焊缝检测是无损检测中常针对的检测对象,无论是超声检测、磁粉检测、射线检测、渗透检测等等,均会进行大量的相关检测。因此针对焊缝检测的时机尤为重要,本文解释了为什么一些规范中允许无损检测在焊缝冷却到室温后可以立即进行,但是对于一些确定钢种却需要延迟一段时间才能进行。

      当焊件冷却到室温后,在可以安全操作的前提下,可以采用适当的工具或手段进行焊接接头的外观检验或无损检测,但是在一部分规范中,对于特定的钢种,要求即使冷却到室温以后,仍需要延迟一定的时间后才能按照相关要求进行检测。

AWS D1.1

    AWS D1.1/D1.1M:2015《钢结构焊接规范》是美国焊接学会专门针对碳钢和低合金钢结构编制的焊接标准。标准中描述到:对于一部分钢种属于高强度低合金钢,这类钢种对氢致裂纹较为敏感。


    该规范在第6章-检验部分章节、第6.9-目视检验中这样描述:“所有焊缝必须目视检验,且如果满足表6.1所列的判据就必须认为合格。”而在表6.1-目视检验合格判据第5条(检验的时间)这样要求:“所有钢焊缝的目视检验可在完工的焊缝冷却至环境温度后立即开始。ASTM A514、A517钢和A709 100级及 100W级钢焊缝的验收则必须以焊缝完工后至少48小时以后所作的目视检验为依据。”


    规范要求所有钢种在焊接完后冷却至室温后进行缺陷检测,包括ASTM中列举的高强钢,如A514、A517、A709 Grade HPS100W钢种,这些钢种在冷却至室温后都可以直接进行缺陷检测,一旦发现有缺陷存在,可以立即进行返修。但与其他钢种不同的是,这类钢种的检测需要在焊接完成后至少48小时以后才能进行,这是由于这类钢种的屈服强度至少达到90000psi,对氢致裂纹极其敏感


    在第九版AWS焊接手册第一部分《材料与应用》第四卷第12页中对氢致裂纹进行了定义,书中这样描述:氢致裂纹又称为皮下裂纹、冷裂纹或延迟裂纹,常在碳钢和低合金钢焊后出现。焊缝金属或焊接热影响区的裂纹敏感性与该区域的化学成分、氢含量以及拉应力水平有关。氢裂纹一般在150℃以下出现,既可能在焊缝冷却过程中直接出现,也可能在48小时内潜伏出现。该规范还指出氢致裂纹有时可能在焊缝中出现,尤其适当熔覆金属强度超过90ksi时,不过对于大多数合金钢来讲,氢致裂纹一般发生在焊接接头的焊接热影响区部分。


    试件在室温下存留48小时能够使氢致裂纹有足够的时间出现并扩展。因此对于这类钢种的无损检测需要在48小时以后进行。


    AWS D1.1第6章-检验,第6.11-无损检测条款也采用了相同的48小时门槛值。其规定当焊接接头冷却至室温后可以立即进行缺陷检测,但是对于ASTM A514、A517以及A709 Grade HPS100W[690W]钢的无损检测应该在焊后不少于48小时后才能进行。


    AWS D1.1 6.11条款的注释中解释道:对于高强度调质钢的缺陷检测,无论是外观检测还是无损检测,都应在焊后不少于48h后进行。因为高强钢在焊接时,由于氢脆、应力断裂等原因造成的裂纹极易发生,所以这类刚中的焊接接头的无损检测,必须给与充足的时间,使其裂纹缺陷能够完全地显现出来,因此对这类钢种焊接接头的无损检测设定了时间阈值。


AWS D1.6

     在2017版AWS D1.6/D1.6M《不锈钢结构焊接规范》中对常用的奥氏体不锈钢进行了规定,如304/316系列。这类钢种对氢致裂纹都不太敏感。不过该规范也对其他类型的不锈钢结构的检测进行了规定,如马氏体不锈钢、沉淀硬化不锈钢。


     对奥氏体不锈钢、铁素体不锈钢以及双相不锈钢的最终检测和评价规范进行了规定,要求在焊接冷却至室温后就可以进行无损检测。但对于马氏体不锈钢、沉淀硬化不锈钢的焊缝检测和最终评价应该在焊缝冷却至室温以后不少于24小时后进行。

在8.11无损检测条款中也进行了相同的叙述。


    类似的规定还出现在附录G-免预先评定不锈钢的焊接工艺规程评定和使用指导中,其文本中对非奥氏体不锈钢进行了规定,文中表明马氏体不锈钢对冷裂纹敏感,扩散氢含量是冷裂纹产生的主要诱因。


API 1104

    第21版API标准1104《管道及相关设施焊接》中,对碳钢和低合金的焊接进行了规定。附录B中规定了在役设备的焊接规范(包括焊接修复、在役管线或内部有流体结构的外部附属物的焊接)。


   附录B中要求在焊接时要适当考虑两点,分别为管壁要避免焊穿、防止氢致裂纹。对于氢致裂纹的考虑,主要是因为在役部件的焊接由于内部流体会迅速把热量带走,因此会使焊接冷却速度加快,加剧了冷裂纹出现的可能性。


    而在附录B.2条款-关于在役部件焊接修复评定要求中还对面弯测试进行了规定,而对在役部件的焊接弯曲评定中要求考虑到氢致裂纹的不确定性,在役部件的面弯试样应在焊接后24小时以后进行。


    在附录B.5条款-在役部件的检查和测试中要求对在役部件焊后的接头进行检测时要充分考虑由于自然条件导致的检测时段的变化,同时要考虑裂纹出现的可能性。焊后冷却的时间越长,越能降低延迟裂纹漏检的记录。裂纹出现的敏感性以及检测需要的延迟时间也可以根据以往的有效评定和焊接规范进行适当地减少。该规范中推荐在无损检测前,应确保氢致裂纹已经完全出现并扩展完毕。


ISO 15614-1

    ISO 15614-1:2017《金属材料焊接规程的分类和评定》中,焊接规程测试第一部分关于钢的弧焊和气保护焊、镍及镍合金的弧焊中也对焊后检测的延迟时间进行了规定。


    在7.3-无损检测条款中要求,对氢致裂纹敏感的材料、无焊后热处理部件的焊接,无损检测应该延迟一段时间再进行。


小结

    在相应的标准或规范中,均要求外观或无损检测应根据相应的规定考虑时间因素,在大多数规范中无损检测可以在焊件冷却到室温后立即进行,包括高强钢的焊接,一旦发现裂纹等缺陷后应立即进行消除修复。


    但是在某些特定规范中要求对于高强钢的焊接检测,应在适当的延迟时间以后进行,确保如果存在氢致裂纹,它会完全产生并扩展完毕,规范中还给出了具体的延迟时间。



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