不銹鋼鍛件接管焊縫層間未熔合超聲檢驗(yàn)

1、不銹鋼鍛件接管焊縫層間未熔合超聲檢驗(yàn)王卓巍 何海（核動(dòng)力運(yùn)行研究所,武漢，430074）摘 要 本文描述了不銹鋼鍛件接管焊縫超聲檢測(cè)的特點(diǎn)。通過(guò)對(duì)發(fā)現(xiàn)的一處層間未熔合的缺陷信號(hào)特征回波進(jìn)行分析并對(duì)缺陷進(jìn)行實(shí)際解剖論證，進(jìn)一步證明了不銹鋼鍛件焊縫超聲檢驗(yàn)方法的可行性。為今后的更深入研究提供一些經(jīng)驗(yàn)和思路。關(guān)鍵詞 不銹鋼鍛件 焊縫 層間未熔合 超聲檢驗(yàn)1. 前言由于奧氏體不銹鋼材料具有優(yōu)異的核級(jí)性能及良好的耐蝕性，在核級(jí)設(shè)備制造中得到了廣泛的應(yīng)用，其中對(duì)于奧氏體不銹鋼鋼焊接接頭的質(zhì)量控制成為其中的一個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)。由于超聲檢驗(yàn)的特點(diǎn)，在奧氏體不銹鋼鋼焊接接頭無(wú)損檢驗(yàn)中的應(yīng)用引起大家廣泛的關(guān)注，并對(duì)此進(jìn)

2、行了廣泛的研究取得了一些成果。2奧氏體不銹鋼焊接接頭特點(diǎn)及常用超聲檢測(cè)方法奧氏體不銹鋼焊接接頭特點(diǎn)具有以下的特點(diǎn)：奧氏體鋼母材和焊縫的晶粒比較粗大、組織不均勻、各向異性，導(dǎo)致聲束衰減散射嚴(yán)重；焊縫中的柱狀晶體呈非方向性排列；超聲波通過(guò)焊縫和母材中的不同區(qū)域時(shí)，聲束會(huì)發(fā)生一定的扭曲；超聲波在鋼中噪聲信號(hào)比較大，信噪比較低。目前不銹鋼焊縫超聲波常用的檢測(cè)方法：選擇縱波檢測(cè)；低頻檢測(cè)；采用寬頻帶窄脈沖聚焦探頭；盡可能采用多種角度檢測(cè)，可以取得較好的檢測(cè)效果。奧氏體不銹鋼焊縫的檢測(cè)優(yōu)先選擇寬頻帶窄脈沖縱波K1單晶斜探頭或雙晶斜探頭。不銹鋼鍛件相對(duì)于鑄造不銹鋼而言，晶粒度細(xì)化，晶粒尺寸相對(duì)比較均勻。如果

3、探頭/儀器選擇合適，超聲回波信號(hào)可以得到足夠的信噪比。3被檢工件及焊接工藝簡(jiǎn)介被檢工件為不銹鋼鍛件閥體上的接管焊縫。閥體由188型奧氏體不銹鋼鍛件經(jīng)多次自由鍛造后機(jī)械加工而成，由于工藝條件限制，在閥門進(jìn)出口處增加了兩個(gè)接管焊縫，接管材料也是188型奧氏體不銹鋼。接管焊縫處直徑為350mm，厚度為2530mm。焊接方法采用的是自動(dòng)窄間隙脈沖熔化極氣體保護(hù)焊，焊前預(yù)熱，小能量多層多道焊接。焊絲為國(guó)產(chǎn)焊絲，直徑為1.2mm，由送絲裝置自動(dòng)送給并進(jìn)行氬氣保護(hù)，工件在專門設(shè)計(jì)的焊接夾具上自由轉(zhuǎn)動(dòng)進(jìn)行焊接。焊接過(guò)程中，由特殊高頻脈沖對(duì)熔池進(jìn)行控制，盡量保證每層焊道厚度均勻，外觀平整。 4檢驗(yàn)結(jié)果及分析在現(xiàn)

4、場(chǎng)檢測(cè)時(shí)，45º探頭發(fā)現(xiàn)整條管道焊縫近四分之一的區(qū)域（約350mm）存在間斷連續(xù)性回波反射信號(hào)，達(dá)到檢驗(yàn)記錄標(biāo)準(zhǔn)的地方有五處。其中最大一處的最大幅值為Ø2+4.2dB（見(jiàn)圖1），其指示長(zhǎng)度為12mm。圖1（45º探頭）圖2（60º探頭）圖2為60º探頭測(cè)量同一缺陷顯示的回波波形。整條焊縫缺陷顯示指示長(zhǎng)度較長(zhǎng)。在對(duì)顯示信號(hào)進(jìn)行分析時(shí)，發(fā)現(xiàn)顯示信號(hào)的靜態(tài)波形單一且光滑。斜探頭從兩側(cè)掃查均能發(fā)現(xiàn)，但波幅相差不大。顯示位置在焊縫中心線附近。斜探頭前后移動(dòng)時(shí)波幅下降很快；轉(zhuǎn)角掃查顯示信號(hào)迅速消失。探頭平行于焊縫移動(dòng)時(shí)，信號(hào)波幅有變化；周向掃查時(shí)波幅較低，

