窄間隙焊接溫度場(chǎng)的測(cè)量方法及系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0002] 本發(fā)明涉及一種測(cè)量技術(shù)，特別是涉及一種窄間隙焊接溫度場(chǎng)的測(cè)量方法及系 統(tǒng)。
[0003]
【背景技術(shù)】
[0004] 具有窄間隙焊道的金屬板多用于船舶等大型設(shè)備結(jié)構(gòu)，由于其焊道倒角近乎90 度，能有效防止焊接上層焊料的消耗。
[0005] 準(zhǔn)確測(cè)量焊道的熱影響區(qū)（HAZ)的熱循環(huán)曲線是研究焊接冶金分析、焊接應(yīng)力應(yīng) 變和彈塑性動(dòng)態(tài)分析的基礎(chǔ)，也是進(jìn)行焊接數(shù)值模擬計(jì)算及焊接過程控制的前提。窄間隙 焊接作為實(shí)現(xiàn)大厚板結(jié)構(gòu)件焊接的一種高效方法，具有縮短焊接時(shí)間、減少填充材料和節(jié) 省能源消耗等技術(shù)和經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì)。同時(shí)由于采用一層一道或一層兩道的焊接方式，在相對(duì)較 小的焊接熱輸入下，所能獲得的熱影響區(qū)相對(duì)很窄。因此，想要可靠獲取窄間隙多層焊接過 程中熱影響區(qū)的熱循環(huán)曲線是一件意義深遠(yuǎn)和極具挑戰(zhàn)的工作。
[0006] 目前關(guān)于焊接溫度場(chǎng)的測(cè)量方式中主要采用接觸式測(cè)溫和非接觸式測(cè)溫兩類。其 中，非接觸式測(cè)溫(如紅外測(cè)溫），由于其測(cè)溫結(jié)果的準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性易受被測(cè)物體表面光 潔度、弧光等因素干擾，因而無法實(shí)現(xiàn)對(duì)工件內(nèi)部溫度場(chǎng)的檢測(cè)而限制其應(yīng)用。接觸測(cè)溫最 典型的則屬熱電偶測(cè)溫，多采取從鋼板表面和底部鉆孔測(cè)溫方式。但這種方式無法應(yīng)用在 窄間隙焊道的測(cè)試中，因?yàn)椋g隙焊道的熱影響區(qū)很窄（僅l_3mm)，即便用最小尺寸的鉆 頭鉆孔，也很難確保在不破壞焊道的情況下，將鉆頭的中心設(shè)置在熱影響區(qū)，進(jìn)而布置熱電 偶。即便利用上述方式偶然成功布置了熱電偶，也會(huì)因?yàn)楹附訒r(shí)所產(chǎn)生的電弧對(duì)熱影響區(qū) 的溫度影響，無法測(cè)量到該區(qū)域的溫度變化曲線。因此，需要對(duì)現(xiàn)有技術(shù)進(jìn)行改進(jìn)。
[0007]

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008] 鑒于以上所述現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，本發(fā)明的目的在于提供一種窄間隙焊接溫度場(chǎng)的 測(cè)量方法，用于解決現(xiàn)有技術(shù)中窄間隙焊接的焊接溫度場(chǎng)測(cè)量不準(zhǔn)確的問題。
[0009] 為實(shí)現(xiàn)上述目的及其他相關(guān)目的，本發(fā)明提供一種窄間隙焊接溫度場(chǎng)的測(cè)量方 法，包括:沿垂直于測(cè)試板的窄間隙焊道方向，將所述測(cè)試板切割成兩部分，其中一部分包 含沿所述焊道伸出、且橫跨所述焊道的凸部；在所述凸部沿所述焊道方向的至少一側(cè)立面 上，向所述焊道的熱影響區(qū)埋設(shè)至少一個(gè)熱感應(yīng)器件;將切割后的兩部分重新拼合，以得到 在所述熱影響區(qū)埋設(shè)熱感應(yīng)器件的測(cè)試板;按照預(yù)設(shè)的測(cè)試預(yù)案將所述測(cè)試板的焊道進(jìn)行 逐層焊接，并根據(jù)在測(cè)試過程中所獲取的各所述熱感應(yīng)器件的溫度信息，測(cè)量所述熱影響 區(qū)的溫度場(chǎng)的變化情況。
