鋁合金型材固定墊板熔化焊焊縫的射線底片影像分析

陳斌 曹永勝

摘要：本文闡述鋁合金型材在焊接過程中，由于墊板根部間隙大小和焊接電流的大小不同，造成固定墊板U槽填滿程度不同，在射線底片中出現(xiàn)固有影像，這些影像和未熔合影像相似，容易造成誤判，增加返修工作量，針對這一問題通過對試件的金相和底片影像的分析，總結(jié)出隨著固定墊板熔透程度的不同，在射線底片中形成幾種固定影像的鑒別方法。

關(guān)鍵詞：鋁合金;固定墊板;金相;射線底片影像

0? 引言

城市軌道車輛作為城市公共交通工具，主要在地下隧道、高架和地面軌道上運行，線路曲線半徑小，坡度大;車輛啟動加速度和制動減速度比較大;客流量大而集中，高峰超載嚴重，因此，要求城軌車輛的車體輕量化。另外，為了減少車輛腐蝕，提高其使用壽命，現(xiàn)代城軌交通車輛大都采用鋁合金材料制造而成。鋁合金的加工性能好，可擠壓成較復雜的型材，再組焊成板塊式整體承載的車體底架結(jié)構(gòu)。圖1所示，即為地鐵車輛車體底架鋁合金型材的拼焊結(jié)構(gòu)。

鋁合金氧化性強，一般采用雙面惰性氣體保護的熔化焊，焊接性能好。鋁合金高溫液態(tài)時流動性能好，焊接時焊縫金屬容易產(chǎn)生下榻現(xiàn)象，因此焊接過程中常加設(shè)墊板。由圖1可知，現(xiàn)在城市軌道交通車輛采用的中空型材在擠壓生產(chǎn)中直接設(shè)計了不可拆卸的墊板結(jié)構(gòu)，以保證焊縫成型質(zhì)量。型材自帶的墊板槽形空間寬度為10mm，大于坡口的組裝間隙，且兩端為U型結(jié)構(gòu)，如圖2所示。由于墊板結(jié)構(gòu)的特殊性，易導致焊接后墊板兩端U型溝槽內(nèi)不能全部填滿，射線檢測時底片固定位置上出現(xiàn)疑似坡口未熔合缺陷的顯示。

1? 焊縫中未熔合缺陷和鋁合金型材焊縫的影像分析

①射線探傷是利用高能量的X射線穿過同等厚度的工件，如果工件中存在不同性質(zhì)的介質(zhì)，則不同介質(zhì)對射線的吸收和散射不同，使射線能量的衰減不同，在底片上曝光后產(chǎn)生深淺不同的陰影，從而判斷出所檢測的部分存在不同性質(zhì)的物質(zhì)——缺陷。射線檢測只能檢測出缺陷的平面投影位置及形狀，無法確定其在焊縫中的深度位置。

②焊接缺陷未熔合可分為根部未熔合、坡口未熔合和層間未熔合。其中坡口未熔合的典型影像就是連續(xù)或斷續(xù)的黑線，靠母材側(cè)輪廓較齊整，黑度較大，靠焊縫中心側(cè)輪廓不規(guī)則，黑度較小。在底片上的位置一般在焊縫中心至邊緣的1/2處，沿焊縫縱向延伸。

③鋁合金型材焊縫的影像特征是一條或兩條、細或粗的黑直線（圖3～圖9），在底片上的位置離焊縫中心5mm處。遠離焊縫中心一側(cè)輪廓整齊，靠近焊縫中心側(cè)輪廓不均勻，或者顯示為兩條黑色細線狀顯示，兩條黑線間距為10mm。

由此可知，鋁合金型材拼焊的車體底架焊縫底片上的陰影顯示很可能就是未熔合。按照產(chǎn)品驗收的射線檢測標準B級規(guī)定，不允許有未熔合缺陷存在，因此需對焊縫進行返修。但返修過程中并未發(fā)現(xiàn)焊縫內(nèi)部存在缺陷，而返修后檢測，射線底片固定位置上仍有疑似缺陷顯示。

