陳妍

(江蘇聯(lián)合職業(yè)技術(shù)學(xué)院無(wú)錫交通分院，江蘇無(wú)錫 214151)

CO2氣體保護(hù)焊橫焊接頭無(wú)損檢測(cè)方法研究*

陳妍

(江蘇聯(lián)合職業(yè)技術(shù)學(xué)院無(wú)錫交通分院，江蘇無(wú)錫 214151)

橫焊是焊接位置中較難操作的一種焊接方法，它易受到各種主客觀因素的影響，在焊縫中易出現(xiàn)一些缺陷。針對(duì)產(chǎn)品的有效檢測(cè)方法進(jìn)行分析闡述，并參照行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)焊縫做出評(píng)定，以確保產(chǎn)品質(zhì)量。

二氧化碳?xì)怏w保護(hù)焊;橫焊;無(wú)損檢測(cè)

1 概述

焊接這項(xiàng)工藝技術(shù)經(jīng)過(guò)多年的發(fā)展創(chuàng)新，如今它廣泛應(yīng)用于金屬制造行業(yè)的產(chǎn)品生產(chǎn)中，CO2氣體保護(hù)焊自問(wèn)世以來(lái)得到了生產(chǎn)制造業(yè)的認(rèn)可且發(fā)展迅速，目前已經(jīng)成為一種重要的焊接方法普遍應(yīng)用于船舶建造生產(chǎn)中［1－2］。橫焊是在焊件內(nèi)或傾斜面上橫向進(jìn)行焊接作業(yè)，橫焊中熔池中的金屬在重力的作用下易沿著焊縫長(zhǎng)度方向發(fā)生流淌，故其操作較難，在接頭中不可避免地會(huì)出現(xiàn)某些焊接缺陷［3］，生產(chǎn)中必須使用適當(dāng)?shù)臋z測(cè)方法，對(duì)焊縫進(jìn)行準(zhǔn)確的檢測(cè)，并參照船舶行業(yè)建造規(guī)范、造船質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)焊縫定性定量評(píng)定，確保船舶產(chǎn)品質(zhì)量。

焊縫內(nèi)部缺陷的檢測(cè)，射線探傷和超聲波探傷技術(shù)都是常用的檢測(cè)方法，射線探傷的適用面及準(zhǔn)確度常被認(rèn)為比超聲波探傷高，射線探傷通過(guò)對(duì)底片影像判定缺陷，超聲波探傷通過(guò)反射回波的波形判定缺陷，兩種方法對(duì)焊縫內(nèi)部缺陷都具有較好的檢測(cè)能力［4］。筆者在某船舶制造企業(yè)下廠鍛煉期間，對(duì)分段建造中橫焊接頭的質(zhì)量檢測(cè)曾做過(guò)調(diào)查，對(duì)一組橫焊焊縫的探傷中，超聲波探傷的一次檢測(cè)合格率在90%以上，而射線探傷的一次檢測(cè)合格率僅為70%，這是因?yàn)槊糠N探傷方法對(duì)不同缺陷的識(shí)別能力有一定差別，而且探傷方法的檢測(cè)能力與缺陷位置、走向等有直接的關(guān)系。

在實(shí)際產(chǎn)品建造中，產(chǎn)品焊縫周圍的環(huán)境較復(fù)雜，工作區(qū)域受限，不能給檢測(cè)作業(yè)提供良好的工作平臺(tái)。而射線探傷需要在焊縫附近進(jìn)行布置，放置射線源，同時(shí)在射線探傷過(guò)程中，需要做好射線安全防護(hù)等。射線探傷需要專門檢測(cè)室和保管人員對(duì)射線源進(jìn)行存儲(chǔ)，這種檢測(cè)方法對(duì)保管安全防護(hù)級(jí)別較高且成本較大。固定式探傷儀設(shè)備龐大，便攜式探傷儀進(jìn)行戶外作業(yè)時(shí)，需要在戶外進(jìn)行必要的防護(hù)工作，探傷工作量較大。而由于受到缺陷位置布向的影響，射線檢測(cè)往往需要至少二個(gè)角度的檢測(cè)，對(duì)底片成本消耗較大，再者進(jìn)行射線探傷之后，需要在專門的暗室中花費(fèi)一段時(shí)間進(jìn)行底片沖洗，檢測(cè)周期較長(zhǎng)、勢(shì)必影響產(chǎn)品建造周期。

