焊接质量管理与检验方法研讨25744.docx

焊接质量管理与检验现代电阻焊技术可以得到高质量焊接接头。但由于电阻焊过程中受众多偶然因素的干扰（表面状况不良、电极磨损、装配间隙的变化、分流等工艺因素的随机波动、焊接参数的波动），要想杜绝生产中个别接头质量的降低、废品的出现还是有困难的。因此，必须对电阻焊产品的生产全过程进行监督和检验，保证其在规定的使用期限内可靠地工作，不致因焊接质量不良导致产品丧失全部或部分工作能力。一、电阻焊的全全面质量管理理电阻焊全面质量量管理的主要要任务是预防防和及时发现现焊接缺陷，确确定焊接接头头质量等级，保保持所有生产产因素的稳定定性，并保证证获得高而稳稳定的产品质质量。质量管管理内容如图图1所示。图样工艺性审查查的目的是为为了保证焊接接结构（件）的的良好工艺性性。如审查金金属的厚度及及材料牌号、焊焊缝位置的布布置、焊接接接头的形式、接接头的开敞性性、点距及搭搭边尺寸等。审审查合格后，进进行工艺会签签。焊前有关工序检检验主要是对对焊前准备的的检查，是贯贯彻预防为主主的方针，最最大限度避免免或减少焊接接缺陷的产生生，是保证焊焊接质量的积积极有效措施施。电阻焊焊工应有有较高的操作作技术水平，因因为焊接夹具具、工艺装备备和电阻焊机机较为精密、复复杂，机械化化、自动化程程度高，操作作中稍许失误误（如工件放放置偏离，电电极冷却不良良或修磨不规规范，夹具使使用不当）都都会造成批量量性不合格品品出现。生产实践表明，电电阻焊焊接质质量与焊机性性能和焊接参参数关系极为为密切。因此此，必须保证证焊接参数的的正确选用，同同时对各参数数实行监控；电阻焊设备备在安装和大大修之后或控控制系统改变变之后，必须须进行焊机的的稳定性鉴定定，确保鉴定定合格后方可可焊接产品。鉴鉴定项目及要要求见表1、表2和表3。表1 点焊机和和缝焊机稳定定性鉴定项目目及要求焊机类别接头等级试件总数/个宏观金相检验X射线检验剪切试验数量/个要求数量/个要求数量/个要求点焊机一、二级1055熔核直径应符合合表7-3要要求，焊透率率在2080之间间、压痕深15，无无其他缺陷100除允许有<0.5mm的气气孔外，无其其他缺陷1001.强度值均大大于表7-22的要求2.90的试试件的强度应应在FT的±12.5范围内内，其余的应应在FT的±20范围内三级不要求1001.强度值均应应大于表7-2的要求2.90的试试件的强度应应在FT的±20范围内，其其余的应在FFT的±25范围内缝焊机一、二级300mm或或600mmm长焊缝纵向2横向3焊缝宽应大于表表7-3的值值，焊透率在在20880范围内内，压痕深度度<15全部除允许有<0.5mm的气气孔外，无其其他缺陷5大于母材强度的的85三级纵向1横向2不要求5铝合金要求其强强度大于母材材抗拉强度的的80885 FT为试件件抗剪力的平平均值 铝合金要求求焊600mmm，碳钢及及不锈钢要求求焊300mmm长的焊缝缝。表2 室温单点点抗剪力最小小要求值材料厚度/mm室温最小单点剪剪切力/N(点)2A11-T447A16-T442A16-T445A025A037A04-010和20钢30CrMnSSiA25CrMnSSiA强度 > 10035MPa的不锈钢钢强度 < 10035MPa的不锈钢钢TA7TC3TC4TA1TA2TA3TC20.3784882122589012759800.55404401420166523551735245017650.89308303040353046503445441035301.0123511253920470565004735667049001.2152013705488451087006200834063701.524502060784088201000075001275098102.035303040107801274014000890017560127502.5470041101470014895200001140022560156903.061751862019600250001700026480186303.58000200003100023000 