一种多用途无损检测自然缺陷试块及制作方法与流程

本发明属于无损检测领域，涉及一种多用途无损检测自然缺陷试块及制作方法。

背景技术：

无损检测是在不破坏被检测工件的前提下，使用超声波、射线等物理方法对工件的进行检测，通过发现工件内存在的缺陷，以此保证工件的质量。无损检测教学和考核工作需要使用大量的包含自然缺陷的试块提供教学案例和让学员实操。由于无损检测行业多存在于航空航天等保密性行业，以及教学和培训与其他行业的无损检测工作缺乏联系，导致无损检测教学和考核工作缺少急需的包含自然缺陷的试块。

目前市场上存在一些厂家制作无损检测试块，但产品多是以超声检测为主的标定试块，这些公司也制作包含表面缺陷的磁粉检测或渗透检测试块和以及包含内部缺陷的射线检测自然试块，但是制作方法复杂且价格昂贵。中国专利cn101576450a公开了一种无损检测用表面裂纹缺陷试块的制作方法，其主要利用焊接冶金理论，通过在焊缝中添加fes来控制s的含量，进而使焊缝表面在冷却时出现自然裂纹，但该种制作方法最后使用a102焊条盖面，使得最终成型焊缝不易磁化，不适用于磁粉检测。中国专利cn105353028a公开了一种磁粉检测用表面人工裂纹缺陷试块的制作方法，但是制作出的是一条伴随整条焊缝的裂纹显示，实际检测时很少出现如此长的显示，对于人员的培训往往需要更加接近自然形态的裂纹。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服现有无损检测试块制作方法复杂且价格昂贵，且单一试块上往往只包含单一缺陷的缺点，提供一种多用途无损检测自然缺陷试块及制作方法。

为达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：

本发明一方面，一种多用途无损检测自然缺陷试块制作方法，包括以下步骤：

s1：在厚度大于12mm的母材上开设坡口，采用钨极氩弧焊进行打底焊，其中，母材和焊缝均能被磁化；

s2：通过焊条电弧焊对完成s1的母材坡口进行填充，完成焊缝填充；并在填充焊的过程中，在焊缝内部制作未熔合缺陷、未焊透缺陷、气孔缺陷、夹渣缺陷和夹钨缺陷；

s3：在焊缝上确定设计裂纹区域，并在设计裂纹区域上涂撒硫化亚铁粉末，然后对设计裂纹区域的焊缝进行浅熔深和重熔；

s4：对焊缝的重熔区域进行修磨，打磨掉未熔的硫化亚铁；对焊缝表面实施盖面焊，得到多用途无损检测自然缺陷试块。

本发明多用途无损检测自然缺陷试块制作方法进一步的改进在于：

所述s1中在母材上开设坡口的具体方法为：

根据母材的厚度，当母材的厚度为12～20mm时，在母材上开设v型坡口，当母材的厚度大于20mm时，在母材上开设u型坡口。

所述s2中在焊缝内部制作未熔合缺陷的具体方法为：

在焊缝上确定设计出现未熔合区域，在焊接设计出现未熔合区域使用小于110a焊接电流和12～18cm/min焊接速度进行打底层焊接，当坡口底部母材未熔化而底部已经填满熔池时，提前收弧；当打底层焊接完成之后，在设计出现未熔合区域使用小于110a焊接电流和12～18cm/min焊接速度进行焊接，当前一层焊缝未熔化时，提前收弧，得到未熔合缺陷。

所述s2中在焊缝内部制作未焊透缺陷的具体方法为：

在焊缝上确定设计出现未焊透区域，使用小于100a的焊接电流和12～18cm/min焊接速度进行焊接设计出现未焊透区域，得到未焊透缺陷。

所述s2中在焊缝内部制作气孔缺陷的具体方法为：

在焊缝上确定设计出现气孔区域，在设计出现气孔区域表面施加少量煤油，在160a焊接电流下施焊，得到气孔缺陷。

所述s2中在焊缝内部制作夹渣缺陷的具体方法为：

在焊缝上确定设计出现夹渣区域，在设计出现夹渣区域施加焊渣并施焊，将焊渣熔入焊缝，得到夹渣缺陷。

所述s2中在焊缝内部制作夹钨缺陷的具体方法为：

在焊缝上确定设计出现夹钨区域，在设计出现夹钨区域使用钨极氩弧焊，在施焊时将焊枪钨丝接触焊缝金属，使钨极损毁落入熔池并继续施焊，得到夹钨缺陷。

所述s2中通过钨极氩弧焊进行打底焊时，采用焊丝的直径为2.5mm，钨极为直径2.4mm的铈钨极，焊接电流140a；通过焊条电弧焊进行填充焊时，焊丝的直径为4mm，焊接电流150a；通过焊条电弧焊进行盖面焊时，焊丝的直径为4mm，焊接电流160a。

