焊接检验概述
焊接检验概述
焊接检验是对焊接工艺的验证过程，贯穿于整个焊接生产过程中。在不同阶段，焊接检验的目的也各不相同。焊前检验主要是检查技术文件是否完整齐全，原材料的质量是否可靠，焊接设备和焊工的资格是否符合要求，对预防焊接缺陷的产生具有重要意义。焊接过程中的焊接检验，主要是对焊接工艺的执行进行检查，可以防止焊接缺陷的产生，若出现焊接缺陷，也可以及时分析缺陷产生的原因，采取一定的纠错方案，保证工件在制造过程中的质量。焊后检验是为了保证所焊接的焊缝各项性能指标完全满足工件的设计要求。因此焊接检验是保证焊接结构获得可靠的质量的重要手段之一。
一、焊接检验的分类
在特种设备制造过程中，焊接检验应根据焊接生产的特点，严格按照相关的法律、法规、设计图样、技术标准和检验文件规定的要求进行检验。
图样规定了材料、焊缝位置、坡口形状和尺寸及焊缝的检验要求。而技术标准规定了焊缝的质量评定方法和要求。工艺规程、质量检验计划具体规定了检验方法和检验程序，还包括检查工程中的检验记录、不良品处理单、更改通知单，如图样更改、工艺更改、材料代用、追加或改变检验要求等所使用的书面通知。订货合同包括了用户对产品焊接质量的要求，也应作为图样和技术文件的补充规定。
常用的焊接检验方法分非破坏性检验和破坏性检验两大类。破坏性检验包括力学性能、化学分析、金相和焊接性试验;非破坏性检验包括外观检验、无损检验、耐压试验和泄漏试验等项目，其详细分类见表6-1。
二、焊接接头的破坏性检验
（一）焊接接头力学性能试验
1.焊接接头拉伸试验
焊接接头的拉伸试验一般都采用横向试样。当焊缝金属的强度超过母材金属，缩颈和破坏会发生在母材金属区。若焊缝金属强度远低于母材，塑性应变集中在焊缝内发生，在这种情况下，局部应变测得的断后伸长率将比正常标距低。所以横向焊接接头拉伸试验只可以评定接头的抗拉强度Rm（MPa），不能评定接头的屈服强度和断后伸长率。焊接接头的拉伸试验还可发现断口处有无气孔、裂纹、夹渣或其他焊接缺陷。
焊接接头的拉伸试验应按 GB/T2651-2008《焊接接头拉伸试验方法》的规定进行。接头拉伸试样的形状有板状试样、整管试样和圆形试样三种，应根据试验要求予以选用。
2.焊缝及熔敷金属拉伸试验
试样应从焊缝及熔敷金属上纵向截取。加工完成后，试样的平行长度应全部由焊缝金属组成。通过试验可获得焊缝金属抗拉强度Rm（MPa）、屈服强度Rm（MPa）、断后伸长率A（%）和断面收缩率Z（%）。此外，在断口处可检查有无气孔、裂纹、夹渣或其他焊接缺陷。
焊缝及熔敷金属拉伸试验应按 GB/T 2652-2008《焊缝及熔敷金属拉伸试验方法》的规定进行。
3.焊接接头弯曲及压扁试验
焊接接头弯曲及压扁试验是对焊接接头进行横向正弯及背弯、横向侧弯、纵向正弯及背弯、管材压扁等试验，从而确定接头拉伸面上的塑性和缺陷。焊接接头弯曲及压扁试验按照GB/T 2653《焊接接头弯曲试验方法》的规定进行。
焊接接头正弯是指受拉面是焊缝正面的弯曲;背弯是指受拉面是焊缝背面的弯曲，主要是检验焊缝根部的焊接质量;而侧弯是指受拉面是焊缝纵剖面的弯曲，检验焊缝与母材间的结合强度，以及多层焊时的层间缺陷。
4.焊接接头冲击试验
将规定几何形状的缺口试样置于试验机两支座之间，缺口背向打击面放置，用摆锤一次打击试样，测定试样的吸收能量。可以测定焊缝、熔合线、热影响区和母材在突加载荷作用时对缺口的敏感性、冲击吸收能量K（J）。
焊接接头冲击试验按 GB/T 2650—2008《焊接接头冲击试验方法》进行。
