一种钢试样内部预制裂纹缺陷的方法技术

本发明专利技术公开了一种钢试样内部预制裂纹缺陷的方法，本发明专利技术利用Fe‑Al金属间化合物在焊接应力的作用下产生裂纹达到预定位置制备裂纹缺陷目的，具体的，该方法为：(1)在选定位置机加工制备槽形坡口；(2)在坡口位置焊接填充以铝为主要合金元素的具有良好流动性的焊接材料，冷却预制裂纹；(3)预制裂纹后，采用常规钢焊条进行填充和盖面。通过本发明专利技术所述方法，可以实现在预定位置制备裂纹缺陷目的，其预制裂纹均为可用无损检测技术进行检测的典型裂纹，可以有效模拟真实裂纹情况。

A method of prefabricating crack in steel specimen

The invention discloses a method for internal crack of prefabricated steel specimens, the invention uses Fe Al intermetallic compound crack crack preparation has reached a predetermined position, the welding stress under the effect of the method is as follows: (1) in the preparation of groove groove machining system (the selected location; 2) welding at the position of the groove is filled with aluminum with good fluidity welding material of main alloy elements and cooling crack; (3) crack, filling and cover with conventional steel electrode. Through the method of the invention, the purpose of fabricating crack defects in a predetermined position can be achieved, and the prefabricated cracks are all typical cracks detected by nondestructive testing technology, which can effectively simulate real cracks.

【技术实现步骤摘要】
一种钢试样内部预制裂纹缺陷的方法
本专利技术属于电力
和金属焊接质量检验
，具体涉及一种钢试样内部预制裂纹缺陷的方法。
技术介绍
裂纹是焊接结构中材料由于原子结合遭到破坏，形成新的界面而产生的缝隙，是一种面型缺陷。对于构件内部的裂纹缺陷，在外观上难以察觉，但这种内部缺陷由于尖端具有应力集中效应，对构件危害性极大，在实际生产应用中是构件质量控制的焦点，常需采用超声波、射线探伤、磁粉检验PT、渗透检验MT、TOFD、相控阵检测等无损检测技术进行检测。典型含裂纹缺陷是工件焊接过程中实际产生的，在现实中往往很难找到符合合无损检测验收标准要求的缺陷尺寸，然而针对典型含裂纹缺陷进行无损检测参数标定，技能竞赛具有重要的工程实际意义，这种情况下常常需要进行在试样内部选定位置处预制裂纹缺陷，供下一步工作使用。对于Q235，Q345等较为常用的碳素钢、低合金高强钢，由于它们的碳当量较低，塑韧性较好，在焊接条件下制备裂纹缺陷具有较大的难度，尤其是在选定的位置进行制备难度更大。目前常用在焊缝选定位置线切割切槽，焊接覆盖开槽顶部，以及在焊缝内部埋焊高熔点或同Fe不互溶的异种金属及合金等方法进行制备。对于第一种方法(线切割开槽法)，由于开槽的宽度明显比实际裂纹要大，因此缺陷位置虽然可以准确定位，但是缺陷的实际性质同真实裂纹相差较大，难以模拟真实裂纹情况，试样可用性较差；采用第二种方法(埋焊异种金属或合金)，此时制备的缺陷实质上是一种“夹杂”缺陷，同实际裂纹也有较大差别，此外在熔化过程中异种金属或合金在熔池对流过程中发生位移，也易导致制备的缺陷位置准确性较差。现有技术也公开了多种制备裂纹缺陷的方法：如CN103293036A公开了高强钢返修焊横向裂纹的预制方法，CN103308354A公开了高强钢角接焊横向裂纹的预制方法，CN105572225A公开了天然气场站压力设备常用材质焊缝缺陷制作及检测方法，可制作包括外表面裂纹缺陷、内表面裂纹缺陷、试块表面及层间未融合缺陷、根部及双面未焊透缺陷、气孔缺陷及试块夹渣缺陷等，CN104842604A公开了一种电力钢结构焊缝裂纹缺陷预制材料及其制备方法，CN107020440A公开了一种带有人工焊接裂纹缺陷试板的制作方法等。然而现有技术方法仍存在无法定位预制裂纹，或者虽能预制出裂纹缺陷但其同真实裂纹相差较大难以模拟真实裂纹情况的问题。
技术实现思路
针对上述现有技术裂纹缺陷预制方法的不足，本专利技术利用Fe-Al金属间化合物在焊接应力的作用下产生裂纹达到预定位置制备裂纹缺陷目的。具体的，本专利技术涉及以下技术方案：本专利技术公开了一种钢试样内部预制裂纹缺陷的方法，所述方法包括：(1)在选定位置机加工制备槽形坡口；(2)在坡口位置焊接填充以铝为主要合金元素的具有良好流动性的焊接材料，冷却预制裂纹；(3)预制裂纹后，采用常规钢焊条进行填充和盖面。优选的，为进一步促进裂纹的产生，本专利技术所述方法步骤(2)中，完成坡口焊接填充后向该区域喷洒冷却水。本专利技术具体的技术方案中，步骤(1)中，首先完成钢试样的打底焊焊接，或者完成钢试样的打底焊焊接后进行填充，然后在选定位置机加工制备槽形坡口。优选的，步骤(1)中，在选定位置采用线切割所需长度的槽形缺陷。槽形缺陷的长度根据需要产生裂纹的长度确定。优选的，步骤(1)中打底焊焊接或填充根据材质强度匹配原则选择E43XX，E50XX等焊材。优选的，步骤(1)中焊接方式为焊条电弧焊或钨极氩弧焊。具体的，本专利技术所述方法中，步骤(1)的操作可以是：首先完成钢试样的打底焊焊接，打底采用钨极氩弧焊，直流正接，焊接电流70-110A，氩气流量8-13L/min，焊层厚度2-4mm；完成打底焊焊接后采用2.5mm或3.2mm直径焊条进行填充，焊接电流70-120A，焊接电压20-22V，根据材质强度匹配原则选择E43XX，E50XX等焊材；确定需要制备缺陷的位置，在该位置上制备采用线切割所需长度的槽形缺陷。优选的，本专利技术步骤(2)中为采用钨极氩弧焊，填充以铝做为主要成分的焊丝。更优选的，焊丝的成分为：焊丝的直径1.6mm-3mm，焊丝成分(质量百分数)为Mg4.50～5.50，Si0.1～6.0，Mn0.05～0.20，Ti0.06～0.20，Zr0～0.30，Al余量，或者Ti0.06～0.20，Zr0～0.30，Al余量。其采用的钨极氩弧焊的工艺参数为：焊接电流70-100A，焊接电压10-13V，氩气流量8-12L/min。优选的，步骤(2)中，完成坡口焊接填充后马上在槽形焊缝位置喷洒水进行加速冷却，水的温度为10-25℃优选的，本专利技术方法步骤(3)中，采用钨极氩弧焊填充ER50-6等同钢材强度匹配的焊丝，完成开裂区覆盖，焊接电流70-90A，焊接电压10-12V，氩气流量8-12L/min；其余各填充层及盖面层焊接采用焊条电弧焊，焊条直径可选择2.5mm，3.2mm，4mm焊接电流80-160A，焊接电压20-23V，根据材质强度匹配原则选择E43XX，E50XX等焊材。本专利技术取得了以下有益效果：本专利技术所述方法打底焊接时可选择同钢材强度相当的酸性与碱性焊条均可，通过利用施加位置铁铝金属间化合物同钢材良好的润湿性相容性，使之同焊缝形成一体化，之后依靠材料本身的脆性产生裂纹；本专利技术所述方法接进行缺陷制备时可以准确的通过添加铁铝焊丝量来控制裂纹尺寸，不会发生向其他区域延伸扩展的情况，克服了而采取冷裂纹措施时极易因填充区周围大量扩散氢的存在导致裂纹向其他区域扩展产生裂纹尺寸过大的问题；本专利技术所述方法利用Fe-Al金属间化合物在焊接应力的作用下产生裂纹，达到预定位置制备裂纹缺陷目的，其预制裂纹均为可用无损检测技术进行检测的典型裂纹，可以有效模拟真实裂纹情况。附图说明图1本专利技术所述方法选定位置机加工制备槽形坡口的坡口示意图图2实施例1所述选定位置机加工制备槽形坡口示意图具体实施方式应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本专利技术提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本专利技术所属
的普通技术人员通常理解的相同含义。需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本专利技术的示例性实施方式。诚如本专利技术
技术介绍
所述，现有技术的裂纹制备方法仍存在无法定位预制裂纹，或者虽能预制出裂纹缺陷但同真实裂纹相差较大难以模拟真实裂纹情况的问题。针对该不足，本专利技术的一个具体实施方式公开了一种钢试样内部预制裂纹缺陷的方法，所述方法包括：(1)在选定位置机加工制备槽形坡口；(2)在坡口位置焊接填充以铝为主要合金元素的具有良好流动性的焊接材料，冷却预制裂纹；(3)预制裂纹后，采用常规钢焊条进行填充和盖面。一个具体的实施例中，为进一步促进裂纹的产生，本专利技术所述方法步骤(2)中，完成坡口焊接填充后马上向该区域喷洒冷却水。本专利技术具体的技术方案中，步骤(1)中，首先完成钢试样的打底焊焊接，或者完成钢试样的打底焊焊接后进行填充，然后在选定位置机加工制备槽形坡口。根据Fe-Al金属二元相图可知，铁、铝系可形成具有一定固溶度和分子式的金属间化合物，有Fe3Al、FeAl、FeAl2、Fe2Al5、FeAl和Fe3Al。Fe和Al金属在富Fe侧主要形成FeAl和Fe3Al金本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种钢试样内部预制裂纹缺陷的方法，所述方法包括：(1)在选定位置机加工制备槽形坡口；(2)在坡口位置焊接填充以铝为主要合金元素的具有良好流动性的焊接材料，冷却预制裂纹；(3)预制裂纹后，焊接进行填充和盖面。

