無損探傷焊接缺陷問題的若干思考

一般的焊縫中常見的缺陷有：氣孔、夾渣、未焊透、未熔合和裂紋等。到目前為止還沒有一個成熟的方法對缺陷的性質(zhì)進行準確的評判，只是根據(jù)熒光屏上得到的缺陷波的形狀和反射波高度的變化結(jié)合缺陷的位置和焊接工藝對缺陷進行綜合估判。為此，本文針對無損探傷焊接缺陷產(chǎn)生的原因及解決對策進行探討。

在鍋爐、壓力容器、壓力管道制造和安裝過程中，焊接質(zhì)量非常重要。焊接部位最容易產(chǎn)生焊裂、未熔合、未焊透、咬邊、夾雜物和晶界開裂等缺陷，這些缺陷又可能是裂紋源。因此，正確地做好焊接缺陷等級評定工作不僅能保證產(chǎn)品質(zhì)量，而且能保證產(chǎn)品的安全經(jīng)濟運行。但目前焊接缺陷等級評定情況去不盡人意，存在著這樣那樣的問題，焊接工藝中缺陷的名稱與無損探傷中缺陷也沒有統(tǒng)一，觀念的陳舊，規(guī)范的嚴格，安全與經(jīng)濟的矛盾，不利于無損檢測工作的進一步開展。

1 缺陷等級評定中存在的問題

1.1 規(guī)范標準不統(tǒng)一 焊接檢測標準實在太多，五花八門，不同的標準在缺陷定量及評定方法上都有差別，如焊縫超聲波探傷，有的標準采用長橫孔進行靈敏度調(diào)節(jié)，有的標準采用短橫孔或柱孔進行靈敏度調(diào)節(jié)，不同的反射體反射當量均個有差異。在定量上，不同標準對同一級別規(guī)定的允許缺陷數(shù)量也不相同。造成這種現(xiàn)象，一方面是因為標準的制定沒有建立在一個統(tǒng)一的試驗和理論分析基礎(chǔ)上，另一方面則是因為檢測技術(shù)上認識不統(tǒng)一造成的檢測方法不統(tǒng)一。焊接檢測標準的不統(tǒng)一，使得驗收工作帶來不便，也不便于產(chǎn)品質(zhì)量的相互認可，這一矛盾在商檢，電站鍋爐驗收方面特別突出。

1.2 標準的認為因素 焊接上產(chǎn)生的缺陷對材料的性能會發(fā)生很大影響，其影響程度隨著缺陷的性質(zhì)、大小、位置、厚度的不同而不同。有人作了研究，用相同材料制成大小不同的具有相似外形輪廓的一對焊縫試樣，每一試樣含有成比例尺寸的裂紋，進行斷裂韌行計算，結(jié)果大尺寸試樣產(chǎn)生破壞的應(yīng)力低于小尺寸試樣產(chǎn)生破壞所需要的應(yīng)力。但現(xiàn)行標準對缺陷等級評定并不能實際地反映這些特點，卻帶著明顯的人為因素。如射線探傷對點狀缺陷等級評定，規(guī)定不同級別允許缺陷點數(shù)隨工件壁厚成幾何級數(shù)變化，顯然這不是缺陷大小對產(chǎn)品危害程度的體現(xiàn)，而是工作中記憶方便的數(shù)字規(guī)律，是人為加上去的。

1.3 缺陷等級評定只注重大小、長度，不注重自身高度和深度
現(xiàn)行缺陷評定標準只記錄缺陷平面大小、長度，不注重自身高度和深度，缺陷的返修也只依據(jù)大小和長度。常規(guī)射線探傷要記錄缺陷的三維空間尺寸困難，有的超聲波探傷對深度也不作要求。實際上缺陷自身高度和深度是影響工件性能的兩個重要指標，這兩個尺寸是缺陷安全評定的關(guān)鍵尺寸。根據(jù)斷裂力學(xué)理論，埋藏裂紋的等效缺陷尺寸，主要取決于埋藏裂紋的半高a和裂紋形貌系數(shù)Ω、Ψ。缺陷深藏不同對材料性能的影響也不同。研究表明，當兩種裂紋尺寸相同時，表面裂紋試樣的斷裂強度約為埋藏裂紋的60%。因此，忽視缺陷的高度和深度，不便于對產(chǎn)品的全面評價。另外，也容易放過自身高度尺寸大于規(guī)定長度尺寸的缺陷，這實在是極不合理的現(xiàn)象。

1.4 缺陷等級評定與材料的關(guān)系 大家知道，在進行焊縫檢測前我們需要掌握材質(zhì)、坡口形式、壁厚等原始數(shù)據(jù)，但目前掌握這些數(shù)據(jù)的主要目的是幫助我們制定正確的檢測工藝，協(xié)助我們對缺陷進行分析（特別是定性），我們在了解材質(zhì)的同時，并考慮缺陷對不同材質(zhì)的不同影響，其實，各種材質(zhì)抵抗破壞的能力是不同的，在同樣應(yīng)力狀態(tài)下，相同尺寸的裂紋在有些材質(zhì)中會開裂、擴展、造成危害；而在另一些材質(zhì)中則不會開裂，不會擴展，不會造成危害。但是，在焊接檢測標準中，對同一類材料不同材質(zhì)的產(chǎn)品，對缺陷的定級我們采用的是同一種標準。