4.010000 30CrMMnSiA和和25CrMMnSiA点点焊前为退火火状态，焊后后未处理。表3 允许的最最小熔核直径径材料厚度/mmm最小熔核直径/mm铝合金碳钢及低合金钢钢不锈钢钛合金0.32.22.22.50.52.52.52.83.00.83.53.03.53.51.04.03.54.04.01.24.54.04.54.51.55.54.55.05.52.06.55.55.86.52.57.56.06.57.53.08.56.57.28.53.59.07.07.64.09.5注：缝焊焊缝的的熔核最小宽宽度，比点焊焊熔核直径要要求大0.220.5mmm（板厚1.0mm），0.51.0mmm（板厚1.223.0mmm）。电阻焊接头的质质量检验，分分为破坏性试试验和无损检检验两类。破破坏性试验是是普遍应用的的评定接头质质量的方法，通通过对试件或或焊件的抽样样检查取得接接头性能数据据。由于技术术上保证了试试件或抽样具具有与焊件同同样的质量特特性，因此，能能够通过对少少数样件的检检验来判定整整批焊件的质质量。抽样检检查的数量应应根据产品的的重要程度（接接头质量等级级）和生产的的稳定性来确确定，一般在在生产检验目目录清单和生生产说明书中中均有明确规规定；无损检检验可在不破破坏焊件情况况下对其表面面及内部缺陷陷存在的情况况进行检查，在在焊件的生产产过程中及时时剔除出现的的不合格产品品。在成品验验收时，检查查是否达到设设计要求。同同时，产品在在役运行中亦亦能经常地或或定期地检查查是否出现危危险缺陷，以以防止事故发发生。所以，无无损检验在质质量管理、质质量检验和维维护检验中，都都是一种有效效的、经济的的技术。重要要的电阻焊结结构（件）质质量检验流程程如图2所示。二、电阻焊接头头的主要质量量问题焊件使用条件不不同，所要求求的焊接接头头质量指标也也不同，通常常国内外将焊焊接接头分为为三个等级（HB 52821984；MILW6858D），见表4。注： HB 52821984为为中国航空工工业部标闪； MILW68558D为美国国军用规范。表4 焊接接头头等级接头等级质量要求一级承受很大的静、动动载荷或交变变载荷；接头头的破坏会危危及人员的生生命安全二级承受很大的静、动动载荷或交变变载荷；接头头的破坏会导导致系统失效效，但不危及及人员的安全全三级承受较小的静载载荷或动载荷荷的一般接头头根据焊接接头等等级的不同，检检验的项目和和要求也不同同，由各专业业技术条件规规定。21 点、缝缝焊接头的主主要质量问题题点焊接头的质量量要求，首先先体现在接头头应具有一定定的强度，这这主要取决于于熔核尺寸（直直径和焊透率率）、熔核和和其周围热影影响区的金属属显微组织及及缺陷情况。多多数金属材料料的点焊接头头强度仅与熔熔核尺寸有关关；只有可淬淬硬钢等对热热循环敏感的的材料，当点点焊工艺不当当时，接头由由于被强烈淬淬硬而使强度度、塑性急剧剧降低，这时时，尽管具有有足够大的熔熔核尺寸也是是不能使用的的。缝焊接头的质量量要求，首先先体现在接头头应具有良好好的密封性，而而接头强度则则容易满足。密密封性主要与与焊缝中存在在某些缺陷（局局部烧穿、裂裂纹等）及其其在外界作用用下（外力、腐腐蚀介质等）进进一步扩展有有关。