CN111929256A - 锻件十字内孔堆焊后内壁裂纹的检测及原因判断方法 - Google Patents

锻件十字内孔堆焊后内壁裂纹的检测及原因判断方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种锻件十字内孔堆焊后内壁裂纹的检测及原因判断方法，包括：锻件成型；锻件十字内孔堆焊；将工件进行取样解剖，解剖剖开；依次对取样工件进行超声波检验、磁粉检验、低倍检验、金相检验、扫描电镜分析、化学成分检验；若磁粉检测、低倍检验发现内孔表面和内部局部区域存在多条裂纹显示，应查找焊接工艺；若金相和扫描电镜分析缺陷形貌，均发现内孔表面上或近表面下局部区域存在孔洞、线形缺陷，且线形缺陷和孔洞串联在一起，表明锻件中心区域致密性不好，应查找钢厂工艺；若十字内孔壁焊接后产生的缺陷，属于综合性原因所至，应查找材料致密性、焊接预热、焊接保温或回火及时性。本发明具有很好的生产指导意义。

Description

锻件十字内孔堆焊后内壁裂纹的检测及原因判断方法
技术领域
本发明涉及一种锻件十字内孔堆焊后内壁裂纹的检测及原因判断方法，属于锻件检测的技术领域。
背景技术
材料为AISI 4130,原材料选用Φ600mm连铸坯，冶炼方式为EAF+LF+RH。锻坯下料(下料单重 1800kg)，在5t电液锤上通过镦粗拔长的组合锻造方式锻成520*410*980的实心方块，总锻造比7： 1，锻件数量计5件；
锻后进行机加工，机加工规格尺寸Φ494/Φ90*956的尺寸。粗加工锻件经超声波检验合格后转热处理做Q+T热处理，热处理具体参数为奥氏体化(870℃保温300Min)—淬火(水冷)—回火(670℃保温600Min后空冷)；
锻件体积庞大，属于一体成型结构，为了特定的使用需求，比如流体导通，锻件一面冲压热锻出十字交叉通孔，热处理后精加工成型，在十字交叉通孔处堆焊。堆焊材料为镍基625合金，堆焊后渗透检测，观察焊缝处的裂纹分布及形貌，裂纹主要沿轴向分布。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明提供一种锻件十字内孔堆焊后内壁裂纹的检测及原因判断方法，其具体技术方案如下：
锻件十字内孔堆焊后内壁裂纹的检测方法，具体包括以下步骤：
步骤1：锻件成型：选取连铸坯作为原料下料，原料经过多次镦粗拔长形成实心方块，将实心方块进行机加工，形成十字内孔，超声波检验合格后转热处理做淬火Q+回火T热处理；
步骤2：锻件十字内孔堆焊：在步骤1得到的锻件十字内孔堆焊；
步骤3：解剖取样：将工件进行取样解剖，解剖剖开，依次命名为：盲孔开口侧为1号位，分四个区域，编号A1、B1、C1及D1，盲孔底侧为2号位，分四个区域，编号A2、B2、C2及D2，横向低倍、金相、扫描电镜及光谱试样取样情况：将工件用锯床切割，用磁粉检测内孔表面,仅发现C2区域存在裂纹，取缺陷处的金相、扫描电镜试样，编号为S1#、S2#及S3#，另光谱试样一块，无编号，和横向低倍试样一块，编号C2H；用磁粉检测内孔表面,若发现某区域存在裂纹，取缺陷处的金相、扫描电镜试样，编号为S4#、S5#及S6#，另横向低倍试样一块，编号C1H，两头横向低倍取样情况：将A1、D1区域，靠近内孔堆焊附近用锯床切割，低倍取样编号为A1H、D1H；将A2、D2区域，靠近内孔堆焊附近用锯床切割，低倍取样编号为A2H、D2H，纵向低倍取样情况：将C2区域，靠近内孔表面下方20mm处用锯床切割，低倍取样编号为C2Z；
步骤3：试样检测：依次对取样工件进行超声波检验、磁粉检验、低倍检验、金相检验、扫描电镜分析、化学成分检验；
步骤4：结果分析：若磁粉检测、低倍检验发现内孔表面和内部局部区域存在多条裂纹显示，应查找焊接工艺；
若金相和扫描电镜分析缺陷形貌，均发现内孔表面上或近表面下局部区域存在孔洞、线形缺陷，且线形缺陷和孔洞串联在一起，表明锻件中心区域致密性不好，应查找钢厂工艺；
若十字内孔壁焊接后产生的缺陷，属于综合性原因所至，应查找材料致密性、焊接预热、焊接保温或回火及时性。
