专利名称：一种船用钢材焊接性的试验装置及试验方法
技术领域：
本发明属于金属材料连接技术领域。涉及钢材焊接性的试验，更具体 是涉及一种船用钢材焊接性的试验装置及试验方法。
背景技术：
金属焊接性的定义是金属是否能适应焊接加工而形成完整的，具备一 定使用性能的焊接接头的特性。这有两层意思， 一是金属材料在经过焊接 加工后不能出现裂纹(冷裂纹、热裂纹)、气孔等影响金属完整性的缺陷。 这个通常采用焊接性试验来验证。二是金属材料在经过焊接加工后，焊缝、 热影响区等区域的性能不能有明显的降低，影响今后的使用。这通常采用 力学性能的测试来验证。金属的种类有很多，其性能差异也很大，产生缺陷的机理也不同，所 以每种焊接性试验方法都有其适用的范围。至今为止，国内外的焊接工作 者针对不同的材料，不同应用的场合以及需要试验的特定焊接缺陷发明了 近百种焊接性试验方法。如常用的焊接性试验方法有l)斜Y型坡口焊接 裂纹试验法；其主要适用于碳钢及低合金高强钢焊接热影响区冷裂纹敏感性评定。2)插销试验；用途是评定钢材焊接热影响区冷裂纹敏感性，这是一个定量的方法，钢材消耗少，试验结果稳定可靠，还可用于测定再热裂纹敏感性和层状撕裂敏感性。3)压板对接焊接裂纹试验法(Fisco试验)； 用途是评定热裂纹敏感性(由瑞士焊接工程师提出)。4)可调拘束裂纹试 验法；用途是评定热裂纹敏感性(美国焊接专家Savagel965年提出)。5) 刚性固定对接裂纹试验(巴东试验)；用途是评定热裂纹和冷裂纹的敏感 性(由乌克兰巴东焊接研究所提出)。以及拉伸拘束裂纹试验(TRC);刚性拘束裂纹试验(RRC);窗形拘束裂纹试验等等。随着造船技术的不断发展，造船的吨位也从上世纪60年代最大的万吨 轮发展到今天的50万吨油轮。其轮船的长度从几十米发展到今天的近400 米。这就带来了新的问题，太平洋的海浪波长通常在200米左右，小于200 米的船在风浪中会上下起伏的颠簸，有时还会有沉船的危险。当船舶的长 度大于200米时上下起伏的颠簸会减轻许多，在风浪中航行的安全性也较 高。但这时对船舶的建造质量提出了新的要求，因为船舶的长度大于浪的 长度，所以经常会有两个浪同时作用在船体上，这在力学上就是典型的三 点弯曲，如果在受力的最大点上有焊接缺陷，那么就很容易产生破坏，造 成重大的事故。近年来已经有17. 5万吨的船一断两半的事例报道。大型船 舶所用的钢材，如DH32、 DH36的焊接性通常较好，采用上述的现有常规的 焊接性试验方法几乎试验不出焊接缺陷。但船厂在中厚板结构焊接过程中， 经常在打底焊缝中发现纵向裂纹，在个别拘束很大的结构中也会发现横向 裂纹，并且开裂的位置不固定，有表面的裂纹也有在表面以下3-4mm的裂 纹。造成这个问题的原因是现有的焊接性试验方法，没有真实的模拟造船 的实际情况。如造船焊接时，钢板的背面贴有陶瓷衬垫，以达到单面焊双 面成形的目的，而现在所有的焊接性试验方法都没有贴陶瓷衬垫。另外， 现在所有的焊接性试验方法的焊接间隙都是2 3mrn。而船厂的规定就是 6mm，施工现场经常达到10mm，有的甚至达到18mm。现有的焊接性试验方 法的焊接电流通常在180 220A，而实际上船厂为了赶进度，经常把焊接 电流提高到250A，甚至280A。以上的情况说明，现有的焊接性试验方法不能真实的反映船舶建造时 的实际情况，采用现有的焊接性试验方法试验后没有问题的焊接材料以及 船用钢板，在实际造船时仍然会出现缺陷，这给生产厂家带来大量的返修 工作，也对船舶的安全航行带来极大的隐患。所以需要重新针对船厂生产的实际情况，结合船厂生产中的习惯，制定一个符合船厂生产实际情况的 焊接性试验方法及焊接试验装置，真实的反映实际生产的结构、应力、焊 接状态，为船舶建造提供一个安全可靠的验收标准。发明内容技术问题本发明的目的是为了克服现有技术存在的问题和不足，解决能够真实地模拟船用钢材的焊接性的试验的技术问题，提供一种船用钢材焊接性的试验装置及试验方法。技术方案为了实现上述的目的，本发明解决其技术问题的技术方案是一种船用钢材焊接性的试验装置，由试板和沿试板宽度方向且与该试 板相垂直焊接连接的加强筋组成，其中所述的试板为2块；所述的加强筋 为4条；相邻试板的相对边缘分别加工有一坡度，相邻两试板之间留有焊 接间隙且形成45±5°的V形状凹口；所述的加强筋对应V形状凹口位置的 一面开设有一缺口；所述的相邻两试板对应加强筋的缺口的一面上还粘贴 有陶瓷衬垫。上所述的试板的尺寸规格为长700 1000咖，宽260 300mm;相邻试板 的相对边缘分别加工有的坡度为22. 