摘要：简要分析FCB焊缝裂纹的成因，进一步认识FCB焊缝裂纹的特点，通过不同方向对FCB焊缝进行磁轭法磁化，记录并对比不同方向磁轭法磁化的灵敏度情况，为日常的FCB焊缝磁粉检测提供依据，从而达到减少横向缺陷漏检的目的。
关键词：FCB焊缝；横向缺陷；磁轭法；磁化方向；灵敏度；对比
1、前言
焊接是造船业广泛采用的一种钢材连接方式，焊接质量、焊接效率以及自动化焊接是目前国内各大船厂所共同追求的目标。然后，造船是劳动密集型行业，同时又是大规模交叉作业进行焊接的行业，因此，为了提高焊接质量，减少船舶建造周期，除个别结构复杂、狭小空间等区域必须采取手工焊接以外，其他平直板位置均要求实施自动焊接，甚至机器人焊接。目前我们公司在船舶建造过程中大规模应用的自动型焊接方法有：双丝埋弧自动焊（SAW）、气体保护电弧焊（EGW）、以及单面焊可获得双面成型的FAB和FCB自动焊接。
FCB单面焊可双面成型，大大提高了电弧利用率，减少了钢板的翻身所投入的成本，从而大幅度的提高了焊接效率，因此在非大厚板的直缝中大规模的推荐使用。与此同时，当FCB单面埋弧焊在工艺控制不当时，就有可能在焊缝根部出现表面横向裂纹，所以非常有必要选择正确的磁粉检测工艺对焊缝表面进行检测，以保证获得完好的焊缝质量。
2、FCB焊缝根部裂纹特征及形成机理
2.1 根部裂纹特征
进几年，经过对公司建造的几十条船舶的FCB焊缝进行磁粉检测跟踪，发现在根部焊缝的波谷位置出现横向裂纹的概率非常大，如图1所示。此类横向裂纹仅凭借目视检查（VT）是很难被发现的，甚至一些较小的裂纹必须采用更高灵敏度的磁粉检测以及正确的磁化方向才有裂纹信号显示。对焊缝波峰进行了刨除及打磨处理，实际上位于波谷的细微裂纹仍隐藏于焊缝中（如图2）。
图1 裂纹处纵剖面图
为了明确裂纹的形态，将裂纹部位沿焊缝方向剖开，进行打磨、抛光、腐蚀等处理后观察其宏观断面形态，如图2所示。从图中可以看出，裂纹出现在焊缝根部表面位置，且垂直于板厚方向，裂纹是从焊缝中心向焊缝热影响区进行扩展的趋势。
图2 裂纹部位宏观断面形态
2.2 根部裂纹形成机理
分析发现，由于部分坡口加工质量达不到要求，容易引起焊漏或未焊透的情况，致使根部焊缝成型不均。坡谷位置的焊缝余高和宽度较坡顶位置明显较小，本身强度较低，同时受应力集中影响，容易产生裂纹。进一步分析发现，由于较低的余高保温效果不足，所以焊缝冷却的不均匀，加上在焊缝凹处有应力集中，收缩而产生的拉伸变形超过了许应值，促发了裂纹的产生。
通过Zeiss光学显微镜观察显微组织，从图3、图4中可以看出，焊缝处主要的组织为大量的针状铁素体和少量的块状铁素体。针状铁素体均匀且细小，交叉分布无方向性，具有优良的强韧性，能够阻止裂纹的扩展，而块状铁素体是小角度晶界组织，在抵抗裂纹扩展性方面，相对于具有大角度晶界的针状铁素体还比较薄弱。由于外部工艺条件的影响和根部铜垫板的快速冷却效果，使得凝固时低熔点共晶物富集于晶界，在焊缝内部柱状晶间横向开裂，出现垂直于焊缝的横向微裂纹。这些裂纹源于表面的凹陷处，此处由于余高的保温作用不充分，晶粒未得到充分细化，块状铁素体居多，然后逐渐向下扩展，直到接触到具有强韧性的针状铁素体才停止扩展。
图3 根部裂纹微观组织（×50） 图4 根部裂纹微观组织（×200）
3、不同规范/标准对磁轭磁化法检测的要求
表1 典型的磁轭磁化法
按船标《CB/T3958-2004》条款A.6.4的规定，采用磁轭磁化法检测焊缝表面时，焊缝的每一区域至少应进行两次独立的检测，也就是与焊缝轴线大致是+45°和-45°的方向上分别进行磁化。若有必要，还应与焊缝轴线平行的方向上进行磁化，以检测焊缝表面横向缺陷，相邻两个检测区域之间，也应有10mm~20mm的交叉覆盖宽度。在DNVGL-CG-0051-2015规范中，磁轭磁化法的要求如表1所要求，对于横向缺陷可针对性的采用与焊缝轴线平行的方向上进行磁化。同样，在ISO 17638-2009、LR规范中，对于横向缺陷的磁轭磁化法检测，与DNVGL-CG-0051-2015规范有类似的要求。