5、不易發(fā)現(xiàn)。從以上特點(diǎn)判斷：斜探頭的缺陷顯示信號(hào)特征以及焊接工藝綜合分析，初步判定為面狀缺陷。同時(shí)射線對(duì)這段區(qū)域曾進(jìn)行過(guò)探傷，但卻未發(fā)現(xiàn)有任何顯示，也進(jìn)一步說(shuō)明面狀缺陷可能性。最后判斷該缺陷顯示為面狀缺陷，決定對(duì)該缺陷顯示進(jìn)行返修處理。在打磨深度到19mm左右時(shí)，出現(xiàn)了缺陷的外形特征，和分析結(jié)果一致，為面狀缺陷。再繼續(xù)往深處打磨時(shí)缺陷很快就消失了，缺陷高度非常小。缺陷的整體特征是呈月牙狀，見(jiàn)圖3、4（從相對(duì)的兩個(gè)方向拍照同一個(gè)缺陷）。這是典型的氬弧焊層間未熔合，屬于制造標(biāo)準(zhǔn)不允許的危害性缺陷。為保證缺陷已完全消除，又向深打磨了2mm左右。補(bǔ)焊后重新進(jìn)行超聲檢驗(yàn)，再未發(fā)現(xiàn)缺陷顯示信號(hào)。層間未熔合

6、圖4 缺陷打磨后實(shí)際照片1 圖5缺陷打磨后實(shí)際照片25缺陷產(chǎn)生原因分析針對(duì)發(fā)現(xiàn)缺陷（層間未熔合），分析其可能產(chǎn)生的原因有以下幾個(gè)方面：1) 根據(jù)焊接原始記錄，發(fā)現(xiàn)在焊接時(shí)環(huán)境溫度較低，可能層間溫度低于正常焊接工藝所要求的參數(shù)，導(dǎo)致焊接過(guò)程中，熔池的溫度不夠，造成局部熔化不良，產(chǎn)生該缺陷；2) 可能在此層焊道焊接時(shí)，焊接夾具帶動(dòng)工件轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)速過(guò)快，導(dǎo)致焊接熔池停留時(shí)間過(guò)短，未能充分熔化前一層焊道金屬，熔池鐵水僅是表面覆蓋在上一層金屬，形成局部層間未熔合；3) 可能電弧偏吹，熔池一側(cè)的熔深變淺，未能將上一層焊道充分熔化；4) 可能由于焊接時(shí)，電網(wǎng)波動(dòng)等因素引起焊接電流過(guò)小，熔深不夠，造成缺陷的產(chǎn)生。

7、6結(jié)論1) 此次超聲檢驗(yàn)發(fā)現(xiàn)的層間未熔合缺陷，雖然信號(hào)顯示幅值沒(méi)有超過(guò)制造標(biāo)準(zhǔn)要求，單個(gè)指示長(zhǎng)度不超標(biāo)，但卻是危險(xiǎn)性缺陷。說(shuō)明對(duì)顯示信號(hào)的判斷要綜合考慮各種要素，避免出現(xiàn)對(duì)顯示性質(zhì)判斷失誤；2) 對(duì)不銹鋼鍛件接管焊縫超聲檢驗(yàn)，應(yīng)盡可能了解整個(gè)加工過(guò)程。包括其焊接工藝直至最后焊縫成形，分析在焊接過(guò)程中可能產(chǎn)生的各種缺陷，把基礎(chǔ)理論和實(shí)際檢測(cè)結(jié)合起來(lái)。如果現(xiàn)場(chǎng)檢查條件允許，最好還應(yīng)從焊縫內(nèi)表面進(jìn)行檢測(cè)確認(rèn)，并盡可能對(duì)同一顯示進(jìn)行多種角度檢測(cè)。這些手段可以幫助我們更好地判斷缺陷，對(duì)顯示信號(hào)回波進(jìn)行準(zhǔn)確的分析，最終判斷出缺陷的性質(zhì)；3) 雖然此次超聲檢驗(yàn)發(fā)現(xiàn)并能夠準(zhǔn)確定性，但在尺寸精確測(cè)量方面卻還存在不足。對(duì)其它類型缺陷的檢測(cè)還需要進(jìn)一步的開展研究工作；4) 在今后還應(yīng)考慮用自動(dòng)掃查設(shè)備，采用更為合適的