点、缝焊接头的的主要质量问问题参见表55。此外，点点、缝焊时由由于毛坯准备备不好（如折折边不正、圆圆角半径不符符合要求等）、组组合件装配不不良、焊机电电极臂刚性较较差等原因会会造成焊接结结构缺陷，这这种缺陷也会会带来质量问问题，甚至出出现废品。22 对焊接接头的质量问问题对焊接头的质量量要求，体现现在接头应具具有一定的强强度和塑性，尤尤其对后者应应给予更多的的注意。通常常，由于工艺艺本身的特点点，电阻对焊焊的接头质量量较差，不能能用于重要结结构。而闪光光对焊，在适适当的工艺条条件下，可以以获得几乎与与母材等性能能的优质接头头。许多资料表明，对对焊接头的薄薄弱环节通常常是焊缝，破破坏往往是由由于焊缝中存存在着缺陷而而造成。其中中最有代表性性的最危险的的缺陷是未焊焊透，它将使使接头塑性急急剧降低。另另外，在对焊焊接头组织缺缺陷中还有淬淬硬（出现马马氏体M）、软化（脱脱碳而使铁素素体F大量增加）、晶晶纹（纤维流流线）强烈弯弯曲和呈现“横横流”。对焊接头的主要要质量问题参参见表6。三、电阻焊接头头质量检验标标准目前，有关电阻阻焊质量检验验标准较少和和尚不完善，尤尤其是对焊的的质量检验多多散见于某些些产品标准之之中。31 接头力力学性能方面面的规定HB 528221984、HB 5527611984对点、缝焊焊接头强度作作了规定，见见表2。注： HBB 5282219844结构和不锈锈钢电阻点焊焊和缝焊质量量检验（航空空工业部标准准）。 HB 5227619984铝合金金电阻点焊和和缝焊质量检检验（航空工工业部标准）。应该注意，不同同厚度板材组组合焊接，按按薄板计算接接头强度；异异种材料（板板厚相同）组组合焊接，按按强度极限低低的材料计算算接头强度；不同厚度、不不同材料组合合焊接，按承承载能力低的的一侧板材计计算接头强度度。同时，点点、缝焊接头头的抗拉强度度均比抗剪强强度要低，钢钢和耐热合金金的抗拉强度度约为抗剪强强度的6075，而而轻合金仅为为30440，当温温度提高时，这这一比值还要要低。因此拉拉伸试验时（图图3），熔核核边缘将产生生极为严重的的应力集中和和拉力垂直作作用于柱状晶晶相碰的薄弱弱界面上，疲疲劳强度则更更低，仅为静静抗剪强度的的5200。单点或单排焊点点的点焊接头头，其静载强强度是不可能能达到与母材材等强度的，这这主要因为搭搭接接头力轴轴之间有偏心心距（图44），焊点除除受切应力外外，还承受由由偏心力引起起的拉应力。只只有采取多排排多列（最好好交错开排列列）焊点的接接头才可获得得与母材等强强度。但此时时的动载强度度仍然较低。为为解决此问题题的措施，可可采用涂胶的的胶接点焊复复合工艺。缝缝焊接头的静静、动载强度度均比点焊接接头高，尤其其静载强度，对对于焊接性良良好的材料可可不低于母材材，但此时接接头的疲劳寿寿命仍远低于于其他熔焊方方法。点、缝焊接头拉拉伸试验按GGB/T 2265111989进行行，疲劳试验验按GB/TT 15111119994点焊接头头剪切拉伸疲疲劳试验方法法进行。有关对焊接头的的质量检验中中，除规定接接头的强度指指标外，也对对接头的塑性性、韧性指标标作了规定，尤尤其对重要的的焊接结构，后后者受到了更更大的注意。这这主要由于电电阻对焊或闪闪光对焊的接接头形成实属属固相连接，其其最危险的缺缺陷（未焊透透、裂纹等）对对塑性的降低低影响更为显显著的缘故。电阻焊对接接头头的拉伸试验验按GB/TT 2651119899进行，其试试验包含焊缝缝、热影响区区与母材三种种性能差异甚甚大的区域，低低碳钢和某些些焊接性良好好的材料，电电阻对焊获得得的接头抗拉拉强度可达母母材的90以上，而闪闪光对焊获得得的接头抗拉拉强度则更高高；冲击试验验按GB/TT 2650019899进行，由于于焊缝很窄，缺缺口加工时可可能会产生偏偏差，所得数数据会较分散散；压扁试验验仅用于对接接缝焊管的检检验，可代替替弯曲试验；弯曲试验按按GB/T 26531989规规定进行，接接头一般均作作横弯试验。