X射線(xiàn)底片白色影像分析

胡海文，潘 杰，苗 松，孟凡輝

（新鄉(xiāng)市啄木鳥(niǎo)管道無(wú)損檢測(cè)有限公司，新鄉(xiāng) 45300）

1 問(wèn)題的提出

濮北新區(qū)Ⅰ標(biāo)段天然氣管道工程管道材質(zhì)為1Cr18Ni9Ti，管道規(guī)格為φ426mm×6mm，φ159mm×4.5mm，焊接方法為氬弧焊打底電焊蓋面。在對(duì)其1Cr18Ni9Ti等奧氏體不銹鋼的焊縫進(jìn)行射線(xiàn)檢驗(yàn)評(píng)片時(shí)，發(fā)現(xiàn)底片上出現(xiàn)了白色線(xiàn)狀影像，筆者對(duì)此現(xiàn)象進(jìn)行了試驗(yàn)分析并確定其成因。

2 分析試驗(yàn)

底片上產(chǎn)生白色影像可能是夾鎢、夾雜類(lèi)缺陷，也有可能是飛濺或射線(xiàn)衍射斑紋形成的。

首先從影像的形狀分析：夾鎢、夾雜類(lèi)缺陷和焊接飛濺一般呈圓形或橢圓形，分布雜亂無(wú)章；而底片上產(chǎn)生的白色影像呈線(xiàn)狀，位于底片上焊縫影像的中間，與焊縫走向基本一致；而且將焊縫表面飛濺清除干凈后重透的底片上白色影像無(wú)變化，由此證明該白色影像并非夾鎢、夾雜類(lèi)缺陷或焊接飛濺。

凝固組織的晶體結(jié)構(gòu)對(duì)射線(xiàn)的衍射是產(chǎn)生斑紋的原因，因此鑒別底片上白色影像是否為衍射斑紋，可采用將焊縫余高磨平和改變透照參數(shù)的方法。經(jīng)對(duì)比試驗(yàn)該影像在底片中無(wú)明顯變化，由此證明，該影像并非射線(xiàn)衍射產(chǎn)生的斑紋。

3 原因查找

3.1 白色影像的特點(diǎn)

（1）僅存在于奧氏體不銹鋼的焊縫底片中，說(shuō)明其與奧氏體不銹鋼中所含特殊的合金元素有關(guān)。

（2）其影像呈白色，說(shuō)明形成影像的合金元素的線(xiàn)衰減系數(shù)必然明顯大于奧氏體不銹鋼焊縫的線(xiàn)衰減系數(shù)。

（3）白色影像呈線(xiàn)形，長(zhǎng)度較長(zhǎng)，說(shuō)明形成影像的合金元素在奧氏體不銹鋼中的含量比較高。

由鋼號(hào)手冊(cè)［1］可知1Cr18Ni9Ti的化學(xué)成分為：C≤0.12%；Cr17%～19%；Ni8%～11%；Ti0.6%～0.8%；Si≤1.00%；Mn≤2.00%；S≤0.030%；P≤0.035%，從中可以看出，Cr，Ni，F(xiàn)e，Mn為主要合金元素。

各種元素在不同射線(xiàn)能量（0.10，0.15，0.20，0.30MeV）下的質(zhì)量衰減系數(shù)μm和線(xiàn)衰減系數(shù)μ如表1所示。

表1 各種元素的衰減系數(shù)

1Cr18Ni9Ti的密度為7.90g／cm3，根據(jù)下列公式可計(jì)算出1Cr18Ni9Ti在不同射線(xiàn)能量（0.10，0.15，0.20，0.30MeV）下的質(zhì)量衰減系數(shù)和線(xiàn)衰減系數(shù)，詳見(jiàn)表2（S、P含量較低，未考慮在內(nèi)）。

式中：μm為物質(zhì)的質(zhì)量衰減系數(shù)；μ為物質(zhì)的線(xiàn)衰減系數(shù)；αC，αCr，…，αFe為各種元素在物質(zhì)中的含量百分比；ρ為物質(zhì)的密度。

表2 1Cr18Ni9Ti的衰減系數(shù)

從表1可見(jiàn)：在1Cr18 Ni9Ti的各種主要元素中，只有Ni的線(xiàn)衰減系數(shù)明顯大于1Cr18 Ni9Ti的線(xiàn)衰減系數(shù)，從而可以確定：奧氏體不銹鋼在焊接冷卻過(guò)程中，焊縫的中間部位產(chǎn)生了Ni的偏析，從而在射線(xiàn)底片上形成富含Ni或純Ni組織的白色影像。

3.2 Ni的偏析原因

在1Cr18Ni9Ti中，Ni溶解于γ－Fe形成固溶體；由于Fe的熔點(diǎn)高于Ni，所以Ni的結(jié)晶要比Fe晚一些。當(dāng)焊接熔池開(kāi)始結(jié)晶時(shí)，如果冷卻速度過(guò)快，Ni來(lái)不及均勻溶解于γ－Fe中，就會(huì)形成Ni的偏析。在焊縫冷卻過(guò)程中，焊縫的中心總是最后結(jié)晶，因此富含Ni的晶體組織總是出現(xiàn)在焊縫的中心部位。

4 作為缺陷評(píng)定的依據(jù)

筆者認(rèn)為從以下幾個(gè)方面考慮，對(duì)于此種白色影像，必須作為缺陷評(píng)定的依據(jù)，而進(jìn)行缺陷處理。

（1）Ni的主要作用是使鋼材獲得穩(wěn)定的奧氏體組織，提高鋼材的高溫抗蠕變、抗腐蝕能力。當(dāng)這種白色影像在射線(xiàn)底片上清晰地反映出來(lái)時(shí)，表明焊縫中Ni的偏析程度已十分嚴(yán)重，會(huì)導(dǎo)致焊縫中其他部位的Ni含量不足。當(dāng)焊縫中Ni含量達(dá)不到設(shè)計(jì)最低要求時(shí)，對(duì)系統(tǒng)的運(yùn)行安全和使用壽命影響非常大。

（2）Ni的金相組織、力學(xué)性能與奧氏體不銹鋼的差異較大，抗拉強(qiáng)度較低，當(dāng)鋼中存在Ni的偏析時(shí)必將降低整個(gè)焊縫的承載能力。

（3）由于Ni與Fe熔點(diǎn)的差異，焊縫金屬在凝固過(guò)程中可能會(huì)產(chǎn)生沿晶界開(kāi)裂的熱裂紋，而射線(xiàn)檢驗(yàn)對(duì)微小裂紋的發(fā)現(xiàn)能力較差。

5 結(jié)語(yǔ)

評(píng)片是射線(xiàn)探傷工作環(huán)節(jié)中最重要的一環(huán)，因此評(píng)片人員必須在工作中勤于思考、不斷更新知識(shí)，用科學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膽B(tài)度確保探傷結(jié)論的準(zhǔn)確性，從而保證設(shè)備安全可靠的運(yùn)行。

［1］ 朱中平.中外鋼號(hào)對(duì)照手段［M］.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2011：1－125.