TWI753773B - 銲道裂紋的修補方法 - Google Patents

Abstract

本發明有關於一種銲道裂紋的修補方法。此方法係藉由除氫製程來驅趕銲道中之氫氣，以降低銲道之氫氣含量與殘留應力，並調整其顯微組織。因此，銲道裂紋可有效地被修補，而可解決銲道裂紋持續延伸的缺陷，進而大幅提升銲接鋼材的品質。

Description

銲道裂紋的修補方法

本發明係有關一種修補方法，特別是提供一種可有效去除銲道裂紋的修補方法。

由於鋼鐵材料具有較高之強度與較佳之延展性，且具備良好的銲接性，因此被廣泛的應用於海上鑽油平台、風電水下基礎結構、建築、造船與管線等領域。於此些領域中，一般係利用電弧銲接(arc welding)來結合鋼構件，以形成不同型態之結構件。然而，電弧銲接所導入之氫氣易滲入銲接熱影響區(heat-affected zone)及/或銲道金屬(weld metal)中，而誘發裂紋缺陷，進而降低鋼構件之使用壽命。

為了修補此些裂紋缺陷，一種方法係以碳棒剷除裂紋後，直接進行填平修補，但填平修補所施加之熱能會使得鋼構件中之氫氣膨脹，而產生新的裂紋及/或導致裂紋成長。另一種方法係直接切除裂紋缺陷對應位置之鋼構件的鋼板整體，並以補釘之方式進行修補，但此方法易導致鋼構件變形，且補釘之融填量較多，故難以滿足品質與成本管控的要求。

有鑑於此，亟須提供一種銲道裂紋的修補方法，以解決習知鋼構件之銲道的裂紋缺陷。

因此，本發明之一態樣是在提供一種銲道裂紋的修補方法，其藉由除氫製程來驅除銲道中之氫氣，以避免裂紋之成長與形成，而可提升鋼構件之品質，進而滿足應用需求。

根據本發明之一態樣，提出一種銲道裂紋的修補方法。此修補方法係先對鋼構件之銲道進行檢測製程，以檢測出至少一裂紋，再對每一個裂紋進行預除氫製程。其中，預除氫製程之溫度不小於150℃，且預除氫製程之時間不小於6小時。於進行預除氫製程後，對每一個裂紋進行剷除製程，以形成至少一剷除區域。然後，對每一個剷除區域進行填平製程，以形成填平區域。接著，對每一個填平區域進行後除氫製程，其中後除氫製程之溫度係不小於150℃，且後除氫製程之時間不小於6小時。於進行後除氫製程後，對每一個填平區域進行冷卻製程。

依據本發明之一些實施例，前述鋼構件包含厚度為35公釐至110公釐之鋼板。

依據本發明之一些實施例，前述預除氫製程及/或後除氫製程之溫度為150℃至400℃。

依據本發明之一些實施例，前述預除氫製程及/或後除氫製程之時間為6小時至8小時。

依據本發明之一些實施例，前述預除氫製程及/或後除氫製程之升溫速率為150℃/hr至200℃/hr。

依據本發明之一些實施例，於進行前述之預除氫製程及/或後除氫製程時，預除氫製程及後除氫製程之加熱區域的寬度與對應之銲道的最大寬度具有如下之關係。 W _H≥W _W+2(T _S)