【技术特征摘要】
1.一种钢试样内部预制裂纹缺陷的方法，所述方法包括：(1)在选定位置机加工制备槽形坡口；(2)在坡口位置焊接填充以铝为主要合金元素的具有良好流动性的焊接材料，冷却预制裂纹；(3)预制裂纹后，焊接进行填充和盖面。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(2)中，完成坡口焊接填充后向该区域喷洒冷却水。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(1)中，首先完成钢试样的打底焊焊接，或者完成钢试样的打底焊焊接后进行填充，然后在选定位置机加工制备槽形坡口。4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，步骤(1)中，在选定位置采用线切割所需长度的槽形缺陷。5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，步骤(1)中打底焊焊接或填充根据材质强度匹配原则选择焊材。6.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，步骤(1)中焊接方式为焊条电弧焊或钨极氩弧焊。7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(1)为，首先完成钢试样的打底焊焊接，打底采用钨极氩弧焊，直流正接，焊接电流70-110A，氩气流量8-13L/min，焊层厚度2-4mm；完成打底焊焊接后采用2.5mm或3.2mm直径焊条进行填充，焊接电流70-120A，焊接电压20-22...

【专利技术属性】
技术研发人员：杜宝帅，张忠文，李新梅，邓化凌，李文，徐勤官，
申请(专利权)人：国网山东省电力公司电力科学研究院，山东电力工业锅炉压力容器检验中心有限公司，国家电网公司，
类型：发明
国别省市：山东,37