淺析射線檢測在焊縫缺陷定位中的應用

佟海媛

艾地宜能源工程技術咨詢（上海）有限公司 上海 201114

1 問題的提出

1.1 油池底板覆面結構簡介

油池底板覆面板與特殊型鋼均為厚度6mm的Z2CN18-10材質的不銹鋼。由于材質規格的限制及加工工藝的考慮，特殊型鋼需要分段進行預制，再將各分段拼焊連接以供使用。呈倒U型的特殊型鋼為射線檢測布置底片提供了導向通道，同時也在底板覆面板焊接工藝中起墊板的作用。

1.2 射線檢測質量要求

由于油池具有不可重復返修的特點，因此對焊接質量要求較高。其中射線檢測驗收標準為：a.不允許有咬邊；b.不允許有尺寸大于0.5mm的氣孔；c.夾渣的最大尺寸不得超過1.5mm，d.夾鎢的最大尺寸不得超過0.5mm。

1.3 問題描述

對比FPSO項目按照程序要求對油池底板對接焊縫進行100%射線檢測，在底片距中心標記+80mm靠近特殊型鋼拼縫的位置顯示有Φ1.0mm的夾鎢。按照射線檢測驗收標準要求不允許有尺寸大于0.5mm的夾鎢，該底片評定為不合格，并出具返修通知單進行返修處理。按程序要求在返修后（大于48小時）再次進行射線檢測，返修底片距中心標記+80mm處仍有超標夾鎢顯示，且形狀位置與一次檢測時無明顯變化。

由于相關程序并不要求對特殊型鋼預制拼接焊縫進行射線檢測，無有效資料驗證該超標缺陷位于拼接焊縫。為避免多次返修降低油池底板焊縫使用性能，采用一種放置標記的二次曝光立體照相法對缺陷部位進行檢測，通過對缺陷埋藏深度進行準確定位，以判斷缺陷位于油池底板覆面焊縫或特殊型鋼拼縫，避免對特殊型鋼拼縫中存在的超標缺陷進行無意義的返修[1]。

2 單標記二次曝光立體照相法

2.1 射線檢測缺陷深度定位方法

常規射線檢測工藝拍攝底片的影像是焊接構件厚度方向的投影，只能體現缺陷在水平方向的位置信息，無法確定缺陷在焊接構件中的深度位置信息。在某些情況下判斷缺陷深度對缺陷修補工藝的制定和判斷缺陷的危害性等方面是很有必要的，為此檢測人員通過實驗研究探索出多種確定缺陷深度位置的方法，如視差法、圖解計算法、立體照相法和工業CT等。

2.2 方法選用

不同的缺陷深度定位方法適用于不同的檢測條件，工件的規格尺寸、檢測面的可達性、深度定位的精度要求以及檢測環境對透照布置的限制，都是正確選擇定位方法的重要影響因素。

油池底板覆面板對接焊縫檢測環境限制較少，焦距可靈活選擇，采用常規的單壁單影法即可實施透照。但隱蔽的特殊型鋼結構決定了其背側不可接近，底板覆面板6mm+墊板（特殊型鋼）6mm的透照厚度對深度定位的準確性也有較高要求。結合工件厚度（T=12mm）和缺陷埋藏深度（H＜12mm）相對于射源-膠片距離（F）較小（即T<

圖1 單標記二次曝光立體照相法原理示意圖

在工件表面貼近焊縫的位置設置標記A（如細金屬絲），膠片盡量與工件緊密貼合。射線源在O1位置進行第一次曝光，射源距離工件表面的距離記為F，此時膠片記錄下標記A一次投影A1，缺陷B一次投影B1；不更換膠片，將射線源平行于工件平面沿焊縫方向水平移動距離L，在O2位置進行第二次曝光，此時膠片記錄下標記A二次投影A2，缺陷B二次投影B2[2]。根據相似三角形關系可知：

將O1O2=L,G=T+X-H代入上式：

顯然，通過測量A1A2長度可計算出膠片與工件間隙X，測量B1B2長度，將X代入式（3）即可計算出缺陷埋藏深度H。

3 方法驗證

3.1 人工缺陷試塊的設計制作

考慮到缺陷在工件中的埋藏深度是不確定的，為了避免實驗的隨機性，保證實驗數據的準確性，采用與工件材質相同的Z2CN18-10不銹鋼材料制作一組具有不同深度模擬缺陷的人工缺陷試塊進行對比透照實驗。

