焊接检验

焊接检验

焊接检验是保证焊接产品质量的重要措施。焊接检验应该坚持"以防为主，以治为辅"的原则。在焊前和焊接过程中，对影响焊接质量的因素进行认真检查，以减少和防止焊接缺陷的出现。焊后根据产品的技术要求，对焊缝进行质量检验，以确保焊接结构使用的安全可靠。

一、焊接检验的分类

焊接检验一般包括焊前检验、焊接过程中检验和成品的焊接质量检验，具体见表1—15。表1-15

二、常用的成品焊接质量检验方法 

1. 分类

成品焊接质量检验方法的分类如图 1—50 所示。

2. 非破坏性检验

非破坏性检验是指在不损坏被检验材料或成品的性能、完整性的条件下进行检测缺陷的方法，包括外观检验、致密性检验和无损探伤检验。

（1）外观检验 焊接接头的外观检验是以肉眼直接观察为主，一般可借助于焊接检验尺 （具体使用方法见第三单元课题1），必要时利用5～10 倍放大镜来检查。外观检验主要是为了发现焊接接头的表面缺陷，如焊缝的表面气孔、咬边、焊瘤、烧穿及焊接表面裂纹、焊缝尺寸偏差等。检验前，应将焊缝附近 10～20 mm 范围内的飞溅物和污物清除干净。

（2）致密性检验 致密性检验是检验焊接管道、盛器、密闭容器上焊缝是否存在不致密的缺陷，以便及时发现，进行排除并修复。常用的致密性检验方法有气密性试验、氨气试验、煤油试验、水压试验和气压试验。

1）气密性试验 在密闭容器中，通入远低于容器工作压力的压缩空气，并在焊缝外侧涂上肥皂水。如果焊接接头有穿透性缺陷，由于容器内外气体存在压力差，缺陷处的肥皂水会出现气泡。这种检验方法常用于受压容器接管加强圈的焊缝。

2）氨气试验 向被检容器通入含1%体积（在常压下的含量）氨气的混合气体，并在容器的外壁焊缝表面贴上一条比焊缝略宽且用5%的硝酸汞水溶液浸过的纸带。当混合气体加压至所需压力值时，如果焊接接头有不致密的地方，氨气就会泄漏在浸过硝酸汞溶液的试纸上，致使该部位呈现出黑色斑纹，从而确定缺陷部位。这种方法比较准确、快捷，同时可在低温下检查焊缝的致密性。氨气试验常用于检验某些管子或小型受压容器。

3）煤油试验 在焊缝表面（包括热影响区）涂上石灰水溶液，待干燥后在焊缝的另一面仔细地涂上煤油。由于煤油具有渗透性很强的特性，如果焊接接头存在贯穿性缺陷，煤油就能渗透到焊缝的另一侧，在涂有石灰水的带状白色表面上显露出油斑点或带条状油迹。为了精确地确定缺陷的大小和位置，检查工作要在涂煤油后立即开始，发现油斑应及时将缺陷标出，以免渗油痕迹渐渐散开而模糊不清。

煤油试验常用于不受压容器的对接焊缝，如敞开的容器，储存石油、汽油的固定式容器等。

4）水压试验 不仅用来检验焊接容器整体的致密性，同时也可用来检验焊缝的强度。水压试验主要用于高压容器的致密性检验。

试验时，将容器注满水，排尽空气，并用水压机向容器内加压，如图1—51所示。试验压力的大小视产品工作性质而定，一般为容器工作压力1.25～1.5倍。在升压过程中，应按规定逐渐上升，中间作短暂停压。当水压达到试验压力最高值后，应持续一定时间，一般为10～15min。然后，再将压力缓缓地降至容器的工作压力，并用0.4～0.5kg 的圆头小锤在距离焊缝15～20mm处，沿焊缝方向轻轻敲打，同时仔细检查焊缝。如果发现焊缝上有水珠、细水流或潮湿现象时应及时标注，待容器卸载后进行返修处理，直至产品水压试验合格为止。试验用水的温度应稍高于周围空气的温度，以防止容器外表凝结露水，影响检验。

5）气压试验气压试验也是检验在压力下工作的焊接容器和管道的焊缝致密性的试验。它是比水压试验更为准确和迅速的试验方法，同时检验后的产品不需进行排水处理。但是，气压试验比水压试验的危险性大。

试验时，先将气压加至产品技术条件的规定值。然后关闭进气阀。停止加压。用肥皂水涂在焊缝上，检查焊缝是否漏气，或检查工作压力表数值是否下降。如果两者均无反应，则该产品合格;否则，应该找出缺陷部位，待卸压后进行返修、补焊，直至再次检验合格后方能出厂。

