超聲波無損檢測在蝸殼焊縫質(zhì)量檢測中的應(yīng)用

張永睿， 李 志

(四川二灘建設(shè)咨詢有限公司，四川成都 610051)

1 超聲波無損檢測的基本原理

超聲波無損檢測主要是通過超聲波與試件相互作用，就反射、透射和散射的波進行研究，對試件進行宏觀缺陷檢測、幾何特性測量、組織結(jié)構(gòu)和力學(xué)性能變化的檢測和表征，并進而對其特定應(yīng)用性進行評價的技術(shù)，主要是基于超聲波在試件中的傳播特性。檢測過程如下:

(1)聲源產(chǎn)生超聲波，采用一定的方式使超聲波進入試件;

(2)超聲波在試件中傳播并與試件材料及其中的缺陷相互作用，使其傳播方向或特征被改變;

(3)改變后的超聲波通過檢測設(shè)備被接收，并可對其進行處理和分析;

(4)根據(jù)接收的超聲波的特征，評估試件本身及其內(nèi)部是否存在缺陷及缺陷的特性。

2 超聲波無損檢測在蝸殼焊縫質(zhì)量檢測中的應(yīng)用

金屬蝸殼是水輪機的一個重要組成部分，隨著機組型號越來越大，蝸殼尺寸也隨之增大，整個金屬蝸殼必然分為多節(jié)，每節(jié)由多個瓦片組成，必然涉及到多個瓦片的拼裝以及管節(jié)的組對，存在多條縱縫及環(huán)縫，在《水電水利工程水輪機金屬蝸殼現(xiàn)場制造安裝及焊接工藝導(dǎo)則》DL5070—1997中對縱縫及環(huán)縫定義:“3.0.3縱縫 與蝸殼環(huán)向水流方向一致的焊縫，即蝸殼瓦片間組合焊縫。3.0.4環(huán)縫 與蝸殼環(huán)向水流方向垂直的焊縫，即蝸殼單節(jié)間的組合焊縫。”

鑒于以上所述金屬蝸殼的質(zhì)量主要取決于焊縫質(zhì)量，采用何種無損檢測方法檢查焊縫質(zhì)量，在《水電水利工程水輪機金屬蝸殼現(xiàn)場制造安裝及焊接工藝導(dǎo)則》DL5070—1997中，第“8.0.3焊縫內(nèi)部無損檢測可選用超聲波檢測(代號UT)或射線檢測(代號RT)方法。當(dāng)其中一種無損檢測方法檢查有疑問時，應(yīng)采用另一種無損檢測方法復(fù)查。焊縫表面可選用磁粉檢測有關(guān)規(guī)定或滲透檢測有關(guān)規(guī)定。”由于射線檢測(代號RT)對環(huán)境要求高，對檢測人員身體有可能造成傷害，加之經(jīng)濟成本比較高，因而焊縫內(nèi)部無損檢測一般采取超聲波檢測(代號UT)，焊縫表面可選用磁粉檢測(代號MT)。

一般的焊縫內(nèi)常見的缺陷有:氣孔、夾渣、未焊透、未熔合和裂紋等。到目前為止，超聲波檢測還沒有一個成熟的方法對缺陷的性質(zhì)進行準確的評判，只是根據(jù)熒光屏上得到的缺陷波的形狀和反射波高度的變化結(jié)合缺陷的位置和焊接工藝對缺陷進行綜合估判。

2.1 氣 孔

2.1.1 缺陷波在探傷儀熒光屏上的顯示

單個氣孔回波高度低，波形為單縫，較穩(wěn)定。從各個方向探測，反射波大體相同，但稍一動探頭即消失，密集氣孔會出現(xiàn)一簇反射波，波高隨氣孔大小而不同，當(dāng)探頭作定點轉(zhuǎn)動時，會出現(xiàn)此起彼落的現(xiàn)象。

2.1.2 氣孔產(chǎn)生的原因

焊接時，熔池中的氣泡在凝固時未能逸出而形成空穴。由于氣孔的存在，焊縫的有效截面減小，過大的氣孔會降低焊縫的強度，破壞焊縫金屬的致密性。產(chǎn)生氣孔的主要原因是坡口邊緣不清潔，有水份、油污和銹跡，焊條或焊劑未按規(guī)定進行烘焙，焊芯銹蝕或藥皮變質(zhì)、剝落等。

2.1.3 防止產(chǎn)生氣孔的主要措施

選擇合適的焊接電流和焊接速度，認真清理坡口邊緣的水份、油污和銹跡，嚴格按規(guī)定保管、清理和烘焙焊接材料，不使用變質(zhì)的焊條。當(dāng)發(fā)現(xiàn)焊條藥皮變質(zhì)、剝落或焊芯銹蝕時，應(yīng)嚴格控制其使用范圍。