5.焊接接头及堆焊金属硬度试验法
硬度是指焊接接头抵抗局部变形或表面损伤的能力。由于硬度和强度有一定的关系，可以通过测定焊缝和热影响区的硬度，间接估算材料的强度，并比较焊接接头各个区域的性能差别和热影响区的淬硬倾向。
焊接接头的硬度试验一般在接头的横截面上测定，按照GB/T 2654—2008《焊接接头硬度试验方法》进行。
（二）化学分析
焊缝的化学分析试验用来检查焊缝金属的化学成分。分析的元素有碳、锰、硅、硫、磷等五大元素，对于一些合金结构钢和不锈钢焊缝，还需分析相应的合金元素如铬、镍、钼、钒、铝、铜等。必要时还需分析焊缝中氢、氧、氮的含量。
（三）金相检验
金相检验主要是检验焊缝金属及热影响区组织、晶粒度的变化和观察各种缺陷，从而对焊接材料、工艺方法和焊接参数作出相应的评价。
金相试验分为宏观金相试验和微观金相试验两大类。
（1）宏观金相检验 用低倍放大镜或目视检查焊缝一次结晶组织的粗细程度、熔池形状、尺寸以及各种焊接缺陷等。一般是在试板上截取横断面试样进行酸浸试验。
（2）微观金相检验 微观金相检验是在小于2000倍的光学（或电子）显微镜下进行金相分析，以确定焊缝金属中的显微缺陷和金相组织。
三、焊接接头的非破坏性检验
有些产品的检验是带有破坏性的，就是产品检查以后本身不复存在或被破坏得不能再使用了。因此破坏性检验只能采用抽检形式。
而非破坏性检验是指检验时，产品不受破坏，对产品质量不发生实质性影响的检验。包括外观检验、无损检测、耐压试验和泄漏试验等。
（一）外观检验
外观检验是一种常用的检验方法，以肉眼观察为主，必要时借助放大镜、量具和样板进行焊缝外观形状尺寸和表面质量的检验。焊缝外观尺寸主要用焊缝检验尺来进行检验。焊缝检验尺形状如图6-10所示。
焊缝检验尺主要由主尺、高度尺、咬边深度尺和多用尺四个零件组成。用来检测焊缝的各种坡 口角 度、高度、宽度、间隙 和咬边深度。
1.焊缝余高的测量
首先把咬边深度尺对准零位，并紧固螺钉，然后滑动高度尺与焊点接触，高度尺的示值，即为焊缝余高，如图6-11所示。
2.焊脚高度的测量
用尺的工作面紧靠工件和焊点，并滑动高
度尺与工件的另一边接触，看高度尺示值，即为角焊缝焊脚高度，如图6-12所示。
3.角焊缝厚度的测量
首先把主体的工作面与工件靠紧，并滑动高度尺与焊点接触，高度尺所示值为焊缝厚度，如图6-13所示。
4.咬边深度的测量
首先把高度尺对准零位，并拧紧螺钉，然后使用咬边尺测量咬边深度，看咬边尺指示值，即为咬边深度，如图6-14所示。
5.焊缝宽度的测量
先用主体尺测量角靠紧焊缝的一边，然后旋转多用尺测量角靠紧焊缝的另一边，看多用尺的指示值，即为焊缝宽度，如图6-15所示。
6.装配间隙的测量
用多用尺插入两工件之间，看多用尺上间隙尺指示值，即为间隙值，如图6-16所示。
7.坡口角度的测量
首先用主尺紧贴工件表面，多用尺贴合坡口面，看主尺工作面和多用尺工作面所形成的角度，并记下多用尺指示线所指示的值，坡口角度为180°减去指示值如图6-17所示。
8.错边的测量
将主尺与一边母材对齐，滑动高度尺与另一母材对齐，高度尺上所示的指示值就是错边的值，如图6-18所示。
（二）无损检测
焊接接头的无损检测是保证产品焊接质量的最重要手段之一。在特种设备的制造领域，磁粉检测、渗透检测、超声波检测和射线检测等检测方法应用得非常普遍。磁粉检测、渗透检测为表面检测方法，检查工件表面以及近表面区域的缺陷;超声波检测、射线检测则能很好地检测出工件内部的缺陷。
1.射线检测（RT）