2 無損探傷焊接缺陷產(chǎn)生的原因及防治措施

對于內(nèi)部缺陷的性質(zhì)的估判以及缺陷的產(chǎn)生的原因和防止措施大體總結(jié)了以下幾點：

2.1 氣孔：單個氣孔回波高度低，波形為單縫，較穩(wěn)定。從各個方向探測，反射波大體相同，但稍一動探頭就消失，密集氣孔會出現(xiàn)一簇反射波，波高隨氣孔大小而不同，當探頭作定點轉(zhuǎn)動時，會出現(xiàn)此起彼落的現(xiàn)象。

產(chǎn)生這類缺陷的原因主要是焊材未按規(guī)定溫度烘干，焊條藥皮變質(zhì)脫落、焊芯銹蝕，焊絲清理不干凈，手工焊時電流過大，電弧過長；埋弧焊時電壓過高或網(wǎng)絡(luò)電壓波動太大；氣體保護焊時保護氣體純度低等。如果焊縫中存在著氣孔，既破壞了焊縫金屬的致密性，又使得焊縫有效截面積減少，降低了機械性能，特別是存鏈狀氣孔時，對彎曲和沖擊韌性會有比較明顯降低。

防止這類缺陷防止的措施有：不使用藥皮開裂、剝落、變質(zhì)及焊芯銹蝕的焊條，生銹的焊絲必須除銹后才能使用。所用焊接材料應(yīng)按規(guī)定溫度烘干，坡口及其兩側(cè)清理干凈，并要選用合適的焊接電流、電弧電壓和焊接速度等。

2.2 夾渣：點狀夾渣回波信號與點狀氣孔相似，條狀夾渣回波信號多呈鋸齒狀波幅不高，波形多呈樹枝狀，主峰邊上有小峰，探頭平移波幅有變動，從各個方向探測時反射波幅不相同。

這類缺陷產(chǎn)生的原因有：焊接電流過小，速度過快，熔渣來不及浮起，被焊邊緣和各層焊縫清理不干凈，其本金屬和焊接材料化學(xué)成分不當，含硫、磷較多等。

防止措施有：正確選用焊接電流，焊接件的坡口角度不要太小，焊前必須把坡口清理干凈，多層焊時必須層層清除焊渣；并合理選擇運條角度焊接速度等。

2.3 未焊透：反射率高，波幅也較高，探頭平移時，波形較穩(wěn)定，在焊縫兩側(cè)探傷時均能得到大致相同的反射波幅。這類缺陷不僅降低了焊接接頭的機械性能，而且在未焊透處的缺口和端部形成應(yīng)力集中點，承載后往往會引起裂紋，是一種危險性缺陷。

其產(chǎn)生原因一般是：坡口純邊間隙太小，焊接電流太小或運條速度過快，坡口角度小，運條角度不對以及電弧偏吹等。

防止措施有：合理選用坡口型式、裝配間隙和采用正確的焊接工藝等。

2.4 未熔合：探頭平移時，波形較穩(wěn)定，兩側(cè)探測時，反射波幅不同，有時只能從一側(cè)探到。

其產(chǎn)生的原因：坡口不干凈，焊速太快，電流過小或過大，焊條角度不對，電弧偏吹等。

防止措施：正確選用坡口和電流，坡口清理干凈，正確操作防止焊偏等。

2.5 裂紋：回波高度較大，波幅寬，會出現(xiàn)多峰，探頭平移時反射波連續(xù)出現(xiàn)波幅有變動，探頭轉(zhuǎn)時，波峰有上下錯動現(xiàn)象。裂紋是一種危險性最大的缺陷，它除降低焊接接頭的強度外，還因裂紋的末端呈尖銷的缺口，焊件承載后，引起應(yīng)力集中，成為結(jié)構(gòu)斷裂的起源。裂紋分為熱裂紋、冷裂紋和再熱裂紋三種。

熱裂紋產(chǎn)生的原因是：焊接時熔池的冷卻速度很快，造成偏析；焊縫受熱不均勻產(chǎn)生拉應(yīng)力。

防止措施：限制母材和焊接材料中易偏析元素和有害雜質(zhì)的含量，主要限制硫含量，提高錳含量；提高焊條或焊劑的堿度，以降低雜質(zhì)含量，改善偏析程度；改進焊接結(jié)構(gòu)形式，采用合理的焊接順序，提高焊縫收縮時的自由度。

冷裂紋產(chǎn)生的原因：被焊材料淬透性較大在冷卻過程中受到人的焊接拉力作用時易裂開；焊接時冷卻速度很快氫來不及逸出而殘留在焊縫中，氫原子結(jié)合成氫分子，以氣體狀態(tài)進到金屬的細微孔隙中，并造成很大的壓力，使局部金屬產(chǎn)生很大的壓力而形成冷裂紋；焊接應(yīng)力拉應(yīng)力并與氫的析集中和淬火脆化同時發(fā)生時易形成冷裂紋。

防止措施：焊前預(yù)熱，焊后緩慢冷卻，使熱影響區(qū)的奧氏體分解能在足夠的溫度區(qū)間內(nèi)進行，避免淬硬組織的產(chǎn)生，同時有減少焊接應(yīng)力的作用；焊接后及時進行低溫退火，去氫處理，消除焊接時產(chǎn)生的應(yīng)力，并使氫及時擴散到外界去；選用低氫型焊條和堿性焊劑或奧氏體不銹鋼焊條焊絲等，焊材按規(guī)定烘干，并嚴格清理坡口；加強焊接時的保護和被焊處表面的清理，避免氫的侵入；選用合理的焊接規(guī)范，采用合理的裝焊順序，以改善焊件的應(yīng)力狀態(tài)。