關(guān)于提高二氧化碳?xì)怏w保護(hù)焊探傷過關(guān)率的探究

柯長福 朱學(xué)元 王旭彬

摘要：二氧化碳?xì)怏w保護(hù)焊作為常用焊接的方法之一，具有效率高、優(yōu)質(zhì)、成本低、適合全位置和全自動(dòng)焊接被廣泛應(yīng)用。隨著設(shè)計(jì)多元化，對(duì)復(fù)雜結(jié)構(gòu)大厚度低合金高強(qiáng)鋼產(chǎn)品應(yīng)用及需求日益趨于增多。焊接難度隨著板厚度增加也在逐步增加，想要高質(zhì)量、低成本、高效率生產(chǎn)就必須提高探傷合格率。探傷合格率不穩(wěn)定，對(duì)相關(guān)影響因素、注意事項(xiàng)、個(gè)人技能、缺陷防治等環(huán)節(jié)進(jìn)行分析研究，從生產(chǎn)制作開始到成品檢驗(yàn)，制造過程嚴(yán)格控制才能進(jìn)一步提高探傷合格率。

關(guān)鍵詞：二氧化碳?xì)怏w保護(hù)焊??? 大厚度低合金高強(qiáng)鋼?? 提高探傷合格率

我國金屬加工制造產(chǎn)量大，隨著市場(chǎng)需求擴(kuò)張，80年代初期我國開始推廣使用二氧化碳?xì)怏w保護(hù)焊，至今已在我國建筑、壓力容器、石油化工、工程機(jī)械、農(nóng)牧機(jī)械、汽車制造等行業(yè)得到廣泛應(yīng)用。

其中有相當(dāng)數(shù)量的設(shè)備和產(chǎn)品，如不采用焊接就不可能制造。制造業(yè)發(fā)達(dá)國家一般鋼產(chǎn)量的40%左右時(shí)經(jīng)過焊接加工才成為產(chǎn)品的。

二氧化碳?xì)怏w保護(hù)焊是利用二氧化碳（混合氣）為保護(hù)氣體的熔化極氣體保護(hù)焊。二氧化碳?xì)怏w保護(hù)焊具有很多優(yōu)點(diǎn)，它已廣泛應(yīng)用于焊接低碳鋼和低合金高強(qiáng)鋼。然而在焊接中出現(xiàn)的問題也不能忽視，接下來我們談?wù)劧趸細(xì)怏w保護(hù)焊焊接大厚度低合金高強(qiáng)鋼提高超聲波探傷合格率的方法。

主要缺陷形成原因

二氧化碳?xì)怏w保護(hù)焊的缺陷主要由操作引起的，以下是集中在焊接過程中常見的焊接缺陷：

1.夾渣與夾雜

殘留在焊縫中的熔渣稱為夾渣。由焊接反應(yīng)產(chǎn)生的、焊后殘留在焊縫金屬中的非金屬雜志稱為夾雜。

夾渣形成原因：1）焊接電流過小，造成熔渣流動(dòng)性減?。?）擺動(dòng)不當(dāng)，鐵水沒有與焊縫熔合就已經(jīng)跑在熔池前面：3）多層多道焊接時(shí)層間清理不夠徹底。

夾雜形成原因：1）焊絲不合適：2）焊接參數(shù)不合適：3）電弧過長。

2.氣孔

在焊接時(shí)，熔池當(dāng)中的氣體在凝固前為未能及時(shí)逸出停留在焊縫中形成的空穴稱為氣孔。

焊縫中存在氣孔的根本原因是熔池金屬中存在大量氣體，在熔池凝固過程中氣體來不及逸出，殘留在焊縫中。

焊接時(shí)，如果使用化學(xué)成分不合格的焊絲，純度不符合要求的二氧化碳?xì)怏w及不正確的焊接焊接工藝等，焊縫中可能產(chǎn)生氣孔，氣孔主要有一氧化碳?xì)饪?、氮?dú)饪缀蜌錃饪兹N。

3.未熔合

熔焊時(shí)，焊道與母材之間或者焊道與焊道之間，沒有完全熔化結(jié)合的部分稱為未熔合。

焊接時(shí)焊接參數(shù)不合適，電流過小、電壓過低或者焊接速度過快，焊絲擺動(dòng)不到位，焊槍傾斜角度沒有對(duì)準(zhǔn)偏向一邊，坡口上面殘留的油、銹或其他污物都有可能引起未熔合。常見的未熔合有根部未熔合、層間未熔合和側(cè)壁未熔合。