[0010] 優(yōu)選地，所述將切割后的兩部分重新拼合的方式包括:采用點(diǎn)焊、或定位施焊的方 式將切割后的兩部分重新拼合。
[0011]優(yōu)選地，所述凸部為矩形。
[0012 ]優(yōu)選地，所述凸部沿所述焊道方向的側(cè)立面相距所述焊道內(nèi)偵幢2-5mm。
[0013] 基于上述目的，本發(fā)明還提供一種具有窄間隙焊道的測(cè)量板，包括:沿垂直于所述 窄間隙焊道方向，將所述測(cè)試板切割成兩部分再拼合所形成的分割痕跡，其中一部分包含 沿所述焊道伸出、且橫跨所述焊道的凸部;埋設(shè)在所述凸部沿所述焊道方向的至少一側(cè)立 面上、且位于所述焊道的熱影響區(qū)的至少一個(gè)熱感應(yīng)器件。
[0014] 優(yōu)選地，所述凸部為矩形。
[0015 ]優(yōu)選地，所述凸部沿所述焊道方向的側(cè)立面相距所述焊道內(nèi)偵幢2-5mm。
[0016] 基于上述目的，本發(fā)明還提供一種窄間隙焊接溫度場(chǎng)的測(cè)量的系統(tǒng)，包括:如上任 一所述的測(cè)試板；以及，與所述測(cè)試板對(duì)中的各所述熱感應(yīng)器件相連的測(cè)試設(shè)備，用于按照 預(yù)設(shè)的測(cè)試預(yù)案將所述測(cè)試板的焊道進(jìn)行逐層焊接，并根據(jù)在測(cè)試過程中所獲取的各所述 熱感應(yīng)器件的溫度信息，測(cè)量所述熱影響區(qū)的溫度場(chǎng)的變化情況。
[0017] 如上所述，本發(fā)明的窄間隙焊接溫度場(chǎng)的測(cè)量方法及系統(tǒng)，具有以下有益效果:通 過沿垂直于測(cè)試板的窄間隙焊道方向，將所述測(cè)試板切割成兩部分，其中一部分包含沿所 述焊道伸出、且橫跨所述焊道的凸部，在該凸部向焊道的熱影響區(qū)埋設(shè)熱感應(yīng)器件，能有效 防止焊接過程中在焊道裂痕上產(chǎn)生的電弧對(duì)熱感應(yīng)器件所感應(yīng)到的溫度信息的影響，因 此，能夠解決熱感應(yīng)器件無法直接測(cè)量熱影響區(qū)的溫度的缺點(diǎn)；另外，對(duì)多層焊接進(jìn)行溫度 變化測(cè)量，能夠得到熱影響區(qū)每次、每層的溫度場(chǎng)變化情況，以便據(jù)此為實(shí)際焊接過程的焊 接工藝參數(shù)的選擇提供準(zhǔn)確的溫度場(chǎng)信息，由此能夠提高實(shí)際焊接的精度和焊接效率;還 有，所述凸部沿所述焊道方向的側(cè)立面相距所述焊道內(nèi)側(cè)壁2_5mm，確保了在埋設(shè)熱感應(yīng)器 件時(shí)，便于控制鉆槍執(zhí)行鉆孔的深度，保證了無需鉆過深的孔就能在熱影響區(qū)安裝熱感應(yīng) 器件，為后續(xù)測(cè)量工作提供了數(shù)據(jù)保障；另外，當(dāng)需要埋設(shè)多個(gè)熱感應(yīng)器件時(shí)，凸部采用矩 形形狀，能夠讓各感應(yīng)器件不受位置的限制，方便操作。
[0018]
【附圖說明】
[0019] 圖1顯示為本發(fā)明的窄間隙焊接溫度場(chǎng)的測(cè)量方法的流程圖。
[0020] 圖2顯示為本發(fā)明的窄間隙焊接溫度場(chǎng)的測(cè)量方法中測(cè)試板分割后的結(jié)構(gòu)示意 圖。
[0021] 圖3顯示為本發(fā)明的窄間隙焊接溫度場(chǎng)的測(cè)量方法中窄間隙MAG立焊接頭多層焊 熱循環(huán)曲線。
[0022]圖4顯示為本發(fā)明的窄間隙焊接溫度場(chǎng)的測(cè)量方法中窄間隙MAG立焊接頭原CGHAZ 組織演化(熱模擬試驗(yàn)）圖。
[0023]圖5示為本發(fā)明的窄間隙焊接溫度場(chǎng)的測(cè)量方法中窄間隙MAG立焊接頭原CGHAZ組 織演化(實(shí)際測(cè)溫試驗(yàn)）圖。
[0024]圖6顯示為本發(fā)明的窄間隙焊接溫度場(chǎng)的測(cè)量系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。
