第七章焊接质量检验

第七章焊接质量检验焊接质量检验是保证焊接产品质量优良、防止废品出厂的重耍措施。通过检验可以发现制造过程中发生的质量问题，找出原因，消除缺陷，使新产品或新工艺得到应用，质量得到保证；在正常生产中，通过完善的质量检验制度，可以及时消除生产过程中的缺陷，防止类似的缺陷重复出现，减少返修次数，节约工时、材料，从而降低成本。所以说焊接质量检验是焊接生产必不可少的重要工序。7.1焊接接头质量检验的内容和方法焊接质量检验贯穿整个焊接过程，包括焊前、焊接过程中和焊后成品检验三个阶段。7.1.1焊接质量检验的内容和要求（1）焊前检验焊前检验是指焊件投产前应进行的检验工作，是焊接检验的第一阶段，其目的是预先防止和减少焊接时产生缺陷的可能性。包括的项目有：①检验焊接基本金属、焊丝、焊条的型号和材质是否符合设计或规定的要求；②检验其他焊接材料，如埋弧自动焊剂的牌号、气体保护焊保护气体的纯度和配比等是否符合工艺规程的要求③对焊接工艺措施进行检验，以保证焊接能顺利进行；④检验焊接坡口的加工质量和焊接接头的装配质量是否符合图样要求；⑤检验焊接设备及其辅助工具是否完好，接线和管道联接是否合乎要求；⑥检验焊接材料是否按照工艺要求进行去锈、烘干、预热等；⑦对焊工操作技术水平进行鉴定；⑧检验焊接产品图样和焊接工艺规程等技术文件是否齐备。（2）焊接生产过程中的检验焊接过程中的检验是焊接检验的第二阶段，由焊工在操作过程中，其目的是为了防止由于操作原因或其他特殊因索的影响而产生的焊接缺陷，便于及时发现问题并加以解决。包括：①检验在焊接过程中焊接设备的运行情况是否正常；②对焊接工艺规程和规范规定的执行情况；③焊接夹具在焊接过程中的夹紧情况是否牢固；④操作过程中可能出现的未焊透、夹渣、气孔、烧穿等焊接缺陷等；⑤焊接接头质量的中间检验，如厚壁焊件的中间检验等。焊前检验和焊接过程中检验，是防止产生缺陷、避免返修的重要环节。尽管多数焊接缺陷可以通过返修来消除，但返修要消耗材料、能源、工时、增加产品成本。通常返修要求采取更严格的工艺措施，造成工作的麻烦，而返修处可能产生更为复杂的应力状态，成为新的影响结构安全运行的隐患。（3）成品检验成品检验是焊接检验的最后阶段，需按产品的设计要求逐项检验。包括的项目主要有：检验焊缝尺寸、外观及探伤情况是否合格；产品的外观尺寸是否符合设计要求；变形是否控制在允许范围内；产品是否在规定的时间内进行了热处理等。成品检验方法有破坏性和非破坏性两大类，有多种方法和手段，具体采用哪种方法，主要根据产品标准、有关技术条件和用户的要求来确定。7.1.2焊接质量检验的方法焊接质量的检验方法分为非破坏性和破坏性两类，见图7-1。图7-1焊接检验方法7.1.2.1非破坏性检验主要是对产品进行检验。（1）外观检查（2）无损检验①表面检查：磁粉探伤（MT）；渗透探伤（PT），包括：着色和荧光检验②内部检查：超声探伤（UT），射线探伤（RT），包括，X射线、γ射线和高能射线。（3）接头的强度试验：水压试验；气压试验（4）致密性检验：气密性试验；氨渗漏试验等。（5）硬度检验。7.1.2.2破坏检验主要是对试样进行检验。（1）机械性能试验：拉伸（室温、高温）试验，弯曲试验；硬度试验，冲击试验，断裂韧性试验，疲劳试验；其它试验。（2）化学分析试验：化学成分分析试验；腐蚀试验；含氢量测定。（3）金相检验：宏观组织检验；微观组织检验，断口分析（成分和形貌）检验。（4）其它：如焊接性试验、事故分析等。7.2焊接接头的非破坏性试验方法7.2.1外观检查（VE）是用肉眼借助样板或用低倍（约10倍）放大镑及量具观察焊件，检查焊缝的外形尺寸合不合格，以及有无焊缝外气孔、咬边、满溢以及焊接裂纹等表面缺陷的方法。所以也称为目视检查。7.2.2表面及近表面缺陷的检查有渗透探伤和磁粉探伤两种方法，不过磁粉探伤只适用于检查碳钢和低合金钢等磁性材料焊接接头，渗透探伤则更适合于检查奥氏体钢、镍基合金等非磁性材料焊接接头。