其中，W _H代表加熱區域的寬度，W _W代表銲道的最大寬度，而T _S代表對應於加熱區域之鋼構件的厚度。

依據本發明之一些實施例，於進行前述之剷除製程後，此修補方法可選擇性地對每一個剷除區域進行研磨製程。

依據本發明之一些實施例，於進行前述之填平製程前，此修補方法可選擇性地對每一個剷除區域進行另一檢測製程。

依據本發明之一些實施例，於進行前述之填平製程前，鋼構件不具有裂紋缺陷。

依據本發明之一些實施例，前述冷卻製程之冷卻速率不大於250℃/hr。

應用本發明銲道裂紋的修補方法，其係利用預除氫製程來驅除鋼構件中之氫氣，而可避免接續銲接填平所施加之高溫導致氫氣體積膨脹，故可避免裂紋成長，且不易形成新的裂紋。其次，藉由本方法之後除氫製程，銲接填平所導入之氫氣可被驅除，以降低修補後之鋼構件的殘餘氫氣量，而可避免鋼構件於儲放及/或應用時產生延遲性的裂紋缺陷。另外，本發明進一步利用緩冷之冷卻製程來促進銲道中之氫擴散，降低銲道之殘留應力，並韌化銲道與銲接熱影響區的顯微組織，而可提升鋼構件之品質，進而滿足應用之需求。

以下仔細討論本發明實施例之製造和使用。然而，可以理解的是，實施例提供許多可應用的發明概念，其可實施於各式各樣的特定內容中。所討論之特定實施例僅供說明，並非用以限定本發明之範圍。

請參照圖1，其係繪示依照本發明之一些實施例之銲道裂紋的修補方法之流程圖。於方法100中，先對鋼構件之銲道進行檢測製程，以定義出銲道中的一或多個裂紋，如操作110所示。可理解的，所述鋼構件之銲道可為兩鋼板或兩鋼鐵構件之間的銲接區域。適用於本發明之修補方法的鋼鐵材料可包含但不限於碳鋼、高強度微合金鋼、高強度低合金鋼、其他適當之鋼鐵材料，或上述材料之任意混合。在一些具體例中，為滿足應用需求，前述鋼鐵材料之降伏強度可為350 MPa至690 MPa，且抗拉強度可為490 MPa至770 MPa。在其他具體例中，前述鋼板的厚度可為35公釐至110公釐。惟須說明的是，前述之內容僅為例示說明，本發明並不限於此，在其他例子中，本發明之修補方法亦可應用於其他鋼材中。

較佳地，檢測製程可檢測出銲道中的所有裂紋。當銲道中的所有裂紋均被檢測出時，經方法100修補後之鋼構件將不具有裂紋缺陷，且不易於儲放或應用時形成裂紋缺陷，而具有較佳之品質。在一些具體例中，檢測製程可採用超音波檢測(ultrasonic testing；UT)、磁粉探傷檢測(magnetic particle testing；MT)、液滲檢測(liquid penetrant testing；PT)、其他適當之檢測方法，或上述方法之任意組合來進行。

本發明所稱之「裂紋」係指於低入熱量之手工銲接、遮護氣體保護銲及/或潛弧銲接(submerged arc welding)時所發生之冷裂(其形成溫度一般約不大於200℃)。由於其係因銲道中之氫氣所導致，故可另稱為氫裂。另外，此些裂紋可能在銲接後24小時、數天或數月時產生，故亦可稱之為延遲裂紋。

然後，對檢測出的裂紋進行預除氫製程，如操作120所示。預除氫製程係藉由加熱之方式來驅除裂紋中的氫氣，以避免於後續之銲接填平時，殘餘之氫氣因高溫膨脹，而產生裂紋，甚至使裂紋成長。在一些實施例中，預除氫製程之加熱區域係大於且完全覆蓋裂紋區域。在此些實施例中，預除氫製程之加熱區域的寬度(W _H)、銲道的最大寬度(W _W)與鋼構件的厚度(T _S)具有如下所示之關係。其中，厚度(T _S)係指加熱區域對應之鋼構件的鋼板厚度。 W _H≥W _W+2(T _S)

