常见焊接缺陷及X射线无损检测要点

前言船舶制造业自20世纪初开始研究焊接应用技术，并于1920年以英国船厂首次采用焊接技术建造远洋船为标志，焊接技术逐渐在船厂得到推广应用，并迅速取代铆接技术。

由于焊接过程中各种参数的影响，焊缝中有时候不可避免地会出现裂纹、气孔、央渣、未熔合和未焊透等缺陷。

为了保证焊接构件的产品质量，必须对其中的焊缝进行有效的检测和评价，尤其是在船舶压力管道、分段大接缝、外板及水密与强力接点等部位进行质量检测是十分必要的。

众所周知，船舶结构件发生焊接裂纹对结构强度和航行安全危害极大，特别是一些隐性裂纹不易发现，一旦船舶出厂，这些隐性裂纹后患无穷。

因此，船舶在建造焊接过程中产生的裂纹一经发现，就必须立即查明原因并采取果断的措施彻底根除。

焊接质量的检验方法，一般分无损检验和破坏检验两大类，采用何种方法，主要根据产品的技术要求和有关规范的规定。

无损探伤分渗透检验、磁粉探伤、超声波探伤和射线照相探伤。

破坏检验方法是用机械方法在焊接接头(或焊缝)上截取一部分金属，加工成规定的形状和尺寸，然后在专门的设备和仪器上进行破坏试验。

依据试验结果，可以了解焊接接头性能及内部缺陷情况，判断焊接工艺正确与否。

经检验，船体结构焊缝超过质量允许限值时，应首先查明产生缺陷的原因，确定缺陷在工件上的部位。

在确认允许修补时，再按规定对焊缝进行修补。

一、船舶焊接缺陷及无损探伤技术简介1、船舶焊接中的常见缺陷分析船舶焊接是保证船舶密性和强度的关键，是保证船舶质量的关键，是保证船舶安全航行和作业的重要条件。

如果焊接存在着缺陷，就有可能造成结构断裂、渗漏，甚至引起船舶沉没。

因此，在船舶建造中焊接质量是重点验收工作之一，规范也明确规定，焊缝必须进行外观检查，外板对接焊缝必须进行内部检查。

船体焊缝内部检查，可采用射线探伤与超声探伤等办法。

射线探伤能直接判断船体焊缝中存在的缺陷的种类、大小、部位及分布情况，直观可靠，重复性好，容易保存，当前船厂普遍采用X射线探伤来进行船体焊缝的内部质量检查。

船舶焊接缺陷种类很多，按其位置不同，可分为外部缺陷和内部缺陷。

常见缺陷有气孔、央渣、焊接裂纹、未焊透、未熔合、焊缝外形尺寸和形状不符合要求、咬边、焊瘤、弧坑等．2、焊接缺陷分类(1)气孔气孔是指在焊接时，熔池中的气泡在凝固时未能逸出而形成的空穴。

