所述刚性底座。
进一步地，所述间隙的宽度为3mm-4mm。
一种评估方法，包括如下步骤：
S1：准备上述的获取焊缝热裂纹的试验装置；
S2：使用药芯焊丝对所述第二钢板在其厚度方向的所述第二侧通过向下立焊，与所述第一钢板之间形成所述试验焊缝；
S3：在所述试验焊缝上选取采样段，并测量所述采样段的长度H；
S4：对所述采样段进行探伤，获取所有热裂纹沿所述试验焊缝的延伸方向的长度之和L；
S5：根据所述L和所述H获得所述药芯焊丝的热裂纹发生率。
进一步地，在步骤S5之后还包括步骤S6：使用不同种类的所述药芯焊丝重复步骤S1-S5，并统计不同种类的所述药芯焊丝各自对应的所述热裂纹发生率。
进一步地，所述采样段的长度占所述试验焊缝长度的比例为90％-95％。
进一步地，在步骤S3中，对所述试验焊缝进行探伤前，将所述试验焊缝冷却至室温。
进一步地，在步骤S4中，使用磁粉无损检测或渗透无损检测对试验焊缝的表面进行探伤。
进一步地，在步骤S1中，所述向下立焊的焊接电压为29V，焊接电流为220A，焊接速度为45cm/min。
本发明的有益效果为：
本发明提出的一种获取焊缝热裂纹的试验装置，包括第一钢板和第二钢板。第二钢板在其厚度方向的第一侧与第一钢板焊接连接，实现了第一钢板和第二钢板之间相对位置的固定。第二钢板与第一钢板之间具有间隙，有利于试验焊缝上出现热裂纹，提高了热裂纹发生率。同时试验焊缝通过容易出现热裂纹的向下立焊的形式焊接而成，进一步提高了热裂纹发生率和焊接效率。相对于现有的实验装置，其整体结构简单，降低了实验过程中的变量，提高了热裂纹发生率的准确度。
本发明还提出的一种评估方法，适用于上述获取焊缝热裂纹的试验装置，具体包括如下步骤：S1，准备上述获取焊缝热裂纹的试验装置；S2，使用药芯焊丝对第二钢板在其厚度方向的第二侧通过向下立焊，与第一钢板之间形成试验焊缝；S3，在试验焊缝上选取采样段，并测量采样段的长度H；S4，对采样段进行探伤，获取所有热裂纹沿试验焊缝的延伸方向的长度之和L；S5，根据L和H获得药芯焊丝的热裂纹发生率。该评估方法操作简便，采用容易出现热裂纹的向下立焊的形式焊接获得试验焊缝，提高了热裂纹发生率和试验效率。同时该评估方法还可以实现不同种类的药芯焊丝的横向对比，为适应性的选择不同种类的药芯焊丝提供了技术依据。
附图说明
图1是本发明实施例提供的第一钢板和第二钢板装配的俯视图；
图2是本发明实施例提供的获取焊缝热裂纹的试验装置的结构示意图；
图3是本发明实施例提供实验过程中的获取焊缝热裂纹的试验装置的结构示意图；
图4是本发明实施例提供的评估方法的主要步骤流程图；
图5是本发明实施例提供的评估方法的详细步骤流程图。
图中：
1、第一钢板；2、第二钢板；3、刚性底座；4、间隙；5、拘束焊缝；6、试验焊缝；7、热裂纹；
具体实施方式
为使本发明解决的技术问题、采用的技术方案和达到的技术效果更加清楚，下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部。
在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”、“固定”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
在本实施例的描述中，术语“上”、“下”、“右”、等方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述和简化操作，而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”仅仅用于在描述上加以区分，并没有特殊的含义。
下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。
如图1和图2所示，本实施例公开了一种获取焊缝热裂纹的试验装置，具体包括第一钢板1和第二钢板2。其中第一钢板1竖直设置，第二钢板2竖直设置且与第一钢板1垂直，第二钢板2与第一钢板1之间存在间隙4，第二钢板2沿其厚度方向的第一侧与第一钢板1焊接连接，第二侧能够通过向下立焊与第一钢板1之间形成试验焊缝6。
