焊接結(jié)構(gòu)裂紋缺陷的無損檢測技術(shù)

焊接結(jié)構(gòu)的材料和連接形式多種多樣。如果焊接處存在幾何形狀的不連續(xù)性、焊接變形和剩余力，容易形成各種裂紋缺陷，使焊接車間的焊接場地成為事故的多發(fā)區(qū)。因此，國內(nèi)外對焊接結(jié)構(gòu)的缺陷進(jìn)行了高度重視。應(yīng)用無損檢測技術(shù)檢測焊接結(jié)構(gòu)的質(zhì)量在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中有著非常重要的意義。1熱裂紋的產(chǎn)生過程焊件中的裂紋可能在焊接過程中、焊后或使用過程中產(chǎn)生。根據(jù)裂紋的外觀和所在位置可分為縱向裂紋、橫向裂紋、火口裂紋、焊趾裂紋和焊道下裂紋等。根據(jù)裂紋的形成溫度和條件分為熱裂紋和冷裂紋,其中熱裂紋一般與空氣相通,表面常被氧化而變色,縱向裂紋、橫向裂紋和火口裂紋都屬于熱裂紋;冷裂紋在較低溫度下形成,裂紋表面未被氧化,所以一般是光亮的,焊趾裂紋和焊道下裂紋都屬于冷裂紋。在焊制過程中,由于存在焊接工藝與設(shè)備條件的偏差、殘余應(yīng)力狀態(tài)和冶金因素變化以及結(jié)構(gòu)材料與尺寸的差異等,往往會在焊縫中產(chǎn)生熱裂紋。此時發(fā)現(xiàn)的超標(biāo)缺陷一般都要進(jìn)行返修,同一位置的缺陷返修次數(shù)與裂紋的發(fā)生率幾乎呈比例上升。在服役過程中,焊接件有的經(jīng)受高溫、高壓或兼有介質(zhì)腐蝕的環(huán)境,有的承受疲勞、沖擊及輻照等惡劣工況,因此會引發(fā)材質(zhì)惡化、應(yīng)力變動并產(chǎn)生冷裂紋。如英國1962-1978年間統(tǒng)計的20000個高質(zhì)量容器中曾發(fā)生229起事故,其中因裂紋引起的為216起,占事故總數(shù)的94.3%。在216起裂紋引發(fā)的事故中,因漏檢引起的有63起,占事故總數(shù)的29%。2焊接缺陷檢測技術(shù)在焊接裂縫檢驗中的應(yīng)用2.1焊縫表面有硬脆難病毒以及焊接焊接、放空磁粉檢測具有操作簡便、迅速且靈敏度高等優(yōu)點,主要用于檢測鐵磁性材料和工件表面或近表面裂紋,對材料內(nèi)部缺陷的檢出率隨埋藏深度的增加而迅速下降。當(dāng)焊件進(jìn)行磁粉檢測時,對于焊接性能差的鋼種或是特厚鋼板應(yīng)每焊一層進(jìn)行一次檢驗,以保證及時發(fā)現(xiàn)焊接過程中產(chǎn)生的裂紋。檢測區(qū)域為焊縫區(qū)及熱影響區(qū)。檢測前要清理焊縫的表面污垢、焊接飛濺和氧化皮等。使用干粉或與清洗液不同的磁懸液時,必須等焊縫干燥后才可檢驗。應(yīng)在焊縫兩個相互垂直的方向分別磁化一次,一般采用連續(xù)法磁化。磁粉檢測最大的局限是只能用于鐵磁性焊件,且檢測后要退磁和清洗。2.2焊縫滲透時間滲透檢測用于檢測焊接件的表面開口裂紋、奧氏體鋼和有色金屬,具有檢測速度快、操作簡便、缺陷顯示直觀且檢測靈敏度較高等特點。滲透檢測前應(yīng)用清洗劑清洗焊件表面或缺陷內(nèi)部的污物并吹干水分,涂滲透劑時一般采用刷涂法,局部檢測采用刷涂法或噴罐法。滲透劑滲入時間一般為1h或1h以上,JB4730標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定,焊縫檢測推薦的滲透時間一般不得少于10min,當(dāng)溫度降為3~15℃時,應(yīng)根據(jù)溫度適當(dāng)增加滲透時間;當(dāng)溫度超過50℃或低于10℃時,滲透時間應(yīng)根據(jù)所用滲透劑型號、檢測靈敏度要求以及滲透劑廠家的推薦時間試驗決定。JB4730標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定,焊縫檢測推薦的顯像時間一般不得少于7min。對焊接冷、熱裂紋和火口裂紋的跡痕顯示特征定義為略帶曲折的波浪狀或鋸齒狀的細(xì)紋,只限細(xì)條紋、星狀或鋸齒狀條紋。