射線檢測鋼結構對接焊縫咬邊和下塌類缺陷的方法研究

摘 要：鋼結構對接焊縫中經常出現咬邊、下塌類缺陷。這類缺陷通常選用外觀檢測評定。射線檢測可以準確檢測出缺陷的長度和寬度方向的尺寸及缺陷的分布情況，但缺陷的高度在檢測時定量比較困難。當規定該類缺陷進行射線檢測定量時，可通過曝光試驗建立基本量化關系。本文對鋼結構平板對接焊縫咬邊、下塌類缺陷進行射線檢測定量的方法進行了研究，通過理論分析和試驗驗證，得出了鋼結構對接焊縫中咬邊、下塌類缺陷的定量方法，能夠滿足標準要求的控制焊縫質量的目的。

關鍵詞：對接焊縫；射線檢測；咬邊；下塌

1 理論分析

按《金屬熔化焊接頭缺欠分類及說明》（GB/T 6417.1—2005）的規定，咬邊、下塌類缺陷如圖1～圖4所示。

射線檢測時，射線束方向厚度的不同造成射線能量的吸收不同，在底片上反映的結果為黑度的不同。咬邊類缺陷使射線束方向厚度減小，從而導致射線束方向厚度小于被檢測工件的母材厚度，咬邊缺陷在底片上得到的黑度大于周邊區域的黑度，下塌類缺陷使射線束方向厚度增大，從而導致射線束方向厚度大于被檢測工件的母材厚度，下塌缺陷在底片上的黑度小于周邊區域的黑度。

1.1 射線檢測測量缺陷高度方法匯總

射線檢測測量缺陷高度的方法主要有直接法和間接法。

直接法適合于小工件的檢測，由于橋梁鋼結構尺寸均很大，其不適用于橋梁鋼結構的檢測定量。

如果直接法技術不可用，可考慮采用間接法。間接法通常包括黑度計比較法和目視比較法。

黑度計比較法最好應用于大的厚度均勻的區域在底片上成像的情況，這樣對黑度測量來說可以在射線底片上得到一個黑度均勻的區域，因此適用于缺陷尺寸大于黑度計孔徑的檢測定量。當厚度變化使黑度計不能使用時（如①缺陷高度小使黑度變化小；②缺陷高度大但缺陷寬度很小），采用目視比較法更合適。

目視比較法包括：（1）采用合適厚度的透度計；（2）采用特殊的人工標準試塊（帶槽或平底孔的平板）或階梯試塊；（3）采用標定的標準目視參考底片。

間接法的工藝措施及其缺點見表1。

除表1中的缺點外，目視比較法還需要比較標準片和有缺陷處的黑度以估計缺陷的高度。此方法需要大量的實踐才能熟練應用，且由于人為因素的影響不同的操作人員得出的結果可能是不一樣的。

分析以上幾種方法，為減少各方法的缺點帶來的檢測限制，可以結合各方法的檢測特點加以改進工藝措施，以達到射線檢測定量咬邊、下塌高度的目的。

1.2 射線檢測分析

對缺陷引起的射線強度變化進行定量分析，如圖5所示，工件厚度為T，缺陷在射線透過方向高度為ΔT，線衰減系數為μ，散射比為n，入射射線強度為I0，無缺陷處透射強度為I2，缺陷處透射強度為I1。

由理論分析可知，透射光強Ii與工件厚度T，入射射線強度I0和線衰減系數μ有關。

黑度Di定義為：入射射線強度為I0與透射光強Ii之比的常用對數值。

1.3 黑度測量計算法

黑度測量計算法的原理是：先利用黑度計測量缺陷處的黑度和缺陷周邊無缺陷處的黑度，然后利用關系式計算得出兩處的厚度差值。

1.3.1 咬邊缺陷

設缺陷處的黑度為D1，缺陷附近無缺陷母材處的厚度為D2。

黑度差ΔD為底片上相鄰區域的黑度差值，即D1與D2的差值D1-D2，通過黑度Di的定義及透射光強Ii與工件厚度T，入射射線強度I0和線衰減系數μ的關系計算可得出ΔD。ΔD的數值與μ、ΔT有關，因此可以得出ΔT的值。