进一步的，所述步骤1锻件成型的具体过程为：材料为AISI 4130,原材料选用Φ600mm连铸坯下料，下料单重1750kg，原材料化学成份正常，在5t电液锤上通过镦粗拔长的组合锻造方式达到锻造比7：1，锻件为520*410*980的实心方块，锻后机加工达到Φ494/Φ90*956的尺寸，并经超声波检验合格后转热处理做淬火Q+回火T热处理，热处理具体参数为奥氏体化—淬火—回火，其中奥氏体化处理为870℃保温300Min，淬火选用水冷方式，回火处理为685℃保温450Min后空冷，冶炼方式为EAF+LF+RH+CCM。
进一步的，所述锻件采用超声波直探头检测；然后内孔进行磁粉经验，经过磁粉检验能够直观看到内孔壁表面磁痕，选取磁痕位置取出金相试样，测定裂纹的长度。
进一步的，所述低倍检验前需将锻件试样经刨、磨机加工后，在70℃的1:1工业盐酸水溶液中腐蚀25分钟，宏观观察，测定裂缝长度。
进一步的，依次对编号为S1#～S6#试样进行金相检验，取试样带有裂缝的部位进行金相检验，测定裂缝中是否有夹杂物，裂缝周边是否存在粗细不等夹杂及成网状分布点状氧化物，侵蚀后，组织形态，是否存在组织偏析，裂缝处组织有无脱碳，取不同放大倍数下的裂纹形貌图。
进一步的，所述金相检验过程中前将试样经4％硝酸酒精腐蚀后观察金相试样。
进一步的，所述电镜检测为：锻件在其精加工的内孔表面发现诸多探伤缺陷，选取其中编号为 S1、S2、S3、S4、S6一共5个样品开展检测分析，将S1样品使用机械方法将裂纹人为打开，打开后，断口呈黑色，是因为被氧化物严重覆盖所致，扫描电镜下观察断口；
将S4、S6的圆弧加工面用百洁布蘸酒精擦拭，去除表面附着的外来污染物，并用超声波清洗后，在扫描电镜下观察。
进一步的，所述化学成分检验采用ARL 4460直读光谱仪，按照ASTM E415标准检测，基体面的化学成分光谱分析。
本发明的有益效果是：
本发明经过对锻件检测，逐一排查形成裂纹的可能原因，具有很好的生产指导意义。
焊接试验内孔表面缺陷不合格的原因较多，依次为锻件强度、致密性、焊接预热、焊接保温或回火及时。试样的显微组织晶粒度较粗，且组织为贝氏体加回火索氏体，组织偏析严重，组织主要是贝氏体。结合低倍和金相检验结果，组织偏析和粗晶是形成双相共存缺陷组织主要原因；由此可见，连铸坯铸态组织中的树枝晶偏析程度较严重，在正常锻造工艺情况下仍不能消除锻件中的枝晶偏析。铸态组织中存在严重的树枝晶偏析和粗晶，主要与浇铸温度过高、浇铸速度快和铸锭的冷却速度过慢等因素有关。
焊接预热是防止冷裂纹、热裂纹和热影响区出现淬硬组织的有效措施。当焊接低合金钢的刚度较大的构件时，由于焊缝冷却速度快，容易在焊缝及热影响区产生淬硬组织，从而导致裂纹的产生。所以对焊件必须进行预热。预热能达到减慢冷却速度的目的，可以防止焊缝产生裂纹。对拘束大的C 区域的堆焊区进行焊接时，由于急冷急热，会在接头区产生收缩应力，从而引起裂纹。焊前对堆焊区进行预热，就可以减小收缩应力，防止裂纹的产生。
焊后热处理的目的有三个：消氢、消除焊接应力、改善焊缝组织和综合性能。消应力热处理是使焊好的产品在高温状态下，其屈服强度下降，来达到松弛焊接应力的目的。常用的方法有两种：一是整体高温回火，即把焊件的整体放入加热炉内，缓慢加热到一定温度，然后保温一段时间，而后在空气中或炉内冷却。用这种方法可以消除80％-90％的焊接应力。另一种方法是局部高温回火，即只对焊缝及其附近区域进行加热，然后缓慢的冷却，降低焊接应力的峰值，使应力分布比较平缓，起到部分消除焊接应力的目的。
附图说明
图1 焊接后锻件十字内孔壁处裂纹，
图2 工件剖开示意图，
图3a 工件横向低倍、金相、扫描电镜及光谱取样示意图，
图3b 工件横向低倍的金相、扫描电镜取样示意图，
图3c 工件纵向低倍的金相、扫描电镜取样示意图，
图4 精加工产品示意图，
图5 超声波无缺陷反射波形，
图6 C1内孔壁表面磁痕，
图7 C1内孔焊接附近表面磁痕，
图8 C2内孔壁表面磁痕，