气压试验具有一定的危险性，如果操作不当会出现非正常的爆炸，因此气压试验时必须遵守以下安全措施∶

①要在隔离场所进行试验。

②被检产品处在加压状态时，不得敲击、振动和修补缺陷。

③输送压缩空气到产品的管道时，要设置储气罐，并在其气体入口、出口处各装1 个开关阀门，并在输出端（即产品的输入口端）装上安全阀、工作压力计和监视压力计。

④当产品内的压力值达到所需的试验数值时，应关闭阀门停止加压。

⑤在低温下进行试验时，要采取防止产品冻结的措施。

（3）无损探伤检验无损探伤检验是非破坏性检验中的一类特殊的检验方式。它是利用渗透（荧光检验、着色检验）、磁粉、超声波、射线等检验方法来发现焊缝表面的细微缺陷及存在于焊缝内部的缺陷。目前，这类检验方法已广泛应用于重要的焊接结构的焊接质量检验中。

1）荧光检验 它是用来发现焊件表面缺陷的一种方法。检验的对象是不锈钢、铜、铝及镁合金等非磁性材料。

检验时，先将被检验的焊件预先浸在煤油和矿物油的混合液中数分钟。由于矿物油具有很好的渗透能力，能渗进极细微的裂纹，因此焊件表面干燥后，缺陷中仍残留有矿物油。接着，在焊缝上均匀撒上氧化镁粉末，并在暗室内用水银石英灯发出的紫外线照射焊缝。这时，残留在表面缺陷内的荧光粉（氧化镁粉）就会发光，显示缺陷的状况。荧光检验示意图1—52 所示。

2）着色检验 它 的检验原理与荧光检验相似，不同之处是用着色剂来取代荧光粉。

检验时、在擦净的焊缝表面均匀涂上1层流动性和渗透性良好的红色着色剂，使其渗透到焊血的缺陷内。然后，将焊缝表面擦净，再均匀涂上1 层白色显示液。白色显示液会从底层向上出红T色的条纹，显示出缺陷的位置和形状。

色检验的灵微度比荧光检验高，也更为方便。其灵敏度一般为 0.01 mm，深度为0.03～0.04 mm。

3）磁粉检验 它也是用来探测焊缝表面细微裂纹的一种检验方法。磁粉检验是利用在中铁他性材料表层缺陷产生的漏磁场吸附磁粉的现象来进行检验的。

验时，将焊缝两侧局部充磁，焊缝中便有磁力线通过。如果断面形状不同，或内部（近表层）有气孔、夹渣和裂纹等缺陷存在于焊缝中，则磁力线的分布就不均匀，会因各段磁阻不同产生弯曲，并绕过磁阻较大的缺陷。如果缺陷位于焊缝表面或接近表面，则阻碍磁力线通过。这样磁力线不但会在焊件内部弯曲，而且还会有一部分磁力线绕过缺陷而暴露在空气中，产生漏磁现象，如图1—53所示。这时，在焊缝表面撒上铁粉，由于缺陷处漏磁的作用，铁粉就会被吸附而聚集成与缺陷相近似的迹象，以此判断缺陷的位置、形状和大小。缺陷的显露和缺陷与磁力线的相对位置有关，其中与磁力线相垂直的缺陷最易显露。所以显露横向缺陷时，应使焊缝充磁后产生的磁力线沿焊缝的轴向（纵向）;显露纵向缺陷时，应使焊缝充磁后产生的磁力线与焊缝垂直。在实际检验时，必须对焊缝作交替的纵、横向充磁，如图1—54 所示。

磁粉检验适用于薄壁件或焊缝表面裂纹的检验，还能显露出一定深度和大小的未焊透、难于发现的气孔和夹渣，以及隐藏在深处的缺陷。磁粉检验有干法和湿法2 种。干法是当焊缝充磁后，在焊缝处撒上干燥的铁粉;湿法则是在充磁的焊缝表面涂上铁粉的悬浊液。

