中车南京浦镇车辆有限公司 江苏南京 210031
摘要： 在牵引梁组成（XXX-000-000）中，工件3拉杆座（图号：XXX-000-000）与工件1牵引梁下盖板（图号：XXX-000-000）之间连接焊缝UT探伤中，发现一次合格通过率较低仅为2%，且该工件焊接难度大，返工、返修多次后仍未修复，致使牵引梁出现废品，造成重大经济损失。而返工、返修后的牵引梁下盖板与拉杆座变形很大，造成工件调修难度加大。根据牵引梁组装图要求，分厂工艺技术人员、牵引梁生产班组焊接技师对其焊接进行了分步探伤试验，对牵引梁上下盖板（图号：XXX-000-000）与牵引梁上的拉杆座(图号：XXX-000-000)连接焊缝进行UT探伤。
关键词：牵引梁；焊接工艺；焊接
对牵引梁上下盖板与拉杆座的焊接坡口及焊接顺序进行多次分析研究，发现上、下盖板与拉杆座（锻件）组焊焊缝未熔合缺陷较多，且大部分超过2/3焊缝长度形成惯性焊接问题，返工、返修达到91%。
1.2牵引梁组成UT探伤的工艺准备
1.2.1设备准备
①仪器选用：CUD2080 型数字式超声波探伤仪
②探头选用：4P8*12 60°.4P8*12 70°.
③试 块：CSK-IA、RB-2
④耦合剂 ：耦合剂
1.2.2仪器的调节
①时基刻度的校正：
荧光屏时基刻度采用声程法校正，时基刻度代表缺陷的声程。
②距离—波幅（DAC）曲线的绘制：
距离—波幅（DAC）曲线选用CUD2080 型数字式超声波探伤仪，探头选用：4P8*1260°，在RB-2试块上探测进行绘制。DAC曲线应处于荧光屏满幅度的20%以上。受检工件的表面耦合与试块有差异，探伤时适当补偿6dB作为基准灵敏度。
1.2.3探伤方法
①探伤方法：直射法、一次反射法
②缺陷计算：L=sinβ*X、D=cosβ*X、D=2T-cosβ*X
其中： D-缺陷深度 L-水平距离 X-声程 β-入射角
③采用一次反射法探伤的焊缝，由于二次声程较长，在基准线基础上增加6dB作为探伤灵敏度。
2.1组焊过程介绍
组焊主要用来加固和增强连接部位的强度，常用的焊接方法一般是手工电弧焊。焊接过程实际上是一个冶炼和铸造过程，首先利用电能或其他形式的能产生高温使金属熔化形成熔池，经过冶金反应后冷却，将两母材牢固的结合在一起。为防止空气中的氧、氮进入熔融金属，在焊接过程中通常有一定的保护措施。
2.2组焊常见缺陷
焊缝中常见的缺陷有：焊接裂纹、未焊透、未熔合、夹渣、气孔、咬边和焊瘤等。
焊缝中的气孔，夹渣是立体型缺陷，危害性较小，而焊接裂纹、未焊透、未熔合是平面型缺陷，危害性大。所以在焊缝探伤中，由于加强高的影响及焊缝中裂纹、未焊透、未熔合等危害性大的缺陷，往往与探测面垂直或成一定的角度，为此一般采用横波探伤（超声波检测）。
2.3工艺改进
经过焊接工艺师、牵引梁生产班组员工、探伤技师和探伤策划等相关人员研究后，发现牵引梁的上下盖板与牵引梁拉杆座之间的对接焊缝坡口钝边为2mm，由于钝边过大焊接时易出现未焊透、未熔合等现象，为此决定做出以下改动：
①将牵引梁的上下盖板与牵引梁拉杆座之间的焊缝钝边由开始的2mm打磨至1mm，组装2mm的焊接间隙。如图1-1.1所示：
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②通过对牵引梁组成的组装图的分析和牵引梁生产班组相关人员的共同实验和反复论证，对原来牵引梁的焊接工艺进行了改进。
将焊接位置调整为45°。如图1-1.2所示：
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③使用多层多道焊，打底焊电流采用 190A-210A，打底焊电压23V-25V 。封面焊使用240A-280A，电压25V-30V。
2.4具体实施过程
2.4.1首先将牵引梁上下盖板（图号XXX-000-000）与牵引梁拉杆座(图号XXX-000-000)之间的焊缝钝边由开始的2mm打磨至1mm，组装2mm的焊接间隙，然后将焊接位置调整为45°烧船型焊打底焊电流采用 190A-210A，打底焊电压23V-25V 。然后对正面清根后的焊缝进行MT探伤检测，在确保MT探伤检测无缺陷。
