二氧化碳氣體保護電弧焊焊接接頭的超聲波檢測及缺陷分析

摘要：二氧化碳氣體保護電弧焊的特點：易產生未熔合、氣孔、裂紋等缺陷。對缺陷產生的成因做一定的了解，在超聲波檢測過程中，會有事半功倍的效果。

關鍵詞：二氧化碳氣體保護電弧焊；超聲波檢測；缺陷；反射波

二氧化碳氣體保護電弧焊采用CO2 作為保護氣體，與其他方法相比，雖飛濺較大，但這種焊接方法具有很多特點，如焊接效率高；在相同電流下，熔深比焊條電弧焊大；焊接速度快、變形小；焊縫金屬含氫量低等優點，二氧化碳氣體保護電弧焊廣泛用于鋼結構橋梁的焊接。

1. 缺陷統計

根據我公司對2006年—2011年間12座鋼結構橋梁的焊接接頭無損檢測發現的缺陷粗略統計，發現二氧化碳氣體保護焊的各種缺陷的近似比例，氣孔占50%左右、未溶合占30%左右、未焊透占5%左右、裂紋占5%左右，其它缺陷占10%左右。從各種缺陷所占缺陷總數的百分比來看，除氣孔外，未熔合缺陷占的比重最大，也是除裂紋外最嚴重的缺陷。

缺陷比例示意圖

2.典型缺陷產生原因及缺陷回波的特征

二氧化碳氣體保護電弧焊焊接過程中，根據該焊接方法的特點，該焊接方法易產生未熔合、氣孔、裂紋等缺陷。對缺陷產生的成因做一定的了解，在超聲波檢測過程中，會有事半功倍的效果。

2.1氣孔

氣孔是指在焊接過程中，熔池金屬中的氣體在金屬冷卻以前未能來得及逸出，而在焊縫金屬中（內部或表面）所形成的孔穴。焊接區的保護氣體二氧化碳易受外來氣流的破壞而失去保護作用，保護氣體的主要作用是防止空氣的有害作用，實現對焊縫和近焊縫區的保護在現場施焊時，為防止上述情況的發生，必須在焊接區周圍加擋風屏障；另外液態CO2中含水較高，在焊接過程中一起進入焊接區，易產生氣孔等缺陷，為防止上述情況的發生，必須提高焊接用CO2的純度，采取適當的減少水分的措施。

氣孔產生的回波在顯示屏上顯示出一個尖銳的回波，當探頭前后、左右掃查時，其幅度平滑地由零上升到最大值，然后又平滑地下降到零，這是缺陷尺寸小于超聲波探頭在缺陷位置處聲束直徑的信號特征。

2.2 未熔合

未熔合是指焊縫金屬與母材金屬，或焊縫金屬之間未熔化結合在一起的缺陷。按其所在部位，未熔合可分為坡口未熔合、層間未熔合、根部未熔合三種。未熔合是一種面積型缺陷，坡口未熔合、根部未熔合對承載截面積的減少都非常明顯，應力集中也比較嚴重，其危害性僅次于裂紋。

產生的原因：焊接電流過小，焊條焊絲偏于坡口一側或因焊條偏心使電弧偏與一側，使母材或前一道焊縫金屬未得到充分溶化就被填充金屬所覆蓋。當母材坡口或前一層焊縫表面有銹或臟物，焊接時由于溫度不夠，未將其溶化而覆蓋上填充金屬，也會形成層間或邊緣未融合。防止措施：⑴焊前仔細清理待焊處表面；⑵提高焊提高電流、電弧電壓，減速小焊接速度；⑶焊接時要稍微采用運條方式，在坡口面上有瞬間停歇，焊絲在熔池的前沿，提高焊工技術。

未熔合常用的方法是用超聲波檢測，因為超聲波對面積型缺陷敏感，只要主聲束入射方向能大致垂直于未熔合的走向，一般就很容易發現這類缺陷。因此在用超聲波檢測未熔合缺陷時，應該事先了解焊接方法、焊接位置、坡口型式等，來判斷未熔合最可能產生的走向，再選擇合適的探頭K值和探測位置等。超聲波探頭在各個不同位置檢測缺陷時，顯示屏上均顯示一個尖銳回波。探頭前后和左右掃查時，一開始波幅平滑地由零上升到峰值，探頭繼續移動時，波幅基本不變，最后又平滑地下降到零。

2.3裂紋

鋼結構橋梁的材料大多采用Q345qC，大多數裂紋缺陷由以下原因引起，在不采用墊板的情況下，焊件難以定位，為防止焊件收縮變形，裝配時需進行定位焊，焊件越長，臂厚越大，定位焊縫越厚越長。定位焊是指為確保焊前部件的相互位置，防止部件傾倒進行了定位焊。因定位焊焊道短，冷卻速度快，焊接熱影響區易產生淬硬組織，從而形成冷裂紋。當定位焊縫過厚時，連接處易產生冷裂紋。為避免為防止上述情況的發生，應注意定位焊縫不得太厚，否則必須對連接處進行修磨。

探頭在各個不同位置檢測裂紋缺陷時，顯示屏上會呈一個參差不齊的回波，探頭移動時，回波幅度顯示很不規則的起伏狀態；或者顯示屏上顯示脈沖包絡呈鐘形的一些列連續信號（有很多小波峰）。探頭移動時，每個小波峰也在脈沖包絡中移動，波幅由零逐漸升到最大值，然后波幅又下降到零，信號波幅起伏較大。

3結束語

超聲波檢測對未熔合、裂紋有很高的靈敏度和可靠性，對定位焊產生的小裂紋可能會與其它缺陷混淆，不易判斷，也有可能漏檢，要引起重視。根據焊接工藝、焊接場所、焊接人員的技術水平，在超聲波檢測的基礎上，在輔以射線檢測作為補充檢測，會有不錯的效果。

參考文獻

1.JB/T 4730.1～4730.6-2005《承壓設備無損檢測》

2.JB/T 4730.1～4730.6-2005《承壓設備無損檢測》學習指南～ 強天鵬 （編者）， 全國鍋爐壓力容器標準化技術委員會 （編者）

3.承壓類特種設備無損檢測相關知識（第2版） 王曉雷 （作者， 編者）