多次返修作業(yè)，車體結(jié)構(gòu)多次受熱，嚴重影響了接頭質(zhì)量，而且耽誤生產(chǎn)進度。針對這一問題，采用不同的裝配間隙和焊接電流進行了多種焊接試驗，并采用缺陷處焊接接頭的金相切片和射線檢測底片進行對比分析、判別。

2? 試驗過程

試件材質(zhì)和實際工件一樣，板厚為14mm，采用MIG焊，焊接時焊槍前傾9°，焊縫表面寬度為24mm，焊縫表面外觀檢測和表面PT檢測合格后，對試板進行X射線檢測。主要變換的焊接參數(shù)及結(jié)果如表1。

①分析一號試件的圖3和圖4可知，底片上焊縫中心兩側(cè)各有一條粗細不一的線條狀缺陷和未熔合極為相似，且距離為10mm。同位置截取的焊縫橫截面金相試樣則說明缺陷應(yīng)為固定墊板上兩端U型槽未填滿，并非焊縫中缺陷。返修時確未發(fā)現(xiàn)焊縫中有缺陷。

②二號試件略增大組裝間隙，其它參數(shù)不變。底片影像顯示距焊縫中心5mm處，有一條較粗的黑色條狀顯示（見圖5），同樣截取金相試樣，發(fā)現(xiàn)靠近板材端的U型槽沒填滿（見圖6），形成空洞，和底片的影像吻合，返修時仍未發(fā)現(xiàn)焊縫內(nèi)部有缺陷。

③三號試件在不改變其它參數(shù)的前提下繼續(xù)增大組裝間隙，焊件底片影像顯示焊縫中心兩側(cè)位置有兩條細直黑線（見圖7），間距為10mm。同樣截取試樣做金相處理，試樣顯示墊板兩端U型槽沒有完全填滿（見圖8），空隙位置和底片的影像吻合。同樣，返修中沒有發(fā)現(xiàn)焊縫內(nèi)部缺陷。

④四號試件組裝間隙增至X=2.5mm，同時焊接電流提高至240A，底片影像顯示焊縫中心一側(cè)5mm處有一條細直黑線（見圖9）。同樣，截取的試件金相顯示一側(cè)U型槽沒有完全填滿（見圖10），成一條細線狀間隙，和底片影像吻合，而返修中仍未發(fā)現(xiàn)焊縫內(nèi)部缺陷。

⑤五號試件再次增大組裝間隙為X=3mm，焊接電流仍為240A，底片影像顯示焊縫內(nèi)很干凈，無其他缺陷（見圖11）。截取的試樣金相顯示，端面U槽全部填滿（見圖12），打開焊縫，內(nèi)部確實沒有缺陷。

3? 總結(jié)

實驗證明，焊接過程中，根部裝配間隙和焊接電流的大小等因素，可導致這種特殊結(jié)構(gòu)的墊板U型溝槽存在不同程度的未填滿，在底片固定位置上形成幾種疑似坡口未熔合缺陷的顯示，而不是焊縫內(nèi)部存在的缺陷。

①鋁合金型材固有墊板的熔化焊接，射線探傷底片出現(xiàn)此類影像特征，可根據(jù)U型槽的尺寸，有效區(qū)分焊縫缺陷。

②改進焊接工藝參數(shù)，徹底消除此類現(xiàn)象。

③可采用超聲檢測方法作為輔助手段，對陰影部位進行檢測定位，確定“缺陷”的深度，根據(jù)板材的厚度可判斷是否是焊縫內(nèi)部缺陷，減少或避免返修的工作量。

④如果有條件，采用先進的焊接方法，如攪拌摩擦焊，可取消自帶的封底焊結(jié)構(gòu)，確保焊接質(zhì)量。

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