5±25° 。上所述的加强筋的尺寸规格为长520 600mm，宽70 200mm，厚8 20mm;所述的缺口为长方形，尺寸规格为长40 60mm，深10 20ram。上所述的加强筋的两相邻间距为200 300mm;焊脚高度为加强筋板厚 的0.7倍。本发明解决其技术问题的另一个技术方案是-一种船用钢材焊接性的试验方法，包括如下步骤 (1)选择与实际生产一致的钢板进行切割下料，对试板和加强筋分别加工坡度为22. 5±25°的坡口和长40 60mm，深10 20mm的长方形缺口 ；(2) 将2块试板组对，预留设定的焊接间隙，同时将4条加强筋间距 均布地双面焊接在试板的背面，焊脚高度为加强筋板厚的0. 7倍；(3) 在试板的背面贴陶瓷衬垫；(4) 按设定的焊接规范参数对试板设定的焊接间隙进行焊接；(5) 焊后常温下放置24小时，采用着色探伤方法对试验焊缝进行检查。其中，上述步骤(4)所述的焊接为采用纯C02气体保护焊进行焊接， 焊接材料为选用直径1. 2mm的药芯焊丝。有益效果本发明的一种船用钢材焊接性的试验装置及试验方法所具 有的有益效果和优点主要体现在一是试验装置的试板焊接坡口的间隙是可设定的，所以能够评定不同 间隙下焊接性的差别；二是在试验装置的试板背面粘贴陶瓷衬垫，能够完全真实的模拟船舶 钢板焊接的真实情况；三是试验装置的试板尺寸大，加强筋的间距小，所以整体拘束度大。 在现有的常规焊接性试验方法条件下不产生裂纹的焊接材料及工艺，而在 本试验装置和试验方法中都能产生裂纹，并且其规律与实际情况完全相符， 能够真实地模拟实际生产中船用钢材的焊接性。
图l为本发明的主视图， 图2为本发明的侧视图， 图中l.焊接试板，2.加强筋，3.陶瓷衬垫。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的说明。图1和图2所示，本发明的一种船用钢材的焊接性的试验装置由两块 试板1和焊接在试板上的加强筋2组成，每块试板1的边缘加工有22. 5±25 °的坡度，两块试板1组成带有焊接间隙的且成的45±5° V形状凹口 4。加 强筋2的中部开有一个10 20mm深；40 60mm宽的长方形缺口 5，试板的 背面对应加强筋缺口 5的位置粘贴有陶瓷衬垫3，加强筋焊在试板的背面 且为双面焊接固定；在整个焊接性试验装置的长度方向布置4条加强筋2， 间距为200 300mm，加强筋2方向垂直与焊缝的方向，焊脚高度为加强筋 板厚的0. 7倍。本发明的一种船用钢材的焊接性的试验步骤为(1) 选择和实际生产一致的板厚，试板按长度700 1000mm;宽度260 300mm切割下料，加强筋按长520 600mm，宽70 200mm，厚8 20mm切 割下料；并对试板和加强筋分别加工坡度为22.5±25°的坡口和长40 60mm，深10 20mm的长方形岳夫口；(2) 将下料的两块试板l组对，设定焊接间隙为3 18mm，将4条加 强筋2焊接在试板1的背面，间距为200 300mm。焊脚高度为加强筋2板 厚0.7倍，采用双面焊接；(3) 在试板1的背面粘贴陶瓷衬垫；(4) 采用C02气体保护焊对组对的试板的焊接间隙进行焊接，焊接材 料选用直径1.2mm的药芯焊丝或镀铜的实心焊丝；其中，焊接规范参数分 别为焊接电流250A，焊接电压27V，焊接速度8 25mm/min，当焊接间 隙为3mm时，焊接速度为25 mm/min;焊接间隙为18mm时，焊接速度为8 mm/min，其他间隙对应的焊接间隙可以插值选用。焊接手法可以根据焊接间 隙的大小，选用摆动的方法，保证焊接坡口的两边都有良好的熔合，以及坡口的根部保证焊透，达到单面焊双面成形；(5)不论板材的厚度，试验焊道焊接只焊一道。焊后常温放置24小时， 对试验焊缝进行检査。检査采用着色探伤方法进行。以下为本发明的应用实例本发明的应用实例采用了 DH36低合金高强钢作为试验用钢种，实验共 采用了 6组规格同为700mmX260mmX26mra的钢板，焊材选用天泰悍材(昆 山)有限公司生产的TWE-711的药芯焊丝，焊机采用唐山松下公司生产的 C02焊机，实验中由同一焊工使用相同的焊接设备在不同的焊接参数和间隙 条件下实施焊接，得到一系列数据见表l，焊后探伤的照片。