产生气孔的。

主要原因有：坡口边缘不清洁，有水份、油污和锈迹；焊条或焊剂未按规定进行焙烘，焊芯锈蚀或药皮变质、剥落等。

由于气孔的存在，使焊缝的有效截面减小，过大的气孔会降低焊缝的强度，破坏焊缝金属的致密性。

预防产生气孔的办法是：选择合适的焊接电流和焊接速度，认真清理坡口边缘水份、油污和锈迹。

严格按规定保管、清理和焙烘焊接材料。

(2)夹渣夹渣就是残留在焊缝中的熔渣。

夹渣也会降低焊缝的强度和致密性。

产生夹渣的原因主要是：焊缝边缘有氧割或碳弧气刨残留的熔渣；坡口角度或焊接电流太小，或焊接速度过快。

在使用酸性焊条时，由于电流太小或运条不当形成“糊渣”；使用碱性焊条时，由于电弧过长或极性不正确也会造成夹渣。

防止产生夹渣的措施是：正确选取坡口尺寸，认真清理坡口边缘，选用合适的焊接电流和焊接速度，运条摆动要适当。

(3)咬边焊缝边缘留下的凹陷，称为咬边。

产生咬边的原因：是由于焊接电流过大、运条速度快、电弧拉得太长或焊条角度不当等。

埋弧焊的焊接速度过快或焊机轨道不平等原因，都会造成焊件被熔化去一定深度，而填充金属又未能及时填满而造成咬边。

防止产生咬边的办法是：选择合适的焊接电流和运条手法，随时注意控制焊条角度和电弧长度；埋弧焊工艺参数要合适，特别要注意焊接速度不宜过高，焊机轨道要平整。

(4)未焊透、未熔合焊接时，接头根部未完全熔透的现象，称为未焊透；在焊件与焊缝金属或焊缝层间有局部未熔透现象，称为未熔合。

未焊透或未熔合是一种比较严重的缺陷，由于未焊透或未熔合，焊缝会出现间断或突变，焊缝强度大大降低，甚至引起裂纹。

因此，在船体的重要结构部分均不允许存在未焊透、未熔合的情况。

未焊透和未熔合的产生原因是焊件装配间隙或坡口角度太小、钝边太厚、焊条直径太大、电流过小、速度太快及电弧过长等。

焊件坡口表面氧化膜、油污等没有清除干净，或在焊接时该处流入熔渣妨碍了金属之间的熔合或运条手法不当，电弧偏在坡口一边等原因，都会造成边缘不熔合。

防止未焊透或未熔合的方法是正确选取坡口尺寸，合理选用焊接电流和速度，坡口表面氧化皮和油污要清除干净；封底焊清根要彻底，运条摆动要适当，密切注意坡口两侧的熔合情况。

(5)焊接裂纹焊接裂纹是一种非常严重的缺陷。

结构的破坏多从裂纹处开始，在焊接过程中要采取一切必要的措施防止出现裂纹，在焊接后要采用各种方法检查有无裂纹。

一经发现裂纹，应彻底清除，然后给予修补。

焊接裂纹有热裂纹、冷裂纹。

焊缝金属由液态到固态的结晶过程中产生的裂纹称为热裂纹，其特征是焊后立即可见，且多发生在焊缝中心，沿焊缝长度方向分布。

热裂纹的裂口多数贯穿表面，呈现氧化色彩，裂纹末端略呈圆形。

产生热裂纹的原因是焊接熔池中存有低熔点杂质(如FeS等)。

防止产生热裂纹的措施是：一要严格控制焊接工艺参数，减慢冷却速度，适当提高焊缝形状系数，尽可能采用小电流多层多道焊，以避免焊缝中心产生裂纹；二是认真执行工艺规程，选取合理的焊接程序，以减小焊接应力。

焊缝金属在冷却过程或冷却以后，在母材或母材与焊缝交界的熔合线上产生的裂纹称为冷裂纹。

这类裂纹有可能在焊后立即出现，也有可能在焊后几小时、几天甚至更长时间才出现。

冷裂纹产生的主要原因为：1)在焊接热循环的作用下，热影响区生成了淬硬组织；2)焊缝中存在有过量的扩散氢，且具有浓集的条件；3)接头承受有较大的拘束应力。

防止产生冷裂纹的措施有：1)选用低氢型焊条，减少焊缝中扩散氢的含量：2)严格遵守焊接材料(焊条、焊剂)的保管、烘焙、使用制度，谨防受潮；3)仔细清理坡口边缘的油污、水份和锈迹，减少氢的来源；4)根据材料等级、碳当量、构件厚度、施焊环境等，选择合理的焊接工艺参数和线能量，如焊前预热、焊后缓冷，采取多层多道焊接，控制一定的层问温度等；3、缺陷修正有些缺陷的存在对船舶安全航行是非常危险的，因此一旦发现缺陷要及时进行修正。

对于气孔的修正，特别是对于内部气孔，确认部位后，应用风铲或碳弧气刨清除全部气孔缺陷，并使其形成相应坡口，然后再进行焊补；对于夹渣、未焊透、未熔合的缺陷，也是要先用同样的方法清除缺陷，然后按规定进行焊补。

对于裂纹，应先仔细检查船舶焊接缺陷及无损探伤研究裂纹的始、末端和裂纹的深度，然后再清除缺陷。

用风铲消除裂纹缺陷时，应先在裂纹两端钻止裂孔，防止裂纹延长。

钻孔时采用8～12ram钻头，深度应大于裂纹深度2～3mm。

用碳弧气刨消除裂纹时，应先从裂纹两端进行刨削，直至裂纹消除，然后进行整段裂纹的刨除。

无论采用何种方法消除裂纹缺陷，都应使其形成相应坡口，按规定进行焊补。

3.1、对焊缝缺陷进行修正时应注意(1)缺陷补焊时，宣采用小电流、不摆动、多层多道焊，禁止用过大的电流补(2)对刚性大的结构进行补焊时，除第一层和最后一层焊道外，均可在焊后热状态下进行锤击。

