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射線在不同的物質中存在不同的衰減特性，可以發現缺陷的存在。當檢測到沒有缺陷的焊件時，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衰減特性，且缺陷的衰減系數與金屬材料之間的衰減系數通常差別較大。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現焊縫的缺陷，同時根據缺陷形成圖像的形狀特點可以對缺陷的大小、類型、性質等進行判斷。

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

表2 對接焊接接頭試驗參數

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

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，但是焊縫區分度依然不明顯,鑒于現有射線透照電壓參數，無法通過提高透照電壓增加焊縫區域的邊界。因熒光物質所發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，焊縫內部多處存在缺陷，但是X射線底片無法照射出其內部缺陷，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射線檢測經驗基礎上，配合紙基增感屏實現對接焊接接頭的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，減少未焊透缺陷發生。試件1～試件4均出現為未焊透缺陷，根據宏觀金相圖發現 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區別不明顯，出現這種現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，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邊緣輪廓不大明顯，外形為有規則的圓、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，可實現氣孔缺陷與未焊透缺陷的檢測，未焊透的嚴重程度不易發現，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生。

(2) 軟包夾中的T型焊縫屬于聯系焊縫，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以內無法檢出缺陷。