这这里应该注意意，对焊接头头的质量检验验常按相关专专业标准规定定进行，例如如矿用圆环链链的闪光对焊焊接头质量检检验见表7。表7 16××64型矿用用圆环链（223MnNiiCrMo664）力学性性能项标目准质量级别试验载荷F/kN试验载荷下最大大伸长率()破断载荷FM/kN破断时最小伸长长率()脉动循环次数 N/次弯曲挠度值/mmMT36-800B2601.432012> 50000016C3301.641012> 70000016D4102.051012> 70000016ISO/R6110B2601.432012> 50000014C3301.641012> 70000014D4101.951012> 70000014综上述，电阻焊焊接头力学性性能试验可参参考8选择项项目。表8 电阻焊接接头力学性能能试验项目选选用表焊接方法试验项目点焊凸焊缝焊对焊对 接 缝 焊焊剪切试验正拉试验拉伸试验冲击试验压扁试验弯曲试验疲劳试验扭转试验注：表示选选用； 表示不选。32 接头缺缺陷方面的规规定有关点、缝焊接接头缺陷的指指标规定，见见表9。其中中焊点、焊缝缝的压痕深度度：一级接头头不超过板厚厚10；二二级接头不超超过板厚155；三级接接头不超过220。有关关熔核尺寸、焊焊缝宽度、焊焊透率、重叠叠量等规定可可参阅前面章章节中的有关关内容。表9 点、缝焊焊接头允许存存在和修补的的缺陷数量（）及推荐修修补方法（HHB/T5227619984）缺陷名称允许存在(不大于)允许修补(不大于)缺陷修补方法备注一级二级三级一级二级三级外部飞溅00051015机械清理过深压痕51010000脱焊000125重焊、铆接熔核过小0003510重焊、铆接外部裂纹0003510重焊、氩弧焊、铆铆接表面发黑点焊351051015机械清理2A21、5AA02允许不不修补缝焊101525152030板边胀裂000125氩弧焊、锉修烧穿0000每班1个< 20mm每班1个< 20mm氩弧焊每个焊件上只允允许1个烧伤0003510氩弧焊、铆接、机机械清理内部飞溅351051015清除可见溅出物物内部裂纹及气孔05510重焊、铆接、氩氩弧焊校正引起的脱开000255重焊、铆接缺陷总数51015101520不包括表面发黑黑注：表中数值为为有缺陷的焊焊点数占焊点点总数的百分分数及有缺陷陷的焊缝长度度占焊缝总长长的百分数。从焊件上切取试试样进行低倍倍检验时，熔熔核内部允许许存在缺陷的的尺寸及分布布范围：在熔熔核长轴方向向，一级接头头单个缺陷不不大于0.33d，二级接接头不大于00.5d，且且所有缺陷不不超出熔核中中心长轴方向向0.7d范范围；在短轴轴方向，由结结合面伸向板板厚方向的深深度（h1），一级接接头不大于00.3，二二级接头不大大于0.5，且不超出出熔核范围（图图5）。低倍检验中所用用腐蚀液见表表10。表10 低倍腐腐蚀液的成分分受 检 材 料料铝 合 金铜 合 金钛 合 金低碳钢低合金钢不锈钢高温合金腐蚀液成分（体积分数）HCl 15HNO3 155HF 20水50过硫酸氨10水90HF 1HCl 1.55HNO3 2.5水95HNO3 2酒精98CuSO4 44gHCl 20mmL酒精20mL四、电阻焊接头头检验方法电阻焊接头的质质量检验，分分为破坏性检检验和无损检检验两类。