焊缝超声波探伤缺陷分析

摘要：焊缝的缺陷一般是由冶金和焊接技术两种原因产生。焊接过程实际上是一个冶炼和浇铸，过程首先利用电能或其他形式的能产生高温使金属熔化，形成熔池，熔融金属在熔池中经过冶金反应冷却，将两个母材牢固结合在一起。此过程产生的各种缺陷，包括裂纹，气孔，夹渣等，都必须引起足够重视，要认真分析评估,本文重点讨论了超声波探伤过程中的缺陷分析。

关键词： 超声波缺陷焊缝

中图分类号：R445文献标识码： A

Anlysis of Defects on Welding Seam by Ultrasonic Test

Wang Jia Yi

(1，Shang Hai Jiao Tong University2，Siemens VAI metal technology)

Abstract:Normally,the defects occuried in the welding seam by metallurgy and welding technology.In Fact, welding is one process ofsmelt and cast,which melt the metal with the electric energy ,then cooling and combine the parts rigid.All the defects,including crack,gas pores and porosity might occuried,and must the analyzed.

Keywords: Ultrasonic Defect Weld

由于操作相对简单的渗透，磁粉探伤只是对焊缝的表面缺陷比较敏感，而对于焊缝内部是否有缺陷，基本无能为力。然而焊接质量稍微高一点的场合都必须关注焊缝的内部缺陷，正因为如此，使用超声波探伤检查焊缝内部质量就显得很重要。超声波探伤是利用超声波在物质中的传播，反射和衰减等物理性来发现缺陷的方法，相对于具有同样检查能力的射线探伤相比，超声波探伤具有灵敏度高，速度快，操作快，对检测员和环境无害。

我们分析焊缝缺陷之前，需要简单了解超声波探伤的原理，如图1和图2：

图1图2

由电子偶合震荡器产生连续高频脉冲，传向探头和显示器，在探头端部转变为声波射入检测件内部，当声波遇到障碍物即刻返回，并能显示到显示器上，

一、缺陷类型分析

缺陷的分析其实都是对显示波形的分析。我们已经知道，焊缝中常见的缺陷类型有裂纹，夹杂，未融合，未焊透，气孔等，而不同种类的缺陷其危害与处理方式都有所不同，因此我们先要根据波形分析缺陷的种类。根据实际工程经验，不同的缺陷波形具有不同的特征（图3），一般来说：

1．气孔

单个气孔回波高度低，波形为单峰，较稳定，当探头绕缺陷转动时，缺陷波高大致不变，但探头定点转动时，反射波立即消失；密集气孔会出现一簇反射波，其波高随气孔大小而不同，当探头作定点转动时，会出现此起彼伏现象。

2．裂纹

缺陷回波高度大，波幅宽，常出现多峰。探头平移时，反射波连续出现，波幅有变动；探头转动时，波峰有上下错动现象。

3.夹渣

点状夹渣的回波信号类似于点状气孔。条状夹渣回波信号呈锯齿状，由于其反射率低，波幅不高且形状多呈树枝状，主峰边上有小峰。探头平移时。波幅有变动；探头绕缺陷移动时，波幅不相同。

4.未焊透

由于反射率高（厚板焊缝中该缺陷表面类似镜面反射），波幅均较高。探头平移时，波形较稳定。在焊缝两侧探伤时，均能得到大致相同的反射波幅。

图3 不同缺陷的波形示例

二、检测当量与缺陷大小的分析

如图4，通常在超声波检测时，显示器上会有一条固定的曲线（DAC曲线），或者多条（DGS）曲线，用于评定缺陷。而这个评定曲线是事先根据不同试块制作好的，不同的试块标记有不同尺寸和深度的缺陷，即具有不同的当量。简单的说，如果选择Ø5mm当量的评定曲线，那么Ø2mm的缺陷有可能达不到被记录的要求；相反，如果选择Ø2mm当量的评定曲线，检测时必然将Ø2mm缺陷记录下来。另外一个与之相关的是增益量的选择，例如途中右上角的+6dB，即将检测到的波形放大后与评定线比较，显然增益量越大，要求越高。

图4

如何恰当的选择检测当量和增益，主要的依据是依照相关标准。如图5，根据不同的工况，安全要求，选择不同的材料，计算静态和动态应力；相应地选择不同的探伤等级。

图5

这里，我们以欧洲标准EN25817（等同于ISO 5817）来说明：

如下表，当采用DAC曲线评定时，根据检测件厚度的不同，选则不同的增益量（表1）：

表1

相应地，如果选用DGS曲线评定时，根据不同的厚度,选择不同的当量 (表2）：

表2

虽然选择的当量越小，焊缝质量越好，但也不能盲目选择。通常来说，对于焊缝，实际上是熔融再凝固的过程，必然存在缺陷，如果选择当量太小，例如Ø1mm，那么检测时将会出现整个焊缝全是超标的缺陷，显然不合理。因此，一般要求比较高的焊缝选择Ø2mm的当量来检测，一般质量可以是Ø3~4mm的当量。

三、焊缝缺陷的产生和预防

大部分因为焊接失效而引起的事故，其实都与焊接缺陷有一定关系。事情上进行焊缝设计时，有可能焊接强度已经满足要求，但是一段时间以后还是发现裂缝。这是由于在动态载荷作用下，焊缝内部的细小缺陷出现扩展，进而而焊接质量构成威胁，这里简单讨论裂纹和气孔的形成和预防。

1裂纹

裂纹有热裂纹和冷裂纹，都对焊缝质量有很大影响，因此在大部分情况下，裂纹是不被允许存在的。裂纹的产生原因： 热裂纹主要是因为焊缝里的S，P等元素在焊接过程中形成低温固溶体（FeS）造成的，在焊接应力作用下形成裂纹（图6）。冷裂纹在焊接过程中观察不到，而是在焊接后一段时间内才能形成，因此危害要比热裂纹更大。冷裂纹的形成目前认为主要是因为焊缝冷却时，奥氏体对H的溶解度下降而释放出H（图7），聚集在母材与融合区边缘产生很大应力，促使裂纹产生。

图6

预防：通知C当量，降低淬硬倾向；焊后热处理，使H充分逸出。

2气孔

气孔是焊缝中最常见的缺陷，但一般单个分散的气孔对材料的机械强度影响不大，需要注意的是连续，密集的气孔。气孔是在焊缝中存在的球状空洞。这是在焊缝金属急剧冷却时，在熔化金属中（奥氏体）气体析出，没有完全浮到表面就凝固就产生。形成气孔的气体多数情况下是H和CO2（图8）。

图7

图8

预防：主要是焊后即使热处理，是H充分逸出。

结论：

1）焊缝的缺陷类型多种多样，在进行超声波检验时，首先要根据不同缺陷的波形特征初步判断缺陷的类型。

2）根据焊接质量的要求，选择合适的检验当量。

3）对于不同的缺陷，要分析其形成原因，并提出有效的预防措施。

参考文献

1EN 1712Non destructive examination of welds-Ultrasonic examination of welded joints-Acceptance leves

2EN25817Arc-welded joints in steel-Guidance on quality levels for imperfections

3GB150-1998 钢制压力容器

4材料无损检测与安全评估 郑中兴编著 中国标准出版社，58-60