每层焊道的起弧和收弧应尽量错开；(3)对要求预热的材质，对工作环境气温低于0℃时，应采取相应的预热措施：(4)对要求进行热处理的焊件，应在热处理前进行缺陷修正；(5)对D级、E级钢和高强度结构钢焊缝缺陷，用手工电弧焊焊补时，应采用控制线能量施焊法。

每一缺陷应一次焊补完成，不允许中途停顿。

预热温度和层间温度，均应保持在60℃以上。

(6)焊缝缺陷的消除的焊补，不允许在带压和背水情况下进行；(7)修正过的焊缝，应按原焊缝的探伤要求重新检查，若再次发现超过允许限值的缺陷，应重新修正，直至合格。

焊补次数不得超过规定的返修次数。

4、无损检测4.1、无损检测的定义现代无损检测的定义是：在不损坏试件的前提下，以物理或化学方法为手段，借助先进的技术和设备器材，对试件的内部及表面的结构、性质、状态进行检查和测试的方法。

无损检测是在现代科学技术发展的基础上产生的。

例如，用于探测工业产品缺陷的X射线是在德国物理科学家伦琴发现X射线基础上发生的，超声波检测是在二次世界大战中迅速发展的声纳技术和雷达技术的基础上开发出来的，磁粉检测建立在电磁学理论的基础上，而渗透检测得益于物理化学的进展，等等。

长期以来，无损检测技术主要应用于工业材料和制品的质量监测，在接下来的章节中，我将对船舶焊缝中无损探伤的展开研究。

4.2、无损检测的背景及发展随着工业生产的发展，无损检测的发展大致经历了三个阶段，即无损探伤NDI(Non —destruetiveInspeetion)，无损检验NDT(Non—destruetiveTesting)及无损评价NDE(Non--destruetiveEvaluation)，目前一般统称为无损检测NDT。

其中，NDI是在不损坏产品的前提下，发现人眼无法直接观察到的缺陷；NDT是不但检验最终产品，而且要测量过程的工艺参数：NDE是不仅要探出缺陷的有无及位置，而且还要测出缺陷的类型、尺寸、形状、取向以及对力学行为的影响等，以便用断裂力学的方法对被测产品作出检修周期和使用安全性的结论。

因此，NDE包括NDI及NDT的内容，更具有综合性。

材料和工件的无损检测和评价，对于控制和改进生产过程和产品的质量，保证材料、零部件、产品的可靠性和生产过程的安全性，以及提高劳动生产率等都起着关键性的作用.无损检测作为一项工业技术，被应用于产品的整个制造、服役过程中，是现代工业发展必不可少的有效工具。

因此世界各国对无损检测技术的研究都非常重视，大力开展了无损检测技术的研究工作。

可以说，无损检测与评价技术的发展标志着一个国家的现代化工业水平，其复杂系统集成技术己经广泛应用于交通、制造、石油、核发电站以及国防等工业领域，渗透到各：I二业结构与产品的全寿命质量控制和质量管理中，并利用最低的成本来获取最大的效益。

其中在船舶焊缝探伤中，也有了很好的应用4.3、无损检测的分类无损检测具有悠久的历史，长期以来人们在实践中形成了许多实用的无损检测方法，而且随着各种新技术的出现还在逐步增加，典型的方法如下：(1)目视检测(visualTesting)1)原理：由人眼或光敏设备对被检测物体的反射光或发射光成像2)应用范围：许多工业领域和场合都可以用，从原材料到成品到使用检查3)优点：廉价、简单、培训很少、范围广、优点多4)缺点：只能评价表面状态，需要光源，必须能接近，如图2．1。

注：目视检测无法看到下面裂纹(2)射线检钡I(Radi ograPhicTesting)射线探伤法是利用射线透过物体时，会发生吸收和散射这一特性，通过测量材料中因缺陷存在而影响射线的吸收来探测缺陷的，以胶片作为记录信息器材的无损检测方法。