常见焊接缺陷及X射线无损检测要点文档格式.docx
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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（RadiograPhicTesting）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。
该方法是最基本的、应用最广泛的一种射线检测方法。
一般把被检的物体安放在离射线装置500～1000mm的位置处，把胶片紧贴在试样背后，让射线照射适当的时间（几分钟到几十分钟）进行曝光．把曝光后的胶片在暗室中进行显影、定影、水沈和干燥。
将干燥的底片放在观片灯的显示屏上观察，根据底片的黑度和图像来判断存在缺陷的种类、大
小和数量，随后按通行的标准对缺陷进行评定分级。
如图
原理：
放射线穿透试件时胶片曝光，不连续对曝光有影响。
适用于大部分材料，开关和结构。
例如新制造或在用的焊接件，铸件组合件等。
检测结果有直接记录——底片，由于底片上记录的信息十分丰富，且可以长期保存，从而使射线照相法成为各种无损检测方法中记录最真实、最直观、可追踪性最好的检测方法。
可以获得缺陷的投影图像，缺陷定性定量最准确。
体积型缺陷检出率很高，而面积型缺陷的检出率受到多种因素影响。
4）缺点：
适宜检验较薄的工件而不适宜较厚的工件；
适宜检测对接焊缝，检测角焊缝效果较差，不适宜检测板材、棒材、锻件；
对缺陷在工件中厚度方向的位置、尺寸（高度）的确定比较困难；
检测成本高；
射线照相法检测速度慢；
平面不连续的（可检
测方向）有临界值；
射线对人体有伤害。
（3）超声波检测（PenetrationTesting）
超声波是一种频率超过20KHz的特殊声波，除具有传统声波传输的基本物理特性，（如：
反射、折射和衍射等）外，其还具有方向性集中、穿透力强、振幅小等特点因而．超声波检测技术在实时控制、高精度、无损伤等方面均具有优势，广泛应用在工业无损检测等领域。
用于无损检测的超声波频率一般在0.5～10MHz之间，如钢等金属材料的常用检测频率为l～5Hz。
超声波探伤是利用材料本身或内部缺陷的声学性质对超声波传播的影响来检测材料的组织和内部缺陷的方法。
目前，广泛使用的探伤方法是脉冲反射法，该探伤方法的基本原理是将超声波脉冲发射到被测样本中，然后接收来自样本的发射波，根据发射波声压的不同以实现对被测材料中缺陷的定位和识别。
超声波检测主要用于探测试件的内部缺陷，所谓超声波是指超过人耳听觉、频率大于20kHz的声音。
来自传感器的高频声脉冲在试件材料中传播，遇交界面反射
只要声音传播性和表面粗糙度较好，形状不复杂，可适用于大多数材料的检查
提供快速，精确，高灵敏的检验结果。
厚度信息，深度及缺陷种类等都可在构件的一个表面得到
4）不足：
通常没有永久记录。
材料衰减，表面租糙和外形影响检测。
需耦合剂。
（4）磁粉检测（MagneticParticleTesting）自然界有些物体具有吸引铁、钴、镍等物质的特性，我们把这些具有磁性的物体称为磁体。
使原来不带磁性的物体变得具有磁性叫磁化，能够被磁化的材料称为磁性材料。
铁磁性材料被磁化后，其内部产生很强的磁感应强度，磁力线增大几百倍到几千倍如果材料中存在不连续性缺陷，磁力线会发生畸变，由于缺陷中空气介质的磁导率远远低于试件的磁导率，使磁力线受阻．一部分磁力线挤到缺陷的底部，一部分穿过裂纹。
一部分排挤出工件的表面再进入工件。
如果这时在工件上撒上磁粉，漏磁场就会吸附磁粉，形成与缺陷形状相近的磁粉堆积。
我们称之为磁痕，从而显示缺陷。
磁化被测部件后将细磁粉涂于表面．不连续处会呈现线条
适用于检测所有铁磁性材料的表面或近表面的不连续
使用相对简单，设备或材料通常廉价，比PT灵敏，快捷；
可以检查出表面和近表面缺陷；
检测灵敏度很高，可以发现极其细小的裂纹。
只用于表面和近表面的不连续，只是用于铁磁性材料工件的形状和尺寸有时对探伤有影响，因其难以磁化而无法探伤。
（5）渗透检测（PenetrationTesting）