4.焊接裂紋

焊接裂紋是危害最大的焊接缺陷，是焊接結(jié)構(gòu)和壓力容器發(fā)生突然性破壞造成災(zāi)難性事故的最重要原因之一。焊接裂紋不僅直接降低了焊接接頭有效的承載面積，而且還會(huì)在裂紋尖端形成應(yīng)力集中，使裂紋尖端的應(yīng)力大大超過了焊件的平均應(yīng)力，易發(fā)生突然脆性斷裂。接頭焊縫中產(chǎn)生的裂紋包括：熱裂紋、冷裂紋、再熱裂紋和層狀撕裂四大類。

熱裂紋是焊接過程中，焊縫和熱影響區(qū)金屬冷卻到固相線附近的高溫區(qū)產(chǎn)生的裂紋。

冷裂紋是焊接接頭冷卻到較低溫度下（對(duì)于鋼來說，在Ms溫度以下）產(chǎn)生的裂紋。

再熱裂紋是焊件在一定溫度范圍內(nèi)再次加熱（消除應(yīng)力熱處理或其他熱過程）產(chǎn)生的裂紋。

層狀撕裂是焊接構(gòu)件中沿鋼板軋層形成的一種呈階梯狀的裂紋。

二、焊縫超聲波檢測(cè)

人們把能引起聽覺的機(jī)械波成為聲波，頻率在20～20000Hz之間，低于20Hz的機(jī)械波稱為次聲波，頻率高于20000Hz的機(jī)械波稱為超聲波，超聲波檢測(cè)所用的頻率通常在0.5～15MHz之間，對(duì)鋼等金屬的檢測(cè)常用頻率為1～5MHz.

我們之所以選擇用超聲波時(shí)因?yàn)橛幸韵聨追矫娴奶攸c(diǎn)：

a.方向性好

b.能量高，能穿透很厚的工件

c.能在界面產(chǎn)生反射波、折射等波形轉(zhuǎn)換

d.穿透能力強(qiáng)

1.超聲波檢測(cè)及設(shè)備

焊接接頭超聲波檢測(cè)常用的主體設(shè)備是超聲波檢測(cè)儀，它的作用是產(chǎn)生電磁振蕩并加于探頭上，激勵(lì)探頭發(fā)生超聲波，同時(shí)將探頭產(chǎn)生的電信號(hào)進(jìn)行放大，通過一定的方式顯示出來，從而獲得被檢工件內(nèi)部有無缺陷、缺陷的位置、和缺陷大小等信息。

對(duì)于新購置超聲波檢測(cè)儀或者經(jīng)過維修和更換過主要部件要對(duì)其組合的綜合性能進(jìn)行測(cè)定確認(rèn)，組合型能包括水平線性、垂直線性、組合頻率等。根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定水平線性偏差不大于1%，垂直線性偏差不大于5%，儀器和探頭組合率與探頭標(biāo)稱頻率之間偏差不得大于±10%，我們用縱波直探頭和橫波斜探頭進(jìn)行檢測(cè)。對(duì)焊接接頭進(jìn)行超聲波檢測(cè)前探頭和儀器調(diào)節(jié)發(fā)生改變時(shí)，懷疑掃查靈敏度有變化時(shí)，連續(xù)工作4h以上時(shí)，要對(duì)探頭儀器系統(tǒng)的復(fù)核，先調(diào)節(jié)通道參數(shù)，測(cè)定前在CSK-I試塊上進(jìn)行自動(dòng)校準(zhǔn)，同時(shí)測(cè)出探頭的前沿，然后測(cè)出k值，根據(jù)待測(cè)街頭的厚度在試塊上做出距離波幅曲線，完成后進(jìn)行修正，復(fù)核組合的水平距離和垂直距離。

2.超聲波探頭

在超聲檢測(cè)中，超聲波的發(fā)射和接受時(shí)通過探頭來實(shí)現(xiàn)的，超聲波檢測(cè)用的探頭的種類有多種，根據(jù)波形的不同分為縱波探頭、橫波探頭、表面波探頭等，根據(jù)耦合方式分為接觸式探頭和液浸探頭。

