CO2焊缝中各类缺陷的无损检测

CO焊缝中各类缺陷的无损检测2品质保证部侯佳保摘要：本文主要阐述了4种常规无损检测方法结合C02焊缝的缺陷形态，进行综合分析，找出检验各类缺陷最适合的无损检测方法，以保证无损检测的有效性及焊缝质量。主题词：焊接、缺陷、无损检测引言焊接是船舶建造的重要过程之一，焊接质量直接关系到船舶的使用安全，在船舶行业中CO2气体保护焊是一种较为常用的焊接方式，往往由于焊接过程中使用工艺偏差造成焊缝存在缺陷的情况。无损检测是检验焊缝缺陷的重要段之一，在船舶行业中主要应用的无损检测方法是射线检测、超声波检测、磁粉检测、渗透检测，每种方法都有各自的有优点和不足，下面主要根据焊缝缺陷的自身特点进行分析，结合四种常规的无损检测方法的特点，总结出针对各类缺陷检验有效的方法。四种常规无损检测方法的简介射线检测射线检测是利用射线能够穿透物体并使胶片感光的特性，对工件进行检验。当射线穿透物体时，由于穿过有缺陷的部位与其他完好部位的射线强度不同，从而使胶片感光的程度也不同，通过查看底片上黑度变化的情况，来判断缺陷的大小及性质。超声波检测超声波检测时利用超声波能在工件中传播的特性，对工件进行检验。当工件中存在声阻抗不同的界面时（缺陷的界面与工件的界面声阻抗不同），超声波会发生反射、衍射等一系列变化，反射的超声波被仪器接收，通过对回波的时间和发小来判断缺陷的位置和大小。磁粉检测磁粉检测主要是利用磁轭在工件上施加磁场，当工件表面或近表面存在缺陷时，会产生漏磁场，漏磁场使施加在工件表面的磁粉堆积，通过观察磁粉堆积的痕迹（磁痕），判断缺陷的大小及性质。渗透检测渗透检验是利用毛细管原理，首先使渗透液渗入到工件表面缺陷内，再清洗掉多余的渗透液，最后使用显像剂将缺陷内的渗透液吸出，通过观察渗透液吸出的情况来判断缺陷的位置和大小。焊接缺陷形态分析CO气体保护焊一般常见的缺陷主要是气孔、夹渣、未熔合、裂纹、咬边、飞溅、未焊透。由于未焊透一般出现的较少，主要出现在双面破口的情况下容易出现，咬边有一定的表面宽度，缺陷比较直观，目视检查即可发现，飞溅缺陷同样比较直观，目视检验可以检出，所以本文不讨论这几种缺陷。

表1各类缺陷的形态缺陷名称分类缺陷形态气孔体积形缺陷有一定的体积，存在自身高度、宽度及长度，缺陷的表面比较光滑，内部存在气体。夹渣有一定的体积，存在自身高度、宽度及长度，缺陷表面粗糙，内部主要是金属杂质，未熔合面型缺陷属于面型缺陷，自身有高度，但宽度很小，一般出现在破口面和焊道与焊道之间。裂纹属于面型缺陷，自身有高度，但宽度很小，可能会出现在焊缝及热影响区，主要是横向及纵向裂纹。体积形缺陷适用的无损检测方法气孔的适用方法由于气孔属于体积型缺陷，一般采用射线和超声波都容易检出缺陷，气孔的类型主要有氮气气孔、氢气气孔、一氧化碳气孔。氮气气孔氮气气孔主要是由于有空气进入到熔池中，氮气一般呈现蜂窝状。采用射线检测时，检测结果比较直观，可以轻易的判断出气孔的性质。用超声波探伤时，前后、左右移动探头时会出现多个高峰的情况，对缺陷性质的判断还是存在一定的难图1氮气的底片影像图1氮气的底片影像氢气气孔

氢气气孔产生的原因主要是CO气体有水分、焊丝受潮及坡口有油污等情况，氢气气孔表面圆滑.通过射线底片可以看出，气孔边界很圆，没有菱角，且在焊缝中比较分散.用超声波探伤时，单个缺陷会在缺陷位置出现高峰，前后、左右移动探头时反射波高度会有一定的变化比较容易判断，当出现密集气孔时，也会出现多个高峰的情况，不易判断缺陷的性质。从而形成co气孔。这熔池中的从而形成co气孔。这熔池中的C与类气孔通常出1通过射线检测此类气孔比较直观，底片成像主要土树枝分叉状。4.1.3—氧化超声波探伤反射回波有多个高峰的情况，且一般此类缺陷多数是因为焊丝中脱氧成份不足造成的，所以缺陷会有一定的长度，反射回波不易区分。图3—氧化碳气孔的底片影像夹渣的适用方法夹渣也同样属于体积形缺陷，有一定的自身高度、宽度、长度。所以超声波及射线检测都可以检出缺陷形成原因当采用多层多道焊时，清渣不净是co2气体保护焊形成夹渣缺陷，另外在焊接的电压电流选择不当，造成焊缝成形中间很高，两侧很低，两侧较低位置与坡口的夹角过小，焊渣无法清除，是造成夹渣缺陷的主要原因。检测方法的选择采用射线检测时，坡口位置的夹渣容易缺陷与未熔合相互混淆，不利于缺陷性质的评定，熔池内的夹渣在射线底片中较容易识别，其影像有一定的长度，缺陷的轮廓有菱角，易与气孔区分（气孔缺陷轮廓光滑，无菱角）。采用超声波检测时，由于夹渣缺陷与工件的声阻抗比同气孔与工件的声阻抗比咬低一些，同时夹渣表面与气孔相比不光顺，所以反射回波相对同样形态的气孔会略低一些，但在实际工作中，很难找到形态相差不大的气孔做参考，所以在缺陷定性方面，超声波检测有一定的难度。4.3小结当主要对体积形缺陷进行检测时，射线检测及超声波都能够检测出缺陷，相对而言射线检测可以很好的分辨出缺陷的性质，仅在对坡口夹渣和坡口未熔合缺陷性质的判定存在一些困难，其他体积形缺陷都比较容易判断，但在缺陷深度的判定方面，有一定的难度，需要采取一些辅助的手段，超声波检测可以检测出缺陷在焊缝中具体的位置和大小，但很难确定缺陷是气孔还是夹渣的性质。面型缺陷适用的无损检测方法面型缺陷是危害性缺陷，在各类无损检测标准中一旦出现全部评定为不合格。未熔合的适用方法缺陷产生的原因未熔合产生的原因主要由于焊接速度过快，电压、电流选择不合理，多层多道焊时，未按照规定进行分道。主要有坡口处的未熔合及焊道与焊道之间的未熔合检测方法的选择当采用射线检测时，能否检测出缺陷主要取决于，缺陷在射线束方向上的高度与母材厚度的对比，由于未熔合缺陷属于面型缺陷，自身高度方向很有可能与射线束方向形成一定的夹角，如图4所示，当缺陷高度方向与射线束方向成90度时（如缺陷1）难以发现，当缺陷高度与射线束方向相同时（如缺陷2）容易发现。所以对于未熔合的检验，当出现层间未熔合时，射线检测很难发现，而对于一般的坡口未熔合，只要射线检测的工艺参数选择合理即可发现，坡口未熔合在底片上的影像容易与坡口夹渣混淆，坡口未熔合的影像一般是一个边呈直线状，另一个边呈曲线状。

