鎖底結構焊縫的射線底片線狀影像識別方法研究

張 聃，張春峰，徐文豪，孫耀華，蔡愛軍

（上海航天設備制造總廠，上海200245）

鎖底結構焊縫的射線底片線狀影像識別方法研究

張 聃，張春峰，徐文豪，孫耀華，蔡愛軍

（上海航天設備制造總廠，上海200245）

以實際生產過程中常用的兩種鎖底結構焊縫為研究對象，對鎖底焊縫X射線底片存在局部線狀成像處截取金相試樣，通過光學顯微鏡觀察截取的金相試樣，研究局部線狀成像的具體原因。結果表明，鎖底1結構焊縫X射線底片局部線狀成像通常因結構形式導致的搭接面存在間隙，液體熔池沿此間隙流動致使最終焊縫出現局部成像不良；鎖底2結構焊縫X射線底片局部線狀成像的原因是焊縫根部局部出現內凹成形。

鎖底結構；焊縫；底片；線狀成像

0 前言

焊接接頭的設計需充分考慮結構特點、材料特性、工作條件等。目前航天產品結構件中常見的焊接接頭結構可分為對接結構、角接接頭、搭接結構及鎖底結構等。上海航天設備制造總廠生產、制造的某型號導軌機構及某型號鋁合金貯箱的殼段-單底焊縫等均采用了鎖底結構。鎖底結構焊縫在后續的射線檢測時，會對射線底片的評判造成不同程度的影響。通過分析使用的二種鎖底結構焊縫射線檢測底片，發現不同的焊接結構和焊接方法造成的底片影像雖然有些相似，但性質存在不同，評判時不能生搬硬套，否則極易出現完全不同的檢測結論。

熔化焊內部缺陷一般可分為氣孔、夾雜、未熔合、未焊透及裂紋5種。未焊透缺陷是上述缺陷中危害較大的缺陷之一，對焊縫性能有明顯的不利影響[1-4]。

本研究僅對上述5種熔化焊的內部缺陷射線底片影像中難以識別或評判的未焊透缺陷進行分析。

1 試驗及方法

1.1 試板制備

為直觀觀察鎖底焊縫中心處的“黑線”成像，人為開展鎖底“未焊透”試板試驗，即試驗接頭形式及材料牌號、熱處理狀態均與產品狀態保持一致。焊接參數設定為：在鎖底自動焊接程序的焊接工藝參數基礎上，小幅度調整焊接電流，即小幅降低正式程序中的焊接電流，通過電流的降低達到降低焊接熱數量的目的，進而復現出鎖底焊縫的X射線底片中心的黑線影像。

1.2 分析方法

對兩種鎖底結構X射線檢測底片存在局部線狀成像的焊縫進行機加工，利用線切割對X射線底片中存在黑線影像的焊縫進行解剖，截取金相試樣。

所截取的金相試樣經1～5#金相砂紙研磨、氧化鋁拋光后，使用混合酸（1%HF＋1.5%HCl＋2.5% HNO3+95%H2O）溶液腐蝕，在光學顯微鏡下觀察焊接接頭的微觀組織。利用掃描電鏡觀察拉伸斷口形貌。

2 試驗結果和分析

2.1 鎖底1結構焊縫識別

2.1.1 鎖底形式及X射線檢測情況。

某型號導軌機構焊縫結構如圖1所示[5]。材料為馬氏體沉淀強化不銹鋼，焊接方法為激光焊。

圖1 鎖底1結構示意

此焊縫結構為鎖底結構，此種鎖底結構沒有焊漏槽，給后續的檢驗工作帶來難度。在前期工藝試驗中，對焊縫進行射線檢測時，射線底片上存在以下影像：底片上出現連續或斷續的細黑線影像，并處于焊縫影像的中心位置。工藝試驗試板X射線底片影像如圖2所示。

圖2 X射線底片影像

2.1.2 影像識別分析

由于底片上的此類影像位置位于焊縫中心，且呈現連續或斷續的細、長黑線，因此最初將此類焊縫的底片成像判定為未焊透缺陷。為分析和確認X射線底片上此類影像，對底片焊縫中心存在黑線處進行金相試樣截取，并采用光學顯微鏡觀察試樣的微觀組織，如圖3、圖4所示。

圖3 焊縫上部成形

圖4 局部黑線焊縫根部微觀組織

由圖3可知，焊縫整體呈現上大下小的“高腳杯”形狀，為典型的激光焊焊縫形貌，熱影響區較小，焊縫表面無咬邊、下塌等缺陷。

焊縫根部搭接面處存在明顯的間隙，分析原因：鎖底試板的臺階在機加工過程中采取的加工方式為銑削加工，從而使得本該是直角過渡的部位（鎖底轉角處）變成了圓角過渡，因此導致在后續的焊前裝配過程中鎖底結構的上下板之間不能完全貼合，當裝配完成后，上下板之間產生了一定的裝配間隙；焊前存在裝配間隙，同時在焊接過程中液體熔池沿搭接面的裝配間隙處流動，進一步增大搭接部位的間隙，最終使得焊縫根部的熔合情況出現不良現象。兩條焊縫的X射線底片顯示焊縫的中心處均存在斷續或連續的細、長黑線影像，此影像與未焊透焊縫的X射線底片影響類似，但由圖4的焊縫根部微觀組織的金相照片可以看出焊縫已完全熔透。