图9 C2内孔焊接附近表面磁痕，
图10 1#磁粉探伤宏观形貌，
图11 2#、3#磁粉探伤宏观形貌，
图12 4#磁粉探伤宏观形貌，
图13 5#、6#磁粉探伤宏观形貌，
图14 低倍宏观形貌，
图15 低倍宏观形貌及断续裂纹的放大形貌，
图16 A1H、A2H的低倍宏观形貌，
图17 D1H、D2H的低倍宏观形貌，
图18 C2Z纵向低倍宏观形貌，
图19 低倍断续裂纹的放大形貌，
图20 1#试样裂纹形貌，
图21 2#号试样缺陷形貌100X，
图22 2#号试样缺陷形貌200X，
图23 2#号试样缺陷形貌100X，
图24 2#号试样缺陷形貌100X，
图25 2#号试样缺陷形貌500X，
图26 2#号试样缺陷形貌1000X，
图27 2#号试样组织形貌100X，
图28 2#号试样组织形貌500X，
图29 2#号试样组织形貌100X，
图30 2#号试样组织形貌500X，
图31 2#号试样组织形貌200X，
图32 3#号试样裂纹缺陷形貌50X，
图33 3#号试样缺陷形貌500X，
图34 3#号试样裂纹中部形貌500X，
图35 3#号试样裂纹尾部形貌500X，
图36 3#号试样裂纹根部组织形貌500X，
图37 3#号试样裂纹根部组织形貌500X，
图38 3#号试样裂纹尾部组织形貌500X，
图39 4#试样裂纹缺陷形貌50X，
图40 4#试样缺陷形貌100X，
图41 4#试样裂纹根部形貌500X，
图42 4#试样裂纹尾部形貌500X，
图43 4#试样裂纹组织形貌50X，
图44 4#试样裂纹尾部组织形貌500X，
图45 5#试样裂纹缺陷形貌50X，
图46 5#试样缺陷形貌500X，
图47 5#试样裂纹组织形貌100X，
图48 5#试样裂纹组织形貌500X，
图49 6#试样裂纹形貌50X，
图50 6#试样裂纹组织形貌50X，
图51 6#试样裂纹组织形貌500X，
图52 D1#号式样缺陷形貌100X，
图53 D1#号式样缺陷形貌500X，
图54 D1#号式样缺陷形貌100X，
图55 D1#号式样缺陷形貌500X，
图56 D1#号式样组织形貌100X，
图57 D1#号式样组织形貌500X，
图58 D1#号式样组织形貌100X，
图59 D1#号式样组织形貌500X，
图60 D2#号式样缺陷形貌50X，
图61 D2#号式样缺陷形貌100X，
图62 D2#号式样缺陷形貌200X，
图63 D2#号式样缺陷处组织形貌50X，
图64 D2#号式样缺陷处组织形貌500X，
图65 D3#号式样缺陷形貌100X，
图66 D3#号式样缺陷形貌500X，
图67 D3#号式样缺陷处组织形貌100X，
图68 M1#号式样缺陷形貌50X，
图69 M1#号式样缺陷形貌50X，
图70 M1#号式样缺陷形貌50X，
图71 M1#号式样缺陷形貌500X，
图72 M1#号式样缺陷处组织形貌50X，
图73 M1#号式样缺陷处组织形貌50X，
图74 M2#号式样缺陷形貌100X，
图75 M2#号式样缺陷形貌100X，
图76 M2#号式样缺陷处组织形貌500X，
图77 M2#号式样缺陷处组织形貌500X，
图78 M2#号式样缺陷处组织形貌100X，
图79 M3#号式样缺陷处形貌50X，
图80 M3#号式样缺陷处组织形貌50X，
图81 M3#号式样缺陷处组织形貌500X，
图82 M4#号式样缺陷形貌100X，
图83 M4#号式样缺陷形貌100X，
图84 M4#号式样缺陷处形貌100X，
图85 M4#号式样缺陷处组织形貌50X，
图86 M4#号式样缺陷处组织形貌100X，
图87 M5#号式样缺陷处形貌100X，
图88 M5#号式样缺陷处组织形貌100X，
图89 M6#号式样非缺陷处组织形貌500X，
图90 S1、S2、S3、S4、S6样品的电镜测试的样品，
图91 S1打开后的裂纹侧面照片，
图92 S1裂纹打开后断口SEM照片，
图93 S4圆弧加工面上的缺陷SEM照片，