當加熱區域寬度(W _H)、銲道寬度(W _W)與厚度(T _S)滿足前述之關係式時，加熱區域可完整地覆蓋裂紋區域，而可有效驅除裂紋的氫氣，進而於後續之銲接填平時，避免新的裂紋形成。在一些具體例中，於進行預除氫製程後，加熱區域對應之位置的氫氣含量不大於5 CC/(100g銲道)，較佳係不大於3 CC/(100g銲道)，更佳為1 CC/(100g銲道)，且甚佳為不含有氫氣。當加熱區域對應之位置的氫氣含量不大於5 CC/(100g銲道)時，雖然加熱區域對應之位置仍含有氫氣，但因其含量極少，故殘餘之氫氣不易誘發裂紋之形成，而仍可維持鋼構件之品質。

在一些具體例中，預除氫製程可藉由單支火焰、加熱火排、電熱毯、爐內加熱、其他適當之加熱方法，或上述方法之任意組合來進行加熱。

為有效驅除裂紋之氫氣，預除氫製程之溫度係不小於150℃，且預除氫製程之時間不小於6小時。若預除氫製程之溫度小於150℃，及/或時間小於6小時，裂紋中之氫氣無法有效地被驅除，而易殘留過多之氫氣。在一些實施例中，較佳地，預除氫製程之溫度係150℃至400℃，而預除氫製程之時間為6小時至8小時。在其他實施例中，更佳地，預除氫製程之溫度係150℃至200℃，而預除氫製程之時間為6小時至6.5小時。

在一些實施例中，預除氫製程之升溫速率可為150℃/hr至200℃/hr，較佳為150℃/hr至180℃/hr，且更佳為150℃/hr。當預除氫製程之升溫速率為150℃/hr至200℃/hr時，此適當之升溫速率可有效地驅除氫氣，且可避免氫氣過度膨脹而誘發形成新的裂紋或使裂紋成長。

於進行操作120後，對預除氫後之裂紋進行剷除製程，並對每一個剷除區域進行填平製程，以形成一或多個填平區域，如操作130與操作140所示。於進行剷除製程時，可例如使用電弧碳棒來剷除裂紋缺陷。在一些具體例中，剷除製程可於100℃至200℃進行。當剷除製程於前述之溫度進行時，鋼構件之阻抗較低，故剷除製程可有效地剷除裂紋，以形成剷除區域。

填平製程係以所屬技術領域具有通常知識者所熟知的銲接步驟來進行，其中銲接步驟之銲接參數(如：預熱溫度及/或層間溫度)並無特別之限制，而可採用具有通常知識者所熟知的條件來進行。舉例而言，填平製程可採用手工銲接、惰性氣體保護銲接(如：採用氬氣及/或二氧化碳之實心與包藥銲接等)、潛弧銲接、其它適當之銲接方法，或上述方法的任意組合來進行。其中，銲線直徑可為1.2公釐，鋼材預熱溫度可為110℃，銲接層間溫度為180℃，銲接電流為180 A至220 A，電壓為22 V至26 V，銲接速度為15 cm/min至20 cm/min。

在一些實施例中，於進行前述之剷除製程後，方法100可選擇性地對每一個剷除區域進行研磨製程。當進行研磨製程時，剷除製程所殘留的雜質可被有效地去除，而有助於後續填平製程的進行。

在其他實施例中，於進行前述之填平製程前，方法100可選擇性地對每一個剷除區域進行另一檢測製程，以再次確認剷除區域不具有裂紋。可理解的，此另一檢測製程並不限於僅檢測剷除區域，在其他實施例中，其亦可再次檢測銲道整體或鋼構件是否仍有裂紋缺陷。此另一檢測製程可再次確認剷除區域、銲道整體，及/或鋼構件是否仍具有裂紋，而可更有效地避免接續之填平製程的高溫促使裂紋進一步成長。由於剷除區域、銲道整體，及/或鋼構件不具有裂紋，故接續填平銲接所施加之熱能不會導致鋼構件具有裂紋成長的缺陷。須說明的，若剷除區域、銲道整體，及/或鋼構件仍具有裂紋，前述之剷除製程係重複被進行。在一些具體例中，此另一檢測製程可藉由超音波檢測(UT)、磁粉探傷檢測(MT)、液滲檢測(liquid penetrant testing；PT)、其他適當之檢測方法，或上述方法之任意組合來進行。

