9Ni 钢制液氧储罐射线检测——缺陷影像识别及双胶片技术应用

赵俊生，肖成珺

（甘肃省特种设备检验检测研究院,甘肃 兰州 730050）

06Ni9DR 低温容器用钢板，俗称9Ni 钢，由于该材料强度高，具有良好的耐低温冲击性能和极低的受热形变系数，而被广泛应用于LNG 船舶和LNG 储运工程，选用9Ni 钢制造低温液氧储罐，与其他低温用材料（0Ci18Ni9）相比较，制造同等容积的罐体，具有重量小的独特优