图94 S4圆弧加工面上的缺陷SEM照片，
图95 S6圆弧加工面上的缺陷SEM照片，
图96 S6圆弧加工面上的缺陷SEM照片，
图97 S3 EDS分析区域，
图98 S3 EDS分析图谱，
图99 S4 EDS分析区域，
图100 S4 EDS分析图谱，
图101 S6 EDS分析区域，
图102 S6 EDS分析图谱，
图103 D2、M3样品，
图104 D2 SEM照片27×，
图105 D2 SEM照片100×，
图106 D2 SEM照片100×(与图105位置不同)，
图107 D2 SEM照片500×，
图108 D2 SEM照片500×(与图107位置不同)，
图109 M3 SEM照片30×，
图110 M3 SEM照片100×，
图111 M3 SEM照片100×(与图110位置不同)，
图112 M3 SEM照片500×，
图113 M3 SEM照片500×(与图112位置不同)，
图114 M3 SEM照片500×，
图115 D2 EDS分析区域20kV 500×，
图116 EDS分析图谱，
图117 M3 EDS分析区域20kV 500×，
图118 EDS分析图谱。
具体实施方式
1、下面针对焊接后报告锻件十字内孔壁裂纹进行分析，渗透检测发现多处裂纹缺陷显示，裂纹缺陷显示方向主要为轴向分布，4130工件实物缺陷见图1所示。材料为AISI4130,原材料选用Φ600mm 连铸坯下料(下料单重1750kg)，原材料化学成份正常，在5t电液锤上通过镦粗拔长的组合锻造方式达到锻造比7：1，锻件为520*410*980的实心方块，锻后机加工达到Φ494/Φ90*956的尺寸，并经超声波检验合格后转热处理做Q+T热处理，热处理具体参数为奥氏体化(870℃保温300Min)—淬火(水冷)—回火(680℃保温450Min后空冷)。冶炼方式为EAF+LF+RH+CCM。该锻件存在十字孔内壁裂纹，参见图1。
2、解剖取样
将工件进行取样解剖，解剖剖开图示意如图2所示，盲孔开口侧为1号位(分四个区域，编号 A1、B1、C1及D1)，盲孔底侧为2号位(分四个区域，编号A2、B2、C2及D2)。横向低倍、金相、扫描电镜及光谱试样取样情况：将工件用锯床切割，详见图3a左侧图所示，用磁粉检测内孔表面,仅发现C2区域存在裂纹，取缺陷处的金相、扫描电镜试样，编号为S1#、S2#及S3#，另光谱试样一块 (无编号)和横向低倍试样一块(编号C2H)；见图3a右侧图所示，用磁粉检测内孔表面,仅发现 C1区域存在裂纹，取缺陷处的金相、扫描电镜试样，编号为S4#、S5#及S6#，另横向低倍试样一块 (编号C1H)。两头横向低倍取样情况：将A1、D1区域，靠近内孔堆焊附近用锯床切割，低倍取样编号为A1H、D1H；将A2、D2区域，靠近内孔堆焊附近用锯床切割，低倍取样编号为A2H、D2H。纵向低倍取样情况：将C2区域，靠近内孔表面下方20mm处用锯床切割，低倍取样编号为C2Z。
横向低倍的金相、扫描电镜取样示意图见图3b所示，取缺陷处的金相、扫描电镜试样，编号为 M1#、M2#、M3#、M4#、M5#及M6#；纵向低倍的金相、扫描电镜取样示意图见图3c所示，取缺陷处的金相、扫描电镜试样，编号为D1#、D2#及D3#。
3、超声波检验
对退回的精加工产品(见图4所示)，进行超声波直探头检测未发现缺陷反射显示。A型超声波无缺陷反射波形见图5所示。
4、磁粉检验
经磁粉探伤检测，盲孔开口侧为1号位C1内孔壁表面磁痕显示，多处裂纹长度约1-2mm，见图 6所示；盲孔开口侧为1号位C1内孔焊接附近表面磁痕显示，裂纹长度约18mm左右，见图7所示；盲孔底侧为2号位C2内孔壁表面磁痕显示，多处裂纹长度约1-2mm，见图8所示；盲孔底侧为2号位C2内孔焊接附近表面磁痕显示，裂纹长度约10mm左右，见图9所示。
对盲孔底侧为2号位C2内孔壁表面选择二处裂纹严重位置取出金相试样，试样编号1#缺陷长度为8mm，见图10所示；试样编号2#、3#缺陷长度为10mm，见图11所示。对盲孔开口侧为1号位 C1内孔壁表面选择二处裂纹严重位置取出金相试样，试样编号4#缺陷长度为10mm，见图12所示；试样编号5#、6#缺陷长度为20mm，见图13所示。
