焊缝、铸件缺陷及伪缺陷在X射线底片上影像特征的分析

焊缝、铸件缺陷及伪缺陷在X射线底

片上影像特征的分析樊星明.单个气孔（分散气孔）1.特征和分布状态单个气孔缺陷在焊接内部多呈单一状态均匀分布，在焊缝上部，气孔体积不大，呈球状或椭圆形，表面光滑。X射线检测单个气孔与X射线底片上能清晰地显示出气孔的球状，椭圆状轮廓，由于经常采用射线方向与焊缝纵向垂直的透照方法，我们在底片上看到的都是气孔的正投影图象，所以，在X射线底片上都不能反映单个气孔缺陷在焊缝横向所处位置，即不能说明单个气孔是在焊缝的上部、中部或下部。形成原因A焊接前未将焊缝坡口处金属上的铁锈、油污和油漆等清理干净。B电焊条潮湿，水分在电弧高温作用下分解成氢气和氧气等气体，溶解于液态金属中，此时若焊缝中液态金属凝固过快，熔解气休不能及时自焊缝中逸出。C由于电弧加热母材温度不够高，焊接速度又过快等不合理工艺因素影响。二链式气孔缺陷1.特征与分布状态链式乞孔在焊缝中呈一直线分布，气孔边沿相互衔接，状如链条，链的中心与焊缝轴线平行。在埋弧焊中带出现在母材与焊缝之间。在单面对接焊缝中常出现在焊接底部，链式乞孔缺陷很容易和未焊透缺陷混淆。为了与未焊透缺陷区别，链状乞孔又称细线气孔。在焊缝边沿的纵剖面上可以看到链状气孔，在母材与焊缝分界面上呈链环状影像。在焊缝横剖面上链状气孔是呈单个分布，并有一定距离。链状气孔之所以有以上所述的分布状态是由于母材与焊缝边界处冷却速度大，液态金属在此处受母材激冷，首先在此处凝固。而氢气泡在固相表面上形成时消耗的功又小，因此氢气在熔池中析出即在此处元集形成气泡，来不及逸出。X射线检测链式气孔缺陷在X射线底片上能清晰地显示出来，有的链环状分布，连续长度有30mm以上有的则呈断链状。一段一段分布在焊缝与母材边沿部位底片上呈暗色图像，在链的边沿可清楚扯到气孔圆形轮廓。形成原因主要是由氢引起的，氢来源于潮湿的助熔剂和没有充分干燥的焊条涂料中的水分。焊条地程中在电弧高温作用下水被分解成氢和氧。氧与合金元素结合形成氧化物，同时降低了氢在金属液中的溶解度，因此在焊接过程中，熔池内的液态金属常有饱和氢气。当焊接熔池温度降低时，氧立即开始从熔池析出，由于焊缝冷却速度很大，氢气泡来不及逸出成带滞留于焊缝内。密集气孔特征和分布状态气孔呈群状密集分布在焊缝中心部位，其单个体积大小不一，常发生在焊缝的起点和电弧中断处。X射线检测由于焊缝内存在密集气孔缺陷部位比没有气孔缺陷的部位透过的X射线剂量大，致使底片呈现不同感光度。因此在X射线底片上能够发现密集型气孔所形成套环状暗斑。形成原因焊接过程中产生电弧的电流电压不稳定电焊条内含碳旱过高焊药熔剂潮湿电弧过长改变焊接方式气体保护焊，气体纯度不够焊接中风速超过，氩焊2m/s，电焊8m/s风带连接处漏柱状和斜状气孔缺陷特征和分布焊缝内柱状和斜状气孔缺陷具有方向性，常分布在焊缝的中间部位，一般来说它们大都与焊缝的顶面垂直，有的还裸露在焊缝顶面，严重的能贯穿整个焊缝的纵断面。X射线检测焊缝内部的柱孔斜孔缺陷，能在X射线底片上清晰地显示出来，在垂直焊缝中心透照时，底片上的柱孔，针孔图像呈一多角形的暗色斑点，即图像显示黑色的尖角，而球状气孔在底片上的图像则呈圆形没有尖角，圆心黑度较深，向外逐渐减弱。