鋁合金型材固定墊板熔化焊焊縫的射線(xiàn)底片影像分析

陳斌 曹永勝

摘要：本文闡述鋁合金型材在焊接過(guò)程中，由于墊板根部間隙大小和焊接電流的大小不同，造成固定墊板U槽填滿(mǎn)程度不同，在射線(xiàn)底片中出現(xiàn)固有影像，這些影像和未熔合影像相似，容易造成誤判，增加返修工作量，針對(duì)這一問(wèn)題通過(guò)對(duì)試件的金相和底片影像的分析，總結(jié)出隨著固定墊板熔透程度的不同，在射線(xiàn)底片中形成幾種固定影像的鑒別方法。

關(guān)鍵詞：鋁合金;固定墊板;金相;射線(xiàn)底片影像

0? 引言

城市軌道車(chē)輛作為城市公共交通工具，主要在地下隧道、高架和地面軌道上運(yùn)行，線(xiàn)路曲線(xiàn)半徑小，坡度大;車(chē)輛啟動(dòng)加速度和制動(dòng)減速度比較大;客流量大而集中，高峰超載嚴(yán)重，因此，要求城軌車(chē)輛的車(chē)體輕量化。另外，為了減少車(chē)輛腐蝕，提高其使用壽命，現(xiàn)代城軌交通車(chē)輛大都采用鋁合金材料制造而成。鋁合金的加工性能好，可擠壓成較復(fù)雜的型材，再組焊成板塊式整體承載的車(chē)體底架結(jié)構(gòu)。圖1所示，即為地鐵車(chē)輛車(chē)體底架鋁合金型材的拼焊結(jié)構(gòu)。

鋁合金氧化性強(qiáng)，一般采用雙面惰性氣體保護(hù)的熔化焊，焊接性能好。鋁合金高溫液態(tài)時(shí)流動(dòng)性能好，焊接時(shí)焊縫金屬容易產(chǎn)生下榻現(xiàn)象，因此焊接過(guò)程中常加設(shè)墊板。由圖1可知，現(xiàn)在城市軌道交通車(chē)輛采用的中空型材在擠壓生產(chǎn)中直接設(shè)計(jì)了不可拆卸的墊板結(jié)構(gòu)，以保證焊縫成型質(zhì)量。型材自帶的墊板槽形空間寬度為10mm，大于坡口的組裝間隙，且兩端為U型結(jié)構(gòu)，如圖2所示。由于墊板結(jié)構(gòu)的特殊性，易導(dǎo)致焊接后墊板兩端U型溝槽內(nèi)不能全部填滿(mǎn)，射線(xiàn)檢測(cè)時(shí)底片固定位置上出現(xiàn)疑似坡口未熔合缺陷的顯示。

1? 焊縫中未熔合缺陷和鋁合金型材焊縫的影像分析

①射線(xiàn)探傷是利用高能量的X射線(xiàn)穿過(guò)同等厚度的工件，如果工件中存在不同性質(zhì)的介質(zhì)，則不同介質(zhì)對(duì)射線(xiàn)的吸收和散射不同，使射線(xiàn)能量的衰減不同，在底片上曝光后產(chǎn)生深淺不同的陰影，從而判斷出所檢測(cè)的部分存在不同性質(zhì)的物質(zhì)——缺陷。射線(xiàn)檢測(cè)只能檢測(cè)出缺陷的平面投影位置及形狀，無(wú)法確定其在焊縫中的深度位置。

②焊接缺陷未熔合可分為根部未熔合、坡口未熔合和層間未熔合。其中坡口未熔合的典型影像就是連續(xù)或斷續(xù)的黑線(xiàn)，靠母材側(cè)輪廓較齊整，黑度較大，靠焊縫中心側(cè)輪廓不規(guī)則，黑度較小。在底片上的位置一般在焊縫中心至邊緣的1/2處，沿焊縫縱向延伸。

③鋁合金型材焊縫的影像特征是一條或兩條、細(xì)或粗的黑直線(xiàn)（圖3～圖9），在底片上的位置離焊縫中心5mm處。遠(yuǎn)離焊縫中心一側(cè)輪廓整齊，靠近焊縫中心側(cè)輪廓不均勻，或者顯示為兩條黑色細(xì)線(xiàn)狀顯示，兩條黑線(xiàn)間距為10mm。

由此可知，鋁合金型材拼焊的車(chē)體底架焊縫底片上的陰影顯示很可能就是未熔合。按照產(chǎn)品驗(yàn)收的射線(xiàn)檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)B級(jí)規(guī)定，不允許有未熔合缺陷存在，因此需對(duì)焊縫進(jìn)行返修。但返修過(guò)程中并未發(fā)現(xiàn)焊縫內(nèi)部存在缺陷，而返修后檢測(cè)，射線(xiàn)底片固定位置上仍有疑似缺陷顯示。

