射線無損檢測技術在軟包夾焊縫檢測中的應用

韓 彬，廖天祿，曾曉慧，余曉華，范秋月，金 璐

(1.龍巖學院 福建省焊接質(zhì)量智能評估重點實驗室，福建 龍巖 364300；2.龍合智能裝備制造有限公司，福建 龍巖 364300)

0 引言

X射線在不同的物質(zhì)中存在不同的衰減特性，可以發(fā)現(xiàn)缺陷的存在。當檢測到?jīng)]有缺陷的焊件時，金屬材料對X射線能量的吸收是均勻的，最終照射到膠片上的能量也是均勻的，即膠片感光均勻；當被檢測焊件有缺陷的時候，X射線穿過焊接缺陷時會呈現(xiàn)衰減特性，且缺陷的衰減系數(shù)與金屬材料之間的衰減系數(shù)通常差別較大。焊接缺陷對于焊縫金屬來說，當X射線的衰減系數(shù)更大時，透射缺陷那一部分的X射線照射到膠片上時的能量比沒有缺陷時更少；當焊接缺陷對X射線的衰減系數(shù)更小時，則最后照射到膠片上時的能量更多，總之只要有缺陷存在，最后膠片感光就會出現(xiàn)不均勻的結果[1，2]。因此，在暗室處理后的膠片在觀片燈上可以直接通過黑白度差異發(fā)現(xiàn)焊縫的缺陷，同時根據(jù)缺陷形成圖像的形狀特點可以對缺陷的大小、類型、性質(zhì)等進行判斷。

軟包夾中主要涉及對接接頭和T型焊接接頭，其焊縫缺陷將會降低軟包夾的性能，因此本文重點討論X射線無損檢測技術在軟包夾焊縫檢測中的應用。

1 試驗材料與方法

1.1 試驗材料

軟包夾生產(chǎn)中主要涉及到對接接頭與T型焊焊接接頭，主要焊接位置如圖1所示[3]。軟包夾材料為Q355B低碳鋼和NM400耐磨鋼，焊接方法為二氧化碳氣體保護焊，保護氣體采用混合氣體，成分為85%CO2+15%Ar。焊接接頭方式與尺寸如圖2所示，T型焊接接頭試件尺寸為148 mm×106 mm×16 mm的Q355B鋼材與148 mm×100 mm×25 mm的NM400鋼；對接接頭試件尺寸為150 mm×125 mm×15 mm的Q355B鋼材[4，5]。

圖1 軟包夾焊接位置

1.2 試驗方法

1.2.1 焊接試驗

T型焊接接頭與對接焊接接頭的試驗參數(shù)分別見表1和表2。

1.2.2 X射線檢測試驗

本文采用射線機RT-2805型(設備參數(shù)見表3)，T型焊接接頭檢測條件為：照射焦距均為600 mm，單面透照電壓為100 kV～250 kV，曝光時間為1.5 min～3 min，照射角度為60°，補償塊采用增感屏疊加[6，7]，洗片于暗室采用手工沖洗，顯影溫度為20 ℃，顯影時間為1.5 min，定影時間為15 min[8，9]。

對接檢測試驗中，照射焦距均為600 mm，單面透照電壓為200 kV，曝光時間為1 min，照射角度為90°垂直于焊縫表面，洗片于暗室采用手工沖洗，顯影溫度為20 ℃，顯影時間為1.5 min，定影時間為15 min。

圖2 T型焊接接頭和對接接頭試件尺寸

表1 T型焊接接頭試驗參數(shù)

表2 對接焊接接頭試驗參數(shù)

測定底片黑度2.14，準0.25 mm孔可見，均符合技術條件要求。

表3 X射線檢測設備參數(shù)

2 試驗結果與分析

2.1 T型焊接接頭X射線檢測結果與分析

透照電壓100 kV底片影像如圖3所示，在單面透照電壓為100 kV、曝光時間為3 min、顯影時間為1.5 min、定影時間為15 min、照射角度為60°時，X射線在碳鋼焊接的部分大量透過，感光膠片不能充分感光，焊縫與母材部分不透過或透過很少，焊縫區(qū)域并不明顯，層次不夠分明。