3.超聲波探傷耦合劑的選用

超聲耦合劑時(shí)為了改善探頭與工件之間聲能的傳遞，提高超聲波在探傷界面上聲強(qiáng)往復(fù)透射率，耦合劑還有減少摩擦的作用，減小探頭磨損。一般比較常見的耦合劑有機(jī)油、水、水玻璃、甘油、化學(xué)糨糊等，一般耦合劑應(yīng)滿足一下要求：

1）能濕潤工件和探頭表面，流動(dòng)性、粘度和附著力應(yīng)適當(dāng)，容易去除;

2）聲阻抗盡量與被檢工件材料接近，聲透性能好;

3）對(duì)工件無腐蝕，對(duì)人體無害，不無污染環(huán)境;

4）性能前穩(wěn)定，不易變質(zhì)并能長期保存;

5）來源方便，價(jià)格低廉;

3.試塊的選用

試塊是按一定用途設(shè)計(jì)制作具有簡(jiǎn)單幾何形狀人工反射體的式樣，試塊和探頭、儀器一樣是超聲波檢測(cè)的重要工具，對(duì)試塊的選用有以下幾方面參考標(biāo)準(zhǔn)：

1）確定檢測(cè)靈敏度;

2）測(cè)試儀器和探頭的性能：

3）調(diào)整掃描速度;

4）評(píng)判缺陷大小;

4.檢測(cè)方法和檢測(cè)等級(jí)

焊接接接頭內(nèi)的氣孔、夾渣為立體型缺陷，危害較小，裂紋、未熔合、未焊透是面積型缺陷，危害大。在焊接接頭檢測(cè)時(shí)，由于焊縫余高的存在及焊縫中的裂紋、未熔合、未焊透等危害大缺陷往往與檢測(cè)面成垂直或成一定的角度，因此一般檢測(cè)主要用橫波斜探頭檢測(cè)，同時(shí)輔助縱波直探頭。對(duì)于厚度在25～150mm之間的焊接接頭一般用K1/K1.5/K2的斜探頭，對(duì)于探頭K值得選擇因使聲束能掃查到整個(gè)焊縫截面，使聲束中心盡量與缺陷垂直，保證有足夠的檢測(cè)靈敏度，探頭的探查速度一般為150mm/s，掃查靈敏度一般應(yīng)比基準(zhǔn)靈敏度高6dB.

超聲波檢測(cè)技術(shù)等級(jí)分為A/B/C三個(gè)等級(jí)，C級(jí)為最高等級(jí)，一般適用于6～500mm焊接接頭的檢測(cè)，對(duì)于中厚板一般選用三種斜度探頭雙面雙側(cè)檢測(cè)，對(duì)于厚度大于40mm的接頭應(yīng)增加直探頭檢測(cè)，焊接接頭應(yīng)進(jìn)行橫向缺陷檢測(cè)。

三、防治方法

1.制造過程中的主要工藝因素

焊接參數(shù)：焊接過程中參數(shù)調(diào)整不合適很容易造成缺陷產(chǎn)生，尤其是60-150mm這樣的大厚板焊接過程中，平焊和橫焊時(shí)電流應(yīng)不超過240-280A，焊接探傷焊縫時(shí)，電壓應(yīng)適當(dāng)調(diào)大，保證熔池稀薄為宜利于熔池金屬中氣體快速逸出，從而減少氣體殘留。焊絲伸出長度保持在10倍焊絲直徑為宜，干伸長保持不變是保持焊接穩(wěn)定的基本條件。

焊接角度：焊接時(shí)應(yīng)盡量保證焊槍嘴與焊縫成垂直狀態(tài)，角度傾斜過大氣體保護(hù)不好易形成紊流。減弱氣體對(duì)熔池的保護(hù)作用。

坡口制備：大厚板焊接時(shí)坡口制備通常會(huì)考慮效率和經(jīng)濟(jì)因素。坡口形式應(yīng)選擇時(shí)，在保證焊透的前提下，因考慮坡口的形狀容易加工、焊接效率高和焊接后工件變形應(yīng)盡可能小等因素。在大多數(shù)焊工能通過的情況下盡可能開小的坡口。坡口通常由三種方法制備：