零件表面被施涂含有荧光染料或者着色染料的渗透液后，在毛细管作用下，经过一定时间，渗透液可以渗进表面开口的缺陷中：
经去除零件表面多余的渗透液后，再在零件表面施涂显影剂，同样，在毛细管作用下，显像剂将吸引缺陷中保留的渗透液，渗透液回渗到显像剂中：
在一定的光源下（紫外线或者白光），缺陷处的渗透液痕迹被显示（黄绿色荧光或者鲜艳红光），从而探测出缺陷的型貌以及分布状态。
将可视或荧光物资的液体涂到表面，由毛细作用进入不连续处
事实上可以用于任何无覆盖层，未污染的无吸附性固体
操作相对简单，材料廉价，特别敏感，通用，培训少渗透探伤可以用于疏松多孔性材料外任何种类的材料；
形状复杂的部件也可用渗透探伤，并一次操作就可大致做到全面检测：
同时存在几个方向的缺陷，用一次探伤操作就可完成检测；
不需要大型的设备，可不用水、电。
只能检测到开口至表面的不连续，表面必须相对光滑且没有污染物；
检测工序多，速度慢；
检测灵敏度比磁粉探伤低；
材料较贵，成本较高；
有些材料易燃，
有毒。
（6）涡流检测（Eddycurrenttesting）
导电试样在电磁感应的作用下产生局部电场
几乎可以对所有导体的缺陷，冶金状态，减薄及导电性进行检验
快速，通用，灵敏，非接触式，适于自动化和现场检验
必须理解和控制变量。
只穿透浅层，离地距离和表面条件限制。
二、射线探伤技术在船舶制造业中的应用研究
1、前言
1895年德国物理学家伦琴发现X射线，1912年美国物理学家D库利吉博士研制出新型X射线管一白炽阴极X射线管，这种X射线管可以承受高电压、高电流，为X射线的工业应用提供了基础。
1922年美国麻萨诸塞州陆军兵工厂安装了库利吉管X射线机，工作电压为200kV，管电流达5111A，一次完成了真正的工业射线照相。
此后，射线照相检验技术得到了迅速的发展，1930年前后，射线照相检验技术正式进入工业应用。
1940年前后，首次得出了射线照相检验底片质量问题。
1962年前后，建立了完整的、至今仍在指导常规射线照相检验技术的基本理论。
1970年以后，图像增强器射线实时成像检验技术、射线层析检测技术等发展迅速。
1990年以后射线检测技术进入了数字射线检测技术时代，成像板及线阵列射线实时成像检验技术和CR技术是发展中的重要技术．对于工业应用，射线检测技术已形成了一个完整的技术系统，一般认为可划分为：
射线照相检验技术、射线实时成像检验技术、射线层析检测技术和辐射测量技术四类。
射线照相检验技术主要是X射线照相检验技术、Y射线照相检验技术、中子射线照相检验技术和非胶片射线照相检验技术等。
2、射线探伤
2．1、X射线检测概述
射线检测技术是一种重要的无损检测技术。
它依据的是被检工件由于成分、密度、厚度等的不同，对射线产生不同的吸收和散射特性并对被检工件的质量、尺寸、特性等做出判断。
X射线检测是众多射线检测中比较常见的一种，广泛应用于冶金、机械、石油、化工、航空、航天、医疗等各个领域。
2．2、射线探伤的应用
射线检测技术不仅可用于金属材料（黑色金属和有色金属）的检验，也可用于非金属材料和复合材料的检验，特别是它还可能用于放射性材料的检验。
检验技术对被检工件或试件的表面和结构没有特殊要求，所以它可以应用各种产品的检验。
目前，射线广泛地应用于机械、兵器、船舶、核工业、航空、航天、电子等各工业领域，其中应用最广泛的方面是铸件和焊接件的检验。
射线检测技术在工业与科学研究等方面的主要应用类型包括：
（1）探伤：
铸造、焊接工艺缺陷检验，复合材料构件检验等：
（2）测厚：
（3）检查：
厚度在线实时测量：
机场、车站、海关检查，结构与尺寸测定等：
（4）研究：
弹道、爆炸、核技术、铸造工艺等动态过程研究，考古研究，反馈工程等
2．3、射线探伤的特点射线检测技术，与其他常规无损检测技术，如超声检验技术、磁粉检验技术、渗透检验技术、涡流检验技术比较，具有的主要特点是：
（1）对被检验工件无特殊要求，检验结果显示直观：
（2）检验技术和检验工作质量可以自我监测。
2．4、射线探伤的安全问题在应用中，射线检测技术需要考虑的主要问题是辐射防护问题。
