超声波焊缝考核试板的研制
来源:    发布时间: 2017-10-16 14:13   409 次浏览   大小:  16px  14px  12px
    随着科学和技术的不断发展,社会对产品结构的安全性和使用的可靠性的要求越来越高,检测产品的安全性和可靠性的手段也越来越多,参与检测的人员也越来越多。特别是特种设备,其产品对检测的要求越来越详尽,检测面越来
    随着科学和技术的不断发展,社会对产品结构的安全性和使用的可靠性的要求越来越高,检测产品的安全性和可靠性的手段也越来越多,参与检测的人员也越来越多。特别是特种设备,其产品对检测的要求越来越详尽,检测面越来越宽广,等级也越来越高。而在众多的检测手段中,超声波检测由于其具有不损坏产品,检测灵敏度高,方便灵活,结果可靠等优点而在检测行业中广泛应用。
    贵州超声波厂家行业的发展,带来了从业人员的兴旺。在欣欣向荣的发展背后,隐藏着人才的短缺,以及人员素质水平的巨大差异。为了适应社会的发展和行业的需要,国家于2013年1月颁发了《特种设备无损检测人员考核规则》新版,规则中对各级人员和各种方法的考核都进行了详细的规定。同时国家能源局于2015年9月又颁布了新的《承压设备无损检测》标准,标准中对超声波检测方法以及检测用试块都提出了新的要求。因此,为了适应新形势,贯彻新规范,为行业培养更多优秀的超声波检测人才,我公司成立了有多名专家和技术人员组成的科研攻关小组,研究出适应新标准、新考规要求的超声波考核和培训试板。本文着重介绍焊接试板缺陷制作的研制。试板严格依照考核规则对缺陷参量的要求而制作,通过特殊的工艺制造出内含裂纹、未熔合、未焊透、夹渣和气孔等五类常见焊接缺陷。
    1 试件主要技术指标
    (1)试件材质选用普通碳素钢或低合金钢板,试件材料内不得有大于Ф2平底孔当量的缺陷。
    (2)试件长度一般选定为300 mm,板厚一般在8~46 mm,宽度应满足探头移动区的要求。
    (3)试件统一采用手工电弧焊焊接,试件中各类缺陷可采用特殊工艺控制的方法进行制作,使其尽量与自然缺陷状态相近,以模拟出更加真实的现场检测情况。
    (4)缺陷参量。
    图1中,S1为缺陷始端到左边线的距离,mm;S2为缺陷末端到左边线的距离,mm;S3为缺陷最大波幅所在位置到板左边线的距离,mm;H为缺陷埋藏深度(缺陷波幅最大时,缺陷指示位置到探伤面的距离,mm);q为缺陷偏离焊缝中心线的距离,mm;Amax为缺陷最大相对波幅值,dB。
    条状缺陷的检测参量为6个:S1、S2、S3、H、q、Amax;点状缺陷的检测参量为4个:S3、H、q、Amax。
    (5)每块试件中至少包含有一个长度在20~80 mm的条状缺陷和一长度小于10 mm的点状缺陷,且每一块试板的检测参量为6~18个为宜。
    (6)每块试板焊缝两端距边沿20 mm范围内不设缺陷。
    (7)试板表面探头移动区内应无飞溅、锈蚀和污物。凹坑应补焊后磨平,以保证良好的声耦合。
    2 试板的制作
    焊缝中常见的缺陷有裂纹、未熔合、未焊透、夹渣和气孔等五种缺陷。为了模拟出与生产现场相似的真实缺陷,就必须分析缺陷的产生机理、形态以及分布规律,模仿其形成的条件,制定出合理的制作工艺,制作出接近真实状态的仿真缺陷。
    2.1 裂纹类缺陷
    (1)焊接裂纹产生的因素很多,不仅存在于焊接过程的各方面,而且也存在于原材料及焊材的选取方面,同时焊后热处理不当也是产生裂纹的因素之一。究其原因不外乎两个方面:一个是化学成分,一个是物理约束力。钢材合金元素含量越高,杂质越多越易形成裂纹;焊接接头应力越大,约束力越强越易形成裂纹。裂纹按其形成的温度和时间不同可分为:热裂纹、冷裂纹和再热裂纹;按其产生的部位不同,可分为根部裂纹、弧坑裂纹、熔合区裂纹和热影响区裂纹。焊接金属中焊缝中心偏上部位是液相结晶较晚的部位,因此低溶组分在此富集,形成中心线偏析。这个部位是脆弱的,在较大拉应力作用下很有可能会形成裂纹,依据上述原理采用成分偏析法设计结晶裂纹。
    (2)制作程序。
    坡口准备:裂纹制作要求线能量较大,坡口钝边也要适当增大,坡口角度要小,V型坡口钝边为3 mm,X型坡口钝边为2 mm。
    焊接顺序及方法:根据结晶裂纹产生的机理,在预埋缺陷过程中掺入适量的铜、铝等成分,使焊缝金属成分改变,造成结晶组织偏析。焊缝完成后使其立即降温,由于受刚性定位焊的约束,焊缝局部产生较大的拉应力,从而撕裂焊缝组织产生裂纹。根据其所需裂纹的大小,可以适当调节掺入的杂质量和调节冷却速度来控制裂纹的产生。
