張 聃，張春峰，徐文豪，孫耀華，蔡愛(ài)軍

（上海航天設(shè)備制造總廠，上海200245）

鎖底結(jié)構(gòu)焊縫的射線底片線狀影像識(shí)別方法研究

張 聃，張春峰，徐文豪，孫耀華，蔡愛(ài)軍

（上海航天設(shè)備制造總廠，上海200245）

以實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中常用的兩種鎖底結(jié)構(gòu)焊縫為研究對(duì)象，對(duì)鎖底焊縫X射線底片存在局部線狀成像處截取金相試樣，通過(guò)光學(xué)顯微鏡觀察截取的金相試樣，研究局部線狀成像的具體原因。結(jié)果表明，鎖底1結(jié)構(gòu)焊縫X射線底片局部線狀成像通常因結(jié)構(gòu)形式導(dǎo)致的搭接面存在間隙，液體熔池沿此間隙流動(dòng)致使最終焊縫出現(xiàn)局部成像不良；鎖底2結(jié)構(gòu)焊縫X射線底片局部線狀成像的原因是焊縫根部局部出現(xiàn)內(nèi)凹成形。

鎖底結(jié)構(gòu)；焊縫；底片；線狀成像

0 前言

焊接接頭的設(shè)計(jì)需充分考慮結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、材料特性、工作條件等。目前航天產(chǎn)品結(jié)構(gòu)件中常見(jiàn)的焊接接頭結(jié)構(gòu)可分為對(duì)接結(jié)構(gòu)、角接接頭、搭接結(jié)構(gòu)及鎖底結(jié)構(gòu)等。上海航天設(shè)備制造總廠生產(chǎn)、制造的某型號(hào)導(dǎo)軌機(jī)構(gòu)及某型號(hào)鋁合金貯箱的殼段-單底焊縫等均采用了鎖底結(jié)構(gòu)。鎖底結(jié)構(gòu)焊縫在后續(xù)的射線檢測(cè)時(shí)，會(huì)對(duì)射線底片的評(píng)判造成不同程度的影響。通過(guò)分析使用的二種鎖底結(jié)構(gòu)焊縫射線檢測(cè)底片，發(fā)現(xiàn)不同的焊接結(jié)構(gòu)和焊接方法造成的底片影像雖然有些相似，但性質(zhì)存在不同，評(píng)判時(shí)不能生搬硬套，否則極易出現(xiàn)完全不同的檢測(cè)結(jié)論。

熔化焊內(nèi)部缺陷一般可分為氣孔、夾雜、未熔合、未焊透及裂紋5種。未焊透缺陷是上述缺陷中危害較大的缺陷之一，對(duì)焊縫性能有明顯的不利影響[1-4]。

本研究?jī)H對(duì)上述5種熔化焊的內(nèi)部缺陷射線底片影像中難以識(shí)別或評(píng)判的未焊透缺陷進(jìn)行分析。

1 試驗(yàn)及方法

1.1 試板制備

為直觀觀察鎖底焊縫中心處的“黑線”成像，人為開(kāi)展鎖底“未焊透”試板試驗(yàn)，即試驗(yàn)接頭形式及材料牌號(hào)、熱處理狀態(tài)均與產(chǎn)品狀態(tài)保持一致。焊接參數(shù)設(shè)定為：在鎖底自動(dòng)焊接程序的焊接工藝參數(shù)基礎(chǔ)上，小幅度調(diào)整焊接電流，即小幅降低正式程序中的焊接電流，通過(guò)電流的降低達(dá)到降低焊接熱數(shù)量的目的，進(jìn)而復(fù)現(xiàn)出鎖底焊縫的X射線底片中心的黑線影像。

1.2 分析方法

對(duì)兩種鎖底結(jié)構(gòu)X射線檢測(cè)底片存在局部線狀成像的焊縫進(jìn)行機(jī)加工，利用線切割對(duì)X射線底片中存在黑線影像的焊縫進(jìn)行解剖，截取金相試樣。

所截取的金相試樣經(jīng)1～5#金相砂紙研磨、氧化鋁拋光后，使用混合酸（1%HF＋1.5%HCl＋2.5% HNO3+95%H2O）溶液腐蝕，在光學(xué)顯微鏡下觀察焊接接頭的微觀組織。利用掃描電鏡觀察拉伸斷口形貌。

