CO2氣體保護(hù)焊橫焊接頭無損檢測方法研究*

陳妍

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

CO2氣體保護(hù)焊橫焊接頭無損檢測方法研究*

陳妍

(江蘇聯(lián)合職業(yè)技術(shù)學(xué)院無錫交通分院，江蘇無錫 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。針對產(chǎn)品的有效檢測方法進(jìn)行分析闡述，并參照行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，對焊縫做出評定，以確保產(chǎn)品質(zhì)量。

二氧化碳?xì)怏w保護(hù)焊;橫焊;無損檢測

1 概述

焊接這項工藝技術(shù)經(jīng)過多年的發(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)焊自問世以來得到了生產(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度方向發(fā)生流淌，故其操作較難，在接頭中不可避免地會出現(xiàn)某些焊接缺陷［3］，生產(chǎn)中必須使用適當(dāng)?shù)臋z測方法，對焊縫進(jìn)行準(zhǔn)確的檢測，并參照船舶行業(yè)建造規(guī)范、造船質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，對焊縫定性定量評定，確保船舶產(chǎn)品質(zhì)量。

焊縫內(nèi)部缺陷的檢測，射線探傷和超聲波探傷技術(shù)都是常用的檢測方法，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，射線探傷通過對底片影像判定缺陷，超聲波探傷通過反射回波的波形判定缺陷，兩種方法對焊縫內(nèi)部缺陷都具有較好的檢測能力［4］。筆者在某船舶制造企業(yè)下廠鍛煉期間，對分段建造中橫焊接頭的質(zhì)量檢測曾做過調(diào)查，對一組橫焊焊縫的探傷中，超聲波探傷的一次檢測合格率在90%以上，而射線探傷的一次檢測合格率僅為70%，這是因為每種探傷方法對不同缺陷的識別能力有一定差別，而且探傷方法的檢測能力與缺陷位置、走向等有直接的關(guān)系。

在實際產(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，不能給檢測作業(yè)提供良好的工作平臺。而射線探傷需要在焊縫附近進(jìn)行布置，放置射線源，同時在射線探傷過程中，需要做好射線安全防護(hù)等。射線探傷需要專門檢測室和保管人員對射線源進(jìn)行存儲，這種檢測方法對保管安全防護(hù)級別較高且成本較大。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，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，射線檢測往往需要至少二個角度的檢測，對底片成本消耗較大，再者進(jìn)行射線探傷之后，需要在專門的暗室中花費一段時間進(jìn)行底片沖洗，檢測周期較長、勢必影響產(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便、定量計算速度快等優(yōu)點，而且超聲波探傷對焊縫空間位置要求不高、表面處理簡單。對于大型產(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)卡對檢測過程進(jìn)行數(shù)據(jù)保存，檢測技術(shù)的提高、諸多優(yōu)點使得超聲波探傷在船舶焊縫檢測中的應(yīng)用逐漸增多。眾多工業(yè)產(chǎn)品建造生產(chǎn)中，對焊接接頭都要進(jìn)行必要的無損檢測，檢測的速度、周期對產(chǎn)品的生產(chǎn)周期有一定的影響，超聲波探傷對橫焊接頭主要缺陷的檢測能力強(qiáng)、識別簡單、檢測效率高，可大大減少探傷消耗時間，提高產(chǎn)品生產(chǎn)效率，減少企業(yè)生產(chǎn)成本。

2 試驗過程與方法［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，試板選擇船級社許用焊材，試板按船體分段建造舷側(cè)外板的橫對接焊縫焊接而成。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)被檢對象的形狀、衰減和檢測標(biāo)準(zhǔn)要求進(jìn)行選擇。在本次實驗中，由于是板對接焊縫，選用斜探頭對焊縫進(jìn)行探傷，探頭不僅要能檢測到上半部分焊縫中的缺陷，更要對下半部分要有準(zhǔn)確的檢測能力，故在選用探頭時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，容易降低檢測靈敏度，實驗所選的超聲波探頭如表1所列。

表1 實驗選用的超聲波探頭

2.3 檢測試塊和耦合劑

此次試驗中選用的是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 實驗狀態(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，保證檢測作業(yè)區(qū)表面粗糙度不大于6.3 μm，不能對焊縫及熱影響區(qū)表面進(jìn)行其他的機(jī)械加工。

