焊缝常见缺陷X射线检测影像的识别研究

2016年 增刊1429冷加工焊缝常见缺陷X射线检测影像的识别研究中车戚墅堰机车有限公司 （江苏常州 213011） 贺安龙 赵志敏 鞠波【摘要】分析焊缝常见缺陷的基本特征、产生的部位、在射线检测底片上的影像特点，以及不同缺陷底片影像的区别，从而在射线检测中尽量避免漏检错判，提高检测的准确度。

关键词：焊缝；X 射线检测；缺陷；识别焊缝射线检测底片是射线检测方法的最终结果呈现，评定底片是对检测结果作结论的步骤，是关系焊缝质量和安全的关键，分析焊缝常见缺陷的基本特征、产生的部位、在底片上的影像特点，以及不同缺陷底片影像的区别，对于我们进行底片影像的识别和正确评定，不仅提供了理论上的指导，同时更为准确地鉴别提供了依据，是具有指导意义的。

本文所附底片照片均为X 射线检测底片翻拍所得，本文所涉及的射线检测均指X 射线检测。

1. 焊接接头组成焊接接头由焊缝熔敷金属、热影响区和熔合线组成（见图1）。

第一，焊缝熔敷金属：焊接加热时，焊缝处的温度在液相线以上，母材与熔敷金属共同形成熔池，冷凝后成为铸态组织。

在冷却过程中，液态金属自熔合线向焊缝的中心方向结晶，形成柱状晶组织。

第二，热影响区：在焊接过程中，焊缝两侧金属因焊接热作用而产生组织和性能变化的区域。

第三，熔合线：焊接接头横截面宏观腐蚀所显示的焊缝轮廓线，它是焊缝熔敷金属与母材金属的分界线。

第四，焊脚：焊缝表面与母材的交界处。

第五，焊根：焊缝背面与母材的交界处。

图1 焊接接头组成示意2. 焊缝常见缺陷(1)裂纹 裂纹是指构件局部断裂形成的缺陷。

焊接裂纹有多种分类方法，按裂纹形成条件和机理，可分为热裂纹、冷裂纹、再热裂纹和层状撕裂等。

第一，裂纹的基本特征：热裂纹发生于焊缝熔敷金属凝固末期，敏感温度区间大致在固相线附近的高温区，其特征是沿晶界开裂。

结晶裂纹是焊接中最常见的热裂纹。

冷裂纹是在焊后冷却至马氏体转变温度以下产生的，其特征是穿晶（晶内）断裂或沿晶和穿晶混合断裂。

延迟裂纹是焊接中最常见的冷裂纹。

再热裂纹发生在焊后再次加热（通常是消除应力热处理）的升温过程中，敏感温度区间大致在600～700℃的回火处理温度间，其特征是沿晶开2016年 增刊1430冷加工裂。

层状撕裂是由于钢板内部存在沿轧制方向的层状夹杂物，在焊接时受到垂直于轧制方向的应力，产生开裂，其特征是穿晶或沿晶开裂，产生温度≤400℃。

第二，裂纹产生的部位：结晶裂纹只产生在焊缝中，最常见的是沿焊缝中心线方向的纵向裂纹，也有呈弧形分布在焊缝中心线两侧、与焊波呈垂直分布的弧形裂纹，产生于焊缝收尾处的弧坑裂纹也属于结晶裂纹，它一般有纵向的、横向的和星形的（见图2）。

图2 弧坑裂纹延迟裂纹主要发生在热影响区，少数发生在焊缝上，沿纵向和横向都有发生。

焊脚延迟裂纹、焊道下延迟裂纹、焊根延迟裂纹都是延迟裂纹的常见形态（见图3）。

再热裂纹大多发生在热影响区的粗晶区，极少情况下也出现在焊缝上。

母材、焊缝和热影响区的细晶区，均不产生再热裂纹。

再热裂纹具有晶间开裂的特征，裂纹的走向多沿熔合线的奥氏体粗晶晶界扩张，遇细晶就停止扩展。

图3 裂纹示意1.焊道下裂纹2.表面裂纹3.热影响区裂纹4.焊缝熔合线裂纹5.纵向裂纹6.焊根裂纹7.焊根表面裂纹8.焊缝熔敷金属裂纹9.焊脚裂纹 10.横向裂纹层状撕裂发生在热影响区或靠近热影响区的母材中，不会出现在焊缝中。