火焰切割。優(yōu)點(diǎn)是成本低、效率高、操作簡(jiǎn)便，但坡口形式、角度單一。

機(jī)加工制作。優(yōu)點(diǎn)是坡口精度高，更適合在角度狹小，視線難以看到的結(jié)構(gòu)中，但加工成本高，切削液及潤滑液殘留容易引起缺陷產(chǎn)生。

3）碳弧氣刨清根，優(yōu)點(diǎn)是可以視現(xiàn)場(chǎng)結(jié)構(gòu)和焊縫形式隨機(jī)應(yīng)變，加工想要的任何尺寸，不受設(shè)備限制，但對(duì)操作者要求較高，操作難度大。通常情況下坡口內(nèi)清根處理不光滑會(huì)導(dǎo)致易夾碳及夾銅。需要更為嚴(yán)格和細(xì)心的打磨。坡口檢查干凈與否可借助高強(qiáng)光手電，不同角度照射更容易將清根缺陷暴露在視線當(dāng)中，以便及時(shí)去除。

氣體保護(hù) ：為防止焊接過程中額外的因素造成氣體流量不足，應(yīng)比平常焊接時(shí)氣體流量稍大至20-25ml/Min。但保護(hù)效果并不是流量越大保護(hù)越好，保護(hù)氣超過臨界值，從噴嘴中噴出的保護(hù)氣會(huì)由層流變成紊流，會(huì)將空氣卷入保護(hù)區(qū)，降低保護(hù)效果，是焊縫出現(xiàn)氣孔。

焊接順序：焊縫只有一次成型的機(jī)會(huì)，提前規(guī)劃好焊接方向、長度、先后等。焊接時(shí)宜采用倒接頭形式，后一道焊縫收弧時(shí)在前一道焊縫起弧處擺動(dòng)并停留一定時(shí)間，讓熔池存在時(shí)間更長，上一道焊縫起頭處因溫度等原因未完全逸出的氣孔及未熔合等缺陷可以消除。

預(yù)熱及保溫：常溫下焊接時(shí)應(yīng)預(yù)熱焊縫兩側(cè)100-150mm范圍，溫度100-150攝氏度左右。在低溫及冬季施工時(shí)還要增加預(yù)熱溫度150-200攝氏度。低溫及冬季施工時(shí)須保證構(gòu)件環(huán)境溫度在15攝氏度左右。預(yù)熱能夠減少層間溫度溫差大造成的焊縫快速冷卻，減少裂紋的產(chǎn)生。焊接完成后及時(shí)準(zhǔn)確的保溫能夠利于減緩焊縫快速冷卻造成焊接缺陷的產(chǎn)生。消除應(yīng)力集中，讓更多焊縫中的氣體來得及逸出。

2.材料因素

選擇質(zhì)量合格的金屬材料有利于增加探傷合格率，如采用非標(biāo)的金屬材料本身就有一定的超標(biāo)缺陷。

薄板低合金高強(qiáng)度鋼焊接性能良好，隨著板厚的增加焊接難度也越來越大。首先焊接的層數(shù)越多，遍數(shù)也越多。接頭越多越容易產(chǎn)生焊接缺陷。缺陷的累加導(dǎo)致探傷超標(biāo)。其次材料越厚，焊縫熱傳導(dǎo)越快，溫度流失加劇。更容易產(chǎn)生裂紋和氣孔等缺陷。

焊接起始溫度與正式焊接時(shí)間不易間隔太久，焊接時(shí)間延遲增加熱量流失，缺陷產(chǎn)生數(shù)量和時(shí)間延長成正比。

焊接材料干燥并質(zhì)量合格，不應(yīng)超過有效期限以內(nèi)。焊絲隨用隨取，不必提前將外包裝紙殼去除。提前去除易受潮，返銹。

3.環(huán)境因素

正常溫度下，焊接作業(yè)時(shí)按焊接工藝要求執(zhí)行就好。極端環(huán)境條件下不能忽視環(huán)境因素帶來的不利影響。在西北等寒冷地區(qū)，每年的低溫時(shí)間長，溫度低，晝夜溫差大，冬期施工難度加大。焊接作業(yè)開始前，構(gòu)件周圍環(huán)境溫度的保持尤為重要。達(dá)不到一定的溫度應(yīng)拒絕施焊。

