1、锅炉受热面管焊缝缺陷的影像分析摘要：本文主要介绍了锅炉受热面管焊缝常见缺陷及射线检 测定性的影像分析要点，给出了常见焊缝缺陷的一般分布规 律及形成原因，对于现场进行射线检测缺陷的识别和正确评 定，不仅提供了理论上的指导，同时更为准确地鉴别受热面 管焊缝缺陷和进一步保证受热面管焊缝的焊接质量提供了 充分的依据。关键词； 受热面管 典型缺陷 焊缝 射线检测 0 前言： 在现代火力发电机组强迫停机事故中，因锅炉事故造成机组 停运约占 40%，在锅炉事故中，各类受热面管造成的事故占 了 70%。这表明，受热面管的破坏是火力发电机组强迫停机事故的重要原因。做好锅炉受热面管焊缝质量的监督是锅炉 减少受热面
2、管子的不被破坏的保证。同时也可避免不必要的 提前换管，对电厂锅炉运行的安全性，经济性有重大的实用 价值。锅炉受热面管是电厂承受高温，高压的重要部件，应 做好锅炉受热面管的原始质量，焊缝质量检查。一般来说，受 热面管焊缝是受热面管应力集中系数较高的地方，其内部缺陷的存在，将削弱受热面管的结构强度，使受热面管焊缝在运行过程中及易形成裂纹和加速裂纹的扩展，最后导致焊缝的开裂以 及损伤其他临近受热面管。但在现场焊接过程中，由于操作失 误或工艺欠佳等诸多方面因素的原因，导致焊缝产生各种各样 的缺陷。因此，受热面管焊缝质量的检测就显得尤为重要。笔 者根据近几年来参加的锅炉受热面管焊缝质量的检测工作体会，总
3、结了热面管焊缝缺陷的产生原因及在射线检测底片上的典型特征。尽供有关管理工程技术人员参考和讨论。1 裂纹1.1 裂纹的产生：裂纹是受热面管焊缝危害最严重的缺陷，也是焊缝中常见的缺陷，裂纹是在焊接应力及其他致脆因素共同作用下焊接接头局部地区的金属原子结合力遭到破坏而形成的新界面。裂纹按照其形成原因可分为热裂纹，冷裂纹。1.1.1 热裂纹是在高温下由拉应力作用产生的裂纹，由于焊接过程是一个局部不均匀加热和冷却的过程，因此，必然产生拉应力，在拉应力作用下，焊缝的薄弱处发生开裂。热裂纹的主要形态是焊缝纵向裂纹，焊缝横向裂纹，弧坑裂纹，焊缝根部裂纹，奥氏体不锈钢的焊缝金属裂纹等多为热裂纹，如表 1 所视。
4、1.1.2 冷裂纹是在焊后较低的温度下产生的裂纹，它与焊接金属的成分和特性，与氢的作用和拘束应力密切相关。冷裂纹经常出现的形态是：焊道下裂纹，焊趾裂纹，焊缝根部裂纹。1.2 在锅炉受热面管焊缝中，由于更换管位置限制，采用强力对口，引起对口错边，再加上换管时因薄厚在公差带范围内发生变化而导致焊接不稳定，在焊完后，应力很大，可能造成撕裂，一般裂纹产生在内焊缝中。1.3 应用射线检测受热面管焊缝时，裂纹的影响基本形态呈现为黑线，影像的黑度可能较大，也可能较小，容易与其他缺陷的影像 区别。常见的裂纹线状影像有：连续线状，辐射线状，分枝线状，分散线状。线状影像一般连续延伸，但也可能中间发生间断，中断经常
5、是渐渐过渡的；影像可能近似直线状，也可能为波折状，这些特点由裂纹的性质决定，也与射线照相时射线来的方向有关。由于裂纹属于窄缝性缺陷，所以，当射线束与它的扩展面成较大角度时，裂纹的影像将变得很模糊，甚至在射线底片上不能形成具有一定对比度的裂纹影像。因此，在识别射线照相底片上缺陷的影像时应特别注意。 表 1：裂纹 编号 名 称 说 明 简 图 1 1-1 1-2 1-3 1-4 纵向裂纹 基本上与焊缝轴线平行的裂纹,可能存在于: -焊缝金属中; -容合线上; -热影响区中; -母材金属中 2 2-1 2-2 2-3 横向裂纹 基本上与焊缝轴线垂直的裂纹,可能位于: -焊缝金属中; -热影响区中;
6、-母材金属中 3 3-1 3-2 3-3 放射状裂纹 具有某一公共点的放射装裂纹,可能位于: -焊缝金属中; -热影响区中; -母材金属中 注:这种类型的小裂纹也可以叫做星形裂纹 4 4-1 4-2 4-3 弧坑裂纹 在焊缝收弧弧坑处的裂纹,可能是: -纵向的; -横向的; -星形的 5 5-1 5-2 5-3 间断裂纹群 一组间断的裂纹,可能位于: -焊缝金属中; -热影响区中; -母材金属中 6 6-1 6-2 6-3 枝状裂纹 由某一公共裂纹派生的一组裂纹,它与间断裂纹群和放射状裂纹不同,可能位于: -焊缝金属中; -热影响区中; -母材金属中 2 气孔2.1 气孔是焊接溶池在高温是吸收