射线具有辐射生物效应，对人体可以产生伤害，因此在应用射线检测技术时必须考虑辐射防护问题，必须按照国家和地方的有关标准、法规作好辐射防护工作，应力求避免辐射事故。
2．5、X射线探伤的检验原理
X射线是一种波长很短的电磁波，波长范围为0．0006一80nm，具有很强的穿透力，能穿透一般可见光不能穿透的各种不同密度的物质。
X射线检测原理是：
当射线透过被检物体时，有缺陷部位与无缺陷部位对射线吸收能力不同，因而可以通过检测透过被检物体后射线强度的差异，来判断被检测材料内部是否存在缺陷。
放在适当的位置，使其在透过射线的作用下感光，经过暗室处理后就得到X射线底片。
底片上各点的黑色程度取决于射线强度和照射时间的乘积，由于缺陷部位和完好部位的透过射线的强度不同，底片上相应部位就会出现黑度差异。
把底片放在观片灯上，借助透过光线观察，可以看到由黑度差异构成的不同形状的影像。
评片人员据此判断缺陷情况并做出评价，这样就完成了对被检对象的无损检测。
3、×
射线探伤的应用标准3．1、中国船级社射线探伤规范
焊缝的内部质量采用射线探伤、超声波探伤。
以入级中国船级社为例，具体的实施见以下规范和标准：
（1）中国船级社2001《钢质海船入级与建造规范》：
（2）中国船级社1996《钢质内河船入级与建造规范》：
（3）中国船级社1998《材料与焊接规范》：
（4）原中国船舶工业总公司《中国造船质量标准CSQs（1998）》：
（5）GB／T3323—87钢熔化焊对接接头射线照相和质量分级：
（6）CT3／T3177—94船舶钢焊缝射线照相和超声波检查规则：
（7）GB／T3558—94船舶钢焊缝射线照相工艺和质量分级：
（8）GB／T3559—94船舶钢焊缝手工超声波探伤工艺和质量分级。
以上规范和标准主要体现在船厂技术部门编制的有关焊接工艺文件中，在现场检验的检验人员主要是确定其工艺和计划是否经船检机构认可，在实际工作中船厂特别是中小型厂会经常疏忽，还需要注意以下内容：
（1）无损探伤人员必须要有相应的资格。
（2）被评定为不合格的焊缝应及时返修，并注意对返修工艺的控制和检验。
（3）当无损探伤发现焊缝内部有不允许存在的缺陷并认为该缺陷有可能延伸时则应在其延伸方向（一端或两端）增加探伤数量直至达到邻近合格的焊缝为止；
（4）当所有被检焊缝的一次合格率低于80％时，应对重要部位焊缝追加检查，其数量大约为10％一20％，并应对全部焊接工艺引起注意。
（5）射线拍片的布片密度应按钢材的材料级别从高到低递减。
纵横向对接焊缝交叉处的布片方向应平行与横向对接焊缝。
（6）对危险化学品船焊缝的无损探伤，尚应对下列部分进行无损探伤。
a）液货舱舱壁板上所有的焊缝十字交叉处：
b）液货舱边界焊缝应探测裂纹，探测的长度应至少为液货舱边界焊缝总长度的10％：
c）当舷侧和船底纵骨以及纵舱壁水平扶强材在横舱壁处中断时，上述构件与横舱壁的焊缝应探测裂纹，探测的长度应至少为骨材与横舱壁连接焊缝总长度的10％：
d）当纵向构件和纵舱壁水平扶强材连续地通过横舱壁时，其与横舱壁的焊缝应探测裂纹，探测的长度对舷侧和船底纵向构件至少为总长度30％，对纵舱壁水平扶强材至少为总长度的20％。
当横向构件连续地穿过液货舱纵舱壁时，该构件与边界连接焊缝戍探测裂纹探测的焊缝长度至少为总长度的10％。
3．2、美国船级社（ABS）射线探伤规范
1．射线探伤范围
（1）总则必须对现场验船师提供足够的证明以核准射线探伤的适用性，并且检查具有代表性的检测点的射线图片。
（2）高比例的超标缺陷：
如果超标缺陷非常高，检测点的数目必须增加。
船舶焊接缺陷及无损探伤研究
2．射线探伤的位置
（1）总则在选择检测点时，以下检测位置将着重考虑：
a）位于高强度区域内的焊接
b）其他重要结构构件
c）不能到达或很难检查到的焊接部位
d）现场搭载焊接
e）可疑区域
3．射线探伤应用标准
（1）船体表面一A级标准，对于船长大于或等于150m，应用于船肿部0．6L范围内船体表面熔透焊（fundePenetration）的射线探伤必
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