無損探傷技術(shù)分析

【摘要】 壓力容器焊接部位最容易產(chǎn)生焊裂、未熔合、未焊透、咬邊、夾雜物和晶界開裂等缺陷，這些缺陷又可能是裂紋源。因此，正確地做好焊接缺陷等級(jí)評(píng)定工作不僅能保證產(chǎn)品質(zhì)量，而且能保證產(chǎn)品的安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。但目前焊接缺陷等級(jí)評(píng)定情況去不盡人意，存在著這樣那樣的問題，焊接工藝中缺陷的名稱與無損探傷中缺陷也沒有統(tǒng)一。文章對(duì)無損探傷焊接技術(shù)進(jìn)行了分析。

【關(guān)鍵詞】 焊接 技術(shù)

Abstract :The Welding parts of the pres-sure vessel are easy to becomr crack， incomplete fusion welding and welding， bite， impurity and cracking defects， etc. These defects may be the headstream of the crack. Therefore， doing welding defects rating work correctly can not only ensure the product quality， and also ensure the safe and economic operation of the product. The paper anlyses the NDT welding technology.

壓力容器焊接部位最容易產(chǎn)生焊裂、未熔合、未焊透、咬邊、夾雜物和晶界開裂等缺陷，這些缺陷又可能是裂紋源。因此，正確地做好焊接缺陷等級(jí)評(píng)定工作不僅能保證產(chǎn)品質(zhì)量，而且能保證產(chǎn)品的安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。但目前焊接缺陷等級(jí)評(píng)定情況去不盡人意，存在著這樣那樣的問題，焊接工藝中缺陷的名稱與無損探傷中缺陷也沒有統(tǒng)一。

1.焊接技術(shù)評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)

1.1規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一。 焊接檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)實(shí)在太多，五花八門，不同的標(biāo)準(zhǔn)在缺陷定量及評(píng)定方法上都有差別，如焊縫超聲波探傷，有的標(biāo)準(zhǔn)采用長(zhǎng)橫孔進(jìn)行靈敏度調(diào)節(jié)，有的標(biāo)準(zhǔn)采用短橫孔或柱孔進(jìn)行靈敏度調(diào)節(jié)，不同的反射體反射當(dāng)量均個(gè)有差異。在定量上，不同標(biāo)準(zhǔn)對(duì)同一級(jí)別規(guī)定的允許缺陷數(shù)量也不相同。造成這種現(xiàn)象，一方面是因?yàn)闃?biāo)準(zhǔn)的制定沒有建立在一個(gè)統(tǒng)一的試驗(yàn)和理論分析基礎(chǔ)上，另一方面則是因?yàn)闄z測(cè)技術(shù)上認(rèn)識(shí)不統(tǒng)一造成的檢測(cè)方法不統(tǒng)一。焊接檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)的不統(tǒng)一，使得驗(yàn)收工作帶來不便，也不便于產(chǎn)品質(zhì)量的相互認(rèn)可，這一矛盾在商檢，電站鍋爐驗(yàn)收方面特別突出。

1.2標(biāo)準(zhǔn)的人為因素 。焊接上產(chǎn)生的缺陷對(duì)材料的性能會(huì)發(fā)生很大影響，其影響程度隨著缺陷的性質(zhì)、大小、位置、厚度的不同而不同。有人作了研究，用相同材料制成大小不同的具有相似外形輪廓的一對(duì)焊縫試樣，每一試樣含有成比例尺寸的裂紋，進(jìn)行斷裂韌行計(jì)算，結(jié)果大尺寸試樣產(chǎn)生破壞的應(yīng)力低于小尺寸試樣產(chǎn)生破壞所需要的應(yīng)力。但現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)對(duì)缺陷等級(jí)評(píng)定并不能實(shí)際地反映這些特點(diǎn)，卻帶著明顯的人為因素。如射線探傷對(duì)點(diǎn)狀缺陷等級(jí)評(píng)定，規(guī)定不同級(jí)別允許缺陷點(diǎn)數(shù)隨工件壁厚成幾何級(jí)數(shù)變化，顯然這不是缺陷大小對(duì)產(chǎn)品危害程度的體現(xiàn)，而是工作中記憶方便的數(shù)字規(guī)律，是人為加上去的。