5、低倍检验结果
锻件低倍横向试样经刨、磨机加工后，在70℃的1:1工业盐酸水溶液中腐蚀25分钟。低倍检验执行标准为ASTM E381-2017，按照该标准评级方法对低倍试样进行评定，C1H和C2H试样低倍检验结果均相同，依次为：次表层分布缺陷(Subsurface Condition)＜1级、任意分布缺陷(Random Condition)＜1级、中心偏析缺陷(Center Segregation)不评级，见图14所示。肉眼观察，低倍组织较致密，但是试样酸浸面可见中间区域沿对角方向存在裂纹，从内孔开始，断续分布，裂纹长度大约 100mm左右，见图15所示。断续裂纹的放大形貌见图15右侧所示，由图15右侧可知，断续裂纹形貌与内孔发现裂纹缺陷相符合。
A1H、A2H和D1H、D2H横向试样低倍检验结果均相同，依次为：次表层分布缺陷(Subsurface Condition)＜1级、任意分布缺陷(Random Condition)＜1级、中心偏析缺陷(Center Segregation) 不评级，见图16、17所示。
对C2内孔表面下方20mm处锯切纵断面进行低倍检验，C2Z低倍试样宏观形貌见图18所示；试样表面低倍断续裂纹的放大形貌见19所示，纵向试样表面有一条贯穿裂纹，断断续续，裂纹长度大约120mm左右。
6、金相检验
6.1金相S1#试样检验
1#试样基体表面存在一条裂缝，长度约4.2mm，肉眼可见。裂纹内未见夹杂物，裂纹周边存在有氧化铁，见图20所示。侵蚀后发现裂纹处组织无脱碳。其基体组织同2#试样。
6.2金相S2#试样检验
2#号试样表面存在较多孔洞，孔洞内未见夹杂，孔洞附近分布有较多粗细不等夹杂及成网状分布点状氧化物，见图21至26所示。腐蚀后组织为贝氏体加回火索氏体，且组织偏析严重，见图27、图28所示。缺陷处组织无脱碳，见图29-31所示。
6.3金相S3#试样检验
3#号试样表面夹杂物分布与2#号试样相似，但3#试样基体表面存在裂纹，长度约3.5mm,见图32 所示，裂纹内充满氧化铁，见图33-35所示。侵蚀后发现，裂纹处组织无脱碳，见图36-38所示。基体组织同2#试样。
6.4金相S4#试样检验
4#试样表面夹杂物分布与2#号试样相似。4#号试样端面侧表面存在裂纹，裂纹沿着内孔面一侧向内扩展，最深处约1.65mm，形貌见图39、40所示。裂纹内未见夹杂物，裂纹内充满氧化铁，见图 41、42所示。侵蚀后发现，裂纹处组织无脱碳，见图43、44所示。基体组织同2#试样。
6.5金相S5#试样检验
5#试样基体表面存在孔洞裂纹，长度约0.62mm,见图45所示。缺陷内未见夹杂物，但周边存在点状氧化物，见图46所示。侵蚀后发现，裂纹处组织无脱碳，见图47、48所示。其基体组织同2# 试样。
6.6金相S6#试样检验
6#试样基体表面存在孔洞裂纹，长度约1.38mm，缺陷末端内可见少量夹杂物，裂纹周边存在点状氧化物，见图49所示。侵蚀后发现，裂纹处组织无脱碳，见图50、51所示。其基体组织同2#试样。
6.7金相D1#试样检验(纵向酸侵试样上取金相样)
D1#号式样表面有深约0.03mm凹坑，凹坑内未见夹杂，其延长线附近存在夹杂、裂纹、孔洞；裂纹内可见夹杂物，附近分布有较多点状夹杂。见图52至55所示。腐蚀后缺陷处组织无脱碳。基体组织不均匀为贝氏体加回火索氏体，见图56、57所示；局部为索氏体加贝氏体加铁素体。缺陷处组织多为回火索氏体加贝氏体加铁素体区，见图58、59所示。
6.8金相D2#试样检验(纵向酸侵试样上取金相样)
D2#号式样表面裂纹呈间断型沿着端面一侧向内扩展，最深处距表面约3.8mm，裂纹内未见夹杂物，形貌见图60所示。基体表面也存在孔洞裂纹，其内未见夹杂物，周边存在较多点状夹杂呈发散型，见图61、62所示。侵蚀后发现裂纹无脱碳，见图63所示。其基体组织同D1#号式样。缺陷处组织多为回火索氏体加贝氏体加铁素体，见图64所示。