41 破坏性性检验破坏性检验主要要用于焊接参参数调试、生生产过程中的的自检（操作作人员自行检检验）和抽验验（检验人员员按工艺文件件规定的比例例进行抽查检检验）。破坏坏性检验实际际上只能给以以参考性的信信息、由模拟拟而来的信息息，因为实际际工作的接头头往往是未经经检验的。但但是由于该类类检验方法简简单和检验结结果的直观性性，在实际生生产中仍然获获得了广泛使使用。1. 撕破检验验用简单工具在现现场对点、缝缝焊工艺试片片进行剥离、旋旋铰、扭转和和压缩（图66）等，可获获得焊点直径径、焊缝宽度度、强度等大大致定量概念念，但不能得得到较准确的的性能数值。有有时在断口上上能观察到气气孔、内喷溅溅等缺陷。2. 低倍检验验对点、缝焊工艺艺试片作低倍倍磨片腐蚀后后，在1020倍读数数放大镜下观观察、计算可可获得有关熔熔核直径、焊焊缝宽度、焊焊透率和重叠叠量等准确数数值。同时，也也能观察到气气孔、缩孔、喷喷溅和内部裂裂纹等缺陷。低低倍检验在铝铝合金等重要要结构的点、缝缝焊接头的现现场试验中具具有重要地位位。3. 金相检验验对点、缝焊接头头均可采用，目目的是了解接接头各部分金金属组织变化化情况，以及及观察裂纹、未未焊透、气孔孔和夹杂等几几乎所有内部部缺陷情况，以以便为改进工工艺和制定焊焊后热处理规规范提供依据据。4. 断口分析析基本同金相检验验，多采用扫扫描电子显微微镜。5. 力学性能能试验用以鉴定电阻焊焊接头的强度度、塑性和韧韧性等是否满满足相应的力力学性能指标标要求，常采采用的试验方方法见表8。各试验方法所用用试件及原理理参见（缝焊焊基本原理）中中提到过的相相关标准，力力学性能指标标可查阅有关关专业标准的的规定。应该指出，力学学性能试验有有时并不采用用标准试样和和标准试验方方法，而是根根据产品的使使用条件和要要求，采用与与接头部位结结构相仿的模模拟试件或直直接用结构本本身作试验。这这种试验往往往同时反映出出接头强度、塑塑性等多种性性能指标的综综合。当然，这这种试验所能能反映客观要要求的准确性性，应当在产产品大量使用用过程中受到到考验。例如，矿用圆环环链18mmm×64mmm的弯曲试试验（图7），以以其弯曲变形形达到规定的的找度值<< 16mmm，链环不应应有开裂和链链环受弯后的的破断载荷不不能小于规定定链环最小破破断载荷的550（参见见表7-7），以以此来反映高高强圆环链闪闪光对焊接头头的强韧性好好坏。42 无损检检验对电阻焊接头进进行无损检验验可有两类方方法：其一是是目视检验、密密封性检验以以及施加规定定载荷下的接接头强度检验验等；其二是是一些物理检检验方法，即即X射线检验验、超声波检检验、涡流检检验、热图像像法检验和磁磁粉检验等。1. 目视检验验用观察（允许用用不大于200倍的放大镜镜）和实测法法检查几何形形状上的缺陷陷，以及可观观察到外部裂裂纹、表面烧烧伤、烧穿、喷喷溅和边缘胀胀裂等缺陷。2. 密封性检检验主要用于气密、油油密和水密的的缝焊接头。通通常可用气压压法（0.110.2MMPa）枕形形试件（图88）或结构本本身在水中进进行，也可用用液压法、氨氨气指示法、氦氦质谱法及卤卤素检漏法等等。其中氦质质谱法精度最最高，可查出出2.4×1104mm3/h最小泄漏漏容积。3. 施加规定定载荷下的接接头强度检验验这种检验方法是是根据产品要要求、生产特特点和条件而而确定的。例例如，闪光对对焊汽车轮辋辋后，需要用用扩胀机作扩扩口试验，这这既检验了接接头质量，又又代替了整形形工序，一举举两得。4. X射线检检验接头内部缩孔、气气孔、裂纹和和板间缝隙内内的喷溅（点点、缝焊）可可在X射线透透视时发现（图图9）。同时时，对有区域域偏析的焊点点，可以检测测出熔核尺寸寸和未焊透缺缺陷。