层状撕裂的外观具有阶梯状开裂特征。

层状撕裂按其启裂点可分四类：焊根冷裂纹为启裂源的层状撕裂（见图4a ），沿板厚中心（远离热影响区）轧层夹杂物启裂的层状撕裂（见图4b ），沿热影响区轧层夹杂物启裂的层状撕裂（见图4c ），焊脚冷裂纹为启裂源的层状撕裂（见图4d ）。

（a ）（b ） （c ） （d ）图4 层状撕裂示意第三，裂纹的危害性：裂纹属于面积型缺陷，是焊接缺陷中危害性最大的一种。

裂纹直接降低了焊接接头的有效承载面积，破坏了材料表面的整体性能，更严重的是裂纹端部形成的尖锐缺口，造成应力高度集中，既降低了构件的疲劳强度，又容易引发构件的脆性破坏。

所以，裂纹是一种不允许存在的缺陷，必须予以消除。

第四，裂纹在底片上的辨认：在底片上常见的裂纹影像有线状、锯齿状和辐射状（又称星形），线状影像的轮廓分明，两端常较尖细，中部稍宽不大含分枝，边缘清晰；锯齿状影像的两端尖细，中部为带曲齿的波状细线，黑度逐渐淡化消失；辐射状影像呈放射性细黑短线，黑度较浅，如图5~7所示。

图5 纵向裂纹的射线影像图6 横向裂纹的射线影像2016年 增刊1431冷加工图7 辐射状裂纹的射线影像(2)未熔合 第一，未熔合的基本特征：未熔合是指焊缝熔敷金属和母材金属之间或焊道金属和焊道金属之间未完全熔合造成的缺陷，即填充金属粘盖在母材上或者是填充金属层间而部分金属未熔合在一起（缺陷部位没有熔化，该部位有填充金属）。

第二，未熔合产生的部位：坡口未熔合是指坡图8 未熔合示意第三，未熔合的危害性：未熔合属于面积型缺陷，是危害性仅次于裂纹的不允许存在的缺陷。

未熔合本身就是一种虚焊，焊缝熔敷金属在未熔合处形成明显的分界面，使焊缝的有效截面积减少，在交变载荷的作用下，应力将高度集中，使构件的机械强度降低，塑性下降，导致焊缝开裂。

第四，未熔合在底片上的显示：坡口未熔合的典型影像是连续或断续的黑线，宽度不一，黑度不均匀，靠母材侧呈直线状（保留坡口加工痕迹），黑度较大，轮廓清晰，靠焊缝中心侧多弯曲状（有时为曲齿状），黑度较小，轮廓欠清晰，在底片上处，沿焊缝纵图9 未熔合的典型射线影像图10 未熔合的射线影像（3）未焊透 第一，未焊透的基本特征：未焊透是指母材金属之间没有熔化，焊缝熔敷金属没有进入焊接接头的根部造成的缺陷（坡口根部没有熔化，该位置没有焊缝熔敷金属）。

产生未焊透的部位往往同时也存在夹渣、气孔等缺陷的叠加。

第二，未焊透产生的部位：未焊透一般出现在焊接接头的坡口根部，单面焊或加垫板的单面焊主要产生在V 形坡口的根部，双面焊主要产生在X 形或双U 形坡口的钝边边缘处，如图11所示。

（a ）根部未焊透（b ）中间未焊透图11 未焊透示意2016年 增刊1432冷加工第三，未焊透的危害性：未焊透属于面积型缺陷，是一种类似于裂纹的不允许存在的危害性缺陷。

未焊透使焊缝的有效截面积减少，不仅降低了焊缝的机械强度，而且在未焊透处的缺口和端部形成应力集中点，容易延伸为裂纹性缺陷，导致构件破坏。

尤其是连续性未焊透，更是一种极危险的缺陷。

第四，未焊透在底片上的显示：未焊透的典型影像是一条处于焊缝影像中心的笔直的细黑线，两侧的轮廓都很整体，为坡口钝边痕迹，宽度恰好为钝边间隙宽度。

未焊透在底片上处于焊缝根部的投影位置，一般在焊缝中部，因焊偏或底片透照时射线不垂直等原因，也可能偏向一侧；呈断续或连续分布，有时能贯穿整张底片；黑线无尾梢，由于坡口存在直的机械加工边，所以轮廊显明，有时坡口钝边有部分熔化，影像轮廓就变得不很整体，线宽度和黑度局部发生变化。

未焊透有时也伴随有夹渣、气孔等缺陷，这时线条的宽度和黑度在局部可能有所改变，但仍是一条直线，如图12、图13所示。

图12 未焊透的典型射线影像图13 伴有夹渣的未焊透射线影像（4）咬边 第一，咬边的基本特征：咬边，又称咬肉，是指在焊接过程中母材金属熔化后，没有足够的焊缝熔敷金属填入所造成的沟槽。

