淺談焊接缺陷與焊接質(zhì)量檢驗(yàn)

楊杰 林廣旭

摘要：煤機(jī)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)件在焊接過(guò)程中，綜合到圖紙?jiān)O(shè)計(jì)、焊接工藝參數(shù)等多種因素，會(huì)對(duì)焊接質(zhì)量造成直接影響。焊接質(zhì)量對(duì)煤機(jī)產(chǎn)品使用可靠性及產(chǎn)品使用壽命至關(guān)重要。提高產(chǎn)品焊接質(zhì)量，加強(qiáng)對(duì)焊接質(zhì)量的檢驗(yàn)控制是煤機(jī)行業(yè)必要工作。本文對(duì)焊接缺陷及主要危害，焊接檢驗(yàn)進(jìn)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(guān)鍵詞：焊接裂紋;應(yīng)力集中;質(zhì)量檢驗(yàn);無(wú)損探傷

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

中圖分類(lèi)號(hào)：TG441.7? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號(hào)：1006-4311（2018）34-0166-03

0? 引言

煤礦機(jī)械結(jié)構(gòu)件最基礎(chǔ)的加工方式為焊接。在結(jié)構(gòu)件焊接生產(chǎn)過(guò)程中，受到圖紙?jiān)O(shè)計(jì)、焊接工藝參數(shù)、結(jié)構(gòu)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(huì)產(chǎn)生各種焊接質(zhì)量問(wèn)題。如果忽視產(chǎn)品焊接質(zhì)量，缺陷不僅會(huì)影響結(jié)構(gòu)件美觀，降低結(jié)構(gòu)精度，使用的可靠性，降低結(jié)構(gòu)件疲勞強(qiáng)度，可能造成極大的質(zhì)量事故。因此，嚴(yán)把焊接質(zhì)量關(guān)，杜絕焊接缺陷就成了煤機(jī)裝備行業(yè)重要的質(zhì)量控制課題。

1? 常見(jiàn)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(guò)寬可能造成裝配干涉，零部件裝配不到位。焊縫高低差過(guò)大，易引起應(yīng)力集中，焊縫過(guò)凹則會(huì)因焊縫工作截面減小而降低焊縫接頭處強(qiáng)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(huì)引起應(yīng)力集中。焊瘤：在焊接過(guò)程中，過(guò)多熔化的金屬流到焊縫附近工件上，形成小疙瘩狀。對(duì)于焊瘤一般采取打磨處理辦法，但焊縫中的焊瘤對(duì)焊縫處的承載能力影響較大，也會(huì)降低產(chǎn)品的疲勞強(qiáng)度。

1.2 焊接內(nèi)部缺陷。

①氣孔：在焊接過(guò)程中，保護(hù)氣體或由于焊接反應(yīng)產(chǎn)生的氣體，在金屬凝固時(shí)未逸出，而在焊縫內(nèi)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(qiáng)度與韌性，引起應(yīng)力集中，焊縫致密性差，嚴(yán)重影響油箱、水箱等的密封性。 （如圖3）

②夾渣：在焊接過(guò)程中，因焊接產(chǎn)生的氧化物、硫化物等雜質(zhì)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(huì)降低焊縫強(qiáng)度與塑性，還會(huì)增加熱裂紋傾向。

③未熔合是指在焊接時(shí)，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(jié)合，二種焊接缺陷均會(huì)減小焊接截面，嚴(yán)重影響焊接強(qiáng)度。（如圖4）