2.4.2封面焊使用240A-280A，电压25V-30V，焊接完毕后去除牵引梁焊瘤对该焊缝再进行UT超声波探伤，在原来焊接工艺方法没有改进时缺陷出现的位置上，未发现未焊透缺陷的出现。这说明前面所出现的牵引梁组成返工、返修问题，的确是由于牵引梁组成焊缝坡口钝边过大，焊接时极易出现未焊透、未熔合等缺陷的产生。
第3节 缺陷的分析
在超声波检测中，焊缝处易发现气孔、夹渣、未焊透、未熔合和裂纹等缺陷。其产生的原因如下：
气孔——主要是焊条或焊剂在焊前未烘干，焊件表面污物清理不净等。
夹渣——主要是焊接电流过小速度过快，清理不干净，致使熔渣或非金属夹杂物来不及浮起而形成的。
未焊透——焊接电流过小，运条速度过快或焊接规范不当（如坡口角度过小，根部间隙过小或者钝边过大等）。
未熔合——主要是坡口不干净，运条速度太快，焊接电流过小，焊条角度不当等。
焊接裂纹——一方面由于焊接工艺不当在施焊时产生的，另一方面是因为焊接应力过高，焊条焊剂中含氢量过高或焊件刚性过大造成的。还有一种情况是焊件在焊后再次加热（指消除应力热处理或其他加强过程）而产生的。
3.1 反射波形说明
斜探头对焊缝缺陷前后扫查时类似点状缺陷波形变化显示的波形如图3.2.1所示：
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直探头对焊缝缺陷左右扫查时，开始波幅平滑的由零上升到峰值。探头继续移动，波幅基本不变，或在4dB范围内变化最后平稳下降到
3.2反射波形的分析
经分析此种缺陷可以测缺陷的指示长度，但是不易测其断面尺寸（高度和宽度），其缺陷性质应为线性夹渣、未焊透、未融合等。但由于其焊接缺陷所出现的位置固定，并且成批量出现。所以排除了线性夹渣。这样缺陷产生的原因初步定为未焊透和未融合。
3.2.1缺陷回波动态波形特征
波形Ⅰ---荧光屏上显示单个尖锐回波，探头前后、左右移动时，回波幅度平稳的由零上升到单个峰值，然后又平稳的回到零。这是小于声场直径的点状缺陷的波形特征。
波形Ⅱ---探头在各个不同的位置检测时，荧光屏上显示单个尖锐回波，探头前后和左右扫查缺陷时，回波峰值平稳的由零升到峰值，当探头继续扫查时，波峰基本不变，并保持一段平直部分，然后又平稳的下降到零。这是有一定长度和高度的光滑反射体的反射波形。
波形Ⅲ---(a) 波形Ⅲa当声束接近垂直入射至缺陷并扫查检测缺陷时，荧光屏上均显示单个锯齿形回波，探头移动时，回波幅度随机起伏较大（波幅差＞±6dB），这是有一定长度和高度的不规则粗糙反射体的反射波形。(b) 波形Ⅲ当声束倾斜入射至缺陷并扫查检测缺陷时，荧光屏上显示钟形脉冲包络，该钟形脉冲包络中有一系列的连续信号，并出现很多小波峰，探头移动时，每个小波峰在脉冲包络中移动，波幅由零逐渐升到最大值，然后又下降到零，信号幅度随机起伏（≥±6 dB）。这是倾斜入射不规则粗糙反射体的波形。
波形Ⅳ---探头在不同位置检测缺陷时，荧光屏上显示一群密集缺陷回波，探头移动时，回波信号此起彼伏，忽高忽低，若可分辨，则每一个单独回波信号均显示波形Ⅰ的特征，这是密集型产生的反射动态波形。
3.3缺陷类型及其识别
3.3.1点状缺陷
①概述：点状缺陷是指气孔或小夹渣等小缺陷，大多呈球形，也有不规则形状，属于小的体积性缺陷。可出现在焊缝中不同部位。
②特征：回波当量较小，探头左右、前后和转动扫查时均显示动态波形（波形Ⅰ），对缺陷作环绕扫查时，从不同方向，用不同声束角度探测时，若保持声程距离不变，则回波高度基本相同。
3.3.2线状缺陷
①概述：这种缺陷可测指示长度，但不易侧其断面尺寸（高度和宽度），如线状夹渣、未焊透或未熔合等。在长度方向也可能是间断的，如链状夹渣或断续未焊透或断续未熔合等。
②特征：探头对准这类缺陷前后扫查时，一般显示波形Ⅰ的特征，左右扫查时，显示波形Ⅱ的特征，当缺陷断面尺寸变化时，会出现波形Ⅲa或Ⅲb的特征，只要信号不明显断开较大距离，缺陷基本连续，如在长度方向缺陷波高明显降落，则可能是断续的，应在明显断开的位置附近进一步转动和环绕扫查，如观察到在垂直方向附近波高迅速降落，且无明显的二次回波，则证明缺陷是断续的.
