無損檢測缺欠試樣的焊接制備方法研究及應用

錢政平，章文顯，葛佳棋，沈蕓，程肇君

中車戚墅堰機車車輛工藝研究所有限公司 江蘇常州 213011

1 序言

隨著經(jīng)濟的發(fā)展，社會對產(chǎn)品質(zhì)量及可靠性的要求逐漸提高，無損檢測在工業(yè)制造中越來越受人們的重視。GB/T 9445—2015《無損檢測 人員資格鑒定與認證》是國內(nèi)無損檢測人員資格鑒定與認證考核的主要依據(jù)。在無損檢測人員資格考核中，1、2級的考核項目是通用、專業(yè)和實際操作考試。對于超聲波檢測的考核，實際操作考試的缺欠試樣是認證考核的必備工具，試樣中需含有特定的缺欠，要求缺欠檢測時重復性好，指導性強，其缺欠可以是自然產(chǎn)生或人工制備。

焊縫中常見的缺欠有氣孔、夾渣、裂紋、未熔合和未焊透等，采用超聲波對焊縫進行檢測時，不同的缺欠反射出的波形各不相同。為了保證超聲波檢測人員的專業(yè)水準，確保檢測結(jié)果的準確性，提高超聲波檢測培訓的效果，很有必要結(jié)合實際工作制作帶有特定缺欠的焊接試樣。本文主要介紹了依據(jù)相關考核標準對缺欠參數(shù)的要求以及通過預置埋藏制備焊接缺欠的方法，并在缺欠制備完成后，通過射線和超聲波檢測來驗證缺欠的可檢出性[1]。

2 設計要求

超聲波檢測焊縫考核試樣可采用普通碳素鋼或低合金鋼板焊接而成，通常試樣長度為300mm，厚度為8mm以上，寬度應至少滿足探頭移動區(qū)的要求。

GB/T 9445—2015中規(guī)定，考核試樣中不連續(xù)類型需參照GB/Z 32075—2015 《無損檢測 資格鑒定考試用試樣中的不連續(xù)》，具體內(nèi)容見表1。根據(jù)該標準中的規(guī)定，超聲波檢測考試試樣中的不連續(xù)應主要為裂紋、未熔合及未焊透等內(nèi)部平面不連續(xù)及密孔、夾雜等內(nèi)部體積型不連續(xù)。同時，該標準也明確了各類型不連續(xù)的最小尺寸，見表2。

表1 焊接件的不連續(xù)要求

表2 焊接件的最小不連續(xù)尺寸

3 缺欠的制作方法

焊縫中常見的幾種缺欠，均有各自的產(chǎn)生原因和機理，如焊縫中合金元素偏析嚴重，接頭應力大，約束力大等原因會引起裂紋；焊接電流過小，焊接速度過快則可能引起未熔合、未焊透；保護氣流量過小或過大，焊槍過高，或母材、焊絲等潮濕，均會引起氣孔[2]。在以上這些條件下，雖然缺欠容易產(chǎn)生，但缺欠的尺寸、分布及走向具有一定的隨機性，很難通過焊接手法或焊接參數(shù)去精確控制，因此往往無法得到預期的焊縫缺欠。

在帶有缺欠的焊縫中，截取帶有一定長度缺欠的焊縫金屬，將其埋藏塊在待制備的焊縫試樣坡口中，再進行焊接，便可精確得到預期長度的缺欠。通過這種方法制備得到的缺欠試樣，缺欠尺寸及走向的可控性大大提高。

焊接前準備材料及設備如下：母材為ISO/TR 15608：2017的1.1組別材料，Q235B碳素鋼板一對，尺寸為300mm×125mm×15mm，V形坡口，坡口角度30°，采用的焊絲為φ1.2mm的ER50-6，保護氣體為80%Ar+20%CO2。從布滿氣孔的焊縫中截取指定大小的塊狀試樣，以備埋藏使用。在施焊前，首先采用丙酮清洗試件表面的油污，然后用機械的方式清理焊縫兩側(cè)20mm范圍內(nèi)的雜質(zhì)，直至露出母材金屬光澤。

焊接具體分以下4個步驟，焊接參數(shù)見表3。

表3 焊接參數(shù)

（1）定位焊 預留間隙2.5～3.0mm，查看上下前后是否對齊，兩頭定位焊長度應在10～20mm之間，磨成斜坡，便于焊接時兩點背部成形更好，并預留反變形。

（2）打底焊 采用鋸齒運條法焊接，也可采用月牙運條法焊接。焊槍角度與焊接方向呈70°～80°，與焊縫兩邊的母材呈90°。根據(jù)熔孔大小確定焊接速度。

（3）填充層 用鋼絲刷把打底焊的焊接雜質(zhì)刷掉，采用鋸齒運條法焊接也可采用月牙運條法焊接，焊接到兩邊時稍作停留，注意兩邊的熔合情況。焊接到缺欠位置時采用滅弧焊焊接，防止把缺欠熔合掉。焊接角度和打底焊一樣。單面焊接完第一層填充后，用磨光機磨出一個能放下30mm×10mm×5mm鐵塊的凹槽，放入準備好的埋藏塊，然后焊接第二層填充焊，把缺欠蓋住，填充到距離坡口邊緣線1mm左右，如圖1所示。

圖1 埋藏塊狀缺欠試樣

（4）蓋面層 采用鋸齒運條法焊接，也可采用月牙運條法焊接，焊接角度同上。焊接時以坡口兩側(cè)的邊緣線為基準，焊槍擺到一側(cè)的邊緣線時稍微停留，使鐵液與坡口邊緣線充分熔合，這樣也不易產(chǎn)生咬邊現(xiàn)象，以此類推來回擺動直至結(jié)尾。根據(jù)熔池高度控制焊接速度，收弧時由于熔池溫度過高，產(chǎn)生的弧坑會較大，所以要用反復收弧法來填滿結(jié)尾的弧坑。

焊接完成后先用鋼絲刷把焊接后的雜質(zhì)清理掉，然后用鏨子清理焊接飛濺。清理時注意焊縫附近的焊渣，以免破壞焊縫。

4 缺欠驗證

按上述焊接方法完成帶缺欠焊縫的制備，并通過射線和超聲波檢測，焊縫射線檢測缺欠影像如圖2所示。從兩次檢測的結(jié)果中可看出，通過預置塊狀缺欠試樣，經(jīng)過蓋面焊埋藏后，塊狀缺欠試樣清晰可見。

圖2 焊縫射線檢測缺欠影像

5 結(jié)束語

超聲波檢測考核用焊縫試樣中的缺欠，按照國內(nèi)相關標準有尺寸上的要求，且缺欠需滿足一定的檢測難易程度。通過截取一定大小的缺欠試樣，預置埋藏到待制備的焊縫試樣中，可得到預期尺寸的缺欠。該缺欠制備方法，大大提高考核試樣中缺欠的可控性。

通過調(diào)節(jié)合適的焊接工藝，將缺欠試樣埋藏到焊縫中，缺欠可完好保留，采用射線或超聲波檢測可精確測出缺欠的位置和尺寸。