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超声波无损检测的焊接基础知识:焊缝质量等级分类

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    从事焊接接头的超声检测人员必须掌握超声检测的基础技术,具有足够的焊缝超声波检测经验,此外还需要掌握一定的焊接基础知识,对焊缝质量等级分类有深入的了解,以便开展检测工作。目前我国钢结构建筑工程中会根据结构的重要性、荷载特性、焊缝形式、工作环境以及应力状态等情况,对焊缝质量分为一级、二级、三级,一级焊缝对应最重要受力部位,二级焊缝次之,三级焊缝对应受力最弱的部位。


    一般情况下,焊缝质量等级不但对焊缝外观有相同等级的质量要求,而且对焊缝内部有不同超声检测要求。下面我们重点聊聊焊缝质量等级分类背后的原则以及一级、二级、三级焊缝的本质上的差异。


    一、焊缝质量等级分类的原则:


    1、在需要进行疲劳计算的构件中,凡对接焊缝均应焊透,其质量等级为:

    ①作用力垂直于焊缝长度方向的对接焊缝或“T”形对接与角接组合焊缝,受拉时应为一级,受压时应为二级;

    ②作用力平行于焊缝长度方向的纵向对接焊缝应为二级。


    2、不需要进行疲劳计算的构件中,凡要求与母材等强的对接焊缝应予焊透。其质量等级当受拉时应不低于二级,受压时宜为二级。每个行业都有其特殊性,输电线路铁塔行业的标准有两个:GB/T 2694-2010 《输电线路铁塔制造技术条件》和DL/T 646-2012《输变电钢管结构制造技术条件》,它们对焊缝质量的第一要求都是“符合设计图纸要求”。但是DL/T 646-2012《输变电钢管结构制造技术条件》提出了若设计文件没明确要求焊缝等级要求时,该如何判定。其要求如下:

    ①一级焊缝:插接杆外套管插接部位纵向焊缝设计长度加200mm、环形对接焊缝、连接挂线板的对接和主要的T接焊缝。

    ②二级焊缝:钢管塔横担与主管连接的连接板沿主管长度方向焊缝、钢板的对接焊缝。无劲法兰、有劲法兰或者带颈法兰与杆体连接的角焊缝、钢管杆杆体与横担连接处的焊缝、连接挂线板角焊缝、钢管与钢管相贯连接焊缝应符合二级焊缝外观质量要求。

    ③三级焊缝:钢管的纵向焊缝(应完全熔透),设计图纸无特殊要求的其他焊缝。


    如果根据上述要求的话,焊缝质量分级原则一般是:

    1、作用力垂直于焊缝长度方向的对接焊缝,无论是受拉时,还是受压时,均为一级。

    2、作用力平行于焊缝长度方向主要的“T“形焊缝,应为二级。

    3、作用力垂直于焊缝长度方向的角接组合焊缝,符合外观二级。

    4、作用力平行于焊缝长度方向的纵向对接焊缝以及一些非主要受力的焊缝,应为三级焊缝。


    总体来看,DL/T 646-2012《输变电钢管结构制造技术条件》是严于GB50017-2003 《钢结构设计规范》的焊缝质量要求,特别体现在变坡位和挂线板的焊缝上,均提升到一级焊缝。


    我们现在来看看某省电力设计研究院的铁塔构件加工和铁塔安装总要求,看看其焊缝等级是如何分类的。 焊缝质量等级应符合设计图纸中要求,如图纸中未注明,则角钢塔及钢管塔焊缝质量等级按如下分:

