3-31  异种金属机器人自动焊焊缝射线检测技术

王增勇  孙朝明  李建文

某D6A圆筒体上采用机器人自动焊对20号钢椭圆封闭块进行封闭焊接，封闭块的厚度约为容器壁厚的1/2。由于焊接深度较大，机器人焊接时在深度方向上分3层焊接成型，见图1。焊缝质量要求按GB3323 Ⅱ级标准验收。

由于工件结构和焊接方式的特殊性，射线检测只能采用源在外的单壁单影透照方法，为保证射线能量均匀分布在焊缝上，要求主射线束垂直对准机器人自动焊的椭圆焊缝中心；由于焊接接头部位两种材料的厚度相差约1倍，透照时要同时满足焊缝及其两边热影响区的黑度控制要求的可能性不大，且焊缝基本上都成型在20号钢上，透照时主要保证20号钢方面焊缝处的透照质量。在焦距的选择上，在满足设备能力和生产效率的前提下，要求透照焦距尽可能大，这样既可保证射线源尽可能垂直透照到焊缝上，减少筒体边缘厚度差对焊缝成像质量的影响，又可降低透照后底片的几何不清晰度，提高裂纹检出能力。透照电压选择参照“两点法”取值，在选定了透照焦距和管电压之后，即可根据有关标准规定的底片黑度控制要求选择曝光量。透照中，为便于缺陷定位，除了在工件上放置必要的识别标记以外，还根据焊缝具体形状，在焊缝四周的特殊位置放置定位标记。

与手工埋弧焊相比，机器人自动焊的焊缝影像非常复杂，焊缝根部焊道熔透后形成的凸纹、2，3层焊道间的结合线在底片上呈非均匀分布，内部缺陷主要为裂纹和未熔合，见图2。焊缝中裂纹基本位于20号钢接头根部或近熔合线的热影响区，走向大体与熔合线方向一致，沿圆周分布，且经常与焊缝熔合线贴合，给缺陷识别带来很大难度。为验证评定结果的准确性，对有缺陷工件，采用逐层打磨后，再用射线透照+磁粉探伤的方式进行验证，结果表明缺陷定性准确。根据裂纹分布的异常现象，从焊接工艺和母材力学性能方面着手，分析裂纹产生原因可能是焊后的焊接应力控制不当，在厚度和强度差异较大的情况下，致使20号钢上的第1层焊缝内产生焊接裂纹。根据分析结果，及时改进焊接工艺，对焊接线能量和焊前预热焊后保温措施加强控制，结果表明焊缝质量大为提高，基本解决了裂纹问题。

研究结果表明机器人自动焊焊缝的射线检测工艺合理，缺陷定性定量准确，焊缝缺陷主要为根部裂纹，裂纹成因主要是焊后焊接应力控制不当，改进焊接工艺后裂纹得到了有效的控制。