1.3缺陷等級(jí)評(píng)定只注重大小、長(zhǎng)度，不注重自身高度和深度

現(xiàn)行缺陷評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)只記錄缺陷平面大小、長(zhǎng)度，不注重自身高度和深度，缺陷的返修也只依據(jù)大小和長(zhǎng)度。常規(guī)射線探傷要記錄缺陷的三維空間尺寸困難，有的超聲波探傷對(duì)深度也不作要求。實(shí)際上缺陷自身高度和深度是影響工件性能的兩個(gè)重要指標(biāo)，這兩個(gè)尺寸是缺陷安全評(píng)定的關(guān)鍵尺寸。根據(jù)斷裂力學(xué)理論，埋藏裂紋的等效缺陷尺寸，主要取決于埋藏裂紋的半高a和裂紋形貌系數(shù)Ω、Ψ。缺陷深藏不同對(duì)材料性能的影響也不同。研究表明，當(dāng)兩種裂紋尺寸相同時(shí)，表面裂紋試樣的斷裂強(qiáng)度約為埋藏裂紋的60%。因此，忽視缺陷的高度和深度，不便于對(duì)產(chǎn)品的全面評(píng)價(jià)。另外，也容易放過自身高度尺寸大于規(guī)定長(zhǎng)度尺寸的缺陷，這實(shí)在是極不合理的現(xiàn)象。

2.焊接技術(shù)分析

對(duì)于內(nèi)部缺陷的性質(zhì)的估判以及缺陷的產(chǎn)生的原因和防止措施大體總結(jié)了以下幾點(diǎn):

2.1氣孔:單個(gè)氣孔回波高度低，波形為單縫，較穩(wěn)定。從各個(gè)方向探測(cè)，反射波大體相同，但稍一動(dòng)探頭就消失，密集氣孔會(huì)出現(xiàn)一簇反射波，波高隨氣孔大小而不同，當(dāng)探頭作定點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，會(huì)出現(xiàn)此起彼落的現(xiàn)象。

產(chǎn)生這類缺陷的原因主要是焊材未按規(guī)定溫度烘干，焊條藥皮變質(zhì)脫落、焊芯銹蝕，焊絲清理不干凈，手工焊時(shí)電流過大，電弧過長(zhǎng);埋弧焊時(shí)電壓過高或網(wǎng)絡(luò)電壓波動(dòng)太大;氣體保護(hù)焊時(shí)保護(hù)氣體純度低等。如果焊縫中存在著氣孔，既破壞了焊縫金屬的致密性，又使得焊縫有效截面積減少，降低了機(jī)械性能，特別是存鏈狀氣孔時(shí)，對(duì)彎曲和沖擊韌性會(huì)有比較明顯降低。

防止這類缺陷防止的措施有:不使用藥皮開裂、剝落、變質(zhì)及焊芯銹蝕的焊條，生銹的焊絲必須除銹后才能使用。所用焊接材料應(yīng)按規(guī)定溫度烘干，坡口及其兩側(cè)清理干凈，并要選用合適的焊接電流、電弧電壓和焊接速度等。

2.2夾渣:點(diǎn)狀?yuàn)A渣回波信號(hào)與點(diǎn)狀氣孔相似，條狀?yuàn)A渣回波信號(hào)多呈鋸齒狀波幅不高，波形多呈樹枝狀，主峰邊上有小峰，探頭平移波幅有變動(dòng)，從各個(gè)方向探測(cè)時(shí)反射波幅不相同。

這類缺陷產(chǎn)生的原因有:焊接電流過小，速度過快，熔渣來不及浮起，被焊邊緣和各層焊縫清理不干凈，其本金屬和焊接材料化學(xué)成分不當(dāng)，含硫、磷較多等。