2 試驗(yàn)結(jié)果和分析

2.1 鎖底1結(jié)構(gòu)焊縫識(shí)別

2.1.1 鎖底形式及X射線檢測(cè)情況。

某型號(hào)導(dǎo)軌機(jī)構(gòu)焊縫結(jié)構(gòu)如圖1所示[5]。材料為馬氏體沉淀強(qiáng)化不銹鋼，焊接方法為激光焊。

圖1 鎖底1結(jié)構(gòu)示意

此焊縫結(jié)構(gòu)為鎖底結(jié)構(gòu)，此種鎖底結(jié)構(gòu)沒(méi)有焊漏槽，給后續(xù)的檢驗(yàn)工作帶來(lái)難度。在前期工藝試驗(yàn)中，對(duì)焊縫進(jìn)行射線檢測(cè)時(shí)，射線底片上存在以下影像：底片上出現(xiàn)連續(xù)或斷續(xù)的細(xì)黑線影像，并處于焊縫影像的中心位置。工藝試驗(yàn)試板X射線底片影像如圖2所示。

圖2 X射線底片影像

2.1.2 影像識(shí)別分析

由于底片上的此類影像位置位于焊縫中心，且呈現(xiàn)連續(xù)或斷續(xù)的細(xì)、長(zhǎng)黑線，因此最初將此類焊縫的底片成像判定為未焊透缺陷。為分析和確認(rèn)X射線底片上此類影像，對(duì)底片焊縫中心存在黑線處進(jìn)行金相試樣截取，并采用光學(xué)顯微鏡觀察試樣的微觀組織，如圖3、圖4所示。

圖3 焊縫上部成形

圖4 局部黑線焊縫根部微觀組織

由圖3可知，焊縫整體呈現(xiàn)上大下小的“高腳杯”形狀，為典型的激光焊焊縫形貌，熱影響區(qū)較小，焊縫表面無(wú)咬邊、下塌等缺陷。

焊縫根部搭接面處存在明顯的間隙，分析原因：鎖底試板的臺(tái)階在機(jī)加工過(guò)程中采取的加工方式為銑削加工，從而使得本該是直角過(guò)渡的部位（鎖底轉(zhuǎn)角處）變成了圓角過(guò)渡，因此導(dǎo)致在后續(xù)的焊前裝配過(guò)程中鎖底結(jié)構(gòu)的上下板之間不能完全貼合，當(dāng)裝配完成后，上下板之間產(chǎn)生了一定的裝配間隙；焊前存在裝配間隙，同時(shí)在焊接過(guò)程中液體熔池沿搭接面的裝配間隙處流動(dòng)，進(jìn)一步增大搭接部位的間隙，最終使得焊縫根部的熔合情況出現(xiàn)不良現(xiàn)象。兩條焊縫的X射線底片顯示焊縫的中心處均存在斷續(xù)或連續(xù)的細(xì)、長(zhǎng)黑線影像，此影像與未焊透焊縫的X射線底片影響類似，但由圖4的焊縫根部微觀組織的金相照片可以看出焊縫已完全熔透。

依據(jù)常規(guī)X射線底片影像的評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)——焊縫的X射線底片影像存在黑線，表面焊縫根部存在明顯界面，確認(rèn)為未焊透缺陷。但通過(guò)底片焊縫影像中心存在斷續(xù)黑線的試樣金相照片可以看出，焊縫根部不存在明顯界面，焊漏已沉出焊縫，焊縫完全焊透。

因此在評(píng)判此類鎖底焊縫的X射線底片時(shí)，需根據(jù)底片影像結(jié)合實(shí)際生產(chǎn)的焊接工藝參數(shù)進(jìn)行判定，不能生搬硬套，即使底片焊縫影像中心存在黑線也不能判定焊縫必然有未焊透缺陷。

2.2 鎖底2結(jié)構(gòu)焊縫

2.2.1 鎖底形式及X射線檢測(cè)情況

某型號(hào)貯箱總對(duì)接焊縫為鎖底焊縫，其鎖底結(jié)構(gòu)示意如圖5所示，焊接方法為TIG焊。此種鎖底結(jié)構(gòu)底部加工有焊漏槽即鎖底槽，鎖底槽的作用是便于焊縫根部焊漏的下沉。在此類鎖底結(jié)構(gòu)的生產(chǎn)過(guò)程中，底片焊縫影像中心偶爾會(huì)出現(xiàn)局部黑線，X射線底片的局部黑線成像與未焊透缺陷的底片成像基本一致。

結(jié)合產(chǎn)品的具體生產(chǎn)過(guò)程，貯箱總對(duì)接生產(chǎn)方式為自動(dòng)焊，焊接工藝參數(shù)均編寫(xiě)入自動(dòng)焊接程序中，該焊接工藝參數(shù)經(jīng)多次工藝試板試驗(yàn)、貯箱產(chǎn)品的驗(yàn)證，均表明能夠?qū)崿F(xiàn)焊縫的良好連接；實(shí)際焊接生產(chǎn)過(guò)程中，焊機(jī)運(yùn)行穩(wěn)定，不存在焊接的輸出參數(shù)與理論存在顯著偏差的可能，因此出現(xiàn)未焊透的概率不大。

