X射線檢測在船舶焊縫檢測中的應用

王先鵬

摘 要：X射線檢測技術由于其突出的優點廣泛應用于諸多行業，文章介紹X射線照相檢測的基本原理，X射線檢測在船舶焊縫拍片中的要點和原則，最后分析了底片中典型缺陷的影像特征。

關鍵詞：X射線；船舶焊縫；檢測

中圖分類號：U671.84 文獻標志碼：A 文章編號：2095-2945（2017）31-0150-02

造船焊接過程中，焊縫中常會出現氣孔、夾渣等缺陷，它們嚴重影響著船體的強度和密性。為了了解和評估船舶焊縫的質量，常采用無損檢測技術進行檢測，并據此采取修補措施。本文介紹射線照相檢測在船舶焊縫質量檢測中的應用。

1 X射線照相檢測技術的基本原理

X射線是一種波長很短的電磁波，能透過很多對可見光不透明的物體。射線檢測技術的基本原理是：當一束強度為IO的射線穿過厚度為T的物體時，由于射線與物體的相互作用，部分射線被吸收，部分射線發生散射，導致射線強度會有不同程度的降低。不同物質（缺陷）對射線的吸收和散射不同，因此穿過檢測物體后射線的出射強度不同，分別為I和I1。所以，檢測出射射線強度的變化情況，就可獲得被檢測物體存在的缺陷、厚度等情況。I和I1之間的關系如下：

射線還有一個重要特性是可以使膠片感光，當射線照射膠片時，能使膠片乳劑層中的鹵化銀產生潛像中心，經過顯影和定影后開始黑化，接收射線越多的部位黑化程度越高。

由上式可知，μ值越大，ΔT越大，I1和I的比值越大，反映在底片上，缺陷處的黑度與無缺陷處的黑度的差值就越大，缺陷就越容易檢測。

2 X射線檢測的基本要求

2.1 拍片焊縫的選擇。拍片的位置應將船體外板和強力甲板作為重點區域，特別是船舯0.6L范圍內的外板和強力甲板焊縫，船舯0.6L范圍以外的區域也應適當拍片。船體的內結構焊縫可以有選擇地對液艙艙壁、雙層底和由結構強度計算或疲勞強度評估確定的關鍵部位等的焊縫進行拍片。

2.2 拍片數量的計算。對于在船舯0.6L范圍內的船體強力甲板和外板，無損檢測點的數量n可以參考按下式計算的結果[2]：

n=0.16k（i+0.1WT）+0.04WL

式中：k-船舯0.6L內板列的平均寬度，m；i-船舯0.6L內的縱、橫向對接焊縫交叉處的總數；WT-船舯0.6L內的橫向對接焊縫的總長，m；WL-船舯0.6L內的分段合攏的縱向對接焊縫的總長，m；L-沿夏季載重線水線，由艏柱前緣量至舵柱后緣的長度，m。

在船舯0.6L以外船體強力甲板和外板，拍片數量約為上述計算數量的10%～20%，并可以采取一定數量的超聲波（UT）探傷檢測方法。此外，重要部位的船舶焊縫檢測方法和要求還要符合相關規范和標準的規定。對于散裝運輸危險化學品船的液貨艙艙壁板上所有的焊縫十字交叉處都要進行拍片。X射線檢測的位置和結果都應記入報告，并應提交檢驗人員認可。

2.3 X射線照相檢測的主要原則。（1）開展X射線檢測前，應首先對待檢焊縫進行外觀檢查，焊縫表面成型均勻，無過大余高，不能有未熔合、裂紋或單面焊根部未焊透等缺陷存在。表面氣孔和咬邊等應在允許范圍內。（2）X射線照相檢測的布片密度應按船體結構的重要性和受力大小從高到低依次遞減，且在對接焊縫交叉點布片時，底片方向應平行于橫向對接焊縫。關鍵區域的檢測密度應大于其他區域。（3）嚴格按照事先編制的檢測工藝文件，選擇相關的參數，指導X射線照相檢測的正確實施，有效控制工藝文件對射線照相質量的影響，以達到符合要求的檢測。（4）底片評定應分為兩個步驟，先進行底片質量的評定，再進行產品質量的評定。只有底片質量合格后，才能對底片上顯示的產品質量進行評定。