防止措施有:正確選用焊接電流，焊接件的坡口角度不要太小，焊前必須把坡口清理干凈，多層焊時(shí)必須層層清除焊渣;并合理選擇運(yùn)條角度焊接速度等。

2.3裂紋:回波高度較大，波幅寬，會(huì)出現(xiàn)多峰，探頭平移時(shí)反射波連續(xù)出現(xiàn)波幅有變動(dòng)，探頭轉(zhuǎn)時(shí)，波峰有上下錯(cuò)動(dòng)現(xiàn)象。裂紋是一種危險(xiǎn)性最大的缺陷，它除降低焊接接頭的強(qiáng)度外，還因裂紋的末端呈尖銷的缺口，焊件承載后，引起應(yīng)力集中，成為結(jié)構(gòu)斷裂的起源。裂紋分為熱裂紋、冷裂紋和再熱裂紋三種。

熱裂紋產(chǎn)生的原因是:焊接時(shí)熔池的冷卻速度很快，造成偏析;焊縫受熱不均勻產(chǎn)生拉應(yīng)力。

防止措施:限制母材和焊接材料中易偏析元素和有害雜質(zhì)的含量，主要限制硫含量，提高錳含量;提高焊條或焊劑的堿度，以降低雜質(zhì)含量，改善偏析程度;改進(jìn)焊接結(jié)構(gòu)形式，采用合理的焊接順序，提高焊縫收縮時(shí)的自由度。

冷裂紋產(chǎn)生的原因:被焊材料淬透性較大在冷卻過程中受到人的焊接拉力作用時(shí)易裂開;焊接時(shí)冷卻速度很快氫來不及逸出而殘留在焊縫中，氫原子結(jié)合成氫分子，以氣體狀態(tài)進(jìn)到金屬的細(xì)微孔隙中，并造成很大的壓力，使局部金屬產(chǎn)生很大的壓力而形成冷裂紋;焊接應(yīng)力拉應(yīng)力并與氫的析集中和淬火脆化同時(shí)發(fā)生時(shí)易形成冷裂紋。

防止措施:焊前預(yù)熱，焊后緩慢冷卻，使熱影響區(qū)的奧氏體分解能在足夠的溫度區(qū)間內(nèi)進(jìn)行，避免淬硬組織的產(chǎn)生，同時(shí)有減少焊接應(yīng)力的作用;焊接后及時(shí)進(jìn)行低溫退火，去氫處理，消除焊接時(shí)產(chǎn)生的應(yīng)力，并使氫及時(shí)擴(kuò)散到外界去;選用低氫型焊條和堿性焊劑或奧氏體不銹鋼焊條焊絲等，焊材按規(guī)定烘干，并嚴(yán)格清理坡口;加強(qiáng)焊接時(shí)的保護(hù)和被焊處表面的清理，避免氫的侵入;選用合理的焊接規(guī)范，采用合理的裝焊順序，以改善焊件的應(yīng)力狀態(tài)。

2.4未熔合:探頭平移時(shí)，波形較穩(wěn)定，兩側(cè)探測(cè)時(shí)，反射波幅不同，有時(shí)只能從一側(cè)探到。

其產(chǎn)生的原因:坡口不干凈，焊速太快，電流過小或過大，焊條角度不對(duì)，電弧偏吹等。

防止措施:正確選用坡口和電流，坡口清理干凈，正確操作防止焊偏等。

2.5未焊透:反射率高，波幅也較高，探頭平移時(shí)，波形較穩(wěn)定，在焊縫兩側(cè)探傷時(shí)均能得到大致相同的反射波幅。這類缺陷不僅降低了焊接接頭的機(jī)械性能，而且在未焊透處的缺口和端部形成應(yīng)力集中點(diǎn)，承載后往往會(huì)引起裂紋，是一種危險(xiǎn)性缺陷。

其產(chǎn)生原因一般是:坡口純邊間隙太小，焊接電流太小或運(yùn)條速度過快，坡口角度小，運(yùn)條角度不對(duì)以及電弧偏吹等。

防止措施有:合理選用坡口型式、裝配間隙和采用正確的焊接工藝等。

(作者單位: 黑龍江省特種設(shè)備檢驗(yàn)研究院)