4）超声波检验 超声波检验用来探测大厚度焊件焊缝内部的缺陷。它利用超声波在金属内部直线传播过程中如果遇到2种介质的界面时会发生反射和折射的原理来检验焊缝中缺陷。

检验贵，超声波由焊件表面传入，并在焊件内部传播。超声波在遇到焊件表面、内部缺陷和焊件的底面时，均会反射回探头，由探头将超声波转变成电信号，并在示波器上出现3个脉冲信号;始脉冲（焊件表面反射波信号）、缺陷脉冲、底脉冲（焊件底面反射波信号），如图1—55a 所示。由缺陷脉冲与始脉冲及底脉冲间的距离，可知缺陷的深度，并由缺陷脉冲信号的高度来确定缺陷的大小。超声波检验的灵敏度高，操作灵活方便，但对缺陷性质的辨别能力差，且没有直观性。检验时要求焊件表面平滑光洁，并涂上一层油脂作为媒介。由于焊缝表面不平，不能用直探头来检验内部缺陷，故一般采用如图1—55b 所示的斜探头探伤，在焊缝两侧磨光面上对焊缝内部进行检测。图1—55b 所示为用斜探头探伤的原理图。由于其焊件底面反射波信号无法再反射到探头上，因此在示波器上只显示出始脉冲和缺陷脉冲。 

5）射线检验 射线检验是检验焊缝内部缺陷准确而可靠的方法之一，它可以显示出缺陷在焊缝内部的形状、位置和大小。一般只对重要结构的焊缝进行X射线和γ射线检验。这种检验由专业人员进行操作。

①射线检验的原理。图1—56 所示为X 射线与γy射线检验示意图。射线通过不同物质的时候，会不同程度地被吸收，其衰减程度不同，如果金属厚度、密度越大，射线强度衰减的程度就越大。因此，通过缺陷处和无缺陷处的射线的强度衰减有明显差异，使胶片上相应部位的感光程度不一样。因为缺陷吸收的射线小于金属材料所吸收的射线，所以通过缺陷处的射线对胶片感光较强，冲洗后的底片上缺陷处的颜色较深;无缺陷处的底片感光较弱，底片颜色较淡。通过观分析底片上影像的，便能发现焊缝内有无缺陷及缺陷的种类、大小与分布。

在射线检验之前，必须进行焊缝表面检查，表面上的不规则程度应不妨碍对底片上缺陷的辨认;否则，应加以整修。

②线检验结果的识别。焊工应具备一定的评定焊缝底片的知识，能够正确判定缺陷的种类和部位，以做好返修工作。

经射线照射后，在胶片上的一条淡色影像即是焊缝，在焊缝部位中显示的深色条纹或斑是焊接缺陷，其尺寸、形状与焊缝内部实际存在的缺陷相当。表1—16 所列为在胶片中显示的常见焊接缺陷的识别。

未焊透在胶片上是1条断续或连续的黑色直线。在Ⅰ形坡口对接焊缝中，未焊透的宽度常是较均匀的;V形坡口焊缝中未焊透在胶片上的位置多是偏离焊道中心，呈断续的线状，即使是连续的也不太长，宽度不一致，黑度也不均匀;V、X形坡口双面焊缝中，底部或中部未焊透在胶片上呈黑色较规则的线状;角焊缝中，未焊透呈断续线状。

气孔在胶片上多呈圆形或椭圆形黑点。其黑度一般是中心处较深而均匀地向边缘变浅。黑点分布不一致，有密集的，也有单个的。

裂纹在胶片上一般呈略带曲折的黑色细条纹，有时也呈现直线细纹。轮廓较为分明，两端较为尖细，中部稍宽，有分支的现象较少见，两端黑度逐渐变浅，最后消失。

夹渣在胶片上呈不同形状的点状或条状。点状夹渣一般为单独黑点，黑度均匀，外形不太规则，带有棱角;条状夹渣呈宽而短的粗线条状;长条状夹渣的线条较宽，但宽度不一致。

③射线探伤等级评定。国家标准《金属熔化焊焊接接头射线照相》（GB/T 3323—2005）规定，按缺陷的性质和数量，焊接接头质量分为4 个等级。

Ⅰ 级焊接接头∶ 应无裂纹、未熔合、未焊透和条形缺陷。Ⅱ级焊接接头∶ 应无裂纹、未熔合和未焊透。

Ⅲ级焊接接头∶ 应无裂纹、未熔合以及双面焊和加垫板的单面焊中的未焊透。Ⅳ焊接接头∶ 焊接接头中缺陷超过Ⅲ级者为Ⅳ级。

在国标中，将长宽比小于等于3 的缺陷（包括气孔、夹渣、夹钨）定义为圆形缺陷。然后，根据所焊母材厚度将缺陷大小换算成缺陷点数，并将缺陷最严重的部位作为评定区域，以缺陷点数、母材厚度和评定区的尺寸查表来确定焊缝质量等级。将缺陷长宽比大于3的夹渣定义为条状夹渣，并规定了单个条状夹渣的长度、间距及夹渣总长所对应的焊缝质量等级。