2.2 夾 渣

2.2.1 缺陷波在探傷儀熒光屏上的顯示

點狀夾渣回波信號與點狀氣孔相似，條狀夾渣回波信號多呈鋸齒狀、波幅不高，波形多呈樹枝狀，主峰邊上有小峰，探頭平移波幅有變動，從各個方向探測時，反射波幅不相同。

2.2.2 夾渣產(chǎn)生的原因

焊后殘留在焊縫中的熔渣和氣孔一樣，由于夾渣的存在，焊縫的有效截面減小，過大的夾渣也會降低焊縫的強度和致密性。產(chǎn)生夾渣的主要原因是焊件邊緣有氧割或碳弧氣刨熔渣，坡口角度或焊接電流太小，或焊接速度過快。在使用酸性焊條時，由于電流小或運條不當(dāng)形成夾渣;使用堿性焊條時，由于電弧過長或極性不正確也會造成夾渣。

2.2.3 防止產(chǎn)生夾渣的主要措施

正確選擇坡口尺寸，認真清理坡口邊緣，選用合適的焊接電流和焊接速度，運條擺動要適當(dāng);多層焊時，仔細觀察坡口兩側(cè)的熔化情況，每一層都要認真清理焊渣。

2.3 未焊透

2.3.1 缺陷波在探傷儀熒光屏上的顯示

反射率高、波幅也較高，探頭平移時，波形較穩(wěn)定，在焊縫兩側(cè)檢測時均能得到大致相同的反射波幅。

2.3.2 未焊透產(chǎn)生的原因

產(chǎn)生未焊透的主要原因是焊件裝配間隙或坡口角度太小，焊件邊緣有較厚的銹蝕，焊條直徑太大，電流太小，運條速度過慢以及電弧太長、極性不正確等。

2.3.3 防止產(chǎn)生未焊透的措施

合理選用焊接電流和速度，正確選取坡口尺寸，封底焊清根要徹底，運條擺動要適當(dāng)，密切注意坡口兩側(cè)的熔化情況。

2.4 未熔合

2.4.1 缺陷波在探傷儀熒光屏上的顯示

探頭平移時，波形較穩(wěn)定，兩側(cè)探測時，反射波幅不同，有時只能從一側(cè)探到。

2.4.2 未熔合產(chǎn)生的原因

坡口不干凈、焊速太快、電流過小或過大、焊條角度不對、電弧偏吹等。

2.4.3 防止產(chǎn)生未熔合的措施

正確選用坡口和電流，正確操作，防止焊道形成中間高、兩側(cè)低的現(xiàn)象，將坡口清理干凈，不留焊縫死角等。

2.5 裂 紋

2.5.1 缺陷波在探傷儀熒光屏上的顯示

回波高度較大、波幅寬，會出現(xiàn)多峰，探頭平移時，反射波連續(xù)出現(xiàn)波幅有變動;探頭轉(zhuǎn)動時，波峰有上下錯動現(xiàn)象。

2.5.2 裂紋產(chǎn)生的原因

裂紋分為熱裂紋和冷裂紋。

產(chǎn)生熱裂紋的主要原因:焊接熔池中存在有低熔點雜質(zhì)。由于雜質(zhì)熔點低，結(jié)晶凝固最晚，而且凝固以后的塑性和強度又極低，因此，當(dāng)外界結(jié)構(gòu)拘束力足夠大時，由于焊縫金屬的凝固收縮以及不均勻的加熱和冷卻作用，熔池中的低熔點雜質(zhì)或在凝固的過程中就被拉開，或凝后不久被拉開，從而造成晶間開裂，即熱裂紋。

產(chǎn)生冷裂紋的原因:在焊接熱循環(huán)作用下，熱影響區(qū)生成淬硬組織，焊縫中存在過量的擴散氫且具有濃集的條件，接頭承受有較大的約束應(yīng)力。

2.5.3 防止產(chǎn)生裂紋的措施

防止產(chǎn)生熱裂紋的措施:認真把好材料關(guān)，壓力鋼管使用的鋼板和焊接材料應(yīng)具有出廠質(zhì)量證明書。嚴格控制焊接工藝參數(shù)，減慢冷卻速度，遵守工藝規(guī)格，適當(dāng)提高焊縫形狀系數(shù);盡可能采用小電流、多層、多道焊，以避免焊縫中心產(chǎn)生裂縫。認真執(zhí)行工藝規(guī)程，選取合理的焊接程序，以減少焊接應(yīng)力。

防止產(chǎn)生冷裂紋的措施:選用低氫型焊條，減少焊縫中擴散氫的含量;嚴格遵守焊接材料的保管、烘焙、使用制度，謹防受潮;仔細清理坡口邊緣的油污、水份和銹跡，減少氫的來源;采用合理的施焊程序，采用分段退焊法等，減小焊接應(yīng)力。

3 結(jié)語

通過簡單闡述超聲波無損檢測原理，就蝸殼焊縫中容易出現(xiàn)的氣孔、夾渣、未焊透、未熔合和裂紋等5類缺陷在探傷儀熒光屏上的顯示做了簡單描述，同時分析了缺陷產(chǎn)生的原因，提出了防止產(chǎn)生缺陷的措施。超聲波無損檢測不僅能檢測焊縫內(nèi)部存在的缺陷，還能有針對性地采取防止缺陷產(chǎn)生的措施，確保焊縫質(zhì)量，從而保證金屬蝸殼質(zhì)量。