    2.2 未熔合类缺陷
    未熔合按其产生部位的不同可以分为:坡口未熔合、层间未熔合和根部未熔合。究其原因主要是由于焊接过程中焊接能量过小,或焊接速度过快,或者偏吹,致使焊缝金属与熔敷金属未熔合到一块,从而形成缺陷。此次主要制作坡口未熔合缺陷试板。
    2.2.1 坡口未熔合(不含渣)
    坡口准备:依据设计原理,选择试板坡口。V型 坡口钝边为2 mm,X型坡口钝边为1 mm。
    焊接顺序及方法:取平焊位;依次施焊,操作过程选用较小的焊接线能量,电弧作用背离未熔化缺陷部位,使电弧热量集中于一侧,而另一侧坡口完全不熔化,其余焊接按常规进行,不允许产生非设计缺陷。
    2.2.2 坡口未熔合(含渣)
    (1)此类缺陷和不含渣未熔合产生机理相似,但含渣,即填充金属薄层覆盖在母材之上,依据覆盖原理,设计坡口未熔合(含渣)缺陷。
    (2)制作过程。
    坡口准备:在加工好的坡口上,根据设计缺陷的尺寸选取T=1.5~2 mm的薄钢板覆盖在坡口之上进行周边焊接。V型坡口钝边为2 mm,X型坡口钝边为1 mm。
    焊接方法及焊接顺序:此类缺陷一旦预埋好,按照试验好的焊接工艺施焊即可产生理想的缺陷,但注意施焊过程中不允许产生非设计缺陷。
    2.3 贵州超声波厂家未焊透类缺陷
    (1)此类缺陷产生的主要原因有:焊工操作技术不良,焊接规范选择不当,装配间隙过小或坡口钝边过大而使钝边处母材未熔化,依据坡口钝边大,装配间隙小的原理,设计未焊透缺陷。
    (2)制作顺序。
    坡口准备:依据设计原理设计缺陷处坡口钝边为:X型坡口钝边为2 mm,V型坡口钝边为3 mm;非缺陷部位坡口钝边为:X型坡口钝边为1 mm,V型坡口钝边为2 mm。
    焊接顺序及方法:取平焊位;钝边间隙取2 mm。此类试板首先进行封底焊,然后在封底焊时选用合适的焊材,选用较小的焊接规范,特别是加快焊接速度,在根部或中间造成未焊透;其余层次的焊接按常规工艺进行,确保不产生非设计性缺陷。
    2.4 夹渣类缺陷
    (1)夹渣设计依据:夹渣基本上属于操作技术不良,焊接规范选择不当,使熔池中熔渣未浮出而存留在焊缝中;或者是上一道焊缝沟槽中的焊渣未清除干净而被下一道焊缝覆盖而形成的缺陷。依据存在夹渣沟槽的原理,设计夹渣缺陷。
    (2)制作程序。
    坡口准备:根据设计原理选择试板坡口,V型坡口钝边为2 mm,X型坡口钝边为1 mm。
    制作方法:首先按照工艺进行封底焊,根据钝边间隙大小,选择适当的焊接工艺,然后根据所设计的缺陷大小、长度、埋藏深度等要素,在各焊接层之间留下相应的缺陷源。再以合适的焊接工艺进行埋焊,从而制造出理想的缺陷。同时注意,施焊过程中确保不产生非设计性缺陷。
    2.5 气孔类缺陷
    (1)气孔类缺陷产生的原因:焊缝金属中吸收了过多的气体或由于冶金反应产生的气体,当焊缝冷却时,气体在金属中的溶解度下降,气体溢出时遇到结晶金属的阻碍,不能从金属中逸出而残留在焊缝中形成空洞。依据此原理设计气孔缺陷。
    (2)制作程序。
    坡口准备:由于气孔设置为焊缝内部缺陷,因此在距离上表面3 mm、下表面1.5 mm范围内,一般不埋设缺陷。气孔仅选用X型坡口,钝边1.5 mm。
    焊接顺序及方法:预埋气孔缺陷的焊接规范选定后,关键工艺在操作手法上,当收弧时控制焊条角度、电弧长度,使电弧保护气体短暂失控,导致空气侵入,迅速熄弧快速冷却,使侵入和溶解在溶池中的气体被结晶金属迅速覆盖使之不能逸出。对设置单个气孔也可以采用Ф2~Ф8的钻头,用钻孔的方法获得。
    3 缺陷预埋及参量控制注意事项
    (1)缺陷在试板(焊缝)中的位置及当量参数,条状缺陷规定为6个,圆形缺陷规定为4个。每块试板缺陷组合埋设应具有10个超声检测参量,但不宜超过18个检测参量。
    (2)每块试板缺陷可按2处埋设,其中一个为条状缺陷,其长度应控制在20~80 mm长度范围之内;另一个缺陷可以自由选择,尽量制作长度小于10 mm的点状缺陷。两个缺陷的间距应做出适当的控制,因为相邻缺陷在一条直线上,其间距小于其中较小的缺陷长度时,应作为一条缺陷处理,以两条缺陷长度之和作为其指示长度(间距不计入缺陷长度)。
    (3)每块试板距离两端20 mm范围内不宜埋设缺陷。试板距上表面3 mm、距下表面1.5 mm范围内不应埋设缺陷。缺陷自身高度应控制在2~8 mm范围内。http://hmcmag.com/