3.破坏性检验

破坏性检验是从焊件或试件上切取试样，或以产品（或模拟体）的整体破坏做试验，以检查其力学性能、抗腐蚀性能等的检验方法。本课题主要介绍力学性能检验、金相检验、化学分析及试验。

（1）力学性能检验 力学性能检验用于对焊接接头的试验，一般是对焊接试（样）板进行拉伸、弯曲、冲击，以及硬度和疲劳强度等试验。焊接试（样）板的材料、坡口形式、焊接工艺等应与产品的实际情况相同。从样板上截取试样的位置如图1—57 所示。

1）拉伸试验 试验目的是测定焊接接头或熔敷金属的抗拉强度、屈服点、伸长率和断面收缩率等力学指标。在拉伸试验时，还可以发现试样断口中的某些焊接缺陷。拉伸试样一般有板状试样、圆形试样和整管试样3 种，如图1—58 所示。

常温拉伸试验的合格标准为;焊接接头的抗拉强度不低于母材抗拉强度规定值的下限，接头抗拉强度规定值为下限较低一侧的母材的抗拉强度。高温拉伸试验的合格标接头的抗拉强度和屈服点不低于试验温度下母材规定值的下限。

全焊缝金属拉伸试验的合格标准为∶

①抗拉强度。焊缝金属的抗拉强度不低于母材规定值的下限。如果母材抗拉强度规定值下大于490 N/mm²，并且焊缝金属的屈服点高于母材规定值的下限，则允许焊缝金属抗拉强度比母材抗拉强度规定值的下限低19.6 N/mm²。

②伸长率。焊缝金属的伸长率不小于母材规定值的80%。

弯曲试验 弯曲试验也叫冷弯试验，是测定焊接接头弯曲时的塑性的一种试验方也是检验表面质量的一种方法。试验时以一定形状和尺寸的试样，在室温条件下被弯曲到出现第一条大于规定尺寸的裂纹时的弯曲角度作为评定标准。弯曲试验还可以反映出焊接接头各区域的塑性差别和熔合区的熔合质量，及暴露的焊接缺陷。弯曲试验分正弯、背弯和侧弯3种。

①正弯。试样弯曲后，其正面成为弯曲后的拉伸面叫正弯。正弯可考核焊缝的塑性、正面焊缝和母材交界处熔合区的结合质量。

②背弯。试样弯曲后，其背面成为弯曲后的拉伸面叫背弯。背弯可考核单面焊缝（如管子对接、小直径容器纵缝和环缝）的根部质量。

③侧弯。试样弯曲后，其一个侧面成为弯曲后的拉伸面叫侧弯。侧弯能考核焊层与母材之间的结合强度、堆焊衬里的过渡层、双金属焊接接头过渡层及异种钢接头的脆性、多层焊时的层间缺陷（如层间夹渣、裂纹、气孔）等。

弯曲试验的试样可分为平板和管子2 种形式。弯曲试验的示意图如图1—59 所示。

弯曲试验的试样评定用弯曲角度来度量，各种金属材料焊接接头弯曲试验的合格标准见表1-17。

当弯曲到规定角度后，焊缝拉伸面沿试样宽度方向上所允许出现的裂纹或缺陷不大于1.5mm，沿试样长度方向上为不大于3 mm，试样四棱开裂不计，但确因夹渣或其他焊接缺陷引起的试样棱角开裂的长度应计入评定。

考察焊工的焊接技能水平的关键一项就是对试件进行弯曲试验。因为焊接操作时产生的缺陷都将直接影响焊接接头的弯曲角度值。而拉伸、冲击、硬度试验值主要取决于所用焊接材料及工艺，受焊工的焊接技能水平影响较小。

3）硬度试验 试验目的是测定焊接接头各个部分的硬度，以便了解区域偏析和近缝区的淬硬倾向。常见的硬度为布氏硬度（HB）和洛氏硬度（HR）。硬度实验的评定方法根据给定的技术文件和材料允许硬度范围进行。

4）冲击试验 试验目的是测定焊缝金属或焊件热影响区在受冲击载荷时抵抗断裂的能力（韧性），以及脆性转变的温度。冲击试验通常是在一定温度下（如0℃、-20℃、-40℃等），把有缺口的冲击试样放在试验机上测定。试样缺口部位根据试验要求确定，既可以开在焊缝上，也可以开在热影响区内。图1—60 所示为焊接接头的冲击试样。