4、试验准备
设备：MP-A-2L。
设备提升力：＞45N。
磁轭磁脚间距：100mm。
灵敏度试片：A1-15/100，试片要求紧贴在焊缝表面。
磁粉材料：磁悬液为MT-BO。
试件：1#试块（对接焊缝余高2.5mm），2#试块（对接焊缝余高4.5mm），3#试块（角焊缝高度8mm）。
磁轭磁化法检测：
方式一：磁轭磁化方向分别与焊缝轴线大致形成+45°和-45°。
方式二：磁脚骑焊缝上面，与焊缝轴线平行的方向上进行磁化。
方式三：磁脚骑母材上面，与焊缝边缘贴紧，并与焊缝轴线方向平行进行磁化。
目的：观察灵敏度试片信号显示情况，根据不同的焊缝余高，选择出最佳的磁化方式。
5、试验数据
5.1、对1#试块，2#试块，3#试块的焊缝表面进行除锈处理，使得焊缝及热影响区域25mm内的表面粗糙度基本一致。采用连续法以方式一进行，磁轭磁化方向分别与焊缝轴线大致形成+45°和-45°的磁化方式对工件表面进行磁化，同时确保磁脚与工件接触面形成良好的面接触，在磁化过程中观察灵敏度试片的横向信号显示情况，其结果如表2所示，横向显示的信号非常的弱，甚至不能发现横向显示信号。
表2：方式一磁化方式横向信号显示情况表
（续表2）
5.2按照方式二的磁化方式，磁脚骑焊缝上面，与焊缝轴线平行的方向对1#试块，2#试块，3#试块进行磁化，结果显示，其横向信号与磁轭磁化方向分别与焊缝轴线大致形成+45°和-45°的磁化方式相比有明显的区别，且横向信号强度大大强于方式一的磁化方式，如表3所示。
表3：方式二磁化方式横向信号显示情况表
（续表3）
5.3按方式三的磁化方式，磁脚骑母材上面，与焊缝边贴紧，并与焊缝轴线方向平行分别对1#试块，2#试块，3#试块进行磁化，其横向信号显示如表4所示，与磁脚骑焊缝上进行磁化相比，有一定的差异。
表4：方式三磁化方式横向信号显示情况表
6、结论及原因分析
6.1采用磁轭磁化方向与焊缝轴线大致形成+45°和-45°的磁化方式无法获取很高的发现横向信号灵敏度，特别是对于FCB的横向细微裂纹是很难达到预期的效果，因此不推荐+45°和-45°相交叉的磁化检测方式在FCB焊缝上大规模应用。
6.2磁脚骑在焊缝之上的磁化方式，虽然也能获取较好的横向信号灵敏度，但是由于焊缝表面焊纹、焊层的影响，无法使得磁脚与工件形成良好的面接触，因此，横向信号灵敏度弱于方式三，也就是磁脚骑母材上面，与焊缝贴紧，并与焊缝轴线方向平行的磁化方式。因此，焊缝成型较差或者焊缝宽带较窄，无法与磁脚形成面接触的，也不推荐磁脚骑在焊缝之上的磁化方式。
6.3磁脚骑母材上面，与焊缝边缘贴紧，并与焊缝轴线方向平行的磁化方式，即保证了磁脚与工件形成良好的面接触，也能保证与横向缺陷保持90°的垂直，因此获取的横向信号为最强的，在FCB焊缝的磁粉检测中，由于FCB焊接工艺的特点，产生的焊接缺陷一般为横向裂纹，同时由于FCB焊接方法又有高效性得特点，船舶内外壳体的直焊缝，一般都进行了FCB焊接，因此焊缝数量相当的巨大，在只要求对横向裂纹检测的前提下，采用单向磁化而非90°交叉的磁化方式，检测工作效率也可大大的提高。
作者简介：
1陈晓松；出 生 年月：1983年6月；性别：男；学历：本科；专业：船舶与海洋工程；
2李志纯；出 生 年月：1984年11月；性别：男；学历：本科；专业：船舶与海洋工程。
论文作者:陈晓松,李志纯
论文发表刊物:《基层建设》2019年第17期
论文发表时间:2019/9/11
标签：裂纹论文; 横向论文; 方式论文; 轴线论文; 方向论文; 根部论文; 信号论文; 《基层建设》2019年第17期论文;