插銷試驗(yàn)

插銷是一種防止門窗從外面被打開的防盜部件。而插銷試驗(yàn)主要用于定量地研究焊接冷裂紋的敏感性，也可用于研究再熱裂紋和層狀撕裂等。插銷試驗(yàn)法是由法國(guó)巴黎焊接研究所格蘭榮(Granjon)等人提出的，如圖所示，為模擬實(shí)際焊接接頭的應(yīng)力集中條件，在試樣上開一缺口，缺口位置依焊接線能量而定。試驗(yàn)時(shí)將插銷試樣插進(jìn)底板的圓孔內(nèi)，使其頂端與底板上平面平齊。然后經(jīng)圓孔上端熔敷一直線焊道，使缺口底部恰好位于熱影響區(qū)的粗晶區(qū)內(nèi)。焊后，當(dāng)試樣冷至150~1000C時(shí)，在插銷上施加一靜載荷，可調(diào)整拉伸應(yīng)力的數(shù)值，從而求出臨界應(yīng)力。目前缺口形式主要有兩種，即圓形缺口和螺旋形缺口。

①T91鋼靠合金化原理，尤其是添加了少量鈮、釩等微量元素，高溫強(qiáng)度、抗氧化性較12 Cr1MoV鋼有較大的提高，但其焊接性能較差。

②插銷試驗(yàn)表明，T91鋼有較大冷裂傾向，選取預(yù)熱200~250 ℃，層間溫度200~300 ℃，可有效防止冷裂紋產(chǎn)生。

③T91焊后熱處理前，必須冷卻至100~150 ℃，保溫1 h;回火溫度730~780 ℃，保溫時(shí)間不少于1 h。

④以上焊接工藝已應(yīng)用于200 MW、300MW 鍋爐制造生產(chǎn)實(shí)踐中，取得滿意效果，并獲得較大的經(jīng)濟(jì)效益。

T91鋼的Ms點(diǎn)約為400℃，預(yù)熱溫度一般選在200~250℃。預(yù)熱溫度不能太高，否則接頭冷卻速度降低，可能在焊接接頭中引起晶界處碳化物析出和形成鐵素體組織，從而大大降低該鋼材焊接接頭在室溫時(shí)的沖擊韌性。預(yù)熱溫度的下限從哈爾濱鍋爐廠所做過(guò)的插銷試驗(yàn)可得到很好的說(shuō)明。

插銷試棒采用T91鋼，直徑8 mm,深0.5 mm，底板采用13CrMo鋼，厚20 mm，試驗(yàn)在不預(yù)熱、預(yù)熱150℃、預(yù)熱200℃、預(yù)熱250℃條件下進(jìn)行。焊條采用J707。焊接電流為165~170 A，電弧電壓為21~267 V，試驗(yàn)結(jié)果如表2所示。

表2 T91插銷試驗(yàn)結(jié)果

試驗(yàn)

條件 試樣

號(hào) 應(yīng)力水平

/MPa 斷裂時(shí)間

/min

不預(yù)熱 1 303.8 9 9

2 186 8 237

3 176.4 8.3 1440未斷

預(yù)熱150℃ 4 421.4 8.1 1260

5 354.8 120未斷

預(yù)熱200℃ 6 465.2 8.6 1440未斷

7 482.7 8.1 438

8 539 7.9 313

預(yù)熱250℃ 9 539 8.2 1440未斷

10 600 8.0 1440未斷

由上述試驗(yàn)結(jié)果知，在不預(yù)熱條件下，T91鋼焊接接頭的臨界應(yīng)力為176.4 MPa;預(yù)熱150℃時(shí)，臨界應(yīng)力為354.8 MPa，為T91鋼常溫屈服極限415 MPa的85.4%;預(yù)熱200℃以上時(shí)，臨界應(yīng)力大于460 MPa，超過(guò)了T91鋼常溫屈服極限。由此，為避免T91鋼焊接時(shí)產(chǎn)生冷裂紋，預(yù)熱溫度必須不低于200℃，德國(guó)規(guī)定預(yù)熱溫度為180~250℃，美國(guó)CE公司規(guī)定預(yù)熱溫度為120~205℃。

層間溫度不得低于預(yù)熱溫度下限，但如同預(yù)熱溫度的選取一樣，層間溫度也不能過(guò)高。T91焊接時(shí)層間溫度一般控制在200~300℃。法國(guó)規(guī)定:層間溫度不超過(guò)300℃。美國(guó)規(guī)定:層間溫度可位于170~230℃之間。

T91要求焊后冷卻到低于Ms點(diǎn)以下并保持一定時(shí)間再進(jìn)行回火處理，焊后冷卻速度為80~100℃/h。如果未經(jīng)保溫，接頭的奧氏體組織可能沒有完全轉(zhuǎn)變，回火加熱會(huì)促使碳化物沿奧氏體晶界沉淀，這樣的組織很脆。但是T91焊后也不允許冷卻到室溫再進(jìn)行回火，因?yàn)槠浜附咏宇^冷卻到室溫時(shí)就有產(chǎn)生冷裂紋的危險(xiǎn)。對(duì)于T91來(lái)說(shuō)，最佳起始溫度為100~150℃，并保溫1h，可基本確保組織轉(zhuǎn)變完畢。

T91鋼冷裂傾向較大，在一定條件下，容易產(chǎn)生延遲裂紋，故焊接接頭必須在焊后24 h內(nèi)進(jìn)行回火處理。T91焊后狀態(tài)的組織為板條狀馬氏體，經(jīng)過(guò)回火可變?yōu)榛鼗瘃R氏體，其性能較板條狀馬氏體優(yōu)越?；鼗饻囟绕蜁r(shí)，回火效果不明顯，焊縫金屬容易時(shí)效而脆化;回火溫度過(guò)高(超過(guò)AC1線)，接頭又可能再次奧氏體化，并在隨后的冷卻過(guò)程中重新淬硬。同時(shí)，如本文在前面所述，回火溫度的確定還要考慮接頭軟化層的影響。一般而言，T91回火溫度為730~780℃。

T91焊后回火恒溫時(shí)間不少于1 h，才能保證其組織完全轉(zhuǎn)變?yōu)榛鼗瘃R氏體。

為了降低T91鋼焊接接頭的殘余應(yīng)力，必須控制其冷卻速度小于5 ℃/min。T91鋼的焊接工藝可用圖3表示。

①預(yù)熱200~250 ℃;②焊接，層間溫度200~300 ℃;③焊后冷卻，速度為 80~100 ℃/h;④100~150 ℃保溫1 h;⑤730~780 ℃回火1 h;⑥以不大于5 ℃/min速度冷卻