6.9金相D3#试样检验(纵向酸侵试样上取金相样)
D3#号式样基体存在孔洞缺陷，孔洞内可见夹杂物，孔洞附近分布有较多粗细不等点状夹杂，见图65、66所示。其基体组织同D1#式样。缺陷处组织多为回火索氏体加贝氏体加铁素体，见图67所示。
6.10金相M1#试样检验(横向酸侵试样上取金相样)
M1#号式样基体内存在孔洞、裂纹、夹杂物缺陷，见图68至71所示。经4％硝酸酒精腐蚀后，缺陷处组织无脱碳；基体组织不均匀，显示为贝氏体加回火索氏体，局部为索氏体加贝氏体加铁素体，缺陷处组织多为回火索氏体加贝氏体加铁素体，见图72、73所示。
6.11金相M2#试样检验(横向酸侵试样上取金相样)
M2#号式样基体内存在孔洞、夹杂物缺陷，见图74、75所示。经4％硝酸酒精腐蚀后，缺陷处组织无脱碳，基体组织不均匀为贝氏体加回火索氏体，见图76所示；局部为索氏体加贝氏体加铁素体，见图77所示。缺陷处组织多为回火索氏体加贝氏体加铁素体，见图78所示。
6.12金相M3#试样检验(横向酸侵试样上取金相样)
M3#号式样基体内存在孔洞、裂纹、夹杂物缺陷，见图79所示。经4％硝酸酒精腐蚀后，基体组织同M2#式块；缺陷处组织无脱碳，为回火索氏体加贝氏体加铁素体，见图80、81所示。
6.13金相M4#试样检验(横向酸侵试样上取金相样)
M4#号式样基体内存在孔洞、裂纹、夹杂物缺陷，见图82至84所示。经4％硝酸酒精腐蚀后，其基体组织同M2#式块；缺陷处组织多为回火索氏体加贝氏体加铁素体，见图85、86所示。
6.14金相M5#试样检验(横向酸侵试样上取金相样)
M5#号式样基体内存在孔洞、夹杂物缺陷，见图87所示。经4％硝酸酒精腐蚀后，其基体组织同M2#式块(铁素体含量略少)，见图88所示。
6.15金相M6#试样检验(横向酸侵试样上取金相样)
M6#号式样基体内无明显缺陷。经4％硝酸酒精腐蚀后，基体组织不均匀，显示为回火索氏体加少量贝氏体，见图89所示。
7扫描电镜分析
7.1锻件内孔表面缺陷分析
4130的锻件，在其精加工的内孔表面发现诸多探伤缺陷，选取其中编号为S1、S2、S3、S4、S6 一共5个样品开展相关检测分析，5个样品的金相照片见图90所示。
将S1样品使用机械方法将裂纹人为打开，打开后的照片如图91所示，断口呈黑色，是因为被氧化物严重覆盖所致，扫描电镜下观察断口，虽然断口在打开后经过了去氧化层处理，但是断口形貌仍然难以分辨，观察不到裂纹起源、断裂机理等特征，见图92所示。
将S4、S6的圆弧加工面用百洁布蘸酒精擦拭，去除表面附着的外来污染物，并用超声波清洗后，在扫描电镜下观察，均发现表面上局部区域存在孔洞、线形缺陷，且线形缺陷和孔洞串联在一起，S4 发现有大块状夹杂物，见图93～96所示。
7.2锻件内孔表面缺陷EDS分析
EDS分析为半定量分析，具体数据见表3所示。
表3 EDS数据
样品名称
Sample Name检测位置
Figure RE-GDA0002688866950000111
Figure RE-GDA0002688866950000121
7.3锻件的纵横向低倍的扫描电镜试样
4130锻件的C1和C2区域，横向低倍和纵向低倍的金相位置见图3b和图3c所示，选取其中编号为D2、M3共2个样品开展扫描检测分析，2个样品的取样照片见图103所示。
7.4锻件的纵横向低倍的扫描电镜分析
在扫描电镜下观察，均发现抛光表面上有孔洞、裂纹和夹杂物，见图104～114所示。
7.5锻件的纵横向低倍的EDS分析
EDS分析为半定量分析，具体数据见表4所示。
表4 EDS数据
Figure RE-GDA0002688866950000122
8、化学成分检验
采用ARL 4460直读光谱仪，按照ASTM E415标准检测，基体面的化学成分光谱分析结果见表5 所示，化学成分符合技术条件要求。
表5基体面化学成分分析结果
Figure RE-GDA0002688866950000123