以此可区别缺陷是球状气孔或是柱状，针状气孔。3.形成原因采用大电流强度的焊接过程中，由于高温作用大量氮气分子在电弧中分解成氮原子，使得氮原子在熔滴阶段就被液态金属吸收。熔滴与熔池之间因熔渣保护不良，致使熔池液态金属与空气的直接接触，从而使熔池内的金属吸收大量的氮气。当焊缝凝固时由于熔解度降低大量的氮气，又从金属内释放出来，形成内部应力不断增大，氮气泡，气泡在金属不断析出气体的压力作用下强力向焊缝顶部排出，若此时焊缝已开始凝固并生成柱状品，氮气泡被拘束形成。冷缩孔缺陷特征及分布冷缩孔是单向焊双面成形，打底焊常见缺陷之一，常分布在焊缝收弧中间部位。X射线检测在X射线底片上呈黑度较浅椭圆形状暗色斑痕。形成原因焊接电流过大时，熔池较深，熔池冷却速度慢，介入到熔池内部的气体在排出过程中易产生。收弧时，若突然中断焊接，熔池未被液态金属充分填满，使熔池中心与边缘产生较大的温差，在表面张力和冷却时收缩力的共同作用，在熔池中心出现。深气孔状态及分布深气孔缺陷黑度较大，气孔直径较小，填充层产生，往往在焊缝中间较多，盖面层产生在焊缝边沿位置上。X射线检测深气孔缺陷在X射线底片上呈球状形轮廓显清晰可见，其黑度超过母材黑度。形成原因同单个气孔金属夹杂物缺陷1.特征及分布金属夹杂物的形状比较复杂，有多角形，球形，椭圆形和花瓣形。常存在于焊缝的底部和中间部位，有时亦出现在母材与焊缝的结合部位，手工电弧焊的金属杂物的直径一般在1-3mm范围内。2.X射线检测由金属飞溅液滴所形成的金属夹杂物表面只有一层薄薄的氧化膜，其内部金属基本上与焊缝金属相同。因此一般X射线底片上不能显示出它的图像。采用大能量高灵敏度X射线机，对其底片细微处理后，在底片上可显示暗环色的球状。或多角形图像，环内亮度与焊缝本体的亮度相似。3.形成原因焊接过程中产生的熔融金属飞溅液滴在飞溅中表明被氧化，并迅速冷凝成固体。当它再落入熔池或将要焊接的部位，熔池的温度又不足以将其熔化时形成。非金属夹杂物缺陷1、特征及分布焊缝内非金属夹杂物外形无一定规律，表明凸凹不平，常见有三角形、菱形、长条形，焊缝内非金属夹杂物的尺寸大小不一，大者3-5毫米甚至10-20毫米，由于它比较轻因此多在于焊缝的上部和焊接金属与母材之间在多层焊的原因焊缝中也出现在各层焊缝之间，则不规则的团块状。2、 X射线检测X射线检测非金属夹杂物缺陷是有较高的灵敏度，这是由于焊缝内非金属夹杂物缺陷的成分大多是由密度小的焊药碎块及氧化物焊缝组成，而体积相对比较大，它对X射线及吸收量远低于金属本体的吸收量，所以在X射线底片上有夹杂物的缺陷部位感光程度就比没有缺陷的焊缝其它部位大的多，因此一般X射线底片上能够清晰显示缺陷的暗色图像。由于种种原因影响，其原质和密度也不可能一致，因此在图像上各处的密度也不一样，一般说来缺陷原意大密度小的部位图像颜色较暗反之图像较亮。3、 形成原因A焊接前没将焊接边沿的氧化皮及其污垢清理干净。B点定位焊没有将焊渣及时充分清除C多层焊时未将上一层焊渣清除干净D焊接工艺规范不正确E焊接技术不熟练致使焊药碎块掉到融池形成不易融化的非金属粘稠物高或破碎的焊药块滞留与焊缝中遗传性夹杂物1、特征及分布由于焊缝内出现的遗传性夹杂物是嵌在母材边沿头部暴露或隐藏在边沿内部原始夹杂物当进行焊接时母材边沿融化夹杂物亦被融化变形，低熔点夹杂物和熔池内的液态金属混合一起冷却成团絮分布与焊缝和母材交接处，长条形夹杂物其中一头任嵌在母材中，搞熔点夹杂物常被电弧击成块状和熔池内液态金属混杂在一起。