如何预防304不锈钢在焊接过程中产生热裂纹

 304不锈钢作为一种具有优秀的耐腐蚀性、良好力学性能的材料，在核电、石油化工和医疗器材制造等领域得到了广泛应用。由于其在焊接过程中易产生热裂纹，为了预防潜在的危险、提高使用安全性，对其进行无损检测非常必要。超声检测因其安全可靠、便于操作而使用广泛。由于奥氏体不锈钢在焊接过程中不发生相变，在焊接过程中，由于热循环的作用，焊缝内部会形成粗大的柱状晶组织，导致焊缝呈现出不均匀性和弹性各向异性。在对焊缝进行超声检测时，会使声束发生严重的散射现象，对检测的灵敏度和准确性影响很大。相控阵超声检测技术通过对超声阵列换能器中各阵元进行相位控制，从而获得灵活的合成波束。它具有能进行动态聚焦、可进行成像检测、可检测复杂形状物体、能提高检测灵敏度、分辨力和信噪比等多项优点。

  浙江至德钢业有限公司设计、加工了厚度为10mm、20mm、30mm和40mm的304不锈钢板对接焊缝模拟试块，焊接方法为手工电弧焊打底、埋弧自动焊盖面。在试块底部热影响区位置加工长度分别为5.0mm、10.0mm和15.0mm，高度1.5mm的U型和V型开口槽。本课题采取理论和实验相结合的研究方法，并借助模拟仿真方法开展相控阵超声检测技术研究，主要研究内容如下：

 1. 对试块基体及焊缝分别进行金相分析，借助于面积法对晶粒尺寸进行计算，确定基体、焊缝及热影响区晶粒长度和宽度。对试块进行声学特性测试，分析不同位置超声时域波形、频谱主频偏移、声速及衰减系数变化规律。研究表明，4种厚度试块的基体区衰减系数均小于焊缝区，且声速较为均匀，声速波动不超过1.13%。利用CIVA仿真软件，通过相控阵超声检测声场模拟，确定聚焦深度；通过实验测试，优化相控阵超声探头孔径。

 2. 选用主频5MHz、阵元数为32、带楔块的相控阵超声探头，在焊缝左右侧沿焊缝方向进行A扫查、B扫查及扇形扫查。通过S扫查图像中开口槽上、下尖端深度确定缺陷高度，采用-6dB法确定开口槽长度。纵波检测结果显示：开口槽高度超声定量结果与实际尺寸相差范围为0～0.3mm，长度5mm、10mm和15mm开口槽的长度定量误差范围分别为0.3～1.5mm、0.2～1.1mm、0.5～2.0mm。用横波在厚度10mm和20mm试块上进行补充验证，开口槽高度超声定量结果与实际尺寸相差范围为0.2-0.4mm，长度5mm、10mm和15mm开口槽的长度定量误差范围分别为0.4～1.1mm、0.3～1.0mm、0.7～1.2mm。