CN114002391B - 焊接填充材料凝固裂纹敏感性评价方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种焊接填充材料凝固裂纹敏感性评价方法及装置，其中方法包括如下步骤：S1：切取获得焊接上试板和焊接下试板；S2：对焊接上试板和焊接下试板进行清洗；S3：将上试板和下试板搭接，并采用待测焊接填充材料对焊接上试板和焊接下试板进行焊接，焊接的同时使焊接下试板相对焊接上试板运动，运动方向与焊接方向呈一定角度；S4：记录下运动速度、焊缝长度和凝固裂纹长度，并计算出凝固裂纹长度与焊缝长度的比值，得到裂纹率；S5：改变运动速度，重复步骤S2至S4，直至获得裂纹率由0至1对应的运动速度区间；S6：绘制运动速度与裂纹率之间的关系图。上述方法能评价焊接填充材料的凝固裂纹敏感性，为焊接工艺的优化提供依据。
Description
技术领域
本发明涉及焊接填充材料测试领域，特别涉及一种焊接填充材料凝固裂纹敏感性评价方法。
背景技术
在焊接过程中，凝固裂纹是一种常见的焊接缺陷，特别对于奥氏体不锈钢，铝合金等材料尤为严重。研究证明了：焊接时，使用填充材料，可以改变焊缝的化学成分，对凝固裂纹的形成产生重要的影响。因此，对焊接填充材料开展凝固裂纹敏感性评价，一方面能够指导焊接工艺的制定，优化焊接工艺参数，另一方面对于开发新的焊接填充材料也具有重要的意义和参考价值。
现有技术仅有对材料本身的热裂纹敏感性进行评价，难以区分热裂纹为凝固裂纹、液化裂纹还是高温失延裂纹，且无法评价长直形式的焊缝。
发明内容
发明目的：本发明的目的是提出一种焊接填充材料凝固裂纹敏感性评价方法，可以实现对焊接填充材料的凝固裂纹敏感性进行评价。
本发明的另一目的是提出一种可以实施上述评价方法的焊接填充材料凝固裂纹敏感性评价装置。
技术方案：本发明所述的焊接填充材料凝固裂纹敏感性评价方法，包括如下步骤：
S1：从板材上切取获得焊接上试板和焊接下试板；
S2：对焊接上试板和焊接下试板进行清洗；
S3：将焊接上试板和焊接下试板搭接，并采用待测焊接填充材料对焊接上试板和焊接下试板进行焊接，焊接的同时使焊接上试板或焊接下试板相对焊接下试板或焊接上试板运动，运动方向与焊接方向呈一定角度；
S4：记录下运动速度、焊缝长度和凝固裂纹长度，并计算出凝固裂纹长度与焊缝长度的比值，得到裂纹率；
S5：改变运动速度，并从步骤S1中相同的板材上切取相同尺寸的焊接上试板和焊接下试板，重复步骤S2至S4，直至获得裂纹率由0至1对应的运动速度区间；
S6：绘制运动速度与裂纹率之间的关系图。
进一步的，在步骤S3中，运动速度包括两段，第一段速度为固定值，在步骤S5中仅改变第二段速度，第二段速度始终小于第一段速度。
进一步的，在步骤S5中，运动速度区间的最小值为使裂纹率为0的所有运动速度值中的最大值，运动速度的最大值为使裂纹率等于1的所有运动速度值中的最小值。
进一步的，在步骤S1中，采用激光切割获取焊接上试板和焊接下试板，并对焊接上试板和焊接下试板的切边使用铣床再加工。
进一步的，第一段速度的范围为0.5～0.7mm/s，第一段速度的运动距离范围为7～9mm。
进一步的，在步骤S3至S6中，运动方向与焊接方向垂直。
进一步的，在步骤S3中，焊接的焊缝长度不小于40mm。
本发明所述的焊接填充材料凝固裂纹敏感性评价方法，包括平台及设置于平台上的线性驱动机构和焊接装置，所述平台上设有用于固定焊接上试板的固定结构，所述线性驱动机构用于驱动焊接下试板相对焊接上试板运动，运动方向与焊接方向呈一定角度。