[0025]
【具體實(shí)施方式】
[0026] 以下由特定的具體實(shí)施例說明本發(fā)明的實(shí)施方式，熟悉此技術(shù)的人士可由本說明 書所揭露的內(nèi)容輕易地了解本發(fā)明的其他優(yōu)點(diǎn)及功效。
[0027] 如圖1所示，本發(fā)明提供一種窄間隙焊接溫度場(chǎng)的測(cè)量方法。所述測(cè)量方法包括以 下步驟： 在步驟S1中，沿垂直于測(cè)試板的窄間隙焊道方向，將所述測(cè)試板切割成兩部分，其中一 部分包含沿所述焊道伸出、且橫跨所述焊道的凸部，另一部分包含與所述凸部相匹配的凹 部。
[0028] 在此，所述測(cè)試板具有窄間隙焊道，所述窄間隙焊道通常的寬度在18-22_之間。 [0029]以德國(guó)迪林根冶金公司生產(chǎn)的海洋平臺(tái)齒條鋼DILUMAX690E(化學(xué)成分和力學(xué)性 能見表1和表2為例。
[0030] 表1 DILUMAX690E鋼的化學(xué)成分（質(zhì)量分?jǐn)?shù)，％)
表2 DILLIMAX690E鋼的力學(xué)性能
技術(shù)人員或控制設(shè)備操作切割設(shè)備沿垂直于所述測(cè)試板的焊道方向切割所述測(cè)試板， 并在略寬于所述焊道、且橫跨所述焊道的局部區(qū)域切割成相匹配的凸部和凹部。其中，所述 凸部的橫跨所述焊道所對(duì)應(yīng)的寬度應(yīng)涵蓋所述焊道兩邊的熱影響區(qū)。例如，所述凸部沿所 述焊道方向的側(cè)立面相距所述焊道內(nèi)側(cè)壁2_5mm。所述凸部以矩形為優(yōu)。
[0031] 在步驟S2中，在所述凸部的沿所述焊道的至少一側(cè)立面上，向所述焊道的熱影響 區(qū)埋設(shè)至少一個(gè)熱感應(yīng)器件。其中，所述熱感應(yīng)器件包括但不限于:熱電偶。
[0032] 在此，所述熱影響區(qū)是指在進(jìn)行焊接時(shí)，測(cè)試板的焊道周圍的材料介于熔融和固 體形態(tài)之間的區(qū)域。該區(qū)域中的板材材料為已軟化的固體形態(tài)。由于測(cè)試板的材料不同，各 測(cè)試板的熱影響區(qū)的位置也不完全相同。優(yōu)選地，所述熱影響區(qū)位于深入所述焊道外側(cè)壁 2-5mm處。例如，所述海洋平臺(tái)齒條鋼的熱影響區(qū)位于相距焊道側(cè)邊深3mm左右。由此，技術(shù) 人員可使用小型手持沖擊鉆在所述焊道上開孔至熱影響區(qū)，并埋設(shè)至少一個(gè)熱感應(yīng)器件。 [0033]在此，選擇埋設(shè)所述熱感應(yīng)器件的位置應(yīng)注意以下三點(diǎn)： ①所述熱影響區(qū)根據(jù)預(yù)焊接試驗(yàn)中測(cè)試板的金相結(jié)構(gòu)而決定。例如，在金相顯微鏡下 利用測(cè)量軟件多次測(cè)量所述海洋平臺(tái)齒條鋼的窄間隙MAG立焊(Metal Active Gas Arc 心1(111^立焊的簡(jiǎn)稱，8卩熔化極活性氣體保護(hù)電弧立焊）接頭的側(cè)壁熔深和似2(如3七 affected zone熱影響區(qū)）寬度，結(jié)果為側(cè)壁恪深約0.8mm，側(cè)壁HAZ寬度約1.8mm(即熱影 響區(qū)寬度約占1/3)。
[0034]②所述熱影響區(qū)應(yīng)選擇距離起弧位置30~50mm的區(qū)域，此時(shí)焊接過程達(dá)到穩(wěn)定狀 態(tài)，所測(cè)數(shù)據(jù)具有一定的普遍性和代表性。
[0035] ③測(cè)試點(diǎn)處的熱感應(yīng)器件的焊接要牢靠，且熱感應(yīng)器件布線需防止與工件直接接 觸。
[0036] 例如，所述測(cè)試預(yù)案中包含測(cè)試某一層焊道整個(gè)焊接過程的溫度信息，則可在相 應(yīng)焊層的焊道高度的所述側(cè)立面向所述焊道內(nèi)側(cè)壁方向打孔至所述熱影響區(qū)處，并在所打 孔中埋設(shè)至少一個(gè)熱感應(yīng)器件。又如，所述