冷却后成弥散状分布与焊缝和母材的边沿部位。遗传性夹杂物的大小与母材内夹杂物的性质，体积有直接关系一般来说焊缝内遗传性夹杂物缺陷由于复熔膨胀扩散，其体积都大于原来母材内的体积。2、 X射线检测X射线底片可清晰地显示出遗传性夹杂物深暗色投影图像。当一夹杂物的一端嵌在母材深处一端在熔融后的母材和焊缝之间时，底片上显示出夹杂物嵌在母材的那一端呈条状或扁体状，传入在焊接内的那一端膨胀或团絮状呈现出黑色的。3、 形成原因存在于钢板成轧制型材中的原始缺陷一般沿轧制方向延伸，缺陷可能漏在焊缝母材的坡口表面或隐藏在靠近焊接部位的内部当进行焊接时，该缺陷被高温电弧融化外露部份能？改变原来的形态传入焊缝嵌在母材内部的那一部分仍保持其原来的形状，但是该夹杂物不带其形貌改变或是不改变都保持着原始夹杂物的特点。十.钨夹渣特征及分布钨极氩弧焊中，由于温度很高有时使钨极温度超出它的熔点，致使钨极熔化成点滴状态留在焊缝中，一般在焊缝中间部位较多。X射线检测因钨夹渣在X射线底片上呈高于焊缝中亮度，由于它的密度大，超过X射线比无钨夹渣处少，呈白色亮点，其形状有圆形、条形及无规则的多。形成原因焊接电流过大。钨极直径太小，引起钨极强烈发热端部熔化。氩气保护效果不良，引起钨极端部烧损。焊接过程中，钨极触及熔池焊接过程中产生飞溅。1^一.未焊透缺陷1.特征及分析.在X形对接缝中，未焊透缺陷常发生在坡口顶处和焊缝边缘部位，剖开后观察，缺陷一般呈条状或带状分布，表面不规则，坡口顶处未焊透缺陷内部有焊瘤和氧化夹杂物，边缘未焊透缺陷则单一的暗色条状或带状，无明显的焊瘤和氧化夹杂物。.在V形对接缝中，未焊透缺陷常发生在坡口边缘部位。缺陷处有一层淡淡的氧化膜。.填角接头焊接、搭接焊缝、丁字接头焊缝等未焊透缺陷常发生在焊接部位顶角处，缺陷呈不规则的孔洞，内部有焊瘤和氧化夹杂物。.不开坡口的焊缝在单面焊接中未焊透缺陷常发生在焊接工件的底部边缘，缺陷呈槽状，表面凹凸不平。2.X射线检测母材与焊缝之间有一个充满金属氧化物和非金属氧化物形状不规则的缝隙或孔洞。X射线在未焊透缺陷部位的通过量将大于焊透部位的通过量，因此在X射线底片上将出现不同的感光度，感光度大的未焊透缺陷部位在X射线底片上呈暗色图像。应该注意的是：由于未焊透的缝隙中的氧化物密度不同，缺陷图像的暗淡程度也会发生很大变化。若缝隙中充填着密度小的非金属氧化物或者无充填物在底片上则显出颜色较深的缺陷图像。焊接生产中，未焊透缺陷种类很多，无损检测工艺中常把未焊透缺陷按它在焊缝内的分布状况进行分类，一般可分为：.根部未焊透＜单面焊根部未熔合＞.坡口未焊透＜坡口未熔合＞.层间未焊透＜层间未熔合＞说明，未焊透与未熔合在焊接工艺中均属一种焊接缺陷，而在无损检测分类为未焊透和未熔合两种评定缺陷标准。3.形成原因.焊接接头的坡口及被焊工件装配不正确。间距过小，钝边过大，二工件接合处坡口的钝边尺寸不一等，或者V形、X形的焊接边缘不齐。.焊接电弧的电流和电压不足.焊接速度过大.母材金属未充分预热，而焊条过早的熔化.