    1、一级焊缝:带颈对焊锻造法兰接钢管对接焊缝,导、地线挂点除加劲板以外的所有水平焊缝。

    2、二级焊缝:塔身变坡位钢管对接焊缝(有加劲板),其它角钢、铁板对接焊缝。

    3、三级焊缝:除以上规定的一、二级以外的其余焊缝,其中无加劲法兰的环形焊缝、角钢主材与塔座板的T接焊缝应达到外观二级要求。


    可以看出电力设计研究院的焊缝等级要求和GB50017-2003 《钢结构设计规范》的焊缝质量要求是很接近的。 除了省电力设计研究院,社会上还存在很多设计单位或公司,他们对焊缝质量分级也不尽相同,可以用“百花齐放”来形容。DL/T 646-2012《输变电钢管结构制造技术条件》与设计单位的焊缝质量要求是有冲突的,争论的焦点都在于塔身变坡位、塔脚、横担与主管连接的连接板等部位的焊缝等级如何分类,分类不同会影响焊缝内部是否需要做超声波检测。


    一般情况下,当国家标准、行业标准的内容有矛盾时,应按最高标准的条款去执行或者按双方商定的标准执行。


    二、焊缝质量一级、二级、三级的本质上的差异:

    各个等级焊缝,感官应达到:外形均匀、成形较好,焊道与焊道、焊缝与基体金属间圆滑过渡。


    1、一级、二级、三级的外观上本质的差异:

    焊缝外观缺陷分为10种,分别是:根部收缩、咬边、裂纹、弧坑裂纹、电弧擦伤、飞溅、接头不良、焊瘤、表面夹渣、表面气孔。

    ①第一类危险性最大的外观缺陷:裂纹、焊瘤,容易产生应力集中使焊缝失效断裂。

    ②第二类危险性次之的外观缺陷:弧坑裂纹、电弧擦伤、表面夹渣、表面气孔,这类缺陷出现往往意味着焊接工艺很差、内部存在超标缺陷。

    ③第三类危险性最低的缺陷:根部收缩、咬边、接头不良、此类缺陷很常见,也难以避免。


    各级焊缝的外观总结:

    一级焊缝不允许任何外观缺陷,此外飞溅应清除干净。二级焊缝不允许:第一类和第二类外观缺陷,此外飞溅应清除干净,允许局部出现第三类缺陷,但对其缺陷尺寸有限制。三级焊缝不允许存第一类缺陷,此外飞溅应清除干净,允许局部存在第二类和第三类缺陷,但对其缺陷尺寸有限制。

    由此可见:一级焊缝就是外观最完美的焊缝,而二级焊缝允许出现一些常见的但危险性不大的外观缺陷,而三级焊缝排除危险性极大的外观缺陷,可以出现各种外观缺陷。


    2、一级、二级、三级的内部质量的本质的差异:

    就目前我接触的焊接件而言,一级、二级焊缝均要求100%焊透、一级焊缝除了符合外观一级,内部施行100%超声检测,二级焊缝除了符合外观二级要求,内部施行20%超声检测。三级焊缝比较特殊,它允许部分焊透,内部无需进行超声检测,个别三级焊缝外观必须符合二级焊缝要求。有关详细情况可以参考 《角钢塔和钢管塔的超声波无损检测》。


    除了检测比例的不同,一级、二级焊缝内部允许存在的缺陷长度也有差异。按目前国内输电线路铁塔和输变电钢管结构的制造标准,一级、二级焊缝按 GB/T11345-1989 验收,检验等级为B级,当缺陷回波位于II区,一级、二级焊缝允许存着缺陷长度:

    ①一级焊缝,评定等级为I级,即:当板厚T≤30mm时,允许存在10mm长的非裂纹类缺陷,当板厚T=30~90mm时,允许存在不超过的非裂纹类缺陷。

    ②二级焊缝,评定等级为II级,即:当板厚T≤18mm时,允许存在12mm长的非裂纹类缺陷,当板厚T=18~75mm时,允许存在不超过的非裂纹类缺陷。


    实际情况,我所接触的焊接件板厚一般不会超过30mm,因此一级焊缝内部缺陷长度不大于10mm,即可合格。当板厚T=30mm,二级焊缝内部允许存在缺陷长度不超过20mm。由此可见,一级、二级焊缝的内部质量的本质差异不大,现实情况两者允许的内部缺陷长度最大相差不会超过10mm。三级焊缝由于无需进行内部缺陷检测,因此无法比较。


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