目前，焊縫手工超聲波探傷中大多使用的是數(shù)字化探傷儀，這類儀器具有操作簡(jiǎn)便、定量計(jì)算速度快等優(yōu)點(diǎn)，而且超聲波探傷對(duì)焊縫空間位置要求不高、表面處理簡(jiǎn)單。對(duì)于大型產(chǎn)品的焊縫探傷，可使用便攜式數(shù)字化探傷儀進(jìn)行戶外、高空作業(yè)，目前可使用數(shù)據(jù)卡對(duì)檢測(cè)過(guò)程進(jìn)行數(shù)據(jù)保存，檢測(cè)技術(shù)的提高、諸多優(yōu)點(diǎn)使得超聲波探傷在船舶焊縫檢測(cè)中的應(yīng)用逐漸增多。眾多工業(yè)產(chǎn)品建造生產(chǎn)中，對(duì)焊接接頭都要進(jìn)行必要的無(wú)損檢測(cè)，檢測(cè)的速度、周期對(duì)產(chǎn)品的生產(chǎn)周期有一定的影響，超聲波探傷對(duì)橫焊接頭主要缺陷的檢測(cè)能力強(qiáng)、識(shí)別簡(jiǎn)單、檢測(cè)效率高，可大大減少探傷消耗時(shí)間，提高產(chǎn)品生產(chǎn)效率，減少企業(yè)生產(chǎn)成本。

2 試驗(yàn)過(guò)程與方法［5-7］

2.1 試板準(zhǔn)備

基于船舶建造業(yè)中存在大量的橫焊接頭，試板選擇船級(jí)社許用焊材，試板按船體分段建造舷側(cè)外板的橫對(duì)接焊縫焊接而成。焊接材料為:外板常用的CCS A類鋼板;規(guī)格為:300 mm×280 mm×12 mm;數(shù)量為10塊;焊縫尺寸為:上焊縫寬度a=30 mm，下焊縫寬度b=15 mm。試板規(guī)格和尺寸如圖1、2所示。

圖1 被檢試板示意圖

圖2 焊縫剖面圖

2.2 探頭選擇

選擇探頭應(yīng)依據(jù)工件厚度、形狀、應(yīng)根據(jù)被檢對(duì)象的形狀、衰減和檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)要求進(jìn)行選擇。在本次實(shí)驗(yàn)中，由于是板對(duì)接焊縫，選用斜探頭對(duì)焊縫進(jìn)行探傷，探頭不僅要能檢測(cè)到上半部分焊縫中的缺陷，更要對(duì)下半部分要有準(zhǔn)確的檢測(cè)能力，故在選用探頭時(shí)首先要考慮一次聲束能覆蓋焊縫的下半?yún)^(qū)，如果一次聲束不能檢測(cè)到，采用二次回波法，由于聲束不斷在焊縫內(nèi)進(jìn)行反射，超聲波聲程值大，衰減嚴(yán)重，容易降低檢測(cè)靈敏度，實(shí)驗(yàn)所選的超聲波探頭如表1所列。

表1 實(shí)驗(yàn)選用的超聲波探頭

2.3 檢測(cè)試塊和耦合劑

此次試驗(yàn)中選用的是HY－6000數(shù)字超聲波探傷儀。試塊是標(biāo)準(zhǔn)試塊和CTRB－2型試塊;使用機(jī)油作為耦合劑排除探頭與工件表面之間的空氣，使超聲波能有效地傳入。

2.4 實(shí)驗(yàn)狀態(tài)準(zhǔn)備

(1)使用砂輪機(jī)、砂紙等將焊縫及熱影響周圍的表面飛濺物、氧化皮、凹坑及銹蝕等清除干凈，保證檢測(cè)作業(yè)區(qū)表面粗糙度不大于6.3 μm，不能對(duì)焊縫及熱影響區(qū)表面進(jìn)行其他的機(jī)械加工。

(2)部分缺陷會(huì)在焊后一段時(shí)間后才會(huì)出現(xiàn)，比如延遲裂紋一般要在焊后6 h后出現(xiàn)，故為保證檢測(cè)的準(zhǔn)確性和可靠性，探傷一般在焊接24 h之后進(jìn)行。

(3)檢測(cè)面寬度應(yīng)為焊縫厚度為30%，則應(yīng)為12%×30%=3.6 mm，但整個(gè)寬度不能小于10 mm，故此次實(shí)驗(yàn)中，檢測(cè)寬度為10 mm左右。

2.5 超聲波探傷設(shè)備的調(diào)節(jié)

將儀器參數(shù)設(shè)定至規(guī)定數(shù)值后，先對(duì)探頭前沿和折射角進(jìn)行測(cè)定，探頭前沿為12 mm，折射角為:β= tg－1(X1+a－35)/30≈70°。計(jì)算探頭的聲程值，確定探傷用70°探頭進(jìn)行探傷試驗(yàn)。調(diào)節(jié)好超聲波探傷儀后，開(kāi)始繪制距離－波幅的DAC標(biāo)準(zhǔn)曲線，目前超聲波焊縫檢測(cè)方法的標(biāo)準(zhǔn)都采用類似的距離幅度曲線，進(jìn)行檢測(cè)靈敏度的調(diào)整和缺陷幅度當(dāng)量的評(píng)定，依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)選擇CTRB－2標(biāo)準(zhǔn)試塊作為測(cè)量距離－波幅曲線用的人工反射體，依據(jù)人工反射孔繪制距離－波幅曲線。