例如，22A12铝合合金焊点，由由于枝晶偏析析使熔核边缘缘部位形成富富铝贫铜区，对对X射线吸收收减弱，因而而在透视底片片上呈现暗色色圆环（黑环环）；又由于于塑性环所造造成的金属增增厚及合金成成分的聚集（强强化相），使使这里吸收XX射线较强，因因而透视底片片上呈现亮晕晕（白环），22A12在有有包铝层时以以上现象更为为显著（图110）。因此此，可用黑环环直径确定出出熔核尺寸。点焊镁合金时，因因核心周围形形成富锰区吸吸收X射线较较多，故以白白显现于X射射线底片上，由由此也可判断断焊点尺寸和和未焊透。应该注意，以上上情况仅局限限在几种铝合合金、镁合金金中（2A112、2A116、7A004、7A009、MB88等）。但是是，对于其他他金属材料，可可以通过焊前前在焊件内表表面特意加入入X射线对比比层（PKCC）后进行XX射线透视（PPKC一般由由与母材金属属对X射线吸吸收系数相差差很大的金属属粉、箔制成成），根据PPKC分布状状态，可以准准确判断出熔熔化区尺寸和和未焊透缺陷陷。5. 超声波擦擦伤超声波擦伤能够够确定完全未未焊透（当零零件之间有间间隙时）、气气孔、缩孔和和裂纹。但对对“粘着”（未未焊透一种）却却有困难，这这主要因为形形成“粘着”的的氧化膜厚度度较超声波擦擦伤仪所能检检测的尺寸小小得多。6. 涡流擦伤伤涡流擦伤可以检检验熔核尺寸寸及未焊透缺缺陷，其原理理是利用熔核核直径的大小小与焊接区导导电性之间已已确定的关系系来进行比较较。例如，铝铝合金点焊熔熔核为正常尺尺寸时，焊接接区的导电性性比母材金属属降低1015，而而发生未焊透透时只降低557。工工作时，探头头放在焊点表表面上，产生生的交变磁场场在零件中感感应出涡流，涡涡流的大小取取决于熔核尺尺寸。如果熔熔核减小，金金属导电性便便提高，也就就引起探头一一零件系统的的电参数变化化，造成输出出电压相位的的改变，因而而使测量仪表表指针作相应应偏摆。7. 无损检验验新技术电阻焊是一种机机械化、自动动化程度颇高高的高效先进进焊接方法，焊焊接接头质量量的在线自动动检测技术始始终是其发展展方向和研究究热点。（1）点焊接头头的射线实时时成像法自动动检测在航空空航天产品上上，很多结构构采用铝合金金点焊，对焊焊点的质量要要求很高。由由于点焊焊点点内部组织的的特点，通过过射线照相可可以在底片上上发现焊点内内部的缺陷；但是其检测测效率很低且且周期长。若若采用实时成成像的方法可可以较好地解解决这一问题题。图11a为2A112-T4铝铝合金的焊点点原始数字图图像，图中灰灰度较高的环环形影像是所所谓的亮环，亮亮环内部灰度度较低的圆形形部分是焊后后形成的熔核核，中心部位位灰度更低且且呈不规则的的条纹等裂纹纹、夹渣和气气孔等缺陷。图图11b为计算算机处理后的的输出图像，其其圆形边界为为计算机处理理的区域，从从图中可以清清晰地看到二二值化缺陷图图像。经识别别诊断程序的的进一步处理理，可实现质质量的自动评评价。（2） 点焊接头的自动动超声检测电电阻焊焊点质质量的C扫描描检测系统的的结构如图112所示。系系统采用直径径12mm、水水中焦距266.4mm、焦焦柱直径0.34mm、频频率为10MMHz的超声声波聚集探头头，进行二维维扫查。其原原理是基于超超声波的会聚聚效应和由于于多次反射造造成的反射波波衰减，使紧紧密结合面的的底波与交界界面波分开。将将超声波的发发射、接收、分分析、记录装装置与计算机机相结合，获获得焊点的声声扫描图像，可可将焊点中的的飞溅、气孔孔、缩松、裂裂纹等以图像像的形式区分分开来。图113为点焊焊焊点的超声波波扫查模式，中中心圆形区域域为焊点部分分。图14为为板厚为1mmm的低碳钢钢板点焊，焊焊点的C扫描描检测输出图图像和实际试试件表面的对对比。