常温冲击试验的合格标准为;每个部位3个试样冲击功的算术平均值不低于表1—18中的规定值，低于规定值但不低于规定值70%的试样数量不多于1个。异种钢焊接接头按抗拉强度较低一侧母材的冲击功规定值。

5）断裂韧性试验 通过对具有裂纹的试样进行试验，测定材料抵抗裂纹开裂和扩展能力的试验方法。

6）疲劳试验 用来测定焊接接头在交变载荷作用下的强度。常以在一定交变载荷作用下断裂时的应力和循环次数表示。

（2）金相检验 金相检验的主要内容是∶检查焊缝的中心、过热区，及淬火区的金相组织;检查焊缝金属树枝状偏析、层状偏析和区域偏析;检查不同组织特征区域的组织结构;检查异类接头熔合线两侧组织和性能的变化;检查不锈钢焊缝中铁素体的含量。

1）宏观金相试验

①宏观分析（低倍分析）。试样的焊缝表面保持原状，而将横断面加工至Ra3.2 ～Ra1.6μm，经过酸液腐蚀后再进行观察。用肉眼或借助低倍放大镜直接进行观察。

以管件的焊接接头为例介绍。管件金相试样应沿试件的长度方向切取，管接头试样应沿试件纵向切取并通过试件的中心线。试样应包括焊缝金属、热影响区和母材金属。管板试件应符合下列要求∶没有裂纹和未熔合;骑座式管板试件未焊透的深度不大于15%δ（氩弧焊打底的试件不允许未焊透）;插入式管板试件在接头根部熔深不小于0.5 mm;气孔或夹渣的最大尺寸不超过1.5mm，且大于0.5mm小于1.5mm 的数量不多于1个，当只有小于或等于0.5mm 的气孔或夹渣时，其数量不多于3个。

②断口分析。断口分析的内容包括断口组成、裂源及扩展方向、断裂性质等。焊缝断口的检查方法简单、迅速、易行，不需要特殊仪器、设备，因此生产中和安装工地现场都广泛地采用。

检查时，为保证焊缝纵剖面处断开，可先在焊缝表面沿焊波方向加工 1 个断面形状为30°的V形沟槽，槽深约为焊缝厚度的1/3，然后用拉刀机或锤子将试样折断。在折断面上用肉眼或5～10 倍放大镜观察焊缝金属的内部缺陷，如气孔、夹渣、未焊透和裂缝等。还可判断断口是韧性破坏还是脆性破坏。注意折断时切忌反复弯折韧性断口，因为断裂前产生的塑性变形歪曲缺陷的真实情况。当断口位于母材时试验无效，应重新取样试验。

③钻孔检验。对焊缝进行局部钻孔，可检查焊缝内部的气孔、裂纹、夹渣等缺陷。在不便用其他方法检验的产品部位，才采用钻孔检验。

2）微观金相检验 微观金相检验借助显微镜来观察焊接接头各区域的显微组织、偏析、缺陷，以及析出相的种类、性质、形态、大小、数量等，为研究焊缝质量与焊接材料、工艺方法和工艺参数等的关系提供依据。微观金相检验还可以用更先进的设备（如电子显微镜、X射线衍射仪、电子探针等）分别对组织形态、析出相和夹杂物进行分析。微观试样可从宏观试样上切取。试件合格的规定如下∶焊缝金属和热影响区内不得有淬硬性马氏体组织;焊缝金属和热影响区内不得有裂纹和过烧组织。

（3）化学分析及试验

1）腐蚀试验 焊缝和焊接接头的腐蚀破坏形式有总体腐蚀、晶间腐蚀、刀状腐蚀、点腐蚀、应力腐蚀、海水腐蚀、气体腐蚀和腐蚀疲劳等。腐蚀试验的目的是确定在给定条件下金属抗腐蚀的能力，估计产品的使用寿命，分析腐蚀的原因，找出防止或延缓腐蚀的措施。腐蚀试验的具体方法根据产品对耐腐蚀性能的要求而定。常用的方法有不锈钢晶间腐蚀试验、应力腐蚀试验、腐蚀疲劳试验、大气腐蚀试验、高温腐蚀试验。

2）化学分析 焊缝的化学分析是检查焊缝金属的化学成分。化学分析的试样从焊缝金属或堆焊层上取得。一般常规分析需试样50～60 g。经常被分析的元素有碳、锰、硅、硫和磷等。如果对一些合金钢或不锈钢中含有的镍、铬、钛、钒、铜进行分析，则要多取一些试样。