Discussion on Welding Defects and Welding Quality Inspection
杨杰 YANG Jie；林广旭 LIN Guang-xu
（中国煤炭科工集团太原研究院有限公司，太原 030006）
（CCTEG Taiyuan Research Institute Co.，Ltd.，Taiyuan 030006，China）
摘要：煤机产品结构件在焊接过程中，综合到图纸设计、焊接工艺参数等多种因素，会对焊接质量造成直接影响。焊接质量对煤机产品使用可靠性及产品使用寿命至关重要。提高产品焊接质量，加强对焊接质量的检验控制是煤机行业必要工作。本文对焊接缺陷及主要危害，焊接检验进行了介绍与探讨。
Abstract: In the welding process of the structural parts of the coal machine product, it will have a direct impact on the welding quality due to various factors such as drawing design and welding process parameters. Welding quality is crucial to the reliability and service life of coal machine products. Improving the welding quality of products and strengthening the inspection and control of the welding quality are the necessary work in the coal mining industry. This paper introduces and discusses welding defects, main hazards and welding inspection.
关键词：焊接裂纹；应力集中；质量检验；无损探伤
Key words: welding crack；stress concentration；quality inspection；nondestructive testing
中图分类号：TG441.7 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2018）34-0166-03
0 引言
煤矿机械结构件最基础的加工方式为焊接。在结构件焊接生产过程中，受到图纸设计、焊接工艺参数、结构件坡口加工精度、焊接人员操作中的各种因素的影响，可能会产生各种焊接质量问题。如果忽视产品焊接质量，缺陷不仅会影响结构件美观，降低结构精度，使用的可靠性，降低结构件疲劳强度，可能造成极大的质量事故。因此，严把焊接质量关，杜绝焊接缺陷就成了煤机装备行业重要的质量控制课题。
1 常见的焊接缺陷
1.1 焊接外部缺陷
①焊缝尺寸不符合要求。焊缝高度、宽度超差，焊缝超高、过宽可能造成装配干涉，零部件装配不到位。焊缝高低差过大，易引起应力集中，焊缝过凹则会因焊缝工作截面减小而降低焊缝接头处强度（如图1、图2）。
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②焊接表面缺陷，主要为：焊接咬边、焊瘤、未焊透、表面气孔、表面裂纹等。咬边：在母材沿焊缝边缘低于母材的凹陷为咬边，较少焊接接头截面的有效工作面，可能会引起应力集中。焊瘤：在焊接过程中，过多熔化的金属流到焊缝附近工件上，形成小疙瘩状。对于焊瘤一般采取打磨处理办法，但焊缝中的焊瘤对焊缝处的承载能力影响较大，也会降低产品的疲劳强度。
1.2 焊接内部缺陷。
①气孔：在焊接过程中，保护气体或由于焊接反应产生的气体，在金属凝固时未逸出，而在焊缝内部或表面形成孔穴，气孔的存在降低焊缝有效工作截面，从而降低焊缝的强度与韧性，引起应力集中，焊缝致密性差，严重影响油箱、水箱等的密封性。 （如图3）
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②夹渣：在焊接过程中，因焊接产生的氧化物、硫化物等杂质残留在焊缝中，形成夹渣。因夹渣减少了焊缝工作截面，形成的化合物会降低焊缝强度与塑性，还会增加热裂纹倾向。
③未熔合是指在焊接时，焊接接头底层未完全熔合；未焊透是指焊缝与母材之间或多道焊缝之间局部未完全熔化结合，二种焊接缺陷均会减小焊接截面，严重影响焊接强度。（如图4）