在本实施例中，第二钢板2在其厚度方向的第一侧与第一钢板1焊接连接，实现了第一钢板1和第二钢板2之间相对位置的固定。在第二钢板2与第一钢板1之间具有间隙4，有利于试验焊缝6上出现热裂纹7，提高了热裂纹发生率。同时，试验焊缝6通过容易出现热裂纹7的向下立焊的形式焊接而成，进一步提高了热裂纹发生率。相对于现有的实验装置，其整体结构简单，降低了实验过程中的变量，提高了热裂纹发生率的准确度。
如图1所示，第一钢板1与第二钢板2之间的间隙4的宽度优选为3mm-4mm，经过具体的实验，具有上述宽度值的间隙4能够使试验焊缝6获得良好的热裂纹发生率。当间隙4距离小于3mm时，试验焊缝6不易出现热裂纹7；当间隙4距离大于4mm时，增加了焊接难度，不利于获得高质量的试验焊缝6。
如图2所示，第一钢板1与第二钢板2连接形成“T”形结构，第二钢板2在其厚度方向的第一侧与第一钢板1通过向上立焊形成拘束焊缝5。向上立焊的焊接形式增加了拘束焊缝5的焊接质量，提高了第一钢板1与第二钢板2连接的稳固程度。需要注意的是，拘束焊缝5的焊脚尺寸优选为7.5mm-8.5mm，以兼顾向上立焊的焊接效率和焊接质量。可以理解的是，当拘束焊缝5的焊脚尺寸较小时，降低了第一钢板1与第二钢板2焊接的稳定性；当拘束焊缝5的焊脚尺寸较大时，增加了第一钢板1与第二钢板2的焊接时间，降低了焊接效率。
为了提高第一钢板1与第二钢板2的稳固连接，获取焊缝热裂纹的试验装置还包括水平设置的刚性底座3，第一钢板1与第二钢板2均固设于刚性底座3，有利于减小第一钢板1与第二钢板2在焊接过程中的变形量，同时便于对第一钢板1与第二钢板2进行焊接，提高了试验焊缝6的质量和热裂纹发生率。
如图3和图4所示，本实施例还公开了一种适用于获取焊缝热裂纹的试验装置的评估方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1：准备上述获取焊缝热裂纹的试验装置；
S2：使用药芯焊丝对第二钢板2在其厚度方向的第二侧通过向下立焊，与第一钢板1之间形成试验焊缝6；
S3：在试验焊缝6上选取采样段，并测量采样段的长度H；
S4：对采样段进行探伤，获取所有热裂纹7沿试验焊缝6的延伸方向的长度之和L；
S5：根据L和H获得药芯焊丝的热裂纹发生率。
该评估方法操作简便，采用容易出现热裂纹7的向下立焊的形式焊接获得试验焊缝6，提高了热裂纹发生率和焊接效率。同时该评估方法还可以实现不同种类的药芯焊丝的横向对比，为适应性的选择不同种类的药芯焊丝提供了技术依据。
具体地，以图3所示的方向为例，向下立焊为在竖直方向从上向下焊接，向上立焊的方向与之相反。在步骤S1中，向下立焊的焊接电压为29V，焊接电流为220A，焊接速度为45cm/min。可以理解的是，向下立焊的具体焊接工艺参数需要根据药芯焊丝不同的配方成分而定，在此不再进行赘述。
如图3和图4所示，热裂纹发生率为采样段中所有热裂纹7沿其试验焊缝6的延伸方向的长度之和L除以试验焊缝6中采样段的长度H的比值。当热裂纹发生率越大，说明采样段中的热裂纹7的长度越长，试验焊缝6的相对质量越差；反之，则试验焊缝6的相对质量越好。因此，可以将热裂纹发生率作为药芯焊丝的评估标准之一。
具体地，在进行试验焊缝6的焊接过程中，试验焊缝6的初始段和终止段的焊接质量相对不稳定，可能存在焊接缺陷，容易影响热裂纹发生率的精确度。所以，在步骤S3中，在试验焊缝6上选取的采样度位于试验焊缝6焊接质量稳定的中间区域，采样段的长度占试验焊缝6总长的比例优选为90％-95％，既能保证热裂纹发生率的精确度，也可保证热裂纹7的数量。
在本实施例中，试验焊缝6的长度为460mm，将试验焊缝6的上、下两端20mm的部分弃除后的中间部位为采样段，如图3所示。可以理解的是，采样段占试验焊缝6的比例并不限于90％-95％，需要根据实际的试验焊缝6的焊接质量和焊接长度而定。