1.3 焊接裂紋

結(jié)構(gòu)件在焊接過(guò)程中或焊接以后，在焊接應(yīng)力和至脆因素的影響下，焊接接頭區(qū)域內(nèi)所出現(xiàn)的局部破裂叫裂紋。裂紋可能產(chǎn)生表面，也可能產(chǎn)生在內(nèi)部。金屬由液態(tài)凝固成固態(tài)結(jié)晶過(guò)程中產(chǎn)生的裂紋為熱裂紋，因微觀上裂紋沿金屬晶界開(kāi)裂，又稱(chēng)之為結(jié)晶裂紋。焊接完成冷卻后出現(xiàn)的裂紋稱(chēng)為冷裂紋，因焊接接頭處產(chǎn)生淬硬組織，或接頭處氫分子聚集較多，致使接頭處脆化，應(yīng)力集中產(chǎn)生拉應(yīng)力，因氫分子擴(kuò)散需要時(shí)間，所以一般也稱(chēng)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(huì)造成焊接件疲勞強(qiáng)度下降，靜載荷、動(dòng)載荷強(qiáng)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(yīng)力集中。焊接缺陷造成的應(yīng)力集中主要原因?yàn)?，焊接截面變化而引起局部壓力改變，由于缺陷表現(xiàn)形式不同，造成的截面變化程度不同，對(duì)應(yīng)力影響大小也各不相同。所以在焊接過(guò)程中和焊接后均會(huì)產(chǎn)生焊接應(yīng)力，特別是較厚鋼板的焊接，會(huì)產(chǎn)生較大的殘余應(yīng)力，從而導(dǎo)致熱裂紋或冷裂紋。焊接接頭形式不同也會(huì)造成不同程度的焊接應(yīng)力集中。

①焊接變形是結(jié)構(gòu)件焊接制造過(guò)程中最常見(jiàn)問(wèn)題之一，由于焊接過(guò)程是一個(gè)受到電弧電壓、電流、熱傳導(dǎo)、金屬相變和力學(xué)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(dǎo)過(guò)程，整個(gè)焊接件的溫度變化急劇，焊縫周?chē)覆臒嵊绊憛^(qū)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(huì)降低結(jié)構(gòu)件本身強(qiáng)度，還會(huì)導(dǎo)致結(jié)構(gòu)件裝配尺寸出現(xiàn)誤差，影響產(chǎn)品質(zhì)量，降低生產(chǎn)效率。

②降低產(chǎn)品疲勞強(qiáng)度，縮短產(chǎn)品使用壽命。由煤機(jī)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)件鋼板厚度較厚，結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，所選母材材質(zhì)含碳量較高，要求承受的動(dòng)、靜載荷也較為復(fù)雜。焊縫應(yīng)力集中，不僅造成焊縫處強(qiáng)度較低，同時(shí)對(duì)結(jié)構(gòu)靜載荷非脆性破壞影響較大，縮短產(chǎn)品使用壽命，降低產(chǎn)品可靠性。

③引發(fā)焊接件脆性斷裂。煤機(jī)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)件焊接過(guò)程中，產(chǎn)生的結(jié)構(gòu)應(yīng)力較大，同時(shí)過(guò)熱區(qū)和熔合區(qū)脆性和韌性都有所下降，焊接缺陷受到外力作用時(shí)同時(shí)產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力，極有可能引起結(jié)構(gòu)件的突然斷裂，造成安全事故。

3? 焊接質(zhì)量檢驗(yàn)

對(duì)焊接接頭進(jìn)行必要的檢驗(yàn)是保證焊接質(zhì)量的重要措施。因此，工件焊完后應(yīng)根據(jù)產(chǎn)品技術(shù)要求對(duì)焊縫進(jìn)行相應(yīng)的檢驗(yàn)，凡不符合技術(shù)要求所允許的缺陷，需及時(shí)進(jìn)行返修。焊接質(zhì)量的檢驗(yàn)包括外觀檢查、無(wú)損探傷和機(jī)械性能試驗(yàn)三個(gè)方面。這三者是互相補(bǔ)充的，而以無(wú)損探傷為主。

3.1 外觀檢驗(yàn)。①利用肉眼或放大鏡對(duì)焊縫進(jìn)行外觀檢查，可發(fā)現(xiàn)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(zhuān)業(yè)測(cè)量?jī)x器如焊接檢驗(yàn)尺對(duì)焊縫的外形尺寸進(jìn)行測(cè)量。

3.2 無(wú)損探傷。無(wú)損探傷是指在不損壞被測(cè)件前提下，借助儀器設(shè)備對(duì)焊縫質(zhì)量進(jìn)行檢測(cè)，檢測(cè)方法有超聲報(bào)檢測(cè)、滲透檢測(cè)、磁粉檢測(cè)、射線檢測(cè)等。本文對(duì)煤炭機(jī)械焊縫常用的檢測(cè)方法進(jìn)行介紹。