7.2.2.1渗透探伤（PT）渗透法是利用毛细现象来检查工件表面缺陷（主要是裂纹），包括着色法、荧光法、煤油渗透法等。一般可发现宽度0.01mm以上、深度0.03～0.04mm以上的表面缺陷。（1）着色法它的基本操作工序见图7-3所示。被探表面先用清洗剂洗净，烘干或晾干后喷上渗透剂（一般为红色），15～30分钟后渗透剂就在毛细现象作用下渗人缺陷。清洗干净表面多余的渗透剂，待干燥后再喷上显像剂（一般为白色），使残留在缺陷中的渗透液吸出，有缺陷处就显示出缺陷图像（红色）。微小缺陷的显影过程比较慢一般按规定要等15～30分钟。若喷渗透剂后没有缺陷的地方清洗不彻底，可能出现伪缺陷。如手弧焊缝边缘焊渣没除清，渗透剂是难以洗去的，也会出现伪缺陷。所以对重要产品，焊工应把焊渣除尽，以免着色出现伪缺陷。着色法探伤不需要大型设备，目前大多用喷罐着色探伤，使用方便，所以应用十分广泛。2．荧光法将清洁后的工件被检部位用煤油和矿物油混合成的荧光液浸涂5～10分钟，使之在毛细现象作用下渗人缺陷部位，然后撒上氧化镁粉未，振动几下，使氧化镁粉被缺陷中的浸透，吹除多余的氧化镁粉未。在暗室中用紫外线照射，即可发现缺陷处残留的氧化镁粉未显示出清晰的黄绿色图像。若无暗室、无荧光照射设备，也可把焊缝用煤油浸涂后擦干表面，撒上氧化钙（石灰）粉，这样也可显示缺陷，这就是煤油渗透法。7.2.2.2磁粉探伤（MT）和渗透探伤一样，磁粉探伤是对材料近表面缺陷进行检测。不过，磁粉探伤只适于磁性材料，而且它对裂纹、未焊透较灵敏，对气孔、夹渣不太灵敏。磁粉探伤是利用缺陷部位发生的漏磁吸引磁粉来进行探伤的，它的原理见图7-5。磁粉探伤仪的触头接触工件后，通电建立磁场（也可用其它方法建立磁场），如果材料没有缺陷，磁场是均匀的，磁力线均匀分布，当有缺陷（如裂纹、未焊透、夹渣）时，磁阻变化，磁力线也改变，绕过缺陷而聚集在材料表面，形成较强的漏磁场，事先撒在工件表面的磁粉就会在漏磁处堆积，从而显示缺陷的位置轮廓。7.2.3内部缺陷的检查常用的有射线探伤和超声波探伤。7.2.3.1射线探伤（RT）射线可分为X射线、γ射线和高能射线三种。X射线来自X射线管（为高真空二极管），是高速电子撞击到阳极金属靶时产生的；γ射线是放射性元素（工业探伤中常用的是人工放射性同位素钻、铱、铯）的原子核裂变时产生的；高能射线是指能量在106eV以上的X射线，是由电子感应加速器、高能直线加速器或电子回旋加速器产生的。射线探伤的物理基础是射线具有可以穿透物质、并因被物质吸收而衰减的特性。X射线由高速运动着的带电粒子与某种物质相撞击后猝然减速，且与该物质中的内层电子相作用而产生的。X射线产生的几个基本条件：1产生自由电子；2使电子作定向高速运动；3在电子运动的路径上设置使其突然减速的障碍物；4将阴阳极封闭在10-3Pa的高真空中，保持两级纯洁，促使加速电子无阻地撞击到阳极靶上。（1）RT原理和意义射线探伤是利用射线能穿透金属、使底片感光的原理来检验焊缝中的缺陷的（见图7-6）。将射线源对准受检部位，使射线透过焊件照射到胶片上。焊件的厚度或组织不同，射线透过时的衰减程度也不同，胶片感光程度也不同。如焊缝内存在缺陷（比如气孔），则由于缺陷处密度比金属小，所以射线在有缺陷的地方透过的强度比没有缺陷的地方大。由于底片感光程度不同，有缺陷处显得比较黑，没有缺陷的地方就比较亮，由此可发现缺陷的位置、大小和种类。当前国内外对锅炉、压力容器等重要结构的无损检验多侧重用RT，除了可以直观判断缺陷外，主要因为有底片记录可存档备查。（2）焊缝质量分级射线探伤质量检验标准，根据缺陷性质和数量将焊缝质量分为4级：Ⅰ级：应无裂纹、未熔合、未焊透和条状夹渣；Ⅱ级：应无裂纹、未熔合和未焊透；Ⅲ级：应无裂纹、未熔合及双面焊或加垫板的单面焊缝中的未焊透，不加垫板的单面焊中的未焊透允许长度按条状夹渣长度Ⅲ级评定；Ⅳ级：焊缝缺陷超过Ⅲ级者。可以看出，Ⅰ级焊缝缺陷最少，质量最高。Ⅱ级、Ⅲ级、Ⅳ级焊缝的内部缺陷依次增多，质量逐渐下降。