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1.3 焊接裂纹
结构件在焊接过程中或焊接以后，在焊接应力和至脆因素的影响下，焊接接头区域内所出现的局部破裂叫裂纹。裂纹可能产生表面，也可能产生在内部。金属由液态凝固成固态结晶过程中产生的裂纹为热裂纹，因微观上裂纹沿金属晶界开裂，又称之为结晶裂纹。焊接完成冷却后出现的裂纹称为冷裂纹，因焊接接头处产生淬硬组织，或接头处氢分子聚集较多，致使接头处脆化，应力集中产生拉应力，因氢分子扩散需要时间，所以一般也称之为延迟裂纹或氢致裂纹。
2 焊接缺陷造成的主要危害
焊接残缺陷会造成焊接件疲劳强度下降，静载荷、动载荷强度下降，韧性降低，抗腐蚀性差。焊接缺陷造成的主要危害是焊接应力集中。焊接缺陷造成的应力集中主要原因为，焊接截面变化而引起局部压力改变，由于缺陷表现形式不同，造成的截面变化程度不同，对应力影响大小也各不相同。所以在焊接过程中和焊接后均会产生焊接应力，特别是较厚钢板的焊接，会产生较大的残余应力，从而导致热裂纹或冷裂纹。焊接接头形式不同也会造成不同程度的焊接应力集中。
①焊接变形是结构件焊接制造过程中最常见问题之一，由于焊接过程是一个受到电弧电压、电流、热传导、金属相变和力学性能改变，局部快速的加热到高温并随后快速冷却的非线性瞬间热传导过程，整个焊接件的温度变化急剧，焊缝周围母材热影响区的金相也随温度剧烈变化，其物理性能也随之改变。焊接变形不仅会降低结构件本身强度，还会导致结构件装配尺寸出现误差，影响产品质量，降低生产效率。
②降低产品疲劳强度，缩短产品使用寿命。由煤机产品结构件钢板厚度较厚，结构较为复杂，所选母材材质含碳量较高，要求承受的动、静载荷也较为复杂。焊缝应力集中，不仅造成焊缝处强度较低，同时对结构静载荷非脆性破坏影响较大，缩短产品使用寿命，降低产品可靠性。
③引发焊接件脆性断裂。煤机产品结构件焊接过程中，产生的结构应力较大，同时过热区和熔合区脆性和韧性都有所下降，焊接缺陷受到外力作用时同时产生内应力，极有可能引起结构件的突然断裂，造成安全事故。
3 焊接质量检验
对焊接接头进行必要的检验是保证焊接质量的重要措施。因此，工件焊完后应根据产品技术要求对焊缝进行相应的检验，凡不符合技术要求所允许的缺陷，需及时进行返修。焊接质量的检验包括外观检查、无损探伤和机械性能试验三个方面。这三者是互相补充的，而以无损探伤为主。
3.1 外观检验。①利用肉眼或放大镜对焊缝进行外观检查，可发现焊缝表面缺陷，如咬边、焊瘤、表面裂纹、气孔、夹渣及焊穿等。②利用专业测量仪器如焊接检验尺对焊缝的外形尺寸进行测量。
3.2 无损探伤。无损探伤是指在不损坏被测件前提下，借助仪器设备对焊缝质量进行检测，检测方法有超声报检测、渗透检测、磁粉检测、射线检测等。本文对煤炭机械焊缝常用的检测方法进行介绍。
①超声波检测，利用超声波探伤仪产生的震荡激励探头发射超声波，对工件焊缝进行测试，探头接收到反馈波后显示到仪器屏幕上，从而查看被检验焊缝是否有焊接缺陷。超声波无损检测是目前最常用的焊缝检测方法之一，其主要优点有：检测范围较大，缺陷定位准确，对检测人员和环境不造成伤害。
②渗透检测，包含着色探伤检测和荧光渗透检测，主要检测表面焊接缺陷，其主要原理为渗透液在毛细作用下，渗透至焊接表面，再施加显像剂，缺陷内的残留渗透剂又回渗到工件表面，从而显示出缺陷形态，不受焊接结构影响。但渗透检测相关检测参数并不明确，需要在累积中总结，对检验人员业务能力要求较高。
③磁粉检测，主要用于检测表面焊接裂纹缺陷的检测方法，工件被磁化后在被测试件上撒上磁粉或磁悬液，若存在表面焊接缺陷，磁粉粒子便会吸附于缺陷位置，通过磁痕来显示和判定缺陷位置、大小。检验结果相对直观可靠。
④X射线检测，主要通过X射线成像设备，获取焊接结构的数字成像图并输入计算机，由计算机对数字图像进行处理，通过对缺陷图像的提取，对焊接缺陷进行分析和判定。但X射线检测在实际应用中有一定局限性。
3.3 打压试验。对于油箱、水箱等要求密封性的结构件，进行打压试验，可根据自身条件选择水压试验或气压试验，以检查焊缝的密封性和承压能力。
4 结语
采煤机械工作环境较为恶劣，承受载荷较大，对结构件焊接要求也就较高，焊接缺陷会影响焊接结构强度，对产品使用寿命有显著影响，掌握焊接缺陷原理，避免焊接缺陷就成了采煤机械结构件生产主要课题之一。近年来，焊接检验手段也得到长足发展，提高焊接质量，借助先进仪器焊接缺陷也能得到有效控制。
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