9Ni 鋼制液氧儲罐射線檢測
——缺陷影像識別及雙膠片技術應用

趙俊生，肖成珺

（甘肅省特種設備檢驗檢測研究院,甘肅 蘭州 730050）

06Ni9DR 低溫容器用鋼板，俗稱9Ni 鋼，由于該材料強度高，具有良好的耐低溫沖擊性能和極低的受熱形變系數，而被廣泛應用于LNG 船舶和LNG 儲運工程，選用9Ni 鋼制造低溫液氧儲罐，與其他低溫用材料（0Ci18Ni9）相比較，制造同等容積的罐體，具有重量小的獨特優勢，在需要控制重量的環境，具有十分重要的意義。9Ni 鋼的材料特性決定了焊接難度較大，在儲運設備的制造過程中，要求對焊接質量做無損檢測，接頭內部質量通常采用射線檢測，表面質量采用滲透檢測，接頭區域鎳含量不同的組織對射線吸收系數不同[1]，使射線底片在接頭橫向范圍形成黑度不同的區域，區域分界影像增加了缺陷識別難度，設備的局部結構，存在不等厚的對接焊接頭，給射線檢測帶來挑戰，結合具體的一臺液氧儲罐，依據NB/T47013.2-2015 標準，實驗總結射線檢測缺陷影像識別及雙膠片技術應用。

1 9Ni 鋼液氧儲罐基礎信息及檢測要求

容積80t9Ni 鋼液氧儲罐，主體材質06Ni9DR，筒體厚度20mm，封頭厚度28mm，內外罐連接支撐件材質06Ni9DRⅢ，外封頭與支撐件對接接頭兩側不等厚（28/38mm），環形縱向接頭，部件局部結構如圖1 所示，AB 類焊接接頭100%射線檢測,檢測標準NB/T47013.2-2015（以下稱標準），技術等級B 級，合格級別Ⅱ級，接頭表面PT100%,檢測標準NB/T47013.5-2015，靈敏度等級C 級，合格級別Ⅰ級，接頭去除余高。

圖1 部件結構示意圖

2 9Ni 鋼液氧儲罐板對接焊縫射線檢測底片分析評定

2.1 9Ni 鋼焊接工藝特點及易產生的缺陷

9Ni 鋼的焊接難度較大，針對質量問題采取有效的焊接工藝措施，并加強各項工序控制，盡量減少各類焊接缺陷，使接頭力學性能滿足技術規范和設計要求。9Ni 鋼的主要焊接工藝措施：施焊輸入線能量決定接頭熔敷金屬和熱影響區的晶粒大小[2]，控制輸入線能量，通常采用小規格的焊條或焊絲，控制層間溫度，多層多道焊[3]；9Ni 鋼是磁化傾向較大的材料，電弧磁偏吹影響焊接質量，嚴重時甚至無法施焊，采用高空載交流焊機避免磁偏吹；清潔焊接坡口面，嚴格控制焊材烘烤溫度和時間，減輕氫致裂紋；選用低碳高鎳合金焊材（例如NYLOID2，化學成分見表1），控制有害元素，避免淬硬組織，優化組織性能。焊接易產生未熔合、裂紋等危害性缺陷。

表1 NYLOID2 化學成分%

2.2 底片影像的特性分析

標準規定，AB 級透照，底片黑度2.0-4.5，B 級透照，底片黑度2.3-4.5[4]，在觀片燈亮度允許，透過底片的亮度不低于10cd/m2的條件下，評定的黑度上限值允許提高，通過工藝驗證，9Ni 鋼焊縫（去除余高）單片評定可以滿足標準要求。9Ni 鋼焊接，一般選用高鎳合金焊條或焊絲，接頭熱影響區鎳含量約9%，焊縫熔敷金屬約69%，熔合區介于9%～69%之間。射線在接頭區域的不同位置透射如圖2 所示，在橫向范圍，接頭正中區域，射線穿透的全部是熔敷金屬，正中區域向外兩側，射線既穿透熔敷金屬，又透過母材金屬，不同的位置，穿透熔敷金屬和母材金屬的厚度比值不同，且接頭熔合面（深度方向）并不是像坡口面一樣的規整平直，接頭區域鎳含量不同的組織對射線吸收系數不同，使射線底片在接頭橫向范圍形成黑度不同的區域，呈現黑度變換不均勻的條狀，條狀區域分界恰好是多層多道焊的熔合線，這些特征，增加了缺陷識別難度，是評定9Ni 鋼焊縫底片關鍵所在。

圖2 射線穿透示意圖

2.3 焊縫缺陷影響識別

9Ni 鋼焊縫底片的評定，對評定區的所有影像進行識別，分析判斷出結構顯示、缺陷還是偽缺陷，對偽缺陷進行排出，對缺陷定性定量，依據標準評定級別。底片黑度不同的條狀區域分界，觀察是否有明顯的黑實線（細微影像借助2-5 倍的放大鏡觀察），如果沒有黑實線，則可能是鎳含量不同的組織（射線吸收系數不同）射線穿透厚度比值不同造成的，不是缺陷，可以通過解剖滲透檢測和取樣做力學性能試驗（產品試件上取樣）來驗證，如果有黑實線，則是熔合線位置的焊接缺陷影像。黑實線影像的缺陷定性，若黑實線處在坡口鈍邊位置，且很直，可能是未熔合，由于磁偏吹的原因，這個位置的未熔合和未焊透是交織存在；若黑實線處在坡口或層間位置，則可能是未熔合或裂紋，觀察缺陷的起始點，如有尖端或撕叉，或同時存在尖端和撕叉，則判定為裂紋，如果沒有裂紋特征，則判定為未熔合。若判定為缺陷，用砂輪磨削解剖，層間滲透檢測（控制試劑的硫含量），驗證缺陷判定的準確性（圖3 為解剖驗證的缺陷影像），加深缺陷影像的認識，提高底片評定的準確性。