（3）射线探伤的优缺点射线探伤的优点是能从底片上直接形象的判断缺陷的种类和分布；缺点是射线对操作者有危害，需要采取一定的防护措施，而且对平行于射线方向的平面形缺陷没有超声波灵敏。（4）底片上缺陷的识别高－低根部未熔合增强高外部咬肉内部咬肉根部焊瘤根部凹陷烧穿单个的夹渣线性夹渣内部未熔合内侧未熔合气孔链状气孔夹珠横向裂纹中心线裂纹根部裂纹夹钨7.2.3.2超声波探伤（UT）超声波是频率超过20kHz的机械振动波，具有能透入金属材料深处的特性，而且由一种介质进入另一种介质时，在界面发生反射和折射，同时在传播中被介质部分吸收，使能量发生衰减。超声波探伤就利用了超声波的上述特性。（1）超声波的发生磁致伸缩或电致伸缩都可产生超声波，工业探伤一般采用电致伸缩探头来发生和接收超声波。探头内的压电晶片由钛酸钡或石英片制成。晶片两面镀银形成两个电极。压电晶片可将高频电压转变为超声彼，即发射超声波；也可将超声波转变为高频电压，即接收超声波。（2）超声波探伤原理超生波探伤通常采用的是脉冲反射式超声波探伤仪，它是由脉冲超声波发生器（高频脉冲发生器）、声电换能器（探头）、接收放大器和显示器四大部分组成。其探伤原理是，开始扫描时，高频脉冲发生器发出的电压作用于探头上的晶片，使晶片振动，产生超声波脉冲，向工件中传播时遇到底面和不同声阻抗的缺陷时，就会产生反射波。反射波被晶片接收后转变为电脉冲讯号，经放大器送至示波管，在扫描线上相应缺陷和底面位置的显示出缺陷脉冲和底脉冲的波形，其波幅大小表示反射的强弱。因此，由示波管荧光屏上的图形，可判断工件内有无缺陷以及缺陷的位置和大小。（3）影响探伤灵敏性的因素①超声波波长和频率②超声波发射重复频率③探伤仪的盲区④工件探伤面光洁度（4）超声波探伤方法超声波探伤方法分为脉冲反射法、穿透法和共振法三种。应用最多的是单探头式脉冲反射法。超声波脉冲反射法采用两种探头：直探头和斜探头。直探头用纵波垂直入射，斜探头是用横波斜射。纵波在固体、液体、气体中都能传播，而横波只能在固体中传播。横波斜探头探伤是焊缝探伤的主要方法，下面主要讨论横波探伤。①探头的移动方式和范围探头的移动方式见图7-10。移动宽度按压力容器壳体厚度T而定。T为8～46mm时移动宽度不小于2TK＋50mm；T为46～120mm时则不小于TK十50mm。K值的选择见表7-1。②缺陷位置的确定为确定缺陷在焊缝中的位置，必须识别缺陷波。首先用适当的标准试块（没有缺陷）标定发射波、一次底波与二次底波的位置。（图7-11）横波由探头进入焊件，材料发生变化，有一部分波被反射回探头，所以在显示器上出现一个脉冲波（发射波）；横波到达焊件底面时，由于横波不能在气态传播，所以几乎所有的波都以一定的反射角反射到焊件中，由于没有波返回探头，所以横波探伤在显示器上实际看不到底波。为了确定缺陷在焊件中的位置要借助工件同质同厚的标准试块用正射波法或反射波法测定假想的底波（一次底波和二次底波），方法是：使探头对着与标准试块的垂直端面由边缘起慢慢向后移动，找到底角反射波（底角处横波反射是向回反射，所以显示器上出现一次底波），然后继续向后移动探头，由于折射角度发生变化，所以一次底波又看不见了，但是工件声波入射点到试块底面的距离是不变的，也就是一次底波到发射波之间的距离能够反映工件的厚度。继续向后移动探头，找到二次底波（在另一个角，波也被返回）。换上实际工件进行测试（图7-11），如果工件中存在缺陷，超声波在传播中正好遇到它，那么由于缺陷物质和金属不同，就会有一部分波反射回来（当然，界面与入射波越垂直，效果越好），在显示器上出现缺陷波。这样就可以确定缺陷的位置。如果缺陷在发射波和一次底波之间，那么（图7-11）：由于FG/FH=AD/AE=AB/AC=BD/CE，所以，缺陷到探头位置的距离SX=AB=AC·FG/FH=htgβ·.FG/FH缺陷的深度Z=BD=CE·FG/FH=h·FG/FH。如果缺陷在发射波和二次底波之间，那么：由于GH/FH=DC/CE