第二，咬边产生的部位：咬边在母材金属表面沿焊脚分布，分为在焊缝表面产生的外咬边和在根部表面产生的内咬边（又称“根部咬边”），如图15所示。

图14 焊缝的咬边（a ）外咬边 （b ）内咬边图15 咬边示意第三，咬边的危害性：咬边属于面积型缺陷，是一种比较危险的焊接缺陷。

咬边不仅减少了接头工作截面，而且在咬边处造成严重的应力集中，导致结构破坏。

尤其是过深的咬边，将显著降低焊接接头的强度。

第四，咬边在底片上的显示：外咬边在射线底片上为沿焊缝影像边缘的细长起伏宽度不一的黑线，内咬边在射线底片上为靠近焊缝影像中心沿着根部焊道影像的不规则黑线。

咬边一定出现在焊缝的两侧，可以用肉眼观察出来，因此容易识别，如图16所示。

图16 咬边的典型射线影像（5）气孔 第一，气孔的基本特征：气孔，是在熔池结晶过程中未能逸出而残留在焊缝熔敷金2016年增刊1433冷加工属中的气体形成的孔洞。

气孔的形成过程是，熔池内发生气体析出，析出的气体聚集形成气泡，气泡长大到一定程度后开始上浮，上浮中受到焊缝熔敷金属的阻碍不能逸出，被留在焊缝金属中形成气孔。

第二，气孔产生的部位：气孔可以分布在焊缝中的任何部位。

按形状，气孔可分为球形气孔、长条形气孔、针形气孔；按分布状态，气孔可分为孤立气孔、局部密集气孔（呈任意几何分布的一群气孔）、链状气孔（排列在一条直线上、间距一定距离的多个气孔）和虫孔（被拉长，形状如小虫，呈人字形规则排列的的气孔）等，如图17所示。

图17 气孔示意第三，气孔的危害性：气孔属于体积型缺陷，一般来说，气孔使焊缝的有效截面积减少，降低了焊缝的力学性能，尤其是弯曲和冲击韧性，同时也破坏了焊缝的致密性，容易造成泄漏。

连续气孔是导致构件破坏的重要原因，塑性可降低40%50%，在交变载荷作用下，焊缝的疲劳强度显著下降。

气孔由于没有尖锐的边缘，一般来说不属于危害性缺陷，允许有限的存在，射线检测时应按有关标准进行评定，不合格的应进行返修或将构件报废。

第四，气孔在底片上的显示：在底片上，球形气孔的形状是圆形的黑色斑点，非球形气孔的形状是拉长了的具有光滑轮廓的黑色区域。

典型的孤立球形气孔，在底片上呈现为黑色小圆形斑点，外形较规则，黑度是中心大，沿边缘渐淡，轮廓清晰可见。

“夹珠”是另一类特殊的气孔缺陷，它是前一道焊接生成的气孔，被后一道焊接熔穿，铁液流进气孔而形成的，在底片上的影像为黑色气孔中间包含着一个白色圆珠，如图18~图23所示。

图18 球形气孔的射线影像图19 长条形气孔的射线影像图20 局部密集气孔的射线影像图21 链状气孔的射线影像图22 虫孔的射线影像图23 多种气孔叠加的射线影像（6）夹杂物第一，夹杂物的基本特征：焊缝2016年增刊1434冷加工中残留的除焊缝熔敷金属以外的各种物质称为夹杂物。

夹杂物分为夹杂、非金属夹杂物和金属夹杂物三类。

夹渣是指焊后残留在焊缝内的熔渣；非金属夹杂物是指焊接过程中产生的各种非金属杂质，如氧化物、氮化物和硫化物等；金属夹杂物主要是指钨夹渣和铜夹渣，钨夹渣是指采用钨极隋性气体保护焊时，由于温度很高使钨极温度超出它的熔点，致使钨极熔化成点滴状态留在焊缝中。

夹渣和非金属夹杂物一般统称为夹渣。

第二，夹杂物产生的部位：夹渣可以分布在焊缝中的任何部位，按形态可分为点状、条状和链状三种。

钨夹渣可以分布在焊缝中的任何部位，按形态可分为孤立点状和密集点状两种。

第三，夹杂物的危害性：夹渣属于体积型缺陷，形状是多种多样的，一般来说，夹渣使焊缝的有效截面积减少，降低了焊缝的力学性能，夹渣的棱角容易引起应力集中，成为交变载荷下的疲劳源。