圖3 解剖驗證的缺陷影像

3 9Ni 鋼液氧儲罐的不等厚（28/38mm）對接焊接頭檢測技術分析及要點

3.1 檢測技術分析

9Ni 的抗拉強度680-820MPa，是高強度低溫用合金鋼，裂紋敏感性材質，對接接頭射線檢測技術等級提到B 級，表面100%滲透檢測，是液氧儲罐的關重部件。從接頭的結構示意圖可知，接頭兩側不等厚，封頭側厚度28mm，支撐結構鍛件側厚度38mm，厚度差較大，并且鍛件的射線吸收系數大于板材的吸收系數，相當于進一步擴大透照厚度差，須嚴格控制透照參數，確保底片評定區域黑度達到標準要求。經過透照實驗驗證，單膠片技術不能保證封頭母材和鍛件母材的黑度同時達到標準要求，需要采用雙膠片透照技術，增加透照厚度寬容度。采用雙膠片透照技術，對驗證底片黑度測量，柯達125（C3類）底片黑度范圍是1.28-4.86，酷目C4 類底片黑度范圍是1.91-5.77，底片黑度大的接頭部位單片觀察評定，底片黑度小的接頭部位雙片疊加觀察評定，這樣既符合標準要求，也可一次透照完成檢測，提高效率。

3.2 設備器材及工藝參數

結合液氧儲罐檢測部位的結構及B 級檢測的技術特點，選擇器材及主要工藝參數：

（1）曝光量:大于等于20mA·min。

（2）像質計:采用鎳制像質計Ni10-16，06Ni9DR和06Ni9DRⅢ的射線吸收系數與鎳的相近。

（3）膠片類型:C3（前）+C4（后）。C3 前與C4 后的組合縮小兩張底片的黑度差。

（4）射線機:電壓在滿量程90%，曝光量40mA·min，底片黑度滿足3.3 的要求。

（5）增感屏:鉛0.03（前）+鉛2×0.03（中）+鉛0.03（后），鉛2×0.03（中）可縮小C3 類與C4 類底片的黑度差值。

（6）橫向裂紋檢出K 值:K≤1.01（縱向B 級）。

3.3 底片黑度測量

對驗證底片黑度測量，測量位置如圖4 所示，每點測三次取平均值，見表2、表3。

圖4 底片黑度測量位置示意圖

表2 圖4 標示位置的底片黑度（柯達125 17-8001-A12-1)

表3 圖4 標示位置的底片黑度（酷目C4 17-8001-A12-1)

表2 的測量結果，鍛件側柯達125 的黑度約1.3，表3 的測量結果，鍛件側酷目C4 的黑度約2.0，兩張底片均符合標準雙片疊加評定黑度大于1.3 的規定，其他位置也符合標準規定的黑度要求。柯達125 的底片，封頭側黑度小于5.0，在觀察5.0 黑度的LED 觀片燈下，影像清晰可見，符合標準規定的評定要求。

3.4 底片效果圖

底片效果圖如圖5 和圖6 所示。

圖5 柯達125 底片（17-8001-A12-1)

圖6 酷目C4 底片（17-8001-A12-1)

4 底片觀察評定

1）檢查底片的標記是否齊全，包括產品編號、焊縫編號、位置編號、透照日期、搭接標記、中心標記，查看底片是否有水跡、劃傷、底片偽缺陷等。

2）靈敏度檢查，像質計位置是否正確，焊縫橫向評定范圍內是否清晰可見標準要求的絲徑影像。

3）底片黑度檢查，按照圖4 標示的位置測量底片黑度，測量儀器（黑度計）應經過密度片核查，密度片在鑒定有效期內，核查結果符合標準要求。

4）底片觀察，在接頭評定區域內，單片黑度在標準要求范圍內，黑度大的區域（透照厚度較小部位）在柯達125 底片上評定，黑度小的區域（透照厚度較大部位）在酷目C4 底片底片上評定；單片黑度小于標準要求，雙片疊加黑度滿足標準規定，則雙片疊加評定;必要時，雙片對比或疊加對比評定。底片的有效評定區必須包含焊接接頭檢測區域。

5）按薄板厚度，依據標準評定質量級別。

5 雙膠片技術應用效果評價

1）承壓設備無損檢測標準規定的雙膠片技術，使用分類等級相同或相近的膠片，并沒有禁止分類不同的膠片組合作為雙膠片透照技術使用，雙膠片中，采用一張細顆粒，等級高的膠片，在相同的曝光條件下，采取有效的工藝措施，可以降低特定區域（截面厚度小）的底片黑度，增加透照厚度寬容度。

2）通過單片和雙片疊加對比觀察，提高了細節影像的分析、評估和判斷的準確性，獲得更的接頭質量信息，提高了檢測效率。

3）射線檢測截面存在一定厚度差，選擇適宜的檢測設備和器材，采取有效的工藝措施，底片質量能達到標準規定的AB 級或B 級要求。

6 結語

結合9Ni 鋼材料特性、焊接磁偏吹傾向、焊接工藝特點，分析去除余高的對接焊縫射線檢測底片影像，針對黑度不同的區域分界，識別焊接缺陷和非缺陷，通過砂輪磨削解剖、滲透檢測、取樣力學性能測試等方法，驗證判定的焊接缺陷和非缺陷，深化對缺陷影像的認識，提高底片評定準確性，為9Ni 鋼焊縫射線檢測底片評定提供技術支持。通過9Ni 鋼焊縫的雙膠片技術應用，豐富了標準的相關內容，為厚度差大的截面檢測提供了一個成功的案例。