CN114152504A - 一种评价钢板焊接后中心分层倾向的刚性拘束试验装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及钢板的焊接性评价试验方法技术领域，具体涉及一种评价钢板焊接后中心分层倾向的刚性拘束试验装置及方法，装置包括底板、左支撑架、右支撑架、左焊接试板、右焊接试板，底板上设有用于夹持待测钢板的固定部件，左支撑架和右支撑架分别与底板角焊缝焊接，左支撑架和右支撑架分布在待测钢板两侧，左焊接试板一端与左支撑架焊接，右焊接试板一端与右支撑架焊接，左、右焊接试板与待测钢板呈十字型装配，左、右焊接试板与待测钢板为同一材质。本发明简单有效，可在钢板应用前对钢板焊接后中心分层倾向进行评价，避免焊接后钢板厚度中心分层或者裂纹引起报废损失，也能避免焊接零部件结构复杂不易检测出中心分层从而引起工程失效风险。
Description
技术领域
本发明涉及钢板的焊接性评价试验方法技术领域，具体涉及一种评价钢板焊接后中心分层倾向的刚性拘束试验装置及方法。
背景技术
中厚钢板是工程机械装备制造用的原材料，船舶、海工、建筑、桥梁等钢结构制造领域离不开中厚钢板，中厚板在机械应用过程中发挥着重要的作用。随着中厚钢板的大量使用，尤其是高强结构钢，常被用于关键结构受力位置，当高强钢上下表面与其他结构件进行焊接时，两侧受较大拉应力，钢板中心位置出现分层缺陷的风险增加，因其延迟性不易被检测出来。以液压支架为例，高强钢板作为主筋焊接在结构件内部，当构件中的缺陷受到应力集中而发生扩展断裂，对机械服役安全产生极大威胁，可能造成巨大的经济损失。机械装备结构件组装前通常都要经过钢板探伤检测→物料切割→成型加工→焊接装配等过程，当钢板作为结构件主筋时，钢板焊接后，经探伤检测为合格，放置48～72小时甚至更长时间后，钢板厚度方向中心位置发生分层缺陷，只能报废处理，将产生较严重的经济损失。还有一种更为危险的情况，大型零部件焊接后，由于结构复杂，磁粉探伤(MT)或超声波探伤(UT)仅能够检测焊缝及附近位置，其他位置不易探伤检查，加上中心分层的延迟特点，存在检查不出来的可能性，大型工程结构件的安全性存在隐患。
目前没有专门针对焊接后中心分层的评价试验方法，钢板出厂探伤合格，而焊接后仍然发现中心分层，在大型工程结构件生产应用过程中容易引起工期延误、材料浪费、人力消耗等诸多问题，另外应用的安全风险性较高。本发明的目的就是提供一种钢板焊接后中心分层倾向性的评价试验方法。
发明内容
为解决目前没有专门针对焊接后中心分层的评价试验方法的技术问题，本发明提供一种评价钢板焊接后中心分层倾向的刚性拘束试验装置及方法，本发明简单有效，可在钢板应用前对钢板焊接后中心分层倾向进行评价，避免焊接后钢板厚度中心分层或者裂纹引起报废损失，也能避免焊接零部件结构复杂不易检测出中心分层从而引起工程失效风险。
第一方面，本发明提供一种评价钢板焊接后中心分层倾向的刚性拘束试验装置，包括底板、左支撑架、右支撑架、左焊接试板和右焊接试板，底板上设有用于夹持待测钢板的固定部件，左支撑架和右支撑架分别与底板角焊缝焊接，左支撑架和右支撑架分布在待测钢板两侧，左焊接试板一端与左支撑架焊接，右焊接试板一端与右支撑架焊接，左焊接试板、右焊接试板与待测钢板呈十字型装配，左焊接试板、右焊接试板与待测钢板为同一材质。
进一步的，固定部件包括两个间隔平行设置的固定部，固定部由连接板和夹持板组成，连接板安装在底板上，夹持板竖直设置在连接板上，两个固定部之间形成用于放置待测钢板的空间。
进一步的，左支撑架与底板的连接处设有左加强肋板，左支撑架与左加强肋板角焊缝焊接固定；右支撑架与底板的连接处设有右加强肋板，右支撑架与右加强肋板角焊缝焊接固定。
进一步的，待测钢板的厚度为20～120mm，宽度为150～200mm，长度为500～600mm。
进一步的，左焊接试板、右焊接试板的厚度为40～60mm。
第二方面，本发明提供一种评价钢板焊接后中心分层倾向的刚性拘束试验方法，包括如下步骤：
(1)选取两块与待测钢板相同材质的钢板作为左焊接试板和右焊接试板，分别在左焊接试板和右焊接试板的两端加工坡口；
