淺談焊接缺陷與焊接質量檢驗

楊杰 林廣旭

摘要：煤機產品結構件在焊接過程中，綜合到圖紙設計、焊接工藝參數等多種因素，會對焊接質量造成直接影響。焊接質量對煤機產品使用可靠性及產品使用壽命至關重要。提高產品焊接質量，加強對焊接質量的檢驗控制是煤機行業必要工作。本文對焊接缺陷及主要危害，焊接檢驗進行了介紹與探討。

Abstract： In the welding process of the structural parts of the coal machine product， it will have a direct impact on the welding quality due to various factors such as drawing design and welding process parameters. Welding quality is crucial to the reliability and service life of coal machine products. Improving the welding quality of products and strengthening the inspection and control of the welding quality are the necessary work in the coal mining industry. This paper introduces and discusses welding defects， main hazards and welding inspection.

關鍵詞：焊接裂紋;應力集中;質量檢驗;無損探傷

Key words： welding crack;stress concentration;quality inspection;nondestructive testing

中圖分類號：TG441.7? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1006-4311（2018）34-0166-03

0? 引言

煤礦機械結構件最基礎的加工方式為焊接。在結構件焊接生產過程中，受到圖紙設計、焊接工藝參數、結構件坡口加工精度、焊接人員操作中的各種因素的影響，可能會產生各種焊接質量問題。如果忽視產品焊接質量，缺陷不僅會影響結構件美觀，降低結構精度，使用的可靠性，降低結構件疲勞強度，可能造成極大的質量事故。因此，嚴把焊接質量關，杜絕焊接缺陷就成了煤機裝備行業重要的質量控制課題。

1? 常見的焊接缺陷

1.1 焊接外部缺陷

①焊縫尺寸不符合要求。焊縫高度、寬度超差，焊縫超高、過寬可能造成裝配干涉，零部件裝配不到位。焊縫高低差過大，易引起應力集中，焊縫過凹則會因焊縫工作截面減小而降低焊縫接頭處強度（如圖1、圖2）。

②焊接表面缺陷，主要為：焊接咬邊、焊瘤、未焊透、表面氣孔、表面裂紋等。咬邊：在母材沿焊縫邊緣低于母材的凹陷為咬邊，較少焊接接頭截面的有效工作面，可能會引起應力集中。焊瘤：在焊接過程中，過多熔化的金屬流到焊縫附近工件上，形成小疙瘩狀。對于焊瘤一般采取打磨處理辦法，但焊縫中的焊瘤對焊縫處的承載能力影響較大，也會降低產品的疲勞強度。

1.2 焊接內部缺陷。

①氣孔：在焊接過程中，保護氣體或由于焊接反應產生的氣體，在金屬凝固時未逸出，而在焊縫內部或表面形成孔穴，氣孔的存在降低焊縫有效工作截面，從而降低焊縫的強度與韌性，引起應力集中，焊縫致密性差，嚴重影響油箱、水箱等的密封性。 （如圖3）

②夾渣：在焊接過程中，因焊接產生的氧化物、硫化物等雜質殘留在焊縫中，形成夾渣。因夾渣減少了焊縫工作截面，形成的化合物會降低焊縫強度與塑性，還會增加熱裂紋傾向。

③未熔合是指在焊接時，焊接接頭底層未完全熔合;未焊透是指焊縫與母材之間或多道焊縫之間局部未完全熔化結合，二種焊接缺陷均會減小焊接截面，嚴重影響焊接強度。（如圖4）

1.3 焊接裂紋

結構件在焊接過程中或焊接以后，在焊接應力和至脆因素的影響下，焊接接頭區域內所出現的局部破裂叫裂紋。裂紋可能產生表面，也可能產生在內部。金屬由液態凝固成固態結晶過程中產生的裂紋為熱裂紋，因微觀上裂紋沿金屬晶界開裂，又稱之為結晶裂紋。焊接完成冷卻后出現的裂紋稱為冷裂紋，因焊接接頭處產生淬硬組織，或接頭處氫分子聚集較多，致使接頭處脆化，應力集中產生拉應力，因氫分子擴散需要時間，所以一般也稱之為延遲裂紋或氫致裂紋。

2? 焊接缺陷造成的主要危害

焊接殘缺陷會造成焊接件疲勞強度下降，靜載荷、動載荷強度下降，韌性降低，抗腐蝕性差。焊接缺陷造成的主要危害是焊接應力集中。焊接缺陷造成的應力集中主要原因為，焊接截面變化而引起局部壓力改變，由于缺陷表現形式不同，造成的截面變化程度不同，對應力影響大小也各不相同。所以在焊接過程中和焊接后均會產生焊接應力，特別是較厚鋼板的焊接，會產生較大的殘余應力，從而導致熱裂紋或冷裂紋。焊接接頭形式不同也會造成不同程度的焊接應力集中。