Figure RE-GDA0002688866950000131
9、结果分析
工件内孔经焊接后，出现大量内孔表面缺陷，经磁粉检测可见多条1-20mm裂纹磁痕显示。超声波直探头检测未发现缺陷波反射。焊接产品中心区域的横向低倍宏观检验，酸浸面可见中间区域沿对角方向存在裂纹，从内孔开始，断续分布，裂纹长度大约100mm左右，断续裂纹形貌与内孔发现裂纹缺陷相符合；焊接产品两端头区域的横向低倍宏观检验，酸浸面试样表面未见异常；说明裂纹只存在于产品中心区域内孔壁表面或近表面附近。
内孔表面的金相试样检验，大量的内孔表面裂纹内未见夹杂物，裂纹周边存在有氧化铁，侵蚀后发现裂纹处组织无脱碳；裂纹沿着内孔表面一侧向内扩展，深度最大约4.2mm裂纹，试样组织为贝氏体+索氏体且组织不均匀。纵向酸侵试样上金相试样，裂纹内大多未见夹杂物；腐蚀后缺陷处组织无脱碳，基体组织为贝氏体+索氏体，且组织存在较严重偏析。横向酸侵试样上金相试样，同纵向酸侵试样上金相试样结果。
扫描电镜分析内孔表面缺陷试样形貌，均发现内孔表面上局部区域存在孔洞、线形缺陷，且线形缺陷和孔洞串联在一起，其中发现一块试样上大块状夹杂物，夹杂物组成元素为Ca、Mg、Al，属于保护渣或耐火材料所致。锻件的纵横向低倍的扫描电镜试样，均发现抛光表面上有孔洞、裂纹，与内孔表面缺陷试样特征相同。
焊接试验内孔表面缺陷不合格的原因较多，依次为锻件强度、致密性、焊接预热、焊接保温或回火及时。试样的显微组织晶粒度较粗，且组织为贝氏体加回火索氏体，组织偏析严重，组织主要是贝氏体。结合低倍和金相检验结果，组织偏析和粗晶是形成双相共存缺陷组织主要原因；由此可见，连铸坯铸态组织中的树枝晶偏析程度较严重，在正常锻造工艺情况下仍不能消除锻件中的枝晶偏析。铸态组织中存在严重的树枝晶偏析和粗晶，主要与浇铸温度过高、浇铸速度快和铸锭的冷却速度过慢等因素有关。
焊接预热是防止冷裂纹、热裂纹和热影响区出现淬硬组织的有效措施。当焊接低合金钢的刚度较大的构件时，由于焊缝冷却速度快，容易在焊缝及热影响区产生淬硬组织，从而导致裂纹的产生。所以对焊件必须进行预热。预热能达到减慢冷却速度的目的，可以防止焊缝产生裂纹。对拘束大的C 区域的堆焊区进行焊接时，由于急冷急热，会在接头区产生收缩应力，从而引起裂纹。焊前对堆焊区进行预热，就可以减小收缩应力，防止裂纹的产生。
焊后热处理的目的有三个：消氢、消除焊接应力、改善焊缝组织和综合性能。消应力热处理是使焊好的工件在高温状态下，其屈服强度下降，来达到松弛焊接应力的目的。常用的方法有两种：一是整体高温回火，即把焊件整体放入加热炉内，缓慢加热到一定温度，然后保温一段时间，较后在空气中或炉内冷却。用这种方法可以消除80％-90％的焊接应力。另一种方法是局部高温回火，即只对焊缝及其附近区域进行加热，然后缓慢冷却，降低焊接应力的峰值，使应力分布比较平缓，起到部分消除焊接应力的目的。
10、结论
焊接后锻件十字内孔壁表面，磁粉检测、低倍宏观检验、金相和扫描电镜微观检验发现多处裂纹，经分析为焊接应力和材料疏松孔洞所至。工件内孔壁径向的宏观裂纹不属于热处理的调质缺陷，应是焊接过程中产生的缺陷。建议重点加强以下过程。
1.磁粉检测、低倍宏观检验发现内孔表面和内部局部区域存在多条裂纹显示，应查找焊接工艺；
2.金相和扫描电镜分析缺陷形貌，均发现内孔表面上或近表面下局部区域存在孔洞、线形缺陷，且线形缺陷和孔洞串联在一起，表明锻件中心区域致密性不好，应查找钢厂工艺；
3.十字内孔壁焊接后产生的缺陷，属于综合性原因所至，应查找材料致密性、焊接预热、焊接保温或回火及时性。

Claims (8)

1.锻件十字内孔堆焊后内壁裂纹的检测及原因判断方法，其特征在于：具体包括以下步骤：
步骤1：锻件成型：选取连铸坯作为原料下料，原料经过多次镦粗拔长形成实心方块，将实心方块进行机加工，形成十字内孔，超声波检验合格后转热处理做淬火Q+回火T热处理；
步骤2：锻件十字内孔堆焊：在步骤1得到的锻件十字内孔堆焊；