所述s3的具体方法为：

在打底焊的焊缝上确定设计裂纹区域，并在设计裂纹区域上涂撒硫化亚铁粉末，然后采用170a焊接电流对设计裂纹区域的焊缝进行浅熔深和重熔。

本发明另一方面，一种多用途无损检测自然缺陷试块，所述多用途无损检测自然缺陷试块通过上述方法制作。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

本发明多用途无损检测自然缺陷试块制作方法，结合焊缝内部常见缺陷的原理，可以根据设计制作出合乎规定数量、尺寸、埋深、形态、位置的各种常见缺陷，以供教学及培训使用。常用无损检测方法射线检测，是指用x射线或γ射线穿透试件，以胶片作为记录信息的器材的无损检测方法，由射线检测原理可知，该方法对气孔、夹渣等体积型缺陷(具有三维尺寸的缺陷)检出效果较好。未熔合缺陷是指焊缝金属与母材金属或焊缝金属之间未熔化结合在一起的缺陷，在焊接时采用快速焊接等工艺可以制作出未熔合缺陷；未焊透是指母材金属未熔化，焊缝金属没有进入接头根部的现象，采用小电流大焊速在设计位置可以制作出未焊透缺陷；气孔缺陷是在焊接时，熔池中的气体未在金属凝固前逸出，残存与焊缝之中所形成的空穴，其气体可能是熔池从外界吸收的，也可能是焊接冶金过程中反应生成的，本发明通过在焊缝上确定设计出现气孔区域，施加少量煤油，从而得到接近自然焊接状态出现的气孔缺陷；夹渣缺陷是指未熔的焊条药皮或焊剂、硫化物、氧化物、氮化物残留于焊缝之中，有单个点状夹渣、条状夹渣、链状夹渣和密集夹渣，在预设夹渣区域施加焊渣，可以制作出所需要的各种形态的夹渣缺陷；夹钨缺陷出现在钨极氩弧焊焊接的焊缝中，是钨的颗粒残留在焊缝之中，一般是钨极接触焊缝，脱落熔入焊缝形成的，采用使钨极损毁落入熔池并继续施焊，得到夹钨缺陷，综上，本发明可以制作出供射线检测的焊缝内部出现的各种缺陷。焊缝表面裂纹是焊接缺陷中危害最大的一种，它的出现将显著减少承载面积，更严重的是裂纹端部形成尖锐缺口，应力高度集中，很容易扩展导致破坏。裂纹缺陷主要有热裂纹和冷裂纹等，热裂纹发生于焊缝金属凝固末期，敏感温度区大致在固相线附近，常见热裂纹是结晶裂纹，是在焊缝金属凝固过程中，结晶偏析使杂质生成的低熔点共晶物富集于晶界，该位置强度较小，收到焊缝凝固收缩形成的拉应力，最终开裂形成裂纹。本发明依据热裂纹形成原理，在设计裂纹区域上涂撒硫化亚铁粉末，在焊接过程中形成低熔点硫化物，从而在快速冷却过程中形成接近自然状态的热裂纹，进一步地，焊缝盖面时采用铁磁性焊条，因此可以使用磁粉检测方法对焊接完成后焊缝表面进行检测。本发明提供了射线检测的五种典型缺陷的制作方法以及磁粉检测表面裂纹的制作方法，可以根据用户需要，选择母材材质、板厚、焊缝长度、坡口形式等内容，并可以设计缺陷的大小、数量、出现的位置，真正实现产品的定制生产，可以实现一块焊缝试块至少两种无损检测方法都能使用。

进一步的，根据母材材质焊接的特点、母材板厚等信息，合理设计焊接工艺，通过理论分析和大量实验验证，给出了焊接工艺的几个主要参数，焊接电流和焊接速度等。

本发明多用途无损检测自然缺陷试块，包含常见的五种典型缺陷以及表面裂纹缺陷，能够满足射线检测和磁粉检测两种检测方法的使用，方便进行多种检测方式的教学和培训。

附图说明

图1为本发明的方法流程框图；

图2为本发明的自然缺陷试块图；

图3为本发明的自然缺陷试块通过湿法连续法荧光磁粉检测的结果图；

图4为本发明的实施例1中自然缺陷试块夹渣和未焊透缺陷设计区域的射线底片图；

图5为本发明的实施例1中自然缺陷试块未熔合和未焊透缺陷设计区域的射线底片图；

图6为本发明的实施例1中自然缺陷试块未熔合和气孔缺陷设计区域的射线底片图。

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的实施例，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。