（1）原理 射线在穿透工件的过程中，因为物质的吸收和散射使其强度减弱。强度减弱的程度取决于工件的衰减系数和穿透厚度。如果在工件中有缺陷，由于缺陷与工件的衰减系数是不同的，因而穿过缺陷的部位和完好部位的透射射线的强度就会不同，在胶片上发生感光作用的程度也就不同，经过暗室处理后，底片上相应部位就会出现黑度差异。从而对缺陷作出定性和定量的评价。根据射线源种类的不同，可分为X射线检测、γ射线检测和高能射线检测等。
（2）应用范围 射线检测主要用于检查内部的体积缺陷，如气孔、疏松、夹杂等。在射线与缺陷呈平行方向照射时可以发现裂纹、未焊透、未熔合等缺陷，基本上可以确定缺陷的性质、位置、大小、形状和分布情况，检测结果可长期保存。
射线检测所能检测缺陷的高度尺寸与透照厚度有关，可以达到透照厚度的1%;所能检出的长度尺寸为毫米数量级;宽度尺寸为0.1mm数量级，甚至更小。
射线检测几乎不存在检测厚度下限，检测厚度上限受射线能量的限制。420kV的X射线机能穿透80mm厚度的钢，Co60γ射线能穿透厚度为150mm 的钢。而更大的厚度需要高能射线检测（直线加速器），最大能穿透400mm厚的钢。
2.超声检测（UT）
（1）原理 超声检测是利用材料本身或内部缺陷的声学性质使超声波传播的方向或特征发生改变，被检测设备接收并分析和评估缺陷的位置、大小、形状分布情况。最常用的方法为脉冲反射法。
（2）应用范围 超声检测适用干金属、非金属和复合材料等多种制件。由于超声波穿透能力特别强，因而检测厚度可达到几米。超声波遇到界面会发生反射的现象，所以对那些与超声波声束方向垂直的面积性缺陷检出率较高。超声波常用来检测钢制对接接头（包括管座角焊缝、T 形焊接接头、支撑件和结构件）和堆焊层等工件。
3.渗透检测（PT）
（1）原理 渗透检测的原理简单说就是将一种含有着色染料或荧光染料的液体渗透液涂敷在被检查的工件表面上，在毛细作用下，经过一定时间，渗透液会渗入到表面开口的缺陷中去;去除表面多余的渗透液，经干燥显像后，同样在毛细作用下，显像剂将吸引缺陷中的渗透剂;在一定的光源下（黑光或白光），缺陷处的渗透剂痕迹被显示，从而探测出缺陷的形貌及分布状态。
按渗透剂种类的不同，可分为荧光渗透检测和着色渗透检测;按显像剂分类的不同，又可分为干式显像法、湿式显像法和无显像剂显像法。
（2）应用范围 渗透检测是一种简便易行的检测方法。主要用于材料表面裂纹、针孔等开口缺陷的检查。无论是铁磁性材料还是非铁磁性材料，表面检查都可用这种方法，该方法能够弥补磁粉检测的不足。在不锈钢、镍基合金以及钛、铝、铜等材料表面检查方面，渗透检测应用得也非常广泛。
4.磁粉检测（MT）
（1）原理 铁磁性材料工件被磁化后，由于不连续性的存在，使工件表面和近表面的磁感应线发生局部畸变而产生漏磁场，吸附施加在工件表面的磁粉，在合适的光照下形成目视可见的磁痕，从而显示出不连续性的位置、大小、形状和严重程度。
（2）应用范围 磁粉检测只适用于铁磁性材料表面和近表面尺寸很小、间隙很窄（可检出长0.1mm、宽为微米级的裂纹）和目视难以看出的缺陷。与渗透检测相比，磁粉检测可以检测出近表面较深处存在的缺陷（直流便携式能检出7mm 深的缺陷）。磁粉检测设备有固定式磁粉探伤机、移动式磁粉探伤机、便携式磁粉探伤机。固定式磁粉探伤机的尺寸和重量都比较大，安装在固定场合，主要用于中小型工件和需要较大磁化电流的可移动工件;移动式磁粉检测机置于小车上便于移动，主要用来检查小型工件和不易搬动的大型工件;便携式磁粉探伤机体积小、重量轻、易于搬动，适用于高空、野外等现场的磁粉检测及焊缝的局部检测。