焊接部位有铁锈、油污、熔渣、氧化铁皮等脏物，阻碍母材金属边缘很好的熔化.焊接过程中焊条倾斜角不正确，熔池偏离母材金属一边，致使另一边受热不均。.磁性偏吹所谓磁性偏吹是指焊接时产生电弧的电流所形成的磁场，反过来作用于电弧，并使电弧向焊道中磁场强度弱的部位偏离，这样偏离会使道加热不均匀。十二.裂纹缺陷A.热裂纹缺陷1.特征及分布宏观热裂纹缺陷多呈纵向开裂且分布在焊缝中心部，即在焊缝两边生成的柱状品体的的对径线上裂纹表面粗糙，没有光泽，有明鲜的氧化现象和粒状突出物存在。X射线检测应用普通X射线仪透照的底片上，只能显示焊缝宏观热裂纹缺陷，而不能显示焊缝内的显微热裂纹缺陷，焊缝宏观热裂纹在一般X射线底片上的图像呈弯曲暗黑色线条状，线条两端黑度由里向外逐渐消失，在高能X射线底片上可以看到在宏观热裂纹主干线附近有细微的横向裂纹，主干线边缘部位有明鲜的粒状凸起物图像和柱状品前端排裂的锯齿状图像。形成原因.焊缝中裂纹缺陷是由焊缝中的应力造成的，焊缝中应力起源于焊接时的加热和冷却过程，焊接是由于母材局部急剧加热，在母材和熔池之间以及熔池和已凝固的焊缝之间都会出现很大的温度差，这个温度差会使焊缝和母材之间焊缝不同部位之间产生巨大的热应力，当热应力超过焊缝在此温度下能较大受的强度时，焊缝就会破裂，与此相仿，焊缝在冷清过程中，由于母材传热速度快，亦会产生很大的温度梯度，从而形成冷却应力促使焊缝产生裂缝缺陷。.在焊接时由于熔铸收缩，焊缝金相组织转变对某些合金来说还会产生相变应力和收缩应力。B.冷裂纹1.特征及分布焊接冷裂纹缺陷开裂状态多为穿晶开裂，只有极少数沿晶界开裂而不像热裂纹那样都是沿晶界开裂，至于冷裂纹缺陷出现那种开裂形成完全由焊接部位当时所处的应力状态和其金相组织决定。X射线检测焊接厚度在30mm以下其内部宏观冷裂纹大都能被X射线透照出来，在底片上呈平直暗色条状很少分叉，图像边缘清晰，一般宽度在0.5mm以上均能显示，高能量的X射线底片能显示出0.5mm以下冷裂纹图像，这类缺陷呈放射线状，有时亦可显示出主裂纹两边有若干直线状细微裂纹图像。形成原因焊接冷裂纹和热裂纹不同，冷裂纹是在焊接后较低温度下产生的，一般来说冷裂纹发生在Ms点附近，也就是在钢的马氏体转变温度范围内，但也有一些钢的冷裂纹发生在200°C以下，甚至零度以下。由于焊接结构的约束力和淬硬组织以及熔解在焊缝金属内的氢气的作用下致使焊接部位产生裂纹均属冷裂纹。根据焊缝内产生热裂纹缺陷的形态、原理和温度区向，-般把它分为结品热裂纹、液化热裂纹，多边热裂纹。.结品热裂纹缺陷焊缝在结品过程中，在固相线附近由于液态金属凝固收缩时，残余液态金属不能满足补缩要求，致使焊缝凝固金属沿晶界开裂，叫做焊缝结品裂纹。这种缺陷一般肉眼不能发现。在显微镜下观察时，可以发现这具有晶间破坏的特征，多数情况下，在焊缝断面上可以看到有氧化的彩色斑点，这说明此种裂纹是在高温下发生的。结品裂纹缺陷主要出现在余亦能含杂质较多的碳钢焊缝中，和单相奥氏体钢、镍合金钢及某些铅及铅合金的焊缝中，个别情况下也出现在焊缝和母材接触部位的热影区附近。.液化热裂纹缺陷焊接过程中，在电弧高温作用下，在母材靠近焊道的区域和多层焊缝的层间金属中含有的低熔点共晶成分被重新熔化时，而这些低熔点共晶成分又恰好存在于金属的奥氏体结品界上。