有益效果：与现有技术相比，本发明具有如下优点：可以对焊接填充材料凝固裂纹敏感性进行评价，采用搭接头形式，可以实现对连续长直焊缝的评价。
附图说明
图1为本发明实施例的步骤S3的实施示意图；
图2为本发明实施例的裂纹率的测量计算示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的技术方案作进一步说明。
根据本发明实施例的焊接填充材料凝固裂纹敏感性评价方法，包括如下步骤：
S1：从板材上切取获得焊接上试板和焊接下试板；
S2：对焊接上试板和焊接下试板进行清洗；
S3：将焊接上试板和焊接下试板搭接，并采用待测焊接填充材料对焊接上试板和焊接下试板进行焊接，焊接的同时使焊接上试板或焊接下试板相对焊接下试板或焊接上试板运动，运动方向与焊接方向呈一定角度；
S4：记录下运动速度、焊缝长度和凝固裂纹长度，并计算出凝固裂纹长度与焊缝长度的比值，得到裂纹率；
S5：改变运动速度，并从步骤S1中相同的板材上切取相同尺寸的焊接上试板和焊接下试板，重复步骤S2至S4，直至获得裂纹率由0至1对应的运动速度区间；
S6：绘制运动速度与裂纹率之间的关系图。
通过上述方法，根据获得的运动速度区间来评价焊接填充材料的凝固裂纹敏感性，运动速度中的速度值越高，说明需要更大的变形率来引起裂纹扩展，意味着裂纹越难发生。通过上述方法可以测试焊接填充材料对凝固裂纹的敏感性，为制定焊接工艺提供有价值的依据。
为了实现对试件更好的清洗，在S2中，对上焊接试板和下焊接试板进行化学清洗，去除试件白面的油污、水分等，去除异物对焊接造成的干扰，保证测试结果的准确性。
在本实施例中，为了使试件的切割面无毛刺，降低切口表面的粗糙度，进一步降低对测试准确性的影响，上焊接试板和下焊接试板通过激光切割技术切割获得，并在切割后使用铣床对切边再次加工。上焊接试板和下焊接试板宜为长方形，长度范围在75～210mm，宽度在25～130mm，厚度范围在1.6～3.2mm。
参照图1，在本实施例中，焊接的同时推动下焊接试板运动，下焊接试板的运动方向与焊接方向垂直。实际中可以采用激光焊、钨极氩弧焊或二氧化碳气体保护焊等，实现对不锈钢、镍基合金和碳钢等填充材料的凝固裂纹的敏感性进行评价。以钨极氩弧焊为例，焊枪的钨极底端距离焊接下试板2～3mm，整个焊枪与焊接下试板平面呈60°～70°夹角，钨极的延长线正对着搭接焊缝，送丝嘴与钨极夹角为15°～30°，且焊丝延长线正对钨极下方。焊接电流为100～160A，电弧电压为10～14V，焊接速度为1.2～2mm/s，送丝速度为8～12mm/s，保护气体为氩气或者氦气，气体流量为15～20L/min，提前送气3～8S，焊完气体延时10～15S。焊接时，电弧在距下试板左端大约15mm处建立，约4s后，再按照一定的速度沿试板的左端向右端进行焊接，直至电弧达到距下试板右端大约15mm处，而停止焊接。焊缝长度过小，将导致实验数据误差很大，因此形成的焊缝长度不少于40mm。
参照图2，在本实施例中，焊接下试板相对焊接上试板的运动速度为两段速，在步骤S5中仅改变第二段速度，第一段速度为固定值，第二段速度的值小于第一段速度。相应地，在步骤S4中，焊缝长度Lw和凝固裂纹Lc如图所示，若第一段速度产生的开裂在第二段速度下扩展，则第二段速度对应的区域即为凝固裂纹Lc长度。当Lc/Lw等于0时，即裂纹未扩展开；当Lc/Lw等于1，则说明焊缝出现全开裂。使焊缝恰好未扩展到恰好完全开裂对应的第二段速度值，即为需要的用于评价填充材料敏感性的依据的运动速度区间。实际中，第一段速度应控制在0.5～0.7mm/s，在开始运动越8mm后切换至第二段速度值。开始测量时，第二段预定速度的初始值宜采用一个较小值，如0.1mm/s，每次以梯度0.02mm/s的梯度值逐步增加，直到裂纹率达到1。