图4缺陷高度方向与射线束方向当采用超声波检测检测时，由于未熔合内部存在气体，缺陷界面两侧声阻抗相差较大，且当缺陷高度方向与声束呈垂直时，反射回的超声波能量大，波幅较高，容易判断，所以在制定检测工艺时，往往考虑使用能使声束方向与坡口面形成直角的探头（见图5），再辅助选择与其相差10°以上的探头，分别观察回波情况如果回波幅度相差较大，可以认为是面型缺陷，对于层间未熔合，可采取串列式探头进行检验。图5检验未熔合使超声波探头角度的选择裂纹的适用方法产生原因裂纹产生的原因较多，在C02焊中，其主要有冷裂纹和热裂纹，一般由于操作人员选择大电压大大电流，进行打底焊，造成焊缝较薄，应力过大时容易产生冷裂纹，另外在含碳量较高的材料焊接时，由于预热和保温或焊材选用方面出现问题，容易造成延迟性裂纹，而热裂纹一般出现在焊接接头的弧坑处。检测方法的选择表面裂纹铁磁性材料选择采用磁粉检测，效果非常直观，灵敏度高，而对于不锈钢等非铁磁性材料的，选择渗透检验同样能达到效果，但在渗透液的材料选择方面需要注意，如果检验不锈钢，一般采用含氯元素较少的渗透剂，一些特殊材料的不锈钢容易与氯化物进行反应，形成腐蚀点，经使用会使不锈钢产生裂纹。相对而言，射线检测和超声波检测在检测表面裂纹方面优势不明显，当裂纹较深时射线检测也可以检测

出表面裂纹，超声波检测可以利用表面波法对裂纹进行检测，但这两种方法的检测效率相对于磁粉和渗透较低。内部的裂纹采用射线检测时，要注意射线检测参数的选择，在检测前要了解工件容易出现的裂纹形态及扩展方向，选用高灵敏度的底片，尽量低的管电压和适合的曝光量，以保证底片的对比度和颗粒度，焦距控制合理，以保证尽量小的几何不清晰度，同时尽量保证射线束方向与裂纹高度方向相同，增加缺陷的有效高度，以保证裂纹能够检出，当检验板厚较大时，一些相对细小的裂纹很容易漏检。采用超声波检测时，至少选择两个角度相差10°的探头，观察缺陷回波的高度，当相差10dB时，可以判断为面型缺陷，再进一步观看波峰情况，一般裂纹回波有分叉，有多个波高的情况（见图6），再对缺陷位置进行分析，判断缺陷是否是裂纹。但对于弧坑裂纹，超声波检测容易与单个气孔和夹渣相混淆，难以判断缺陷性质。图6裂纹-超声波检测5.3小结对于面型缺陷，采用射线检测时需要对射线检测的工艺进行更加合理的设置，才能检测缺陷，对于缺陷定性方面相对而言比较容易，采用超声波检测时，需要采用两个相差10度以上的探头进行检测，也可以采用串列式探头（两个相同角度的探头，一收一发）进行检测，可以对面型缺陷和体积型缺陷进行有效的区分，

但确定缺陷的具体性质有一些难度。采用磁粉、着色检验，主要是针对表面裂纹，检测结果直观，容易判断。总结四种无损检测方法各有各自的优点和缺陷，对上述内容进行汇总，对于检验内部缺陷和表面缺陷各种检测方法的对比见下表2。表2探伤方法对比缺陷性质探伤方法射线超声波磁粉渗透内部缺陷很适用很适用不适用不适用表面缺陷有限适用有限适用很适用很适用射线探伤与超声波探伤对缺陷检测能力的对比见表3表3射线探伤与超声波探伤的对比缺陷种类探伤方法（两种方法对比）射线检测超声波检测气孔强中夹渣强中未熔合中中裂纹弱强当对焊缝检测要求较高时，应采用多种无损检测方法共同检测，如在自升式平台桩腿建造过程中的无损检测，要求采用超声波检测和磁粉检测两种无损检测方法结合使用共同完成检测工作，