①超聲波檢測(cè)，利用超聲波探傷儀產(chǎn)生的震蕩激勵(lì)探頭發(fā)射超聲波，對(duì)工件焊縫進(jìn)行測(cè)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(yàn)焊縫是否有焊接缺陷。超聲波無(wú)損檢測(cè)是目前最常用的焊縫檢測(cè)方法之一，其主要優(yōu)點(diǎn)有：檢測(cè)范圍較大，缺陷定位準(zhǔn)確，對(duì)檢測(cè)人員和環(huán)境不造成傷害。

②滲透檢測(cè)，包含著色探傷檢測(cè)和熒光滲透檢測(cè)，主要檢測(cè)表面焊接缺陷，其主要原理為滲透液在毛細(xì)作用下，滲透至焊接表面，再施加顯像劑，缺陷內(nèi)的殘留滲透劑又回滲到工件表面，從而顯示出缺陷形態(tài)，不受焊接結(jié)構(gòu)影響。但滲透檢測(cè)相關(guān)檢測(cè)參數(shù)并不明確，需要在累積中總結(jié)，對(duì)檢驗(yàn)人員業(yè)務(wù)能力要求較高。

③磁粉檢測(cè)，主要用于檢測(cè)表面焊接裂紋缺陷的檢測(cè)方法，工件被磁化后在被測(cè)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(huì)吸附于缺陷位置，通過(guò)磁痕來(lái)顯示和判定缺陷位置、大小。檢驗(yàn)結(jié)果相對(duì)直觀可靠。

④X射線檢測(cè)，主要通過(guò)X射線成像設(shè)備，獲取焊接結(jié)構(gòu)的數(shù)字成像圖并輸入計(jì)算機(jī)，由計(jì)算機(jī)對(duì)數(shù)字圖像進(jìn)行處理，通過(guò)對(duì)缺陷圖像的提取，對(duì)焊接缺陷進(jìn)行分析和判定。但X射線檢測(cè)在實(shí)際應(yīng)用中有一定局限性。

3.3 打壓試驗(yàn)。對(duì)于油箱、水箱等要求密封性的結(jié)構(gòu)件，進(jìn)行打壓試驗(yàn)，可根據(jù)自身?xiàng)l件選擇水壓試驗(yàn)或氣壓試驗(yàn)，以檢查焊縫的密封性和承壓能力。

4? 結(jié)語(yǔ)

采煤機(jī)械工作環(huán)境較為惡劣，承受載荷較大，對(duì)結(jié)構(gòu)件焊接要求也就較高，焊接缺陷會(huì)影響焊接結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，對(duì)產(chǎn)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(jī)械結(jié)構(gòu)件生產(chǎn)主要課題之一。近年來(lái)，焊接檢驗(yàn)手段也得到長(zhǎng)足發(fā)展，提高焊接質(zhì)量，借助先進(jìn)儀器焊接缺陷也能得到有效控制。

參考文獻(xiàn)：

[1]山口裕治.焊接缺陷引起的焊件斷裂及其防治方法[J].國(guó)外機(jī)車(chē)車(chē)輛工藝，2008，1（1）：12-16.

[2]劉曦.含焊接缺陷結(jié)構(gòu)件的疲勞可靠性判定[J].焊接學(xué)報(bào)，2008，29（1）：89-92，96.

[3]薛忠明，曲文卿，柴鵬，等.焊接變形預(yù)測(cè)技術(shù)研究進(jìn)展[J].焊接學(xué)報(bào)，2003，24（3）：87-91.

[4]殷曉輝，韓曉微，高原，等.焊接缺陷X射線自動(dòng)檢測(cè)技術(shù)研究現(xiàn)狀[J].電焊機(jī)，2007，37（11）：28-31.

[5]徐琳，佘昌蓮，周旭春，等.焊接變形預(yù)測(cè)的研究進(jìn)展[J].機(jī)械工程師，2006，2：27-29.

[6]王娟.機(jī)車(chē)輪心探傷方法的研究及確定[J].鐵道機(jī)車(chē)車(chē)輛工人，2009，11（11）：10-13.