如何預防304不銹鋼在焊接過程中產生熱裂紋

 304不銹鋼作為一種具有優秀的耐腐蝕性、良好力學性能的材料，在核電、石油化工和醫療器材制造等領域得到了廣泛應用。由于其在焊接過程中易產生熱裂紋，為了預防潛在的危險、提高使用安全性，對其進行無損檢測非常必要。超聲檢測因其安全可靠、便于操作而使用廣泛。由于奧氏體不銹鋼在焊接過程中不發生相變，在焊接過程中，由于熱循環的作用，焊縫內部會形成粗大的柱狀晶組織，導致焊縫呈現出不均勻性和彈性各向異性。在對焊縫進行超聲檢測時，會使聲束發生嚴重的散射現象，對檢測的靈敏度和準確性影響很大。相控陣超聲檢測技術通過對超聲陣列換能器中各陣元進行相位控制，從而獲得靈活的合成波束。它具有能進行動態聚焦、可進行成像檢測、可檢測復雜形狀物體、能提高檢測靈敏度、分辨力和信噪比等多項優點。

  浙江至德鋼業有限公司設計、加工了厚度為10mm、20mm、30mm和40mm的304不銹鋼板對接焊縫模擬試塊，焊接方法為手工電弧焊打底、埋弧自動焊蓋面。在試塊底部熱影響區位置加工長度分別為5.0mm、10.0mm和15.0mm，高度1.5mm的U型和V型開口槽。本課題采取理論和實驗相結合的研究方法，并借助模擬仿真方法開展相控陣超聲檢測技術研究，主要研究內容如下：

 1. 對試塊基體及焊縫分別進行金相分析，借助于面積法對晶粒尺寸進行計算，確定基體、焊縫及熱影響區晶粒長度和寬度。對試塊進行聲學特性測試，分析不同位置超聲時域波形、頻譜主頻偏移、聲速及衰減系數變化規律。研究表明，4種厚度試塊的基體區衰減系數均小于焊縫區，且聲速較為均勻，聲速波動不超過1.13%。利用CIVA仿真軟件，通過相控陣超聲檢測聲場模擬，確定聚焦深度；通過實驗測試，優化相控陣超聲探頭孔徑。

 2. 選用主頻5MHz、陣元數為32、帶楔塊的相控陣超聲探頭，在焊縫左右側沿焊縫方向進行A掃查、B掃查及扇形掃查。通過S掃查圖像中開口槽上、下尖端深度確定缺陷高度，采用-6dB法確定開口槽長度?？v波檢測結果顯示：開口槽高度超聲定量結果與實際尺寸相差范圍為0～0.3mm，長度5mm、10mm和15mm開口槽的長度定量誤差范圍分別為0.3～1.5mm、0.2～1.1mm、0.5～2.0mm。用橫波在厚度10mm和20mm試塊上進行補充驗證，開口槽高度超聲定量結果與實際尺寸相差范圍為0.2-0.4mm，長度5mm、10mm和15mm開口槽的長度定量誤差范圍分別為0.4～1.1mm、0.3～1.0mm、0.7～1.2mm。