滲透檢測的主要不足之處是表面粗糙度影響缺陷的檢出率以及難以定量控制檢驗操作的程序。2.3絕對式接頭檢測渦流檢測可在不去除表面涂層的情況下探測金屬材料的表面及近表面裂紋。目前,焊縫的渦流檢測主要采用多頻渦流或脈沖渦流檢測方法,已成功應(yīng)用于海洋采油平臺鋼結(jié)構(gòu)焊縫疲勞裂紋和油氣輸送管道內(nèi)外壁腐蝕與裂紋的檢測。常規(guī)絕對式渦流探頭用于檢測導(dǎo)體裂紋時,其信號大小與裂紋深度密切相關(guān),可用來估算裂紋深度。但當(dāng)探頭不垂直于被檢工件或左右搖擺不定時,就會產(chǎn)生干擾信號,導(dǎo)致檢測的穩(wěn)定性及準(zhǔn)確性大大降低。此外,絕對式探頭對鐵磁性材料的磁導(dǎo)率極其敏感,焊縫表面高低不平和熱影響區(qū)變化以及銹蝕的表面都會造成嚴(yán)重的干擾信號。為此,人們研究出基于復(fù)平面分析的金屬材料焊縫渦流檢測技術(shù),可在防腐層表面使用特殊的點式探頭對焊縫進(jìn)行快速掃描檢測,提離效應(yīng)及探頭晃動對檢測結(jié)果的影響很小。2.4雙側(cè)面為軸面的焊接裂紋影像一般可由x射線方向與裂紋傾斜的方式分射線檢測圖像直觀,對裂紋的檢測靈敏度較高。射線照相對裂紋的檢測靈敏度與裂紋本身的開口寬度、自身高度和與射線傳播方向的夾角有關(guān)。在使用X射線檢測時需注意使入射的射線與裂紋方向保持平行;當(dāng)X射線方向與裂紋傾斜時,會使裂紋影像變寬、顏色變淡;裂紋面與射線近乎垂直時,缺陷很難被檢測出來。常見的焊接裂紋影像一般呈折線條或略帶鋸齒狀的細(xì)紋,輪廓分明,兩端尖細(xì)且顏色較淡,中間稍寬且顏色較深,有時出現(xiàn)樹枝狀影像?？稍跓晒馄粱蚰z片上觀察焊接裂紋,該成像方式速度快、成本低,但圖像清晰度差。射線圖像數(shù)字化后輸入計算機,可以通過圖像處理提高清晰度。此外,采用光盤存儲圖像可以縮小占用空間,便于調(diào)用。由于X射線對人體有害,必須采取有效的安全保護(hù)措施。2.5缺陷處的反射聲波超聲波方法既可以檢測焊縫表面裂紋也可以檢測內(nèi)部裂紋。對表面裂紋的檢測靈敏度比滲透檢測要低,對內(nèi)部裂紋的檢測靈敏度比射線檢測高。超聲波檢測時,通過缺陷處的反射聲波顯示有無裂紋。裂紋的深度可用超聲衍射時差法(TOFD)進(jìn)行測量,通過測量缺陷上下端點衍射波的時間差計算缺陷的高度。焊縫表面余高的形狀、高度和寬度、焊接接頭的錯口、對接焊縫板材厚度以及焊接接頭外接結(jié)構(gòu)等都會影響超聲波檢測的有效應(yīng)用。超聲波檢測的適應(yīng)性強、對人體無害、適合于戶內(nèi)外環(huán)境作業(yè)。但因為超聲波在材料中傳播時受金屬組織體積(特別是晶粒大小)的影響很大,不適用于檢測焊縫存在各向異性、組織粗大的奧氏體不銹鋼焊接件。2.6微波檢測技術(shù)應(yīng)用紅外熱波、激光全息和微波檢測是無損檢測新技術(shù)。紅外熱波技術(shù)可對與焊縫表面垂直并完全閉合的裂紋進(jìn)行快速、非接觸檢測,并且對各類表面裂紋的檢測都很成功。激光全息干涉測量技術(shù)具有靈敏度高、檢測速度快、不用探頭接觸零件表面、不需要耦合劑、對構(gòu)件的形狀和表面狀態(tài)無特殊要求、能全場直觀顯示缺陷情況等優(yōu)點,而且檢測結(jié)果易于保存。激光全息技術(shù)已應(yīng)用于印制電路板內(nèi)的焊接接頭、壓力容器焊縫質(zhì)量的檢測。微波檢測是以微波為信息載體,對各種適用材料和構(gòu)件進(jìn)行無損檢測和材質(zhì)評定。它不僅能用來定位工件內(nèi)的裂紋,而且可以測定裂紋的尺寸。在常規(guī)技術(shù)廣泛應(yīng)用,新技術(shù)不斷完善的同時,目前還可考慮多種技術(shù)的融合,如超聲技術(shù)和紅外熱像技術(shù)的結(jié)合可使檢測的靈敏度提高、檢測范圍擴(kuò)大;聲全息技術(shù)作為超聲波技術(shù)的擴(kuò)充,可使超聲檢測技術(shù)更有效等。3殘余應(yīng)力的推擠試驗滲透檢測和射線檢測等常規(guī)無損檢測技術(shù)對焊接工件中較大的裂紋缺陷都能進(jìn)