於進行操作140後，對每一個填平區域進行後除氫製程，如操作150所示。後除氫製程係藉由加熱之方式，驅除銲接填平時所引入之氫氣。後除氫製程之操作參數(如：加熱區域之尺寸、溫度、時間、加熱方式與升溫速率等)與前述預除氫製程之操作參數大致上相同，故在此不另贅述。在一些具體例中，經後除氫製程後，填平區域的氫氣含量不大於5 CC/(100g銲道)，較佳係不大於3 CC/(100g銲道)，更佳為1 CC/(100g銲道)，且甚佳為不含有氫氣。

於進行後除氫製程後，對填平區域進行冷卻製程，如操作160所示。冷卻製程係以緩冷之方式來冷卻填平區域至室溫。在一些實施例中，冷卻製程之冷卻速率可不大於250℃/hr，較佳係不大於200℃/hr，且更佳係不大於100℃/hr。當冷卻製程之冷卻速率為前述之範圍時，較緩慢之冷卻速率可更有效地促進銲道中之氫擴散(即降低氫氣含量)，降低殘留應力，及/或韌化銲道與銲接熱影響區的顯微組織，而有助於提升修補後之鋼構件的品質，且可有效避免鋼構件於應用時產生裂紋。在一些應用例中，為同時兼顧銲道中之氫擴散與鋼構件之修補成本，冷卻製程之冷卻速率可例如為200℃/hr至250℃/hr。

在一些具體例中，冷卻製程可例如藉由覆蓋保溫設備於填平區域上，以使後除氫製程所施加之熱量可緩慢逸散。舉例而言，保溫設備可例如為保溫毯、石棉瓦、其他適合之保溫設備，或上述之任意組合。

在一些應用例中，藉由前述方法100所修補的鋼構件於放置48小時後，經超音波檢測，此鋼構件不具有裂紋。據此，本發明之修補方法100可有效地修補銲道中之裂紋，且藉由預除氫製程、後除氫製程與冷卻製程，鋼構件中之氫氣可被有效驅除，並降低其中之殘留應力，而可有效地阻卻裂紋缺陷的形成，進而大幅提升銲補效率。另外，緩冷之冷卻效率亦可調整熱影響區與銲道之顯微組織，而進一步避免鋼構件於儲放或應用時形成裂紋缺陷。故，經此方法100所修補之鋼構件具有較佳之品質，而可滿足應用之需求。

以下利用實施例以說明本發明之應用，然其並非用以限定本發明，任何熟習此技藝者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作各種之更動與潤飾。

在一具體例子中，本發明係先利用UT及MT來檢測鋼構件之銲道，以檢測出銲道中之所有裂紋。然後，以電熱毯包覆具有裂紋之區域，並以150℃/hr之速率升溫至200℃，以進行預除氫製程。經過6小時後，移除電熱毯，並於100℃，以電弧碳棒剷除裂紋缺陷。接著，對剷除區域進行研磨製程，並於研磨後，以UT、MT及/或PT再次檢測，以確認鋼構件不具有裂紋缺陷。

確認鋼構件不具有裂紋缺陷後，使用無縫包藥銲接之方式銲接填滿剷除區域，其中銲線直徑為1.2公釐，鋼材預熱溫度為110℃，銲接層間溫度為180℃，銲接電流為180 A至220 A，電壓為22 V至26 V，且銲接速度為15 cm/min至20 cm/min。於銲接填平後，以電熱毯包覆銲道(即填平區域)，並以150℃/hr之速率升溫至200℃，以進行後除氫製程。經過6小時後，覆蓋保溫毯於銲道上，以緩慢冷卻(冷卻速率為10℃/hr)至室溫。