(2)将左焊接试板的一端焊接在左支撑架上，将右焊接试板的一端焊接在右支撑架上，使左焊接试板、右焊接试板与待测钢板呈十字型装配，然后将左支撑架和右支撑架角焊缝焊接固定在底板上，形成对待测钢板的刚性拘束作用；
(3)将待测钢板垂直固定在底板上，待测钢板两侧使用固定部件夹持，对左焊接试板、右焊接试板与待测钢板的对接接头进行全熔透焊接，焊接后放置；
(4)72小时后，对焊接后的待测钢板进行检测。
进一步的，步骤(1)中，左焊接试板一端加工单面V型坡口，另一端加工双面V型坡口；右焊接试板一端加工单面V型坡口，另一端加工双面V型坡口；
步骤(2)中，左焊接试板开有双面V型坡口的一端与左支撑架侧壁以全熔透角焊缝焊接固定，左焊接试板与左支撑架组装成T型接头；右焊接试板开有双面V型坡口的一端与右支撑架侧壁以全熔透角焊缝焊接固定，右焊接试板与右支撑架组装成T型接头；双面V型坡口对称，可降低焊接变形；
步骤(3)中，左焊接试板开有单面V型坡口的一端、右焊接试板开有单面V型坡口的一端分别采用对称式对接接头形式与待测钢板焊接固定，左焊接试板的下表面、右焊接试板的下表面分别与待检测钢板角焊缝固定，设计单面V型坡口，目的在于焊接试板与待测钢板达到更好的熔合。
进一步的，单面V型坡口角度为30～45°，双面V型坡口角度为30°～45°。
进一步的，步骤(3)中，采用大线能量对对接接头进行全熔透焊接，线能量值控制在30±5KJ/cm。
进一步的，步骤(3)中，在焊接前，根据待测钢板对应材质的焊接工艺确定是否要对焊接位置进行预热处理，如需预热，预热温度≤175℃，预热后立即采用角磨机对预热区域进行清理，保证该区域无油、锈、水等影响焊接质量的杂质；熔化极气体保护焊填充焊丝选择上遵循等强匹配原则。
进一步的，步骤(3)中，左焊接试板、右焊接试板与待测钢板的对接接头均开口朝上，左焊接试板的下表面、右焊接试板的下表面分别与待测钢板以角焊缝焊接固定。
进一步的，步骤(4)中，对待测钢板进行检测时，首先进行目视检测，目视未发现裂纹的再进行磁粉探伤，磁粉探伤未发现裂纹的再进行Z向拉伸试验，Z向拉伸试验共检验三组，每组三个试样，待测钢板长度方向距头、尾端部100mm位置各选取一组试样，待测钢板长度方向中部位置选取一组试样，试样轴线中心位于焊接试板厚度中心、平行段包括待检测钢板的整个厚度，三组试样的断面收缩率最小平均值≥12％、单个试样最小值≥8％，判定合格，反之则不合格。
本发明的有益效果在于，本发明提供一种适用于大、重、厚钢板评价焊接后中心分层倾向的刚性拘束试验方法，该方法主要具有以下优点：
(1)可检测钢板的厚度范围为20～120mm，适用范围广；
(2)可按照本发明采用大线能量焊接，也可根据工况要求，自定义焊接工艺规范，适应性强；
(3)本方法可对钢板焊接后发生分层倾向做出评价，为生产应用提供指导。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例1的主视图。
图2是本发明实施例1的俯视图。
图3是待测钢板检测过程的逻辑框图。
图4是本发明具体实施方式的Z向拉伸试样取样主视图。
图5是本发明具体实施方式的Z向拉伸试样取样俯视图。
图6是本发明实施例2～4的右焊接试板坡口示意图。
图中，1-底板，2-左支撑架，3-右支撑架，4-左焊接试板，5-右焊接试板，6-固定部，61-连接板，62-夹持板，7-左加强肋板，8-右加强肋板，9-角焊缝，10-待测钢板，a-单面V型坡口角度，b-双面V型坡口角度。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明中的技术方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。
实施例1
