不銹鋼鍛件接管焊縫層間未熔合超聲檢驗

1、不銹鋼鍛件接管焊縫層間未熔合超聲檢驗王卓巍 何海（核動力運行研究所,武漢，430074）摘 要 本文描述了不銹鋼鍛件接管焊縫超聲檢測的特點。通過對發(fā)現(xiàn)的一處層間未熔合的缺陷信號特征回波進行分析并對缺陷進行實際解剖論證，進一步證明了不銹鋼鍛件焊縫超聲檢驗方法的可行性。為今后的更深入研究提供一些經(jīng)驗和思路。關(guān)鍵詞 不銹鋼鍛件 焊縫 層間未熔合 超聲檢驗1. 前言由于奧氏體不銹鋼材料具有優(yōu)異的核級性能及良好的耐蝕性，在核級設(shè)備制造中得到了廣泛的應用，其中對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關(guān)鍵環(huán)節(jié)。由于超聲檢驗的特點，在奧氏體不銹鋼鋼焊接接頭無損檢驗中的應用引起大家廣泛的關(guān)注，并對此進

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及常用超聲檢測方法奧氏體不銹鋼焊接接頭特點具有以下的特點：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，導致聲束衰減散射嚴重；焊縫中的柱狀晶體呈非方向性排列；超聲波通過焊縫和母材中的不同區(qū)域時，聲束會發(fā)生一定的扭曲；超聲波在鋼中噪聲信號比較大，信噪比較低。目前不銹鋼焊縫超聲波常用的檢測方法：選擇縱波檢測；低頻檢測；采用寬頻帶窄脈沖聚焦探頭；盡可能采用多種角度檢測，可以取得較好的檢測效果。奧氏體不銹鋼焊縫的檢測優(yōu)先選擇寬頻帶窄脈沖縱波K1單晶斜探頭或雙晶斜探頭。不銹鋼鍛件相對于鑄造不銹鋼而言，晶粒度細化，晶粒尺寸相對比較均勻。如果

3、探頭/儀器選擇合適，超聲回波信號可以得到足夠的信噪比。3被檢工件及焊接工藝簡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)多次自由鍛造后機械加工而成，由于工藝條件限制，在閥門進出口處增加了兩個接管焊縫，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窄間隙脈沖熔化極氣體保護焊，焊前預熱，小能量多層多道焊接。焊絲為國產(chǎn)焊絲，直徑為1.2mm，由送絲裝置自動送給并進行氬氣保護，工件在專門設(shè)計的焊接夾具上自由轉(zhuǎn)動進行焊接。焊接過程中，由特殊高頻脈沖對熔池進行控制，盡量保證每層焊道厚度均勻，外觀平整。 4檢驗結(jié)果及分析在現(xiàn)

4、場檢測時，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，達到檢驗記錄標準的地方有五處。其中最大一處的最大幅值為Ø2+4.2dB（見圖1），其指示長度為12mm。圖1（45º探頭）圖2（60º探頭）圖2為60º探頭測量同一缺陷顯示的回波波形。整條焊縫缺陷顯示指示長度較長。在對顯示信號進行分析時，發(fā)現(xiàn)顯示信號的靜態(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。斜探頭前后移動時波幅下降很快；轉(zhuǎn)角掃查顯示信號迅速消失。探頭平行于焊縫移動時，信號波幅有變化；周向掃查時波幅較低，

5、不易發(fā)現(xiàn)。從以上特點判斷：斜探頭的缺陷顯示信號特征以及焊接工藝綜合分析，初步判定為面狀缺陷。同時射線對這段區(qū)域曾進行過探傷，但卻未發(fā)現(xiàn)有任何顯示，也進一步說明面狀缺陷可能性。最后判斷該缺陷顯示為面狀缺陷，決定對該缺陷顯示進行返修處理。在打磨深度到19mm左右時，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，見圖3、4（從相對的兩個方向拍照同一個缺陷）。這是典型的氬弧焊層間未熔合，屬于制造標準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。補焊后重新進行超聲檢驗，再未發(fā)現(xiàn)缺陷顯示信號。層間未熔合

6、圖4 缺陷打磨后實際照片1 圖5缺陷打磨后實際照片25缺陷產(chǎn)生原因分析針對發(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方面：1) 根據(jù)焊接原始記錄，發(fā)現(xiàn)在焊接時環(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)，導致焊接過程中，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，焊接夾具帶動工件轉(zhuǎn)動時速過快，導致焊接熔池停留時間過短，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，電網(wǎng)波動等因素引起焊接電流過小，熔深不夠，造成缺陷的產(chǎn)生。

7、6結(jié)論1) 此次超聲檢驗發(fā)現(xiàn)的層間未熔合缺陷，雖然信號顯示幅值沒有超過制造標準要求，單個指示長度不超標，但卻是危險性缺陷。說明對顯示信號的判斷要綜合考慮各種要素，避免出現(xiàn)對顯示性質(zhì)判斷失誤；2) 對不銹鋼鍛件接管焊縫超聲檢驗，應盡可能了解整個加工過程。包括其焊接工藝直至最后焊縫成形，分析在焊接過程中可能產(chǎn)生的各種缺陷，把基礎(chǔ)理論和實際檢測結(jié)合起來。如果現(xiàn)場檢查條件允許，最好還應從焊縫內(nèi)表面進行檢測確認，并盡可能對同一顯示進行多種角度檢測。這些手段可以幫助我們更好地判斷缺陷，對顯示信號回波進行準確的分析，最終判斷出缺陷的性質(zhì)；3) 雖然此次超聲檢驗發(fā)現(xiàn)并能夠準確定性，但在尺寸精確測量方面卻還存在不足。對其它類型缺陷的檢測還需要進一步的開展研究工作；4) 在今后還應考慮用自動掃查設(shè)備，采用更為合適的