步骤3：解剖取样：将工件进行取样解剖，解剖剖开，依次命名为：盲孔开口侧为1号位，分四个区域，编号A1、B1、C1及D1，盲孔底侧为2号位，分四个区域，编号A2、B2、C2及D2，横向低倍、金相、扫描电镜及光谱试样取样情况：将工件用锯床切割，用磁粉检测内孔表面, 仅发现C2区域存在裂纹，取缺陷处的金相、扫描电镜试样，编号为S1#、S2#及S3#，另光谱试样一块，无编号，和横向低倍试样一块，编号C2H；用磁粉检测内孔表面, 若发现某区域存在裂纹，取缺陷处的金相、扫描电镜试样，编号为S4#、S5#及S6#，另横向低倍试样一块，编号C1H，两头横向低倍取样情况：将A1、D1区域，靠近内孔堆焊附近用锯床切割，低倍取样编号为A1H、D1H；将A2、D2区域，靠近内孔堆焊附近用锯床切割，低倍取样编号为A2H、D2H，纵向低倍取样情况：将C2区域，靠近内孔表面下方20mm处用锯床切割，低倍取样编号为C2Z；
步骤3：试样检测：依次对取样工件进行超声波检验、磁粉检验、低倍检验、金相检验、扫描电镜分析、化学成分检验；
步骤4：结果分析：若磁粉检测、低倍检验发现内孔表面和内部局部区域存在多条裂纹显示，应查找焊接工艺；
若金相和扫描电镜分析缺陷形貌，均发现内孔表面上或近表面下局部区域存在孔洞、线形缺陷，且线形缺陷和孔洞串联在一起，表明锻件中心区域致密性不好，应查找钢厂工艺；
若十字内孔壁焊接后产生的缺陷，属于综合性原因所至，应查找材料致密性、焊接预热、焊接保温或回火及时性。
2.根据权利要求1所述的锻件十字内孔堆焊后内壁裂纹的检测及原因判断方法，其特征在于：所述步骤1锻件成型的具体过程为：材料为AISI 4130,原材料选用Φ600mm连铸坯下料，下料单重1750kg，原材料化学成份正常，在5t电液锤上通过镦粗拔长的组合锻造方式达到锻造比7：1，锻件为512*410*978的实心方块，锻后机加工达到Φ494/Φ90*956的尺寸，并经超声波检验合格后转热处理做淬火Q+回火T热处理，热处理具体参数为奥氏体化—淬火—回火，其中奥氏体化处理为870℃保温300Min，淬火选用水冷方式，回火处理为685℃保温450Min后空冷，冶炼方式为EAF+LF+RH+CCM。
3.根据权利要求1所述的锻件十字内孔堆焊后内壁裂纹的检测及原因判断方法，其特征在于：所述锻件采用超声波直探头检测；然后内孔进行磁粉经验，经过磁粉检验能够直观看到内孔壁表面磁痕，选取磁痕位置取出金相试样，测定裂纹的长度。
4.根据权利要求1所述的锻件十字内孔堆焊后内壁裂纹的检测及原因判断方法，其特征在于：所述低倍检验前需将锻件试样经刨、磨机加工后，在70℃的1:1工业盐酸水溶液中腐蚀25分钟，宏观观察，测定裂缝长度。
5.根据权利要求1所述的锻件十字内孔堆焊后内壁裂纹的检测及原因判断方法，其特征在于：依次对编号为S1#~ S6#试样进行金相检验，取试样带有裂缝的部位进行金相检验，测定裂缝中是否有夹杂物，裂缝周边是否存在粗细不等夹杂及成网状分布点状氧化物，侵蚀后，组织形态，是否存在组织偏析，裂缝处组织有无脱碳，取不同放大倍数下的裂纹形貌图。
6.根据权利要求1所述的锻件十字内孔堆焊后内壁裂纹的检测及原因判断方法，其特征在于：所述金相检验过程中前将试样经4%硝酸酒精腐蚀后观察金相试样。
7.根据权利要求1所述的锻件十字内孔堆焊后内壁裂纹的检测及原因判断方法，其特征在于：所述电镜检测为：锻件在其精加工的内孔表面发现诸多探伤缺陷，选取其中编号为S1、S2、S3、S4、S6一共5个样品开展检测分析，将S1样品使用机械方法将裂纹人为打开，打开后，断口呈黑色，是因为被氧化物严重覆盖所致，扫描电镜下观察断口；
将S4、S6的圆弧加工面用百洁布蘸酒精擦拭，去除表面附着的外来污染物，并用超声波清洗后，在扫描电镜下观察。
8.根据权利要求1所述的锻件十字内孔堆焊后内壁裂纹的检测及原因判断方法，其特征在于：所述化学成分检验采用ARL 4460直读光谱仪，按照ASTM E415标准检测，基体面的化学成分光谱分析。
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