如图1～2所示，一种评价钢板焊接后中心分层倾向的刚性拘束试验装置，包括底板1、左支撑架2、右支撑架3、左焊接试板4、右焊接试板5，底板1上安装有两个用于夹持待测钢板10的固定部件，每个固定部件包括两个间隔平行设置的固定部6，固定部6由连接板61和夹持板62组成，连接板61安装在底板1上，夹持板62竖直设置在连接板61上，两个固定部6之间形成用于放置待测钢板10的空间，左支撑架2和右支撑架3分别与底板1角焊缝焊接，左支撑架2与底板1的连接处设有左加强肋板7，左支撑架2与左加强肋板7角焊缝焊接固定，右支撑架3与底板1的连接处设有右加强肋板8，右支撑架3与右加强肋板8角焊缝焊接固定，左支撑架2和右支撑架3分布在待测钢板10两侧，左焊接试板4一端与左支撑架2焊接，右焊接试板5一端与右支撑架3焊接，左焊接试板4、右焊接试板5与待测钢板10呈十字型装配，左焊接试板4、右焊接试板5与待测钢板10为同一材质。
使用时，沿长度延伸方向，将待测钢板的头部放置在一个固定部件的固定部所形成的空隙中，将待测钢板的尾部放置在另一个固定部件的固定部所形成的空隙中，固定部件的夹持板对待测钢板进行夹持固定；然后分别将左焊接试板与右焊接试板焊接固定到待测钢板上，放置一段时间后，对待测钢板厚度截面进行检测。
如图3～5所示，首先进行目视检测，目视发现裂纹判定不合格，目视未发现裂纹的再进行磁粉探伤，磁粉探伤发现裂纹判定不合格，磁粉探伤未发现裂纹的再进行Z向拉伸试验，Z向拉伸试验共检验三组，每组三个试样，待测钢板长度方向距头、尾端部100mm位置各选取一组试样，待测钢板长度方向中部位置选取一组试样，试样轴线中心位于焊接试板厚度中心、平行段包括待检测钢板的整个厚度，三组试样的断面收缩率最小平均值≥12％、单个试样最小值≥8％，判定合格，反之则不合格。
实施例2
采用刚性拘束试验方法对一种Q690D高强钢板的焊接后中心分层倾向进行评价，该Q690D高强钢板的厚度为50mm，宽度为200mm，长度为500mm，边部平直，平行度及垂直度合格，具体步骤如下：
(1)选取两块与待测钢板相同材质的钢板作为左焊接试板和右焊接试板，左、右焊接试板的厚度为40mm，长度为400mm，如图4所示，对左、右焊接试板沿长度方向的两端加工坡口，一端加工角度a为40°的单面V型坡口，一端加工角度b为45°的双面V型坡口，坡口无钝边；
(2)左、右焊接试板的双面V型坡口端分别与左、右支撑架侧壁以全熔透角焊缝焊接固定，使单面V型坡口开口向上，左焊接试板、右焊接试板与待测钢板呈十字型装配，左、右支撑架与设有在其底部的加强肋板角焊缝焊接固定，随后将左支撑架和右支撑架角焊缝焊接固定在底板上，形成对待测钢板的刚性拘束作用；
(3)将待测钢板垂直固定在底板上，待测钢板两侧使用固定部件夹持，先对焊接位置进行预热处理，预热温度125℃，根据等强匹配原理焊丝选用1.2mm实芯焊丝，82％Ar+18％CO2混合气体保护，依次采用大线能量对左、右焊接试板的单面V型坡口端与待测钢板进行人工全熔透焊接固定，线能量值控制在30±5KJ/cm，焊接时采用焊接电流310±10A、电弧电压38±1V、焊接速度23±2cm/min、干丝伸出长度17mm、气体流量22L/min，控制层间温度≤200℃，保证焊接区域无夹渣、气孔、裂纹等缺陷，左、右焊接试板的下表面分别与待检测钢板角焊缝固定，焊接后放置72小时进行钢板检测；
(4)对焊接后的待测钢板厚度截面进行检测，目视未发现裂纹，目视检测合格，对钢板厚度截面进行磁粉探伤，未发现裂纹，磁粉探伤合格，对钢板厚度截面进行Z向拉伸性能检验，Z向拉伸试验检验三组，每组三个试样，待检测钢板长度方向距头、尾端部100mm位置各选取一组试样，长度方向中部位置选取一组试样，试样轴线中心位于焊接试板厚度中心、平行段包括待检测钢板的整个厚度，第一组断后伸缩率Z％值分别为32％、25％、24％，平均值为27％，第二组断后伸缩率Z％值分别为38％、29％、16％，平均值为28％，第三组断后伸缩率Z％值分别为24％、29％、21％，平均值为25％，并未出现钢板中心分层倾向。判定该Q690D高强钢板合格。
实施例3
采用刚性拘束试验方法对一种Q550D高强钢板的焊接后中心分层倾向进行评价，该Q550D高强钢板的厚度为50mm，宽度为200mm，长度为500mm，边部平直，平行度及垂直度合格，具体步骤如下：