(2)部分缺陷會在焊后一段時間后才會出現(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)檢測面寬度應(yīng)為焊縫厚度為30%，則應(yīng)為12%×30%=3.6 mm，但整個寬度不能小于10 mm，故此次實驗中，檢測寬度為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，先對探頭前沿和折射角進(jìn)行測定，探頭前沿為12 mm，折射角為:β= tg－1(X1+a－35)/30≈70°。計算探頭的聲程值，確定探傷用70°探頭進(jìn)行探傷試驗。調(diào)節(jié)好超聲波探傷儀后，開始繪制距離－波幅的DAC標(biāo)準(zhǔn)曲線，目前超聲波焊縫檢測方法的標(biāo)準(zhǔn)都采用類似的距離幅度曲線，進(jìn)行檢測靈敏度的調(diào)整和缺陷幅度當(dāng)量的評定，依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)選擇CTRB－2標(biāo)準(zhǔn)試塊作為測量距離－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，根據(jù)缺陷的動態(tài)波形和回波波幅高低，結(jié)合缺陷的位置和焊接工藝，對缺陷性質(zhì)進(jìn)行綜合評判。該類焊縫中常見的幾種缺陷的檢測方法為:①未熔合，當(dāng)超聲波入射到缺陷后，顯示屏上會得到較高的回波幅度，將探頭在焊縫單側(cè)平移時，波形也較穩(wěn)定;而分別從焊縫兩側(cè)檢測時，反射波幅度不同，有時只能從焊縫的一側(cè)檢測到;②氣孔，探頭平移經(jīng)過單個氣孔時，反射回波高度較低，波形也較平穩(wěn)，環(huán)繞掃查單個氣孔時，各個方向的反射波高變化不大，但探頭稍移動偏離氣孔、回波信號就會消失;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)探頭作定點轉(zhuǎn)動，會出現(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，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)部中能檢測到，用探頭從焊縫兩側(cè)檢測時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，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，波峰有上、下錯動現(xiàn)象。

3 結(jié)果分析與討論

3.1 檢測結(jié)果分析

通過對CO2氣體保護(hù)焊橫焊接頭檢測，基本符合之前的統(tǒng)計數(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)定的檢測時間對焊接接頭進(jìn)行檢測。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程中還會不斷的擴(kuò)展，最終會引發(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。而對氣孔等其他缺陷，可通過檢測工具對其位置進(jìn)行定位和大小進(jìn)行定量后，再行判定是否合格。

3.2 檢測方法分析

對10塊實驗試板進(jìn)行檢測的實驗可驗證，對焊縫的內(nèi)部未熔合、未焊透這類橫焊接頭中常見的面積性缺陷，超聲波的確具有良好的檢測能力，同時超聲波對裂紋、氣孔這些缺陷也非常敏感。而射線探傷中，用縱縫透照法對試板進(jìn)行檢測，雖然射線探傷檢測靈敏度和精準(zhǔn)度都較大，但這種檢測方法與缺陷形狀、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;若檢測方向選對了，由于某些缺陷影像的相似性也不容易被識別。

在超聲波探傷中，通過反射波形和探頭變化，一般就很容易區(qū)別常見缺陷;同時超聲波探傷具有儀器簡單、檢查速度快等優(yōu)點，能充分滿足船舶建造行業(yè)中對于生產(chǎn)效率的需求，在船舶行業(yè)中常常被用來檢測未熔合、裂紋、未焊透這些危險缺陷。在實驗中，通過超聲波探傷將未熔合缺陷進(jìn)行判定后，檢測出未熔合缺陷后，為考證超聲波探傷是否準(zhǔn)確，可將焊縫橫向割開，在焊縫中用肉眼就可看到在斷面中存在的小黑點，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

同時在檢測效率方面來看，超聲波檢測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，檢測時間短，在調(diào)整好探頭參數(shù)等之后，檢測試板、缺陷定性定量、記錄結(jié)果等總時間可控制在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，需要幾個小時才能完成。實驗適用的試板，體積小、探傷面較平整，而實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更多的時間，這必將對產(chǎn)品建造周期造成一定的影響。故不論是對缺陷的檢測能力、檢測效率等方面分析，超聲波探傷適宜檢測船體分段建造中的CO2氣體保護(hù)焊橫焊焊縫的檢測。

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損檢測方法檢查其內(nèi)部缺陷。筆者對12mm厚的CO2氣體保護(hù)焊橫焊接頭進(jìn)行檢測實驗，闡述了超聲波檢測的步驟及方法，列舉了該類接頭常見的缺陷波形，通過實驗驗證了超聲波探傷的檢測能力，還通過射線探傷、橫向剖面等驗證了超聲波檢測結(jié)果的正確性，并就超聲波探傷焊縫過程中，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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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)、焊接檢驗等方面的教學(xué)工作。