ΔT為咬邊缺陷的高度，ΔD可通過測量D1和D2數值算得，μ值可借助表2和圖6得出，因此，可以通過ΔD與ΔT的關系式計算得出咬邊缺陷的高度ΔT。

1.3.2 下塌缺陷

與咬邊缺陷同理，可求出下塌缺陷的高度。

1.4 階梯試片法

如圖7所示，制作階梯試片，階梯試片的厚度尺寸T1、T2、T3根據檢測標準要求的需要檢測出的缺陷的高度尺寸及精度制作。每個臺階寬度L應能保證滿足有不被臺階散射影響的區域，此區域測量黑度值，臺階數可根據精度要求增加或減少。

1.5 兩種方法的分析

黑度測量計算法只需要正常檢測，無須其他附加輔助手段，只測量缺陷處和缺陷周邊無缺陷處的黑度值，利用關系式即可計算出缺陷在母材厚度方向的高度。

階梯試片法需制作對比試片，在正常檢測時放置在被檢測區域外且投影在底片上即可，可根據檢測標準要求的限制制作對比試片，只需要測量缺陷處的黑度差和試片與母材的黑度差，通過黑度差比較即可大概估算出缺陷的高度范圍，進而可判別缺陷在高度方向上是否滿足標準要求以完成檢測任務。此法不需要利用公式進行計算，但需要測量的黑度值明顯多于黑度測量計算法。

兩種方法均只需要正常檢測即可，消除了目視比較法需要兩次或多次透照的缺點的影響，降低了人為因素對檢測結果不確定的影響，降低了環境輻射的影響，提高了工作效率。

1.6 綜合分析

當不需要精確測量缺陷高度，只評判咬邊缺陷或下塌缺陷高度是否滿足標準要求時，可采用階梯試片法。

當需要精確測量缺陷高度時，可采用黑度測量計算法。

2 試驗驗證

為驗證上述方法的準確性和適用性，對上述黑度測量計算法和階梯試片法進行了試驗驗證。

檢測要求按GB/T 37910.1—2019的檢測等級B級檢測。制作了階梯試塊，厚度為1mm，2mm，4mm三個階梯，制備了對接焊縫試板，板厚為13mm，試板上包含咬邊缺陷和下塌缺陷，缺陷外觀檢測尺寸分別為咬邊深度為1mm，下塌高度為2mm。檢測時透照電壓為200kV，根據圖6可得μ取值為0.75。黑度測量計算法試驗驗證結果與階梯試片法試驗驗證結果分別如表3和表4所示。

由試驗結果可得出，兩種方法檢測結果一致，且與實際值吻合。因此可認為黑度測量計算法和階梯試片法滿足檢測要求，兩種方法均可行。

3 結論

（1）射線檢測法可以對咬邊、下塌類缺陷進行定量分析，除直接法，間接法外，還可采用黑度測量計算法或階梯試片法。

（2）黑度測量計算法可以準確定量缺陷高度，計算得出ΔT的值。

（3）階梯試片法可以估計缺陷的高度范圍，評判缺陷是否滿足標準要求。

4 檢測時需注意的問題

（1）當缺陷尺寸導致黑度測量困難時，上述方法可能不適用，需采用目視比較法進行評定。

（2）線衰減系數與材料的密度和原子量有關，若被檢工件與此有偏差，計算結果可能會有誤差。

（3）缺陷（或階梯試片）測量黑度的點應與周邊區域測量黑度的點應與源等距，以保證兩測量點的透照能量值相同。

（4）射線機的電壓值可能和實際電壓值有偏差，造成使用黑度測量法的計算結果出現誤差。

參考文獻：

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作者簡介：陳少波（1982— ），男，漢族，河北秦皇島人，本科，高級工程師，研究方向為鋼結構無損檢測技術。