3 焊縫外觀及內部典型缺陷的影像識別

3.1 焊縫外觀缺陷及影像特征。（1）咬邊：沿焊縫邊緣斷續或連續的黑線。（2）未填滿：沿焊縫邊緣斷續或連續且有一定寬度的黑線，外側邊緣呈直線狀。（3）弧坑：收弧時的凹坑呈橢圓形黑色影像，有時有氣孔或裂紋。（4）內凹：仰焊時出現，位于焊縫中心，連續或斷續的黑帶狀。（5）錯邊：沿焊縫縱向可見一條明顯的分界線，兩側黑度有差異。（6）收縮溝：單面焊帶墊板焊縫沿根部焊縫邊緣分布的連續或斷續的黑線。（7）焊瘤：它為多余的焊接金屬，呈現為亮的影像。

3.2 船舶焊縫內部主要有氣孔、夾渣、未焊透、未熔合、裂紋五種典型缺陷。（1）氣孔：它是凝固在焊縫金屬中的氣體形成的孔洞。按形狀可分為圓形氣孔、條形氣孔；按分布可分為單個氣孔、密集氣孔和鏈狀氣孔。影像特征主要是外形圓滑，中心黑度大，邊緣黑度小，圖像清晰。圖1是鏈狀氣孔的影像實拍圖。（2）未焊透：是指母材金屬之間沒有熔合在一起，有單面焊未焊透和雙面焊未焊透。未焊透在底片上的影像呈線狀、黑度均勻、輪廓清晰，且位于焊縫寬度方向的中心位置，見圖2。未焊透的影像寬度因坡口鈍邊處的間隙不同而不同，但其寬度過渡自然，且兩邊都是直線。未焊透處常伴有氣孔。（3）夾渣：是凝固到焊縫金屬中的外來固體和熔渣，夾渣按形狀可分為點狀、塊狀和條狀夾渣。夾渣的影像特征是分布無規則的點狀、塊狀或條狀的黑色影像，黑度較均勻，形狀不規則，邊緣有棱角。鎢極氬弧焊可能產生鎢夾渣，其影像為黑度明顯低于背景黑度。分別見圖3（a）、（b）。（4）未熔合：按其位置可分為根部未熔合、坡口未熔合和層間未熔合。未熔合在底片上顯示的位置往往偏離焊縫的中心，呈單個或斷續分布的細線，在一條直線上，見圖4。層間未熔合較小時，底片上不容易發現，較大時內邊常會有夾渣，呈條狀影像。根部未熔合呈細線條狀，一側黑度高、直線性好，另一側黑度小、輪廓不規則，多在焊縫的中間部位。坡口未熔合多在焊縫中心到邊緣的一半處，一邊較直，另一邊圓滑。（5）裂紋：它是焊縫中最危險的一種缺陷，當射線的透照方向和裂紋的深度方向一致時，容易發現，與裂紋深度方向夾角較大時，裂紋常常漏檢。裂紋在底片上顯示的影像一般很清晰，黑度較大，影像的輪廓分明，常常是略帶彎曲的鋸齒狀細紋，兩端尖銳，中間稍寬。見圖5。裂紋影像特征是：a.黑色直線，有的帶鋸齒，中間稍寬，兩端尖細；b.細小的裂紋有直線狀、有絲狀；c.弧坑裂紋呈放射狀。

4 結束語

X射線檢測技術在船舶焊縫探傷中有著廣泛的應用，但也有著一些缺點，如對于延伸方向垂直于射線透照方向（或成較大角度）的薄的面狀缺陷，對X射線照相技術可能成為難于檢出的缺陷。所以在船舶焊縫的無損檢測中也需要X射線檢測和其他檢測技術配合使用，充分發揮各自的優勢，提高缺陷的檢出能力。

參考文獻：

[1]中國船級社.鋼質內河船舶建造規范（2016）[S].北京：人民交通出版社，2016.

[2]中國船級社.材料與焊接規范（2014）[S].北京：人民交通出版社，2014.endprint