於室溫放置48小時後，以UT再次檢測修補後之鋼構件。結果顯示修補後之鋼構件不具有裂紋缺陷。

據此，本發明之修補方法可有效地修補鋼構件中之裂紋缺陷，而可避免裂紋之形成與成長。其中，藉由預除氫製程，鋼構件中之氫氣可被驅除，而可避免銲接填平之高溫導致氫氣體積膨脹，因此可避免裂紋成長，且不會形成新的裂紋。藉由後除氫製程，銲接填平所導入之氫氣可被驅除，而可避免鋼構件於儲放及/或應用時產生延遲性的裂紋缺陷。另外，本發明之修補方法利用緩冷之冷卻製程來進一步促進銲道中之氫擴散，降低銲道之殘留應力，並韌化銲道與銲接熱影響區的顯微組織，而可提升鋼構件之品質，以滿足應用之需求。

雖然本發明已以實施方式揭露如上，然其並非用以限定本發明，在本發明所屬技術領域中任何具有通常知識者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作各種之更動與潤飾，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

100:方法 110,120,130,140,150,160:操作

為了對本發明之實施例及其優點有更完整之理解，現請參照以下之說明並配合相應之圖式。必須強調的是，各種特徵並非依比例描繪且僅係為了圖解目的。相關圖式內容說明如下。 圖1係繪示依照本發明之一些實施例之銲道裂紋的修補方法之流程圖。

國內寄存資訊(請依寄存機構、日期、號碼順序註記) 無 國外寄存資訊(請依寄存國家、機構、日期、號碼順序註記) 無

100:方法

110,120,130,140,150,160:操作

Claims (9)

1. 一種銲道裂紋的修補方法，包含：對一鋼構件之一銲道進行一檢測製程，以檢測出至少一裂紋；對每一該至少一裂紋進行一預除氫製程，其中該預除氫製程之一溫度不小於150℃，且該預除氫製程之一時間不小於6小時；於進行該預除氫製程後，對每一該至少一裂紋進行一剷除製程，以形成至少一剷除區域；對每一該至少一剷除區域進行一填平製程，以形成至少一填平區域；對每一該至少一填平區域進行一後除氫製程，其中該後除氫製程之一溫度不小於150℃，且該後除氫製程之一時間不小於6小時；以及於進行該後除氫製程後，對每一該至少一填平區域進行一冷卻製程，且其中該預除氫製程及/或該後除氫製程之一升溫速率為150℃/hr至200℃/hr。
2. 如請求項1所述之銲道裂紋的修補方法，其中該鋼構件包含厚度為35公釐至110公釐之一鋼板。
3. 如請求項1所述之銲道裂紋的修補方法，其中該預除氫製程及/或該後除氫製程之該溫度為150℃至 400℃。
4. 如請求項1所述之銲道裂紋的修補方法，其中該預除氫製程及/或該後除氫製程之該時間為6小時至8小時。
5. 如請求項1所述之銲道裂紋的修補方法，其中於進行該預除氫製程及/或該後除氫製程時，該預除氫製程及該後除氫製程之一加熱區域的一寬度與對應之該銲道的一最大寬度具有如下之關係：W_H

   

   W_W+2(T_S)其中，W_H代表該加熱區域的該寬度，W_W代表該銲道的該最大寬度，而T_S代表對應該加熱區域之該鋼構件的一厚度。
6. 如請求項1所述之銲道裂紋的修補方法，其中於進行該剷除製程後，該修補方法更包含：對每一該至少一剷除區域進行一研磨製程。
7. 如請求項1所述之銲道裂紋的修補方法，其中於進行該填平製程前，該修補方法更包含：對每一該至少一剷除區域進行另一檢測製程。
8. 如請求項1所述之銲道裂紋的修補方法，其 中於進行該填平製程前，該鋼構件不具有裂紋缺陷。
9. 如請求項1所述之銲道裂紋的修補方法，其中該冷卻製程之一冷卻速率不大於250℃/hr。

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