(1)选取两块与待测钢板相同材质的钢板作为左焊接试板和右焊接试板，左、右焊接试板的厚度为40mm，长度为400mm，如图4所示，对左、右焊接试板沿长度方向的两端加工坡口，一端加工角度a为40°的单面V型坡口，一端加工角度b为45°的双面V型坡口，坡口无钝边；
(2)左、右焊接试板的双面V型坡口端分别与左、右支撑架侧壁以全熔透角焊缝焊接固定，使单面V型坡口开口向上，左焊接试板、右焊接试板与待测钢板呈十字型装配，左、右支撑架与设有在其底部的加强肋板角焊缝焊接固定，随后将左支撑架和右支撑架角焊缝焊接固定在底板上，形成对待测钢板的刚性拘束作用；
(3)将待测钢板垂直固定在底板上，待测钢板两侧使用固定部件夹持，先对焊接位置进行预热处理，预热温度120℃，根据等强匹配原理焊丝选用1.2mm实芯焊丝，82％Ar+18％CO2混合气体保护，依次采用大线能量对左、右焊接试板的单面V型坡口端与待测钢板进行人工全熔透焊接固定，线能量值控制在30±5KJ/cm，焊接时采用焊接电流300～310A、电弧电压37～38V、焊接速度24cm/min、干丝伸出长度17mm、气体流量22L/min，控制层间温度≤200℃，保证焊接区域无夹渣、气孔、裂纹等缺陷，左、右焊接试板的下表面分别与待检测钢板角焊缝固定，焊接后放置72小时进行钢板检测；
(4)对焊接后的待测钢板厚度截面进行检测，目视未发现裂纹，目视检测合格，对钢板厚度截面进行磁粉探伤，未发现裂纹，磁粉探伤合格，对钢板厚度截面进行Z向拉伸性能检验，Z向拉伸试验检验三组，每组三个试样，待检测钢板长度方向距头、尾端部100mm位置各选取一组试样，长度方向中部位置选取一组试样，试样轴线中心位于焊接试板厚度中心、平行段包括待检测钢板的整个厚度，第一组断后伸缩率Z％值分别为10％、8％、16％，平均值为11％，第二组断后伸缩率Z％值分别为6％、12％、13％，平均值为10％，第三组断后伸缩率Z％值分别为8％、12％、13％，平均值为11％，三组断面伸缩率平均值均<12％，出现钢板中心分层倾向。判定该Q550D高强钢板不合格。
实施例4
采用刚性拘束试验方法对一种Q690D高强钢板的焊接后中心分层倾向进行评价，该Q690D高强钢板的厚度为90mm，宽度为200mm，长度为500mm，边部平直，平行度及垂直度合格，具体步骤如下：
(1)选取两块与待测钢板相同材质的钢板作为左焊接试板和右焊接试板，左、右焊接试板的厚度为40mm，长度为400mm，如图4所示，对左、右焊接试板沿长度方向的两端加工坡口，一端加工角度a为40°的单面V型坡口，一端加工角度b为45°的双面V型坡口，坡口无钝边；
(2)左、右焊接试板的双面V型坡口端分别与左、右支撑架侧壁以全熔透角焊缝焊接固定，使单面V型坡口开口向上，左焊接试板、右焊接试板与待测钢板呈十字型装配，左、右支撑架与设有在其底部的加强肋板角焊缝焊接固定，随后将左支撑架和右支撑架角焊缝焊接固定在底板上，形成对待测钢板的刚性拘束作用；
(3)将待测钢板垂直固定在底板上，待测钢板两侧使用固定部件夹持，先对焊接位置进行预热处理，预热温度150℃，根据等强匹配原理焊丝选用1.2mm实芯焊丝，82％Ar+18％CO2混合气体保护，依次采用大线能量对左、右焊接试板的单面V型坡口端与待测钢板进行人工全熔透焊接固定，线能量值控制在30±5KJ/cm，由于选用钢板较厚，焊接时采用焊接电流310～320A、电弧电压38～39V、焊接速度24cm/min、干丝伸出长度17mm、气体流量22L/min，控制层间温度≤200℃，保证焊接区域无夹渣、气孔、裂纹等缺陷，左、右焊接试板的下表面分别与待检测钢板角焊缝固定，焊接后放置72小时进行钢板检测；
(4)对焊接后的待测钢板厚度截面进行检测，目视未发现裂纹，目视检测合格，对钢板厚度截面进行磁粉探伤，未发现裂纹，磁粉探伤合格，对钢板厚度截面进行Z向拉伸性能检验，Z向拉伸试验检验三组，每组三个试样，待检测钢板长度方向距头、尾端部100mm位置各选取一组试样，长度方向中部位置选取一组试样，试样轴线中心位于焊接试板厚度中心、平行段包括待检测钢板的整个厚度，第一组断后伸缩率Z％值分别为20％、15％、31％，平均值为22％，第二组断后伸缩率Z％值分别为23％、18％、27％，平均值为23％，第三组断后伸缩率Z％值分别为19％、23％、17％，平均值为20％，并未出现钢板中心分层倾向。判定该Q690D高强钢板合格。