表l不同焊接工艺参数得到的数据电电间温湿焊缝试焊接流压隙度度厚度裂纹情况板时间(A)(V)C鹏)(°c)(%)(mm)125027315682' 35"6.212处lOmra的裂纹2250276156802"5.9几乎没有裂纹32502793684.92处10mm裂纹4处20ram裂纹，425027123685, 34"3.92处5ram裂纹2处5mm裂纹，3处2ram525027153687' 24"5.0裂纹，收弧裂纹6250271815688' 11"6.0没有裂纹从表l的数据和焊后探伤的照片分布特征进行比较和分析后得出采用本发明的焊接性试验方法，在实际生产的焊接电流250A，焊接电压27V条件下，焊接间隙从3mm 18mm，不同的焊接参数产生不同程度的焊接裂 纹，以3rara的焊接裂纹最明显；6ram没有焊接裂纹，这正是船厂规定的悍 接间隙；9mm焊接裂纹已经开始增加，12mm裂纹较多且长，15mm又有所减 少，18mm几乎没有裂纹。这个规律和船厂焊接生产的实际情况非常吻合， 说明本试验方法真实的再现了船厂焊接的实际状况。所以，采用本发明的 一种船用钢材焊接性的试验装置及试验方法可以对船用钢板和焊接材料进 行焊接性评定。
权利要求
1、一种船用钢材焊接性的试验装置，其特征在于该试验装置由试板(1)和沿试板(1)宽度方向且与该试板相垂直焊接连接的加强筋(2)组成，其中所述的试板(1)为2块，所述的加强筋(2)为4条；相邻两试板(1)的相对边缘分别加工有一坡度，两试板之间留有焊接间隙且形成45±5度的V形状凹口(4)；所述的加强筋(2)对应V形状凹口(4)位置的一面开设有一缺口(5)；所述的两相邻试板(1)对应加强筋(2)的缺口(5)的一面上还粘贴有陶瓷衬垫(3)。
2、 根据权利要求1所述的一种船用钢材焊接性的试验装置，其特征在 于所述的缺口 (5)为长方形，尺寸规格为长40 60ram，深10 20mm。
3、 根据权利要求1所述的一种船用钢材焊接性的试验装置，其特征在 于所述的试板(1)的尺寸规格为长700 1000mm，宽260 300mm;相邻 试板(1)的相对边缘分别加工有的坡度为22. 5±25° 。
4、 根据权利要求1所述的一种船用钢材焊接性的试验装置，其特征在 于所述的加强筋(2)的尺寸规格为长520 600rnrn，宽70 200mm，厚8 20亂
5、 根据权利要求1或4所述的一种船用钢材焊接性的试验装置，其特 征在于所述的加强筋(2)的尺寸规格为长520 600mm，宽70 200mm， 厚8 20mm;两相邻间距为200 300mm。
6、 根据权利要求2所述的一种船用钢材焊接性的试验装置，其特征在 于所述的试板(1)与加强筋(2)的焊接连接为双面焊，焊脚高度为加 强筋(2)板厚的0.7倍。
7、 一种船用钢材焊接性的试验方法，其特征在于该试验方法包括如下步骤(1) 选择与实际生产一致的钢板进行切割下料，对试板和加强筋分别加工坡度为22. 5±25°的坡口和长40 60mm,深10 20mm的长方形缺口；(2) 将2块试板组对，预留设定的焊接间隙，同时将4条加强筋间距 均布地双面焊接在试板的背面，焊脚高度为加强筋板厚的0. 7倍；(3) 在试板的背面贴陶瓷衬垫；(4) 按设定的焊接规范参数对试板设定的焊接间隙进行焊接；(5) 焊后常温下放置24小时，采用着色探伤方法对试验焊缝进行检查。
8、根据权利要求7所述的一种船用钢材焊接性的试验方法，其特征 在于所述步骤(4)所述的焊接为采用纯C02气体保护焊，焊接材料为选 用直径1.2mm的药芯焊丝。
9、根据权利要求7所述的一种船用钢材焊接性的试验方法，其特征在 于所述步骤(4)所述的焊接规范参数为焊接电流250A，焊接电压27V， 焊接速度8 25mm/min，焊接间隙为3 18mm时。
全文摘要
本发明公开了一种船用钢材焊接性的试验装置及试验方法，属材料连接技术领域。该试验装置由试板和沿试板宽度方向且与该试板相垂直焊接连接的加强筋组成。试验方法的步骤为先选料制作试验装置；然后在试板的背面贴陶瓷衬垫；按设定的焊接规范参数对试板设定的焊接间隙进行焊接；焊后常温下放置24小时，再采用着色探伤方法对试验焊缝进行检查。本发明由于试验装置的试板的尺寸大，比常用的焊接性试验方法的试板尺寸更接近实际情况。加强筋模拟了船舶的结构，间距小，刚性大。由于在试验装置的试板背面粘贴陶瓷衬垫，焊接间隙可以设定，因此，能够完全真实的模拟船舶钢板焊接的真实情况。具有实用性和推广应用价值。
文档编号B23K31/12GK101402159SQ200810235058
公开日2009年4月8日 申请日期2008年11月7日 优先权日2008年11月7日
发明者铿 严, 军 喻, 王登峰, 秦耀良, 邹家生, 郑伊洛, 涛 马 申请人:江苏科技大学