多次返修作業(yè)，車(chē)體結(jié)構(gòu)多次受熱，嚴(yán)重影響了接頭質(zhì)量，而且耽誤生產(chǎn)進(jìn)度。針對(duì)這一問(wèn)題，采用不同的裝配間隙和焊接電流進(jìn)行了多種焊接試驗(yàn)，并采用缺陷處焊接接頭的金相切片和射線(xiàn)檢測(cè)底片進(jìn)行對(duì)比分析、判別。

2? 試驗(yàn)過(guò)程

試件材質(zhì)和實(shí)際工件一樣，板厚為14mm，采用MIG焊，焊接時(shí)焊槍前傾9°，焊縫表面寬度為24mm，焊縫表面外觀檢測(cè)和表面PT檢測(cè)合格后，對(duì)試板進(jìn)行X射線(xiàn)檢測(cè)。主要變換的焊接參數(shù)及結(jié)果如表1。

①分析一號(hào)試件的圖3和圖4可知，底片上焊縫中心兩側(cè)各有一條粗細(xì)不一的線(xiàn)條狀缺陷和未熔合極為相似，且距離為10mm。同位置截取的焊縫橫截面金相試樣則說(shuō)明缺陷應(yīng)為固定墊板上兩端U型槽未填滿(mǎn)，并非焊縫中缺陷。返修時(shí)確未發(fā)現(xiàn)焊縫中有缺陷。

②二號(hào)試件略增大組裝間隙，其它參數(shù)不變。底片影像顯示距焊縫中心5mm處，有一條較粗的黑色條狀顯示（見(jiàn)圖5），同樣截取金相試樣，發(fā)現(xiàn)靠近板材端的U型槽沒(méi)填滿(mǎn)（見(jiàn)圖6），形成空洞，和底片的影像吻合，返修時(shí)仍未發(fā)現(xiàn)焊縫內(nèi)部有缺陷。

③三號(hào)試件在不改變其它參數(shù)的前提下繼續(xù)增大組裝間隙，焊件底片影像顯示焊縫中心兩側(cè)位置有兩條細(xì)直黑線(xiàn)（見(jiàn)圖7），間距為10mm。同樣截取試樣做金相處理，試樣顯示墊板兩端U型槽沒(méi)有完全填滿(mǎn)（見(jiàn)圖8），空隙位置和底片的影像吻合。同樣，返修中沒(méi)有發(fā)現(xiàn)焊縫內(nèi)部缺陷。

④四號(hào)試件組裝間隙增至X=2.5mm，同時(shí)焊接電流提高至240A，底片影像顯示焊縫中心一側(cè)5mm處有一條細(xì)直黑線(xiàn)（見(jiàn)圖9）。同樣，截取的試件金相顯示一側(cè)U型槽沒(méi)有完全填滿(mǎn)（見(jiàn)圖10），成一條細(xì)線(xiàn)狀間隙，和底片影像吻合，而返修中仍未發(fā)現(xiàn)焊縫內(nèi)部缺陷。

⑤五號(hào)試件再次增大組裝間隙為X=3mm，焊接電流仍為240A，底片影像顯示焊縫內(nèi)很干凈，無(wú)其他缺陷（見(jiàn)圖11）。截取的試樣金相顯示，端面U槽全部填滿(mǎn)（見(jiàn)圖12），打開(kāi)焊縫，內(nèi)部確實(shí)沒(méi)有缺陷。

3? 總結(jié)

實(shí)驗(yàn)證明，焊接過(guò)程中，根部裝配間隙和焊接電流的大小等因素，可導(dǎo)致這種特殊結(jié)構(gòu)的墊板U型溝槽存在不同程度的未填滿(mǎn)，在底片固定位置上形成幾種疑似坡口未熔合缺陷的顯示，而不是焊縫內(nèi)部存在的缺陷。

①鋁合金型材固有墊板的熔化焊接，射線(xiàn)探傷底片出現(xiàn)此類(lèi)影像特征，可根據(jù)U型槽的尺寸，有效區(qū)分焊縫缺陷。

②改進(jìn)焊接工藝參數(shù)，徹底消除此類(lèi)現(xiàn)象。

③可采用超聲檢測(cè)方法作為輔助手段，對(duì)陰影部位進(jìn)行檢測(cè)定位，確定“缺陷”的深度，根據(jù)板材的厚度可判斷是否是焊縫內(nèi)部缺陷，減少或避免返修的工作量。

④如果有條件，采用先進(jìn)的焊接方法，如攪拌摩擦焊，可取消自帶的封底焊結(jié)構(gòu)，確保焊接質(zhì)量。

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[5]EN ISO 10675-2-2010焊縫的無(wú)損檢驗(yàn)-X射線(xiàn)照相檢驗(yàn)的認(rèn)可等級(jí)-第2部分：鋁及鋁合金.