需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

下面结合附图对本发明做进一步详细描述：

参见图1，本发明多用途无损检测自然缺陷试块制作方法，包括以下步骤：

第1步：首先在厚度大于12mm母材上开坡口，当母材的厚度为12～20mm时，在母材上开设v型坡口，当母材的厚度大于20mm时，在母材上开设u型坡口。采用钨极氩弧焊进行打底焊，然后通过焊条电弧焊进行填充焊和盖面焊完成焊缝填充，母材材质和焊缝必须保证能被磁化。其中，通过钨极氩弧焊进行打底焊时，采用焊丝的直径为2.5mm，钨极为直径2.4mm的铈钨极，焊接电流140a；通过焊条电弧焊进行填充焊时，焊丝的直径为4mm，焊接电流150a；通过焊条电弧焊进行盖面焊时，焊丝的直径为4mm，焊接电流160a。

第2步：在进行填充焊缝的同时，在焊缝内部制作未熔合缺陷、未焊透缺陷、气孔缺陷、夹渣缺陷和夹钨缺陷；其中，在焊缝内部制作未熔合缺陷的具体方法为：在焊缝上确定设计出现未熔合区域，在焊接设计出现未熔合区域使用小于110a焊接电流和12～18cm/min焊接速度进行打底层焊接，当坡口底部母材未熔化而底部已经填满熔池时，提前收弧；当打底层焊接完成之后，在设计出现未熔合区域使用小于110a焊接电流和12～18cm/min焊接速度进行焊接，当前一层焊缝未熔化时，提前收弧，得到未熔合缺陷。

在焊缝内部制作未焊透缺陷的具体方法为：在焊缝上确定设计出现未焊透区域，使用小于100a的焊接电流和12～18cm/min焊接速度进行焊接设计出现未焊透区域，得到未焊透缺陷。

在焊缝内部制作气孔缺陷的具体方法为：在焊缝上确定设计出现气孔区域，在设计出现气孔区域表面施加少量煤油，在160a焊接电流下施焊，得到气孔缺陷。

在焊缝内部制作夹渣缺陷的具体方法为：在焊缝上确定设计出现夹渣区域，在设计出现夹渣区域施加焊渣并施焊，将焊渣熔入焊缝，得到夹渣缺陷。

在焊缝内部制作夹钨缺陷的具体方法为：在焊缝上确定设计出现夹钨区域，在设计出现夹钨区域使用钨极氩弧焊，在施焊时将焊枪钨丝接触焊缝金属，使钨极损毁落入熔池并继续施焊，得到夹钨缺陷。

第3步：在焊缝上确定设计裂纹区域，并在设计裂纹区域上涂撒硫化亚铁粉末，然后采用170a焊接电流对设计裂纹区域的焊缝进行浅熔深和快速重熔。

第4步：对焊缝的重熔区域进行修磨，打磨掉未熔的硫化亚铁。

第5步：采用焊条电弧焊对设计裂纹区域进行盖面焊接，盖面焊接完成后，在650℃下保温2h，冷却，得到多用途无损检测自然缺陷试块。

实施例1

以18mm厚45钢板板对接焊为例。

首先在试块上开u型坡口，修钝边2mm。用钨极氩弧焊打底焊，焊条电弧焊填充焊和盖面焊。其中，钨极氩弧焊用焊接材料：焊丝为直径2.5mm的er55～g焊丝，氩气的纯度99.99％，钨极为直径2.4mm的铈钨极。焊条电弧焊用焊接材料：直径4mm的j507焊条。焊接主要工艺参数：焊前预热：预热温度250℃，焊条350℃下烘干2h，钨极氩弧焊打底焊采用直流正接，焊接电流150a，焊条电弧焊采用直流反接，填充焊2道，焊接电流160a，盖面焊焊接电流180a，焊后热处理：450℃下保温2h，随后空冷。

在焊缝内部制作未熔合、未焊透、气孔、夹渣、夹钨缺陷。

未熔合类缺陷制作：使用小焊接电流和快的焊接速度进行焊接(电流小于110a)，在设计出现未熔合区域，当坡口根部母材未熔化而根部已经填满铁水时，提前收弧；当打底层焊完之后，在设计出现未熔合区域，使用小焊接电流和12～18cm/min焊接速度进行焊接(电流小于120a)，当前一层焊缝未熔化时，提前收弧。

