不等厚对接焊缝的分类及检测

不等厚对接焊缝的分类及检测

由于不同厚度的焊接焊接是一种过渡焊接连接，焊接侧的厚度比另一侧的厚度大。因此焊缝的一侧是平板,另一侧要切削出一个大斜面。在AP1000的CV和模块的产品中,不等厚焊缝大体分3种(图1)。第一种为单V坡口加垫板不等厚对接焊缝;第二种为双V坡口不等厚对接焊缝;第三种为双V坡口焊缝两侧厚度差较大的不等厚对接焊缝。前两种焊缝基本上采用CO2气体保护焊,而第三种一般采用手工电弧焊。所以在焊接的过程中,焊缝容易出现裂纹、坡口未融合、未焊透、气孔和夹渣等缺陷。超声波遇到缺陷后,将在缺陷面产生反射,仪器接收反射信号从而显示出来。如果声波垂直入射到面状缺陷时,声波将产生全反射,反射的回波能量很高,超声波的灵敏度很大。如果声波遇到体积型缺陷,由于缺陷表面不规则,声波将向各个方向反射,仪器能接受的反射回波信号很小,检测灵敏度不高。超声波检测重点是裂纹、未融合等面状缺陷。1c面的超声波检测检测c面为焊缝的,其缺陷这类焊缝主要出现在模块制造过程中。母材的厚度主要在13mm~38mm。本文选择13mm对接38mm进行讨论(图2)。这类焊缝A面作为其中的检测面之一,由于焊缝背面加垫板,所以B面不可用做检测面。焊缝的切削斜面(C面)的宽度可达100mm,所以C面可以用作检测面。由于A面是平板,应重点在A面进行检测,检测时采用直射法和一次反射法。由于焊缝背部存在垫板,有一部分声波会随着焊缝底部进入垫板(图2),有一定区域检测不到。如图3所示,当探头在1位置时,入射的声波正好打到焊缝的右侧端角的位置,检测时将探头向左移动,移动到位置2,在移动过程中,入射波全部穿过焊缝底部进入垫板内部,只有到达位置2时有一次反射波出现,才能进行有效的检测。在检测过程中,出现了检测盲区(图3中的阴影部分),所以只在焊缝A面进行检测,不能进行整体检测。因此C面的超声波检测是探讨的重点。由于超声波仪器上所显示的位置参数都是根据平板焊缝来显示的,当探头在斜面C上检测时,由于没有考虑到斜面的倾斜角,所显示的位置参数(水平、深度)是错误的,只有声程值是准确的。因此可以采用仪器的声程值计算,得出准确的缺陷位置。从图4可以得出:∠γ=β-αβ—探头角度;γ—探头声波与垂直线的角度。图中A为声波的入射点,AD为垂直线。(1)如果在焊缝区域出现一缺陷1(C点位置),则缺陷1(C点)到AD线的距离为CD=AC×sin(β-α),AC为实际声程。EF=AE×cosα。AE为入射点到焊缝边缘的斜面距离。由图知CD>EF。得出:声程×sin(β-α)>入射点到焊缝边缘的斜面距离×cosα时,缺陷在焊缝区域。(2)同理,当缺陷2在母材区域时,C′D′=AC′×sin(β-α),AC为实际声程。EF=AE×cosα。由图可知C′D′<EF。可以得出:声程×sin(β-α)<入射点到焊缝边缘的斜面距离×cosα时,缺陷在母材区域。由于以上两种情况,计算和测量缺陷位置的方法差别很大,所以要加以区分。第一种情况下,如果缺陷在焊缝区域,在确定缺陷位置进行返修时,最佳的方法是以焊缝一侧为基准测量水平距离,以焊缝表面为基准来测量深度距离,从而更方便后续的挖出返修工作。为了方便返修的缺陷定位,如图5所示,B点为一缺陷。则要定位B点缺陷时,最好要测量水平距离GE和深度GB。由图5可知,水平距离是以焊道边缘为基准线来测量的。所以水平距离GE=AB(声程)×sin(β-α)-AE×cosα即:水平距离=声程×sin(β-α)-入射点到焊缝边缘斜面的长度×cosα同理:深度GB=AD-AE=AB×cos(β-α)-AE×sinα即:深度=声程×cos(β-α)-入射点到焊缝边缘斜面的长度×sinα在第二种情况下,由于缺陷在母材斜面的下方,所以测量缺陷位置时,主要以斜面作为基准面来测量(图6),D点为一缺陷点,定位时以斜面的距离CA来测量水平距离,以斜面垂直距离测量深度。因为CD∥AB,所以∠1=∠γ因为∠γ=β-α,所以∠1=β-α由图可知∠2=90°-βACD构成三角形,根据三角形正弦定理,可得:深度距离:CD=AD×sin(90°-α)/sin(90°+α)通过以上计算可以得出准确的缺陷位置。2坡口面接头缺陷检测这类焊缝一般出现在模块产品中,焊缝母材厚的一侧为38mm,薄的一侧为25mm或12mm。相对第一种类型,坡口形式做了更改,在超声波检测中尤其需要注意的是焊缝中心部位的缺陷。由于是双面焊,可能在打底清根过程中出现缺陷,由于焊缝厚度不大,所以要检测焊缝正中间的部位,尽量选择大角度的探头,以提高检测几率。除了选择大角度探头检测焊缝正中间的根部,还应根据坡口的角度来选择探头。应尽量选择探头角度垂直于焊缝坡口面的探头。如图7由于这类焊缝有3个面可以进行检测,所以应尽量避免在斜面进行。由于上面坡口侧不可达,所以应把下侧的焊缝表面磨平,探头在1位置时才能利用一次反射波来针对上半面进行超声波检测;并且在2、3位置上的探头移动的区域也扩大了,扫查范围也相应地增加了,完全可以覆盖整个焊缝及其热影响区,可以达到检测要求。3超声波检测工件的选择这类焊缝主要在CV插入板焊缝中常见。特点是焊缝两侧的厚度差相差很大,一侧97mm,另一侧44.5mm。在厚度大的一侧削出两个不同角度的斜面,斜面1的距离基本上只有40mm(图8)。对于超声波检测来说,当作扫查面是比较短的。首先要在A面和B面进行检测,但由于厚度为44.5mm,应选择45°的探头。该工件的检测有两个问题,一是选择45°的探头,因为角度小,声程短,近场区影响较大;二是由于材料本身厚