2.2.2 影像識(shí)別分析

圖5 鎖底2結(jié)構(gòu)示意

X射線檢測(cè)時(shí)底片中心存在的局部“黑線”初步判定為未焊透焊縫，截取金相試樣，并采用光學(xué)顯微鏡進(jìn)行微觀組織觀察。焊縫的X射線底片局部存在黑線的照片及黑線處所截取試樣的微觀組織如圖6、圖7所示，其中灰框區(qū)域?yàn)榫植亢诰€區(qū)域。

圖6 1#未焊透試樣

由圖6、圖7可知，焊縫根部的焊漏均已沉出母材，同時(shí)焊縫中心區(qū)域沒(méi)有明顯的界面，因此分析認(rèn)為焊縫已完全焊透；但由鎖底焊縫的根部成形可以看出，焊漏根部存在局部?jī)?nèi)凹的不良成形情況，此內(nèi)凹導(dǎo)致X射線檢測(cè)時(shí)底片呈現(xiàn)出局部線狀成像。

圖7 2#未焊透試樣

分析認(rèn)為，造成此現(xiàn)象的原因?yàn)殒i底裝配存在不同程度的配合間隙，同時(shí)焊接過(guò)程鎖底槽內(nèi)氣體對(duì)焊縫根部有一個(gè)加壓作用，因而存在配合間隙的部位在底片上會(huì)呈現(xiàn)出類似未焊透的細(xì)長(zhǎng)直線影像。在此類焊縫的底片評(píng)判過(guò)程中需根據(jù)實(shí)際裝配及焊接參數(shù)情況判定底片中的成像，減少誤判的發(fā)生機(jī)率。

3 結(jié)論

（1）鎖底1結(jié)構(gòu)焊縫底片中心處存在黑線，若焊接過(guò)程正常、無(wú)熱輸入減小的情況，此黑線可能為：裝配過(guò)程中，上、下兩待焊部件形成的搭接面存在間隙，焊接時(shí)液體熔池沿搭接面的間隙流動(dòng)，導(dǎo)致焊縫成形不良。

（2）鎖底2結(jié)構(gòu)焊縫底片中心處存在黑線，若焊接過(guò)程正常、無(wú)熱輸入減小情況，此黑線可能為：焊漏根部存在局部?jī)?nèi)凹的不良成形，此內(nèi)凹導(dǎo)致X射線底片呈現(xiàn)局部線狀成像。

（3）帶鎖底結(jié)構(gòu)的焊縫在進(jìn)行底片評(píng)判時(shí)，應(yīng)分析不同的焊接結(jié)構(gòu)、焊接方法、焊接參數(shù)、產(chǎn)品裝配等情況，以提高底片評(píng)判的準(zhǔn)確性，保證產(chǎn)品的可靠性。

[1]方文鵬，杜曉偉，陳勇.鎢極氬弧焊工藝參數(shù)的選擇和焊縫缺陷的預(yù)防[J].電焊機(jī)，2006，36（6）：13-16.

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[3]嚴(yán)博.關(guān)于射線檢測(cè)中未熔合與未焊透的識(shí)別[C].北京：全國(guó)焊接工程創(chuàng)優(yōu)活動(dòng)經(jīng)驗(yàn)交流會(huì)，2011.

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Study on the identification method of linear imaging in X-ray negative of the butt-lap joints

ZHANG Dan，ZHANG Chunfeng，XU Wenhao，SUN Yaohua，CAI Aijun
（Shanghai Aerospace Equipments Manufacturer，Shanghai 200245，China）

The welds of two kinds of common butt-lap joint commonly used in the actual production are taken as the objects，and the metallographic specimens are taken from the welds where the partial linear-imaging exists in their X-ray negatives.By optical microscope，these metallographic specimens are observed to study the reason of partial linear-imaging.The results show that the liquid metal in molten pool flowing through the gap made by the structure of lap joints causes bad partial linear-imaging in X-ray negatives of butt-lap joint 1；And the partial linear-imaging in X-ray negatives of butt-lap joint 2 is usually caused by concave-inward forming in the partial root of welds.

butt-lap joints；weld；negative；linear imaging

TG441.7

A

1001－2303（2017）05－0112-04

10.7512/j.issn.1001-2303.2017.05.24

2016-11-19；

2017-02-22

張 聃（1986—），男，工程師，碩士，主要從事鋁合金特種焊接的研究工作。E-mail：1109341867@qq. com。

本文參考文獻(xiàn)引用格式：張聃，張春峰，徐文豪，等.鎖底結(jié)構(gòu)焊縫的射線底片線狀影像識(shí)別方法研究[J].電焊機(jī)，2017，47（05）：112-115.