圖3 透照電壓100 kV底片影像

透照電壓250 kV底片影像如圖4所示，增加透照電壓至250 kV時焊縫探傷效果有所提高，但是焊縫區(qū)分度依然不明顯,鑒于現(xiàn)有射線透照電壓參數(shù)，無法通過提高透照電壓增加焊縫區(qū)域的邊界。因熒光物質(zhì)所發(fā)出的熒光強度與照射強度成正比，本文考慮通過增感屏來提升曝光強度。

配合紙基增感屏的底片如圖5所示，在采用0.03 mm紙基增感屏配合膠片一起使用時，將曝光時間從3 min縮短至1.5 min，取得了相對較好的檢測效果，焊縫與母材的對比度有進一步提高。通過宏觀金相(如圖6所示)對比，焊縫內(nèi)部多處存在缺陷，但是X射線底片無法照射出其內(nèi)部缺陷，究其原因是采用設備的最高電壓穿透能量不足，需更換其他可發(fā)生更高電壓的設備。但是在此款軟包夾結構中，其T型焊縫結構屬于聯(lián)系焊縫，缺陷檢測要求不高，僅在某些其他款的軟包夾結構中為工作焊縫時才需要檢測。

圖4 透照電壓250 kV底片影像

圖5 配合紙基增感屏的底片

圖6 T型焊縫宏觀金相圖

2.2 對接焊接接頭X射線檢測結果與分析

在T型焊接接頭X射線檢測經(jīng)驗基礎上，配合紙基增感屏實現(xiàn)對接焊接接頭的X射線檢測，試件1～試件4的X射線檢測結果見圖7(a)～10(a)，宏觀金相結果見圖7(b)～10(b)。

圖7 對接接頭試件1的X射線檢測結果

圖8 對接接頭試件2的X射線檢測結果

圖9 對接接頭試件3的X射線檢測結果

試件1～試件4的X射線底片影像均存在不同形狀的黑影，外形不規(guī)則，邊緣輪廓分明、黑度均勻并呈帶有棱角的黑色點狀和寬窄不均的條狀影像，此為未焊透缺陷。該對接焊縫在軟包夾中屬于工作焊縫，未焊透缺陷易引起應力集中，在使用過程中極易產(chǎn)生裂紋，隨著使用中裂紋的擴展，易導致焊縫斷裂，結合車間生產(chǎn)情況，建議在焊接過程中匹配焊接速度與焊接電流、焊接電壓，控制好焊接速度，減少未焊透缺陷發(fā)生。試件1～試件4均出現(xiàn)為未焊透缺陷，根據(jù)宏觀金相圖發(fā)現(xiàn) 圖10(b)未焊透程度相對嚴重，而X射線底片影像對未焊透程度的表現(xiàn)區(qū)別不明顯，出現(xiàn)這種現(xiàn)象的主要原因在于未焊透缺陷與X射線照射角度基本處于平行狀態(tài)，對X射線能量吸收表征不明顯。

圖10 對接接頭試件4的X射線檢測結果

試件1～試件4的X射線底片影像中出現(xiàn)邊緣輪廓不大明顯，外形為有規(guī)則的圓、點狀或蛹狀黑影，為氣孔缺陷，尤其在圖8(a) X射線底片影像中出現(xiàn)大量密集點狀黑影，由宏觀金相圖8(b)確認為密集氣孔，建議清理焊件外層的鐵銹、氧化物、油漬、水分等雜物，把控好焊接速度，以便于產(chǎn)生的氣體有足夠的時間逸出。X射線底片影像對氣孔缺陷的表現(xiàn)效果較好，主要因為氣孔多屬于體積型缺陷，與X射線照射方向垂直，氣孔與母材對X射線的能量吸收差異性較大。

3 結論

(1) X射線檢測技術可以應用于軟包夾夾臂位置對接焊縫檢測，可實現(xiàn)氣孔缺陷與未焊透缺陷的檢測，未焊透的嚴重程度不易發(fā)現(xiàn)，對氣孔密集程度的檢測效果明顯，但是該位置焊縫為工作焊縫，未焊透缺陷危害性較大，建議焊接過程中控制好焊接電流、焊接電壓與焊接速度的關系，嚴格控制未焊透缺陷的產(chǎn)生。

(2) 軟包夾中的T型焊縫屬于聯(lián)系焊縫，承載力不大，缺陷檢測要求較低，但是當對底板厚度大于25 mm的T型焊縫進行X射線檢測時，其透照電壓在250 kV以內(nèi)無法檢出缺陷。