尽管通过参考附图并结合优选实施例的方式对本发明进行了详细描述，但本发明并不限于此。在不脱离本发明的精神和实质的前提下，本领域普通技术人员可以对本发明的实施例进行各种等效的修改或替换，而这些修改或替换都应在本发明的涵盖范围内/任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种评价钢板焊接后中心分层倾向的刚性拘束试验装置，其特征在于，包括底板、左支撑架、右支撑架、左焊接试板和右焊接试板，底板上设有用于夹持待测钢板的固定部件，左支撑架和右支撑架分别与底板角焊缝焊接，左支撑架和右支撑架分布在待测钢板两侧，左焊接试板一端与左支撑架焊接，右焊接试板一端与右支撑架焊接，左焊接试板、右焊接试板与待测钢板呈十字型装配，左焊接试板、右焊接试板与待测钢板为同一材质。
2.如权利要求1所述的刚性拘束试验装置，其特征在于，固定部件包括两个间隔平行设置的固定部，固定部由连接板和夹持板组成，连接板安装在底板上，夹持板竖直设置在连接板上，两个固定部之间形成用于放置待测钢板的空间。
3.如权利要求1所述的刚性拘束试验装置，其特征在于，左支撑架与底板的连接处设有左加强肋板，左支撑架与左加强肋板角焊缝焊接固定；右支撑架与底板的连接处设有右加强肋板，右支撑架与右加强肋板角焊缝焊接固定。
4.一种评价钢板焊接后中心分层倾向的刚性拘束试验方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)选取两块与待测钢板相同材质的钢板作为左焊接试板和右焊接试板，分别在左焊接试板和右焊接试板的两端加工坡口；
(2)将左焊接试板的一端焊接在左支撑架上，将右焊接试板的一端焊接在右支撑架上，使左焊接试板、右焊接试板与待测钢板呈十字型装配，然后将左支撑架和右支撑架角焊缝焊接固定在底板上，形成对待测钢板的刚性拘束作用；
(3)将待测钢板垂直固定在底板上，待测钢板两侧使用固定部件夹持，对左焊接试板、右焊接试板与待测钢板的对接接头进行全熔透焊接，焊接后放置；
(4)放置72h后，对焊接后的待测钢板进行检测。
5.如权利要求4所述的刚性拘束试验方法，其特征在于，步骤(1)中，左焊接试板一端加工单面V型坡口，另一端加工双面V型坡口；右焊接试板一端加工单面V型坡口，另一端加工双面V型坡口；
步骤(2)中，左焊接试板开有双面V型坡口的一端与左支撑架侧壁以全熔透角焊缝焊接固定，左焊接试板与左支撑架组装成T型接头；右焊接试板开有双面V型坡口的一端与右支撑架侧壁以全熔透角焊缝焊接固定，右焊接试板与右支撑架组装成T型接头；
步骤(3)中，左焊接试板开有单面V型坡口的一端、右焊接试板开有单面V型坡口的一端分别采用对称式对接接头形式与待测钢板焊接固定。
6.如权利要求4所述的刚性拘束试验方法，其特征在于，步骤(3)中，采用大线能量对对接接头进行全熔透焊接，线能量值控制在30±5KJ/cm。
7.如权利要求4所述的刚性拘束试验方法，其特征在于，步骤(3)中，在焊接前对焊接位置进行预热处理，预热温度≤175℃，预热后对预热区域进行清理。
8.如权利要求4所述的刚性拘束试验方法，其特征在于，步骤(4)中，对待测钢板进行检测时，首先进行目视检测，目视未发现裂纹的再进行磁粉探伤，磁粉探伤未发现裂纹的再进行Z向拉伸试验，Z向拉伸试验共检验三组，每组三个试样，待测钢板长度方向距头、尾端部100mm位置各选取一组试样，待测钢板长度方向中部位置选取一组试样，试样轴线中心位于焊接试板厚度中心、平行段包括待检测钢板的整个厚度，三组试样的断面收缩率最小平均值≥12％、单个试样最小值≥8％，判定合格，反之则不合格。
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