未焊透缺陷制作：在设计出现未焊透区域，使用小焊接电流和12～18cm/min焊接速度对该区域施焊(电流小于100a)。

气孔缺陷制作：在设计出现气孔区域表面，施加少量煤油，在焊接电流160a下施焊。

夹渣缺陷制作：在设计出现夹渣区域，施加焊渣，并施焊，将焊渣熔入焊缝。

夹钨缺陷制作：在设计出现夹钨区域，使用氩弧焊，施焊时将焊枪钨丝接触焊缝金属，造成钨极损毁落入熔池，之后继续施焊。

在焊缝内部缺陷制作完成后，继续使用焊条将焊缝区域填满。

在所述缺陷试块的设计裂纹区域的焊缝上涂撒硫化亚铁粉末。

采用170～190a电流对设计裂纹区域的焊缝进行浅熔深和快速重熔。

对焊缝的重熔区域进行修磨，打磨掉未熔的硫化亚铁。

采用与所述试块相近或相同材质的焊条对设计裂纹区域进行盖面焊接，得到多用途无损检测自然缺陷试块。参见图2，制作完成的自然缺陷试块图，参见图3，自然缺陷试块通过湿法连续法荧光磁粉检测的结果图，焊缝区域左侧部位发亮的白色线状显示为裂纹缺陷显示，表明本发明制作方法制作的自然缺陷试块能够被清晰检测。经过射线检测的方法检测每个自然缺陷试块，得到自然缺陷试块的射线底片图。参见图4，左侧黑色的点表示灰渣缺陷，右侧黑色的线表示未焊透缺陷；参见图5，左侧裂纹表示未融合缺陷，右侧裂纹表示未焊透缺陷；参见图6，左侧裂纹表示未融合缺陷，右侧黑点表示气孔缺陷。经过射线底片图的分析，可以发现各种缺陷均已成功实现。

实施例2

以18mm厚30crmnsia合金钢板板对接焊为例。

首先在试块上开u型坡口，修钝边2mm。用钨极氩弧焊打底焊，焊条电弧焊填充焊和盖面焊。其中，钨极氩弧焊用焊接材料：焊丝为直径2.5mm的er90s～g焊丝，氩气的纯度99.99％，钨极为直径2.4mm的铈钨极。焊条电弧焊用焊接材料：4mm的j707焊条。焊接主要工艺参数：焊前预热：预热温度250℃，焊条350℃下烘干2h，钨极氩弧焊打底焊采用直流正接，焊接电流150a，焊条电弧焊采用直流反接，填充焊2道，焊接电流160a，盖面焊焊接电流180a，焊后热处理：450℃下保温2h，随后空冷。

在焊缝内部制作未熔合、未焊透、气孔、夹渣、夹钨缺陷。

未熔合类缺陷制作：使用小焊接电流和快的焊接速度进行焊接(电流小于100a)，在设计出现未熔合区域，当坡口根部母材未熔化而根部已经填满液态金属时，提前收弧；当打底层焊完之后，在设计出现未熔合区域，使用小焊接电流和12～18cm/min焊接速度进行焊接(电流小于100a)，当前一层焊缝未熔化时，提前收弧。

未焊透缺陷制作：在设计出现未焊透区域，使用小焊接电流和12～18cm/min焊接速度迅速对该区域施焊(电流小于100a)。

气孔缺陷制作：在设计出现气孔区域表面，施加少量煤油，在焊接电流150a下施焊。

夹渣缺陷制作：在设计出现夹渣区域，施加焊渣，并施焊，将焊渣熔入焊缝。

夹钨缺陷制作：在设计出现夹钨区域，使用氩弧焊，施焊时将焊枪钨丝接触焊缝金属，造成钨极损毁落入熔池，之后继续施焊。

在焊缝内部缺陷制作完成后，继续使用焊条将焊缝区域填满。

在所述母材的设计裂纹区域的焊缝上涂撒硫化亚铁粉末。

采用170～190a电流对设计裂纹区域的焊缝进行浅熔深和快速重熔。

对焊缝的重熔区域进行修磨,打磨掉未熔的硫化亚铁。

采用与所述试块相近或相同材质的焊条对设计裂纹区域进行盖面焊接，得到多用途无损检测自然缺陷试块。经过射线检测的方法检测自然缺陷试块，观测得到的射线底片图，各种缺陷均已成功实现。

以上内容仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明权利要求书的保护范围之内。