2.6 缺陷定性判定

焊接接頭超聲波探傷發(fā)現(xiàn)缺陷后，應(yīng)在不同的方向?qū)υ撊毕葸M(jìn)行檢測(cè)，根據(jù)缺陷的動(dòng)態(tài)波形和回波波幅高低，結(jié)合缺陷的位置和焊接工藝，對(duì)缺陷性質(zhì)進(jìn)行綜合評(píng)判。該類焊縫中常見(jiàn)的幾種缺陷的檢測(cè)方法為:①未熔合，當(dāng)超聲波入射到缺陷后，顯示屏上會(huì)得到較高的回波幅度，將探頭在焊縫單側(cè)平移時(shí)，波形也較穩(wěn)定;而分別從焊縫兩側(cè)檢測(cè)時(shí)，反射波幅度不同，有時(shí)只能從焊縫的一側(cè)檢測(cè)到;②氣孔，探頭平移經(jīng)過(guò)單個(gè)氣孔時(shí)，反射回波高度較低，波形也較平穩(wěn)，環(huán)繞掃查單個(gè)氣孔時(shí)，各個(gè)方向的反射波高變化不大，但探頭稍移動(dòng)偏離氣孔、回波信號(hào)就會(huì)消失;探頭掃查密集型氣孔的反射波為一簇狀，波高隨氣孔大小而略有變化，當(dāng)探頭作定點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)，會(huì)出現(xiàn)起落不一的波形現(xiàn)象;③未焊透，探頭掃查到未焊透缺陷時(shí)，反射波形高較穩(wěn)定，發(fā)生反射波區(qū)域較大，往往是大部分焊縫內(nèi)部中能檢測(cè)到，用探頭從焊縫兩側(cè)檢測(cè)時(shí)都能得到大致相同的反射波形;④裂紋，裂紋的回波高度較大，波幅寬，常有多峰狀。將探頭平行移動(dòng)，缺陷反射回波連續(xù)出現(xiàn)，波幅有變化;而把探頭在焊縫單側(cè)轉(zhuǎn)動(dòng)，波峰有上、下錯(cuò)動(dòng)現(xiàn)象。

3 結(jié)果分析與討論

3.1 檢測(cè)結(jié)果分析

通過(guò)對(duì)CO2氣體保護(hù)焊橫焊接頭檢測(cè)，基本符合之前的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，在10塊試板中檢出的缺陷有未熔合、裂紋、未焊透、氣孔等，其中以未熔合居多。焊接是船舶建造的重要工序，作業(yè)量龐大，為保證產(chǎn)品質(zhì)量，需在規(guī)定的檢測(cè)時(shí)間對(duì)焊接接頭進(jìn)行檢測(cè)。在船體分段建造的橫焊施焊中，由于母材熔池間溫度差易形成未熔合缺陷，船舶建造許用板材多為中厚板，橫焊多采用的多層多道焊，由于層間的溫度和熱影響區(qū)的影響，易產(chǎn)生層間未熔合缺陷，而這種缺陷在后續(xù)的分段裝配和合攏的過(guò)程中還會(huì)不斷的擴(kuò)展，最終會(huì)引發(fā)應(yīng)力不均勻嚴(yán)重影響船舶產(chǎn)品的質(zhì)量。故在船舶焊縫質(zhì)量評(píng)定中，未熔合、未焊透、裂紋這些危害性缺陷，是絕不允許出現(xiàn)在焊縫中，一旦發(fā)現(xiàn)直接判廢。而對(duì)氣孔等其他缺陷，可通過(guò)檢測(cè)工具對(duì)其位置進(jìn)行定位和大小進(jìn)行定量后，再行判定是否合格。

3.2 檢測(cè)方法分析

對(duì)10塊實(shí)驗(yàn)試板進(jìn)行檢測(cè)的實(shí)驗(yàn)可驗(yàn)證，對(duì)焊縫的內(nèi)部未熔合、未焊透這類橫焊接頭中常見(jiàn)的面積性缺陷，超聲波的確具有良好的檢測(cè)能力，同時(shí)超聲波對(duì)裂紋、氣孔這些缺陷也非常敏感。而射線探傷中，用縱縫透照法對(duì)試板進(jìn)行檢測(cè)，雖然射線探傷檢測(cè)靈敏度和精準(zhǔn)度都較大，但這種檢測(cè)方法與缺陷形狀、位置和射線透照方向有很大關(guān)系，若透射方向選擇不恰當(dāng)，恰好與缺陷方向平行，在底片上出現(xiàn)的缺陷影響就不夠準(zhǔn)確，容易造成漏檢或誤檢;若檢測(cè)方向選對(duì)了，由于某些缺陷影像的相似性也不容易被識(shí)別。