在凝固收缩应力作用下，沿奥氏体品间就会发生开裂，这类开裂叫做液化热裂纹。另一方面，焊接过程中，在不平衡的加热与冷却条件下，由于金属间化合物的分解和元素的扩散不相适应，从而造成了局部地区合金共晶成分偏高而发生液化，同样会产生高温液化裂纹缺陷。液化裂纹是在高温下发生的，它的特点是沿奥氏体品界开裂，这种裂缝主要出现在含有铭镍的高强度钢，奥氏体钢以及某些镍基金属母材在靠近焊缝的区域或多层焊接的各层金属中，如果母材及焊缝中的硫、磷、硅、碳含量偏高时产生倾向将显著增加。.多边化裂纹缺陷焊接过程中，焊缝内部或焊缝与母材之间的熔合部位，在固相线温度以下的高温区，由于刚凝固的金属存在着许多位错，空位等晶格缺陷和严重的物理、化学不均匀性，在一定的温度和应力作用下，品格缺陷会发生移动和聚集，从而形成多边化边界，在这个边界上常常堆集着大量的晶格缺陷，造成它的组织疏松，在高温时它的强度和塑性都很低，此时它只要受到很小的拉伸变形就会沿多边化的边界开裂产生多边化热裂纹缺陷，多边热裂纹缺陷多发生在纯金属和单相奥氏体合钢的焊缝中。根据焊接构件的材料和结构形式不同焊接冷裂纹缺陷可分为：延迟冷裂纹缺陷、淬硬脆化、低塑性脆化.延迟冷裂纹缺陷的形态所谓延迟冷裂纹缺陷，是在焊缝形成后并不立即开裂而是在焊接后经过相当长一段时间焊缝再行开裂，故叫做延迟裂纹。焊接过程中，由于被焊材料含氢量和应力状态不同在焊缝内或焊缝热影响区附近都可能产生不同程度的延迟裂纹缺陷。常见延迟裂纹形态有以下三种：焊趾延迟裂纹缺陷它起源于焊缝和母材的交界处和焊接部位有应力集中的地方，裂纹走向与焊缝走向垂直，一般由焊趾表面开始，并向母材深处延伸，但亦有焊接部位表面以下3〜4mm处开裂，形成隐藏在焊缝内部的纵向延迟裂纹。焊道下延迟裂纹缺陷它常发生在淬硬倾向较大，含氢量较高的钢的焊接热影响区内，一般情况下裂纹的取向与熔合线平行，但也有时垂直于熔合线，这类缺陷常隐藏在焊缝内部，是一种十分危险的裂纹缺陷。焊缝根部延迟裂纹缺陷它是延迟裂纹缺陷中比较常见的一种开裂形态，主要发生在使用含氢量较高的焊条的母材预热温度不足的焊缝中，它起源于根部应力集中最大的区域，具体来说这种根部延迟裂纹缺陷常发生在焊接部位的热影响区的粗品区或焊缝金属内部，至于每种焊缝中这类缺陷发生在哪个部位则取决于母材和焊缝的温度、塑性以及具体焊缝根部的形态。.淬硬脆化冷裂纹缺陷淬硬脆化冷裂纹双称淬火裂纹缺陷，有些钢种由于淬硬倾向比较大，即是在没有氢的作用重要条件下，仅又由于拘束应力的作用，也会导致焊缝开裂。它的特点即开裂没有延迟现象。.低塑性脆化冷裂纹缺陷某些材料焊接时，在比较低温度下，由于收缩奕变超过了材料本身的塑性储备而产生裂纹，叫做低塑脆化冷裂纹缺陷。这类缺陷多产生在热影响区内部，在焊接过程中边焊边裂，没有延迟现象。它的形貌与延迟裂纹和淬硬脆化裂纹不同，它前端没有尖锐的楔形延伸，这种裂缝前端圆钝，本身是有一定宽度，走向平直。这种缺陷依据焊接材料不同可分为宏观和微观两种形式。宏观裂纹多出现在铸铁和某些脆性材料焊接结构中。而微观裂纹多出现在硬质合金堆焊部位的某些淬硬性极高的高温钢的焊缝中。焊缝层状撕裂缺陷大型焊接结构复杂的焊接部位，在母材热影响区及其邻接处和在平行于母材的轧制表面产生的台阶式的裂纹叫焊缝层状撕裂缺陷。