7、了过多的气体，而在冷却时气体在金属中的溶解度急剧下降，气体来不及逸出而残留在焊缝金属中形成的。气孔可分为球形气孔、均布气孔、周部密集气孔、链状气孔、条状气孔、虫孔、表面气孔、结晶缩孔、弧坑缩孔等，如表 2 所视。2.2 产生原因；焊接材料方面，焊条或焊剂受潮，未按规定要求烘干焊条，药皮脱落，变质，焊芯锈蚀，焊丝表面清理不干净，焊剂中混入污物等。焊接工艺方面；手工焊时采用过大电流造成焊条发红而使保护失败，碱性低氢性焊条，电弧过长。受热面管焊缝中气孔主要分布部在起弧和收弧处。2.3 射线检测受热面管焊缝时由于气孔对射线强度的衰减趋于零，因此，气孔呈现为黑度大于背景黑度的斑状影像，黑度一般都较大，影
8、像清晰容易识别。影像的形状可能是圆形，椭圆形，长方形和条形。2.4 虫孔是受热面管焊缝中常见的气孔，虫孔主要是一氧化碳形成的气孔，它是一氧化碳气体从焊缝内部上浮排出过程中，熔池结晶造成拉长并沿结晶方向分布，形状如小虫成人字形排列的气孔。由于在平行射线束方向也有相当尺寸，检测时可以通过测定黑度差的方法来检测，以免放松检验尺度，造成漏检。 表 2：气孔 编号 名 称 说 明 简 图 2-1 球形气孔 近似球形的孔穴 2-1 均布气孔 大量气孔比较均匀地分布在整个焊缝金属中,不要与链状气孔相混 2-1 周部密集 气孔 气孔群 2-1 链状气孔 与焊缝轴线平行的成串气孔 2-1 条形气孔 长度方向与焊
9、缝轴线近似平行的非球形的长气孔 2-1 虫形气孔 由于气孔在焊缝金属中上浮而引起的管状孔穴,其位置和形状是由凝固的形式和气孔的来源决定的,通常,它们成群地出现并且成人字形分布 2-1 表面气孔 暴露在焊缝表面的气孔 2-1 结晶缩孔 冷却过程中在焊缝中心形成的长形收缩孔穴,可能有残留气体,这种缺陷通常在垂直焊缝表面方向上出现 2-1 弧坑缩孔 指焊道末端的凹陷,且在后续焊道焊之前或在后续焊道焊接过程中未被消除 3 夹渣；3.1 夹渣是焊接冶金反应产生的，焊后残留在焊缝金属中的非金属夹杂物。夹渣可分为线状的、弧立的、其它型式三种，如表 3 所视。3.2 产生原因；焊接规范选择不当，焊接速度过快，
10、手工焊接时电流太小，破口角度过小，使夹杂物不能与液态金属分离并浮出，多层焊时，如果前一层的熔渣清理不彻底，焊接操作又没能将其完全浮出，也会在焊缝中形成夹渣。夹渣的外形很不规则，大小差异也很悬殊，对焊接质量的影响一般来说比气孔严重。受热面管焊缝中夹渣主要分布部在起弧和收弧处。3.4 射线检测受热面管焊缝时夹渣的影像主要特点是形状不规则，边缘不整齐，黑度较大而且均匀。点状夹渣呈现小点形态；密集夹渣呈现长条状，具有一定宽度的暗线形态，线的延伸方向一般与焊缝走向相同。 表 3 夹渣 编号 名 称 说 明 简 图 3 3-1 3-2 3-3 夹渣 残留在焊缝中的熔渣,根据其形成的情况,可以分为: -线状
11、的; -弧立的; -其它型式的 4 未熔合和 未焊透4.1 未熔合是焊缝金属与母材之间，多焊道时焊缝金属之间彼此没有完全熔合在一起的现象。前者称为边缘未熔合，后者称为层间未熔合，如表 4 所视，由于未熔合面积地降低了焊缝强度，相对而言，未熔合比未焊透更具有危害性。4.1.2 产生的原因：焊接电流过小，焊条焊丝偏于坡口一侧或因焊条偏心使电弧偏与一侧，使母材或前一道焊缝金属未得到充分溶化就被填充金属所覆盖。当母材坡口或前一层焊缝表面有锈或脏物，焊接时由于温度不够，未将其溶化而覆盖上填充金属，也会形成层间或边缘未融合。4.1.3 未熔合在射线检测受热面管焊缝时较难发现，当透照射线来沿焊缝坡口方向时，
12、在透照影响上有可能出现细的黑线条，能发现的未熔合缺陷多数伴有夹杂物在透照影响上的特征呈一边直，另一边不齐，颜色深浅均匀，有一定宽度的带状线条边缘一般比较模糊，与夹渣的影像类似，但亮度比夹渣的要低，且位置在焊缝影响的一侧。4.2 未焊透是指焊接金属母材之间，未被电弧熔化而留下的空隙，如表 4 所视。4.2.1 产生原因；焊接规范选择不当，焊接速度过快，金属来不及熔化，破口角度过小，钝边过大或对口间隙过小，手工焊接时电流太小，运条速度太快，使熔深减小，造成未焊透。4.2.2 射线检测受热面管焊缝时，由于未焊透明显减薄有效面积，因此，黑度差值较大，并且未焊透一般呈现在焊缝投影的中间，受热面管焊缝的未焊透多发生在焊缝根部，在底片上是位于焊缝中间。这种缺陷在底片上所显示形貌是笔直的一条黑线，线条连续和断续都有，呈条状或带状，其宽窄取决于对口间隙的大小，有时对口间隙很小，在底片上所显示形貌是很细的一条黑线，似裂纹，但无尾梢，阴影的黑度均匀。轮廓明显，当有夹渣和气孔伴随时，虽然线条的宽度和黑度在局部有所改变，但其线条本身仍是一条直线。 表 4：未熔合和未焊透 编号 名 称 说 明 简 图 4 未熔合 在焊缝金属和母材之间或焊道金属和焊道金属之间未完全熔化结合的部分,它可分为下述几种形式:-侧壁未熔合; -层间未熔合;-焊缝根部未熔合 4-1 未焊透 焊接时接头的根部未完全熔透的现象