人工缺陷試塊呈五級階梯形狀，步距為30mm。按此規格制作兩塊尺寸完全相同的階梯試塊組合使用，同時在每個階梯同側中間部位設置長度為10mm的Φ0.5mm金屬絲，即可模擬厚度為12mm的工件中埋藏深度分別2mm，4mm，6mm，8mm，10mm的缺陷。

3.2 方案實施與數據記錄

為了研究不同的偏移距離L及射源距離工件表面的距離F對缺陷深度定位精確度的影響，以確定最優化的透照條件，實驗主要從兩方面開展：

3.2.1 射源距離工件表面的距離F不變，分別采用不同的偏移距離L對人工缺陷試塊進行二次曝光立體照相；

3.2.2 偏移距離L保持不變，改變射源距離工件表面的距離F對人工缺陷試塊進行二次曝光立體照相。

實驗中F值分別選取500mm，600mm，700mm，800mm；L值分別選取500mm，600mm，700mm，800mm。

3.3 數據分析與可行性研究

對表1中記錄的不同透照條件下缺陷埋藏深度計算值與實際值進行誤差分析可以得到以下結論：

3.3.1 由于定向X射線機發射的X射線束約呈40°左右的立體錐角，在F/L過小（即偏移量過大）的透照條件下，難以獲得良好的底片成像（在表1中用“/”表示），選擇透照條件首先要保證膠片位于X射線機的有效透照區域；

3.3.2 偏移距離L固定，適當增大射源距離工件表面的距離F有利于減小誤差；

3.3.3 射源距離工件表面的距離F固定，偏移距離L過大或過小都會使誤差增大；

3.3.4 缺陷實際埋藏深度越大（越接近膠片側），使用該立體照相法獲得的缺陷深度數據越準確。

選擇合適的透照條件對油池底板焊縫缺陷部位進行二次曝光立體照相，能夠將缺陷埋藏深度誤差值控制在合理可接受的范圍，進而準確判斷缺陷位于油池底板覆面焊縫或特殊型鋼拼縫，方案具備可行性。

4 方法應用

4.1 現場透照實施

根據返修底片顯示的缺陷影像，在距離中心標記+80mm位置貼近焊縫的位置（熱影響區）設置長度為10mm垂直于焊縫的Φ0.5mm金屬絲作為人工標記。為了取得良好的透照效果，準確測量缺陷深度位置信息，布置射源距離工件表面的距離F=800mm，射線源偏移距離L=700mm，對缺陷部位實施二次曝光立體照相。

4.2 數據記錄分析

圖2為包含有人工標記與夾鎢缺陷的二次曝光投影的底片。使用刻度放大鏡（最小有效刻度0.1mm）對二次曝光底片進行數據記錄，測得△=7.5mm，計算得出缺陷埋藏深度H=8.6mm。

圖2 人工標記與夾鎢缺陷二次曝光影像

油池底板覆面板與特殊型鋼厚度均為6mm，顯然埋藏深度H=8.6mm的夾鎢缺陷位于特殊型鋼拼焊焊縫中，底板覆面板現場安裝對接焊縫無超標缺陷存在，符合標準要求，無需對該處缺陷進行返修處理。

5 誤差影響因素與優化措施

為了更精確的對類似結構或構件的缺陷埋藏深度進行定位，需要對誤差影響因素進行分析，并采取合理可行的優化措施。

5.1 缺陷幾何形狀

針對不同類型的缺陷，除了針對性的制作對應的人工缺陷試塊進行對照，還可以采用超聲波檢測的方法作為補充，與射線檢測的結果相互驗證。

5.2 二次曝光影像質量

二次曝光對底片的成像質量有一定影響，若射源位置并不良好垂直于檢測面，焊縫余高的存在會造成焊縫影像重影，嚴重影像缺陷影像的觀察與測量。為避免類似情況發生，可在射源移動方向繪制與焊縫相平行的基準線，保證兩次透照射源焦點與焊縫處在同一直線上。此外，使用小焦點的射源以降低幾何不清晰度，選擇合適的透照參數以提高底片對比度，均有利于二次曝光影像的觀察與測量。

6 結束語

單標記二次曝光立體照相法應用于油池底板帶墊板焊縫缺陷深度定位具有良好的實踐效果，減少了不必要的返修，縮短了施工周期，對類似結構的缺陷深度定位有良好的指導作用和借鑒意義。

同時也應認識到各種缺陷深度定位方法都有其局限性，只有結合構件規格尺寸以及檢測環境對透照布置的限制正確選擇定位方法、分析誤差影響因素，并采取合理有效的工藝優化措施，才能獲得準確的缺陷埋藏深度。