特征及分布该缺陷常发生在装配焊接过程中或整个焊接结构完工之后，大多出现在焊接热影响区附近或离热影响区远的母材内部，呈台阶形层状层开裂具有穿晶发展的特征。X射线检测厚度在30〜60mm的范围内用一般X射线机进行透照，在底片上可显示出裂纹的暗色条状图像。若透照角度选择适当，即射线恰与撕裂层垂直在底片上还右以显示出台阶式缺陷特征。超过60mm以上，一般X射线仪就难以穿透检测，因此不能显示。形成原因.一般来说是由于母材内微小的层状偏析受到钢板垂直的拉伸应力作用，致使焊接母材的热影响区沿母材原轧制方向开裂形成。. 在没有缺陷的情况下，是由于轧制钢板或型材的强度方向性所施加拉力发生。.焊接结构的拘束应力与变形影响.母材含氢量结层状撕裂的影响.母材性质十三.咬边缺陷焊接过程中，沿焊缝熔化金属边缘在母材金属上形成的一种宏观沟槽缺陷，可分为宏观咬边缺陷和单面焊根部咬边缺陷特征及分布焊缝咬边常发生在焊缝的两侧，沿焊缝熔化金属边缘和母材金属边缘呈沟槽状，主要发生在立、横、仰焊接中，单面焊根部咬边出现在内焊缝坡口边缘。X射线检测在底片上呈无规则的连续或断续条状、块状、点状黑色图像，其黑度与形成咬边原因不同而变化。形成原因.手弧电弧焊过程中由于焊接时电流和电弧电压过大所引起的.焊缝单侧咬边缺陷则是由于焊接边缘一侧过分集中加热引起的.埋弧焊由于焊条装置不正确或装置出故障.埋弧焊焊速过快，溶宽下降形成.手弧焊这弧时电弧在焊缝两侧停留时间短，向回摆动速度太快，将液态金属拉回去熔池中心，致使产生凹沟。.横焊时，电弧在坡口上侧停留时间过长，使液态金属下坠，地背面焊缝或下面焊缝边缘产生凹槽。十四.烧穿缺陷在焊接过程中，溶化金属自坡口背面流出形成穿孔缺陷，即是烧穿。特征分布烧穿缺陷一般情况是在填充层或盖面层产生，其形状是手工焊条圆形的放大，大部分在焊缝中间位置存在。X射线检测烧穿缺陷在底片上多呈圆形、椭圆形状。X射线透过量比无烧穿焊缝位置多，因此黑度较大。形成原因焊件组对间隙过大。焊接电流过大。焊接速度过慢。焊接角度不正确。十五根部内凹焊缝高度低于母材内表面的现象与焊缝根部内凹。特征及分布根部内凹是打底层焊接出现缺陷，一般情况产生在焊缝中间位置。对焊缝中有超标准缺陷进行返修过程中容易产生根部凹陷随返修处位置变化而变化。X射线检测根部内凹缺陷在底片上呈现有规则较宽深度不同的黑色图像。对返修后的内凹其形状有宽条状、片状、云状等深度不同的黑色图像。形成原因横位和立位打底焊时，若采用断弧焊法，当断弧时间较长或给送液态金属量过小时液态金属和溶渣向坡口内侧收缩。仰焊位打底时，若熔池尺寸增大，液态金属温度升高，表面张力减少，液态金属下坠倾向就会增大。第二道施焊时，线能量很大会使前一道焊缝形成内凹，尤其是前一道（打底）焊缝很簿时导致产生。十六焊瘤缺陷在焊接过程中，溶化金属流淌到焊缝以外未溶化的母材及焊缝上所形成的金属瘤称为焊瘤。特征及分布焊瘤是发生在横位、立位、仰位焊缝的表面及平焊打底层背面焊缝上，常见焊缝中间位置较多呈圆形椭圆形等。X射线检测焊瘤在底片上呈圆形或椭圆形等白色亮度较大的形象，焊瘤内常伴有气孔、夹渣和未焊透等缺陷。形成原因.焊接电流过大，焊接速度过慢，液态金