4.操作技能

正確的焊接工藝、良好的操作習(xí)慣和豐富的焊接經(jīng)驗(yàn)是焊接合格焊縫的必要條件。操作前仔細(xì)觀察焊縫待焊區(qū)域處理狀況，及時(shí)清理含有硫、磷、油脂及切削液等雜志。

?焊接厚板常采用多層多道焊接的方式，它的特殊作用在于焊接時(shí)線能量小，能改善接頭性能，后一道焊縫對(duì)前一道焊縫再次進(jìn)行加熱，相當(dāng)于對(duì)前一道焊縫進(jìn)行了一次正火處理。施焊前應(yīng)觀察焊縫布局和結(jié)構(gòu)，加焊結(jié)束后確定好起焊點(diǎn)。優(yōu)先采用倒接頭的接頭方式。后一道焊縫結(jié)束時(shí)對(duì)前一道焊縫起焊點(diǎn)再一次熔化，去除之前遺留的焊接缺陷包括氣孔和焊縫邊緣部位的未熔合等缺陷。起弧時(shí)每層、每道焊縫應(yīng)錯(cuò)開50mm以上，避免接頭缺陷在焊縫內(nèi)部自下而上集中。

多層多道焊接應(yīng)提前構(gòu)思好焊縫布局，保證一次成型。根部窄而深的焊縫焊接時(shí)電流小、電壓大，擺動(dòng)過程中注意兩側(cè)停留時(shí)間略長，電弧掃過兩側(cè)熔合線保證根部焊透。厚板焊縫較長時(shí)應(yīng)連續(xù)焊接2-3層，穩(wěn)定焊縫層間溫度。根部焊接遇到熔池炸裂時(shí)應(yīng)減緩焊接速度或在炸裂處稍作停留，讓熔池停留時(shí)間增長殘留氣體逸出。

焊接難度大不僅是材料厚，坡口深，還在于焊縫背面清根時(shí)個(gè)人經(jīng)驗(yàn)以及掌握清根技能的熟練程度。一般情況下多采用碳弧氣刨進(jìn)行清根。操作時(shí)吹除鐵屑角度、順序及加工坡口方向決定了坡口內(nèi)壁是否光滑、夾碳和夾銅。吹除鐵屑時(shí)焊縫溝槽內(nèi)氧化渣須反復(fù)及時(shí)清理，防止氧化渣阻礙氣流反彈造成氧化渣及碳棒燒損物吹回到已清理的焊縫。清根順序宜遵循先擴(kuò)坡口再修破口、自上而下、先遠(yuǎn)后近的原則，多層多次避免一次成型遺漏根部缺陷。

5.設(shè)備

每次施焊前應(yīng)檢查所有相關(guān)氣體管路、閥門、氣流大小等，保證氣體出口流量的穩(wěn)定。在窄而深的坡口焊接操作中，根部焊縫焊接時(shí)可適當(dāng)修改焊槍保護(hù)嘴的形狀，由原來的圓型口改為矩形口，利于焊槍更深入焊縫底部，氣體保護(hù)效果更佳。保護(hù)嘴處焊渣須每焊一層清理一次，防止焊渣堆積過多阻礙氣道順暢。

結(jié)論

對(duì)于典型焊接結(jié)構(gòu)，要保證產(chǎn)品質(zhì)量好，焊接管理工作必須貫穿整個(gè)制造過程。從開始設(shè)計(jì)-采購原材料-進(jìn)場(chǎng)檢驗(yàn)-編寫焊接工藝評(píng)定-完成焊接工藝評(píng)定-工藝紀(jì)律檢查-生產(chǎn)制作、產(chǎn)品最終檢驗(yàn)等全部過程必須加強(qiáng)檢驗(yàn)驗(yàn)證。

熟悉通用二氧化碳?xì)怏w保護(hù)焊設(shè)備、掌握生產(chǎn)過程中出現(xiàn)缺陷的成因、注重學(xué)習(xí)交流行業(yè)內(nèi)優(yōu)秀焊工師傅的個(gè)人見解、了解超聲波探傷基本要求更能夠指導(dǎo)生產(chǎn)工藝及返修工藝。

提高探傷過關(guān)率不僅僅是提升產(chǎn)品內(nèi)部質(zhì)量，更是為了最安全、最經(jīng)濟(jì)得生產(chǎn)和使用產(chǎn)品。

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