（三）耐压试验和泄漏试验
1.耐压试验
耐压试验的目的是检验部件的强度和严密性。在试验过程中，通过观察部件有无明显变形和破裂，来验证设备是否具有设计压力下安全运行所必需的承压能力。同时观察焊缝和法兰等连接处有无渗漏，来检验设备的严密性。
耐压试验的试验压力要比最高工作压力还高，由于相同体积、相同压力的气体爆炸时所释放的能量要比液体大得多，为减轻设备在耐压试验时发生破裂所造成的危害，所以试验介质常选用液体。因为水的来源比较方便，具有做耐压试验所需的各种性能、因而常用水做耐压试验的介质，故也称为水压试验。
（1）水压试验 水压试验可以检验焊缝的密封性和受压元件的强度。当环境温度低于5℃时，必须人工加温维持水温在5℃以上方可进行水压试验。水质应当符合设计图样和相关标准的要求，试验合格后应当立即将水渍去除干净。
试验时，容器内灌满水，彻底排除空气，用水压机造成一附加静水压力，压力的大小可按产品的工作性质而定，一般为设计压力或最高允许工作压力（对在用设备为工作压力）的1.25～1.5倍。试验压力应按规定逐级上升，在试验压力下持续一定时间以后，再将压力降至设计压力后仔细检查焊缝，应无渗漏、可见的变形且在试验过程中无异常的响声，说明水压试验合格。否则应返修处理。
受压元件的水压试验应在无损检测和热处理后进行。
（2）气压试验 所有压力容器和压力管道开车前都要试压，一般均采用水压试验，只有当设备或管道过大，或由于结构或支撑等其他原因，不能向设备内充灌液体，以及运行条件不允许残留试验液体时，才会采用气压试验。
《固定式压力容器安全技术监察规程》中规定，试验压力一般为设计压力或最高允许工作压
力（对在用设备为工作压力）的1.10倍。试验压力只能用很低的压力来检查焊缝的密封性，绝不能用来检验受压元件的强度。这种试验由于升压迅速，有发生爆炸的可能性，是很不安全的，必须遵守相应的安全技术措施，避免发生事故。
试验所用气体应当为干燥洁净的空气、氮气或者其他惰性气体。气压试验的程序一般应当先
缓慢升压至规定试验压力的10%，保压足够时间，并且对所有焊缝和连接部位进行初次检查如无泄漏可继续升压到规定试验压力的50%;如无异常现象，其后按照规定试验压力的10%逐级升压，直到试验压力，并保持足够时间;然后降至设计压力，保压足够时间进行检查，检查期间压力应当保持不变，不能采用连续加压的方法来维持压力不变，且不能带压紧固螺栓或向受压元件施加外力。
气压试验的结果确认∶对压力容器而言，在试验过程中，无异常响声，经过肥皂液或者其他检漏液检查，无漏气、无可见的变形即为合格。
2.泄漏试验.
耐压试验合格后，对于介质毒性程度为极度、高度危害或设计上不允许有微量泄漏的压力容器，应当进行泄漏试验。
泄漏试验按试验介质的不同，分为气密性试验以及氨检漏试验、卤素检漏试验和氦检漏试验。
（1）气密性试验 试验压力为设备的设计压力，保压足够时间经检查无泄漏为合格。
（2）氨检漏试验 根据设计图样要求，可采用氨-空气法、氨-氮气法、100%氨气法等氨检漏方法。
（3）卤素检漏试验 卤素检漏试验时，容器内的真空度要求、采用的卤素气体种类、试验压力、保压时间以及试验操作程序，按照设计图样的要求进行。
（4）氦检漏试验 氦检漏试验时，容器内的真空度要求、氦气浓度、试验压力、保压时间以及试验操作程序，按照设计图样的要求进行。
通过以上各种非破坏性试验，能够有效检测设备的制造质量，特别是焊缝的焊接质量，保证设备的有效运行。