在超聲波探傷中，通過(guò)反射波形和探頭變化，一般就很容易區(qū)別常見(jiàn)缺陷;同時(shí)超聲波探傷具有儀器簡(jiǎn)單、檢查速度快等優(yōu)點(diǎn)，能充分滿足船舶建造行業(yè)中對(duì)于生產(chǎn)效率的需求，在船舶行業(yè)中常常被用來(lái)檢測(cè)未熔合、裂紋、未焊透這些危險(xiǎn)缺陷。在實(shí)驗(yàn)中，通過(guò)超聲波探傷將未熔合缺陷進(jìn)行判定后，檢測(cè)出未熔合缺陷后，為考證超聲波探傷是否準(zhǔn)確，可將焊縫橫向割開(kāi)，在焊縫中用肉眼就可看到在斷面中存在的小黑點(diǎn)，這就是未熔合缺陷，如圖3所示。

圖3 焊縫斷面中的未熔合缺陷

同時(shí)在檢測(cè)效率方面來(lái)看，超聲波檢測(cè)相比射線探傷速度快、效率高，目前使用的數(shù)字超聲波探傷儀，檢測(cè)時(shí)間短，在調(diào)整好探頭參數(shù)等之后，檢測(cè)試板、缺陷定性定量、記錄結(jié)果等總時(shí)間可控制在10 min之內(nèi);而射線探傷，從布置射線源、調(diào)整焦距、安全防護(hù)、洗印底片等工作，需要幾個(gè)小時(shí)才能完成。實(shí)驗(yàn)適用的試板，體積小、探傷面較平整，而實(shí)際工作中的分段的板件都是體積龐大的、空間位置復(fù)雜的工件，不可能為射線探傷提供較好的空間，那在布置射線源及戶外射線探傷安全防護(hù)等工作方面就需花費(fèi)更多的時(shí)間，這必將對(duì)產(chǎn)品建造周期造成一定的影響。故不論是對(duì)缺陷的檢測(cè)能力、檢測(cè)效率等方面分析，超聲波探傷適宜檢測(cè)船體分段建造中的CO2氣體保護(hù)焊橫焊焊縫的檢測(cè)。

4 結(jié)論

橫焊是一種較難掌握的工藝，二氧化碳?xì)怏w保護(hù)焊橫焊在工業(yè)生產(chǎn)中使用較為普及，為保證焊接接頭質(zhì)量，在焊接完成后要采用適當(dāng)?shù)臒o(wú)損檢測(cè)方法檢查其內(nèi)部缺陷。筆者對(duì)12mm厚的CO2氣體保護(hù)焊橫焊接頭進(jìn)行檢測(cè)實(shí)驗(yàn)，闡述了超聲波檢測(cè)的步驟及方法，列舉了該類接頭常見(jiàn)的缺陷波形，通過(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了超聲波探傷的檢測(cè)能力，還通過(guò)射線探傷、橫向剖面等驗(yàn)證了超聲波檢測(cè)結(jié)果的正確性，并就超聲波探傷焊縫過(guò)程中，如何判定不同類缺陷的波形，防止漏檢、誤檢提出了相應(yīng)的措施。

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［3］ 沈建斌.船舶焊接中常見(jiàn)缺陷的形成機(jī)理及防止與修正措施的研究與探討［J］.中國(guó)水運(yùn)，2010，11(11):23－25.

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［6］ 王樂(lè)生.射線檢測(cè)［M］.北京:機(jī)械工業(yè)出版社，2009.

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Research on Horizontal Position of Nondestructive Detection by CO2Gas Shielded Welding Technology

CHEN Yan
(Wuχi Traffic Branch of Jiangsu Union Technical Institute，Wuχi Jiangsu 214151，China)

It is much more difficult to operate horizontal position welding technology，which may be affected by various kinds of factors.Welding defects could not be completely avoided and always exist in the real welded structures.The effective detection methods are analyzed，and the grade evaluation is conducled according to the industrial standard to ensure the quality of the products.

CO2gas shielded welding;horizontal position welding;nondestructive detection

TG47

A

1007－4414(2013)05－0102－03

2013－07－27

陳 妍(1981－)，女，江西贛州人，碩士，講師，主要從事焊接技術(shù)、焊接檢驗(yàn)等方面的教學(xué)工作。