依據常規X射線底片影像的評判標準——焊縫的X射線底片影像存在黑線，表面焊縫根部存在明顯界面，確認為未焊透缺陷。但通過底片焊縫影像中心存在斷續黑線的試樣金相照片可以看出，焊縫根部不存在明顯界面，焊漏已沉出焊縫，焊縫完全焊透。

因此在評判此類鎖底焊縫的X射線底片時，需根據底片影像結合實際生產的焊接工藝參數進行判定，不能生搬硬套，即使底片焊縫影像中心存在黑線也不能判定焊縫必然有未焊透缺陷。

2.2 鎖底2結構焊縫

2.2.1 鎖底形式及X射線檢測情況

某型號貯箱總對接焊縫為鎖底焊縫，其鎖底結構示意如圖5所示，焊接方法為TIG焊。此種鎖底結構底部加工有焊漏槽即鎖底槽，鎖底槽的作用是便于焊縫根部焊漏的下沉。在此類鎖底結構的生產過程中，底片焊縫影像中心偶爾會出現局部黑線，X射線底片的局部黑線成像與未焊透缺陷的底片成像基本一致。

結合產品的具體生產過程，貯箱總對接生產方式為自動焊，焊接工藝參數均編寫入自動焊接程序中，該焊接工藝參數經多次工藝試板試驗、貯箱產品的驗證，均表明能夠實現焊縫的良好連接；實際焊接生產過程中，焊機運行穩定，不存在焊接的輸出參數與理論存在顯著偏差的可能，因此出現未焊透的概率不大。

2.2.2 影像識別分析

圖5 鎖底2結構示意

X射線檢測時底片中心存在的局部“黑線”初步判定為未焊透焊縫，截取金相試樣，并采用光學顯微鏡進行微觀組織觀察。焊縫的X射線底片局部存在黑線的照片及黑線處所截取試樣的微觀組織如圖6、圖7所示，其中灰框區域為局部黑線區域。

圖6 1#未焊透試樣

由圖6、圖7可知，焊縫根部的焊漏均已沉出母材，同時焊縫中心區域沒有明顯的界面，因此分析認為焊縫已完全焊透；但由鎖底焊縫的根部成形可以看出，焊漏根部存在局部內凹的不良成形情況，此內凹導致X射線檢測時底片呈現出局部線狀成像。

圖7 2#未焊透試樣

分析認為，造成此現象的原因為鎖底裝配存在不同程度的配合間隙，同時焊接過程鎖底槽內氣體對焊縫根部有一個加壓作用，因而存在配合間隙的部位在底片上會呈現出類似未焊透的細長直線影像。在此類焊縫的底片評判過程中需根據實際裝配及焊接參數情況判定底片中的成像，減少誤判的發生機率。

3 結論

（1）鎖底1結構焊縫底片中心處存在黑線，若焊接過程正常、無熱輸入減小的情況，此黑線可能為：裝配過程中，上、下兩待焊部件形成的搭接面存在間隙，焊接時液體熔池沿搭接面的間隙流動，導致焊縫成形不良。

（2）鎖底2結構焊縫底片中心處存在黑線，若焊接過程正常、無熱輸入減小情況，此黑線可能為：焊漏根部存在局部內凹的不良成形，此內凹導致X射線底片呈現局部線狀成像。

（3）帶鎖底結構的焊縫在進行底片評判時，應分析不同的焊接結構、焊接方法、焊接參數、產品裝配等情況，以提高底片評判的準確性，保證產品的可靠性。

[1]方文鵬，杜曉偉，陳勇.鎢極氬弧焊工藝參數的選擇和焊縫缺陷的預防[J].電焊機，2006，36（6）：13-16.

[2]劉偉，李娟.X射線線陣實時成像中管道對接焊縫未焊透缺陷的提取[J].焊接技術，2014，43（5）：71-73.

[3]嚴博.關于射線檢測中未熔合與未焊透的識別[C].北京：全國焊接工程創優活動經驗交流會，2011.

[4]閆明巍，王永宏.貯箱焊縫的射線底片影像識別方法研究[C].昆明：第十一屆無損檢測年會，2008.

[5]李穎，封小松，張聃，等.0Cr15Ni5Cu4Nb中厚板鎖底結構大功率光纖激光焊接工藝特性[J].焊接學報，2015，36（7）：97-101.

Study on the identification method of linear imaging in X-ray negative of the butt-lap joints

ZHANG Dan，ZHANG Chunfeng，XU Wenhao，SUN Yaohua，CAI Aijun
（Shanghai Aerospace Equipments Manufacturer，Shanghai 200245，China）

The welds of two kinds of common butt-lap joint commonly used in the actual production are taken as the objects，and the metallographic specimens are taken from the welds where the partial linear-imaging exists in their X-ray negatives.By optical microscope，these metallographic specimens are observed to study the reason of partial linear-imaging.The results show that the liquid metal in molten pool flowing through the gap made by the structure of lap joints causes bad partial linear-imaging in X-ray negatives of butt-lap joint 1；And the partial linear-imaging in X-ray negatives of butt-lap joint 2 is usually caused by concave-inward forming in the partial root of welds.

butt-lap joints；weld；negative；linear imaging

TG441.7

A

1001－2303（2017）05－0112-04

10.7512/j.issn.1001-2303.2017.05.24

2016-11-19；

2017-02-22

張 聃（1986—），男，工程師，碩士，主要從事鋁合金特種焊接的研究工作。E-mail：1109341867@qq. com。

本文參考文獻引用格式：張聃，張春峰，徐文豪，等.鎖底結構焊縫的射線底片線狀影像識別方法研究[J].電焊機，2017，47（05）：112-115.