①焊接變形是結構件焊接制造過程中最常見問題之一，由于焊接過程是一個受到電弧電壓、電流、熱傳導、金屬相變和力學性能改變，局部快速的加熱到高溫并隨后快速冷卻的非線性瞬間熱傳導過程，整個焊接件的溫度變化急劇，焊縫周圍母材熱影響區的金相也隨溫度劇烈變化，其物理性能也隨之改變。焊接變形不僅會降低結構件本身強度，還會導致結構件裝配尺寸出現誤差，影響產品質量，降低生產效率。

②降低產品疲勞強度，縮短產品使用壽命。由煤機產品結構件鋼板厚度較厚，結構較為復雜，所選母材材質含碳量較高，要求承受的動、靜載荷也較為復雜。焊縫應力集中，不僅造成焊縫處強度較低，同時對結構靜載荷非脆性破壞影響較大，縮短產品使用壽命，降低產品可靠性。

③引發焊接件脆性斷裂。煤機產品結構件焊接過程中，產生的結構應力較大，同時過熱區和熔合區脆性和韌性都有所下降，焊接缺陷受到外力作用時同時產生內應力，極有可能引起結構件的突然斷裂，造成安全事故。

3? 焊接質量檢驗

對焊接接頭進行必要的檢驗是保證焊接質量的重要措施。因此，工件焊完后應根據產品技術要求對焊縫進行相應的檢驗，凡不符合技術要求所允許的缺陷，需及時進行返修。焊接質量的檢驗包括外觀檢查、無損探傷和機械性能試驗三個方面。這三者是互相補充的，而以無損探傷為主。

3.1 外觀檢驗。①利用肉眼或放大鏡對焊縫進行外觀檢查，可發現焊縫表面缺陷，如咬邊、焊瘤、表面裂紋、氣孔、夾渣及焊穿等。②利用專業測量儀器如焊接檢驗尺對焊縫的外形尺寸進行測量。

3.2 無損探傷。無損探傷是指在不損壞被測件前提下，借助儀器設備對焊縫質量進行檢測，檢測方法有超聲報檢測、滲透檢測、磁粉檢測、射線檢測等。本文對煤炭機械焊縫常用的檢測方法進行介紹。

①超聲波檢測，利用超聲波探傷儀產生的震蕩激勵探頭發射超聲波，對工件焊縫進行測試，探頭接收到反饋波后顯示到儀器屏幕上，從而查看被檢驗焊縫是否有焊接缺陷。超聲波無損檢測是目前最常用的焊縫檢測方法之一，其主要優點有：檢測范圍較大，缺陷定位準確，對檢測人員和環境不造成傷害。

②滲透檢測，包含著色探傷檢測和熒光滲透檢測，主要檢測表面焊接缺陷，其主要原理為滲透液在毛細作用下，滲透至焊接表面，再施加顯像劑，缺陷內的殘留滲透劑又回滲到工件表面，從而顯示出缺陷形態，不受焊接結構影響。但滲透檢測相關檢測參數并不明確，需要在累積中總結，對檢驗人員業務能力要求較高。

③磁粉檢測，主要用于檢測表面焊接裂紋缺陷的檢測方法，工件被磁化后在被測試件上撒上磁粉或磁懸液，若存在表面焊接缺陷，磁粉粒子便會吸附于缺陷位置，通過磁痕來顯示和判定缺陷位置、大小。檢驗結果相對直觀可靠。

④X射線檢測，主要通過X射線成像設備，獲取焊接結構的數字成像圖并輸入計算機，由計算機對數字圖像進行處理，通過對缺陷圖像的提取，對焊接缺陷進行分析和判定。但X射線檢測在實際應用中有一定局限性。

3.3 打壓試驗。對于油箱、水箱等要求密封性的結構件，進行打壓試驗，可根據自身條件選擇水壓試驗或氣壓試驗，以檢查焊縫的密封性和承壓能力。

4? 結語

采煤機械工作環境較為惡劣，承受載荷較大，對結構件焊接要求也就較高，焊接缺陷會影響焊接結構強度，對產品使用壽命有顯著影響，掌握焊接缺陷原理，避免焊接缺陷就成了采煤機械結構件生產主要課題之一。近年來，焊接檢驗手段也得到長足發展，提高焊接質量，借助先進儀器焊接缺陷也能得到有效控制。

參考文獻：

[1]山口裕治.焊接缺陷引起的焊件斷裂及其防治方法[J].國外機車車輛工藝，2008，1（1）：12-16.

[2]劉曦.含焊接缺陷結構件的疲勞可靠性判定[J].焊接學報，2008，29（1）：89-92，96.

[3]薛忠明，曲文卿，柴鵬，等.焊接變形預測技術研究進展[J].焊接學報，2003，24（3）：87-91.

[4]殷曉輝，韓曉微，高原，等.焊接缺陷X射線自動檢測技術研究現狀[J].電焊機，2007，37（11）：28-31.

[5]徐琳，佘昌蓮，周旭春，等.焊接變形預測的研究進展[J].機械工程師，2006，2：27-29.

[6]王娟.機車輪心探傷方法的研究及確定[J].鐵道機車車輛工人，2009，11（11）：10-13.