如图1所示，本发明实施例所述的焊接填充材料凝固裂纹敏感性评价装置，包括平台及设置于平台上的线性驱动机构和焊接装置2，线性驱动机构用于推动焊接下试板运动。平台上还设有用于固定焊接上试板的固定结构，在本实施例中，为螺纹孔，相应地焊接上试板上设有对应的通孔，焊接试板通过螺栓1固定在平台上。在本实施例中，焊接上试板上设有4个直径为6mm，且与边缘相距8mm的通孔，通过螺栓固定在平台上，并将焊接下试板压在平台上，焊接下试板的前沿伸出焊接上试板的边沿大约18mm，形成搭接接头。为了便于对焊接下饰板的运动速度进行控制，线性驱动机构包括伺服电机，伺服电机通过丝杆副驱动焊接下试板运动。
Claims (8)
1.一种焊接填充材料凝固裂纹敏感性评价方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1：从板材上切取获得焊接上试板和焊接下试板；
S2：对焊接上试板和焊接下试板进行清洗；
S3：焊接上试板上通过螺栓固定在平台上，并将焊接下试板压在平台上；将焊接上试板和焊接下试板搭接，并采用待测焊接填充材料对焊接上试板和焊接下试板进行焊接，焊接的同时使焊接上试板或焊接下试板相对焊接下试板或焊接上试板运动，运动方向与焊接方向呈一定角度；
S4：记录下运动速度、焊缝长度和凝固裂纹长度，并计算出凝固裂纹长度与焊缝长度的比值，得到裂纹率；
S5：改变运动速度，并从步骤S1中相同的板材上切取相同尺寸的焊接上试板和焊接下试板，重复步骤S2至S4，直至获得裂纹率由0至1对应的运动速度区间；
S6：绘制运动速度与裂纹率之间的关系图。
2.根据权利要求1所述的焊接填充材料凝固裂纹敏感性评价方法，其特征在于，在步骤S3中，运动速度包括两段，第一段速度为固定值，在步骤S5中仅改变第二段速度，第二段速度始终小于第一段速度。
3.根据权利要求1所述的焊接填充材料凝固裂纹敏感性评价方法，其特征在于，在步骤S5中，运动速度区间的最小值为使裂纹率为0的所有运动速度值中的最大值，运动速度的最大值为使裂纹率等于1的所有运动速度值中的最小值。
4.根据权利要求1所述的焊接填充材料凝固裂纹敏感性评价方法，其特征在于，在步骤S1中，采用激光切割获取焊接上试板和焊接下试板，并对焊接上试板和焊接下试板的切边使用铣床再加工。
5.根据权利要求2所述的焊接填充材料凝固裂纹敏感性评价方法，其特征在于，第一段速度的范围为0.5～0.7mm/s，第一段速度的运动距离范围为7～9mm。
6.根据权利要求1所述的焊接填充材料凝固裂纹敏感性评价方法，其特征在于，在步骤S3至S6中，运动方向与焊接方向垂直。
7.根据权利要求1所述的焊接填充材料凝固裂纹敏感性评价方法，其特征在于，在步骤S3中，焊接的焊缝长度不小于40mm。
8.一种实施根据权利要求1至7任一项所述的焊接填充材料凝固裂纹敏感性评价方法的装置，其特征在于，包括平台及设置于平台上的线性驱动机构和焊接装置，所述平台上设有用于固定焊接上试板的固定结构，所述线性驱动机构用于驱动焊接下试板相对焊接上试板运动，运动方向与焊接方向呈一定角度。
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