需要注意的是，在步骤S3中，对试验焊缝6进行探伤前，将试验焊缝6冷却至室温，以使得试验焊缝6上的热裂纹7具有稳定的长度值，有利于获得精确的热裂纹发生率，以提高评估方法的准确性。此外，在步骤S4中，使用磁粉无损检测或渗透无损检测对试验焊缝6的表面进行探伤。其中磁粉无损检测或渗透无损检测均为本领域内成熟的检测手段，在此不再进行赘述。
由于药芯焊丝采用向下立焊时热输入量小，降低了第一钢板1与第二钢板2的变形量。因此，在客滚船或游轮的上层建筑上非受力薄板的焊接中采用向下立焊，薄板的变形量较小，提高了焊接效率。由于药芯焊丝采用向下立焊而成的试验焊缝6容易出现热裂纹7，影响薄板的焊接强度。因此，需要根据具体的焊接环境选用不同配方成分的药芯焊丝，以降低向下立焊的热裂纹发生率，提高焊接质量。
为了快速选取合适的药芯焊丝，如图5所示，在步骤S5之后还包括步骤S6：使用不同种类的药芯焊丝重复步骤S1-S5，并统计不同种类的药芯焊丝各自对应的热裂纹发生率。
通过上述评估方法，可以将不同的药芯焊丝在相同的焊接参数下进行向下立焊，获取相应的热裂纹发生率。可以理解的是，还可以使用同一种药芯焊丝选用不同的焊接参数，获取相应的热裂纹发生率。通过在获取焊缝热裂纹的试验装置实施上述评估方法，可以快速、准确地获得不同配成分的药芯焊丝的热裂纹发生率和同一种类的药芯焊丝在不同焊接参数下的热裂纹发生率，为合理选用药芯焊丝提供了技术依据。
以上实施方式只是阐述了本发明的基本原理和特性，本发明不受上述实施方式限制，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还有各种变化和改变，这些变化和改变都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (7)

1.一种获取焊缝热裂纹的试验装置，其特征在于，包括：
第一钢板(1)，所述第一钢板(1)竖直设置；
第二钢板(2)，所述第二钢板(2)竖直设置且与所述第一钢板(1)垂直，所述第二钢板(2)与所述第一钢板(1)之间具有间隙(4)，所述第二钢板(2)在其厚度方向的第一侧与所述第一钢板(1)焊接连接，第二侧能够通过向下立焊与所述第一钢板(1)之间形成试验焊缝(6)；所述第一钢板(1)与所述第二钢板(2)连接形成“T”形结构，所述第二钢板(2)的所述第一侧与所述第一钢板(1)通过向上立焊形成拘束焊缝(5)；
所述获取焊缝热裂纹的试验装置还包括水平设置的刚性底座(3)，所述第一钢板(1)与所述第二钢板(2)均固设于所述刚性底座(3)；所述间隙(4)的宽度为3mm-4mm。
2.一种评估方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1：准备权利要求1所述的获取焊缝热裂纹的试验装置；
S2：使用药芯焊丝对所述第二钢板(2)在其厚度方向的所述第二侧通过向下立焊，与所述第一钢板(1)之间形成所述试验焊缝(6)；
S3：在所述试验焊缝(6)上选取采样段，并测量所述采样段的长度H；
S4：对所述采样段进行探伤，获取所有热裂纹(7)沿所述试验焊缝(6)的延伸方向的长度之和L；
S5：根据所述L和所述H获得所述药芯焊丝的热裂纹发生率。
3.根据权利要求2所述的评估方法，其特征在于，在步骤S5之后还包括步骤S6：使用不同种类的所述药芯焊丝重复步骤S1-S5，并统计不同种类的所述药芯焊丝各自对应的所述热裂纹发生率。
4.根据权利要求2所述的评估方法，其特征在于，所述采样段的长度占所述试验焊缝(6)长度的比例为90％-95％。
5.根据权利要求2所述的评估方法，其特征在于，在步骤S3中，对所述试验焊缝(6)进行探伤前，将所述试验焊缝(6)冷却至室温。
6.根据权利要求2所述的评估方法，其特征在于，在步骤S4中，使用磁粉无损检测或渗透无损检测对试验焊缝(6)的表面进行探伤。
7.根据权利要求2所述的评估方法，其特征在于，在步骤S1中，所述向下立焊的焊接电压为29V，焊接电流为220A，焊接速度为45cm/min。
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