3.3.3平面状缺陷
①概述：这种缺陷可测指示长度，但不易侧其断面尺寸（高度和宽度），如线状夹渣、未焊透或未熔合等。在长度方向也可能是间断的，如链状夹渣或断续未焊透或断续未熔合等。
②特征：探头对准这类缺陷作前后、左右扫查时，显示回波动态波形Ⅱ或Ⅲa或Ⅲb。对表面光滑的缺陷做转动和环绕扫查时，在与缺陷平面相垂直方向的两侧，回波高度迅速降落。对表面粗糙的缺陷做转动时，显示动态波形Ⅲb的特征，作环绕扫查时，在与缺陷平面相垂直的两侧回波高度呈不规则变化。
3.3.4多重缺陷
①概述：这是一群缺陷的集合，每个小缺陷彼此之间相隔距离很近，用超声波探伤无法对单独对每个小缺陷单独定位和定量，如密集气孔或再热裂纹等。
②特征：探头对准这类缺陷作前后、左右扫查时，由各反射体产生的回波在探伤仪扫描线上出现在不同位置，显示次序呈不规则，每个单独的回波信号此起彼伏，密集缺陷所产生的回波信号显示动态波形Ⅳ的特征。从扫描线上所显示的回波位置可大致判断缺陷密集范围。根据回波的不规则性，结合转动和环绕扫查，可大致判断密集缺陷是一群球状缺陷还是具有多个反射面的平面型点状反射体，如从不同方向、用不同角度测出的回波高度有明显变化，这表面是一群小的平面型点状反射体，从而可将密集气孔与具有多个反射面的裂纹区分开来。
3.4超声波检测与磁粉检测的互补及应用
超声波检测主要是检测工件内部所存在的缺陷。通过探测条件、耦合与补偿、仪器的调节来发现缺陷，并对它们进行定位、定量、定性。但超声波检测也存在盲区，对于工件表面、浅表面缺陷容易漏检。而磁粉检测的原理是：工件被磁化后，如工件表面及近表面存在裂纹等缺陷，就会在缺陷部位形成泄露磁场（即漏磁场），这个磁场将吸附、聚集检测过程中施加的磁粉，形成磁痕，从而将缺陷显示出来。为此，在工作中根据工件的图纸尺寸、形状及技术要求等，认真分析工艺流程，才能充分将超声波检测与磁粉检测有机的结合起来，利用互补的方式，防止错、漏检，有效的取长补短，才能将理论与实践结合起来运用到工作中。
第4节 结论
通过以上一系列的无损检测工作实践发现，在一些焊接过程中所产生的焊接缺陷并不都是由于焊接工作人员工作技能的高低不同所造成的，有一些缺陷是由于产品设计和焊接工艺过程的不合理所造成的。如焊接时组装顺序、焊接时焊接坡口的角度、钝边的大小等都会影响工件焊接质量，并且也说明了探伤工作不仅能对产品在完工后的内在质量起到管控作用而且还能在产品的生产过程中对一些由于产品的设计和加工工艺不合理所产生的产品质量问题给与解决。以上事例对前期生产的两列昌平地铁牵引梁组成，在同一位置焊接缺陷的统计分析，发现UT探伤检测的一次交检合格率仅为2%，而经过改进组焊顺序工艺方法后，1列车牵引销组成UT探伤的一次交检合格率达98%。
超声波探伤虽然同其他探伤方法一样存在局限性，但凭借经济、便捷等特点，它将被越来越多的应用于加工件、焊接件及铸钢件的内部缺陷检测。无损检测人员在平时工作中要了解探伤工艺，熟悉被检测零件的结构，了解可能存在缺陷的位置，熟悉零件的工艺流程，便于对发现的缺陷做出合理判断。技术可以通过学习去掌握，而经验是无法学习的。无损检测人员只有在日常工作中重视理论和实践相结合，注重用理论知识去解释所遇到的一些现象，善于动脑、摸索积累工作经验，提高自己的业务素质，才能更好的为生产服务。
无损检测技术的方法基础是依据材料、零件、设备结构、组织结构缺陷和材料应力等，无论哪一方面所引起的变化，均能反映出材料物理性质变化的这一事实。因此，从事无损检测的操作者必须掌握每种无损检测方法的特点以及适用范围，并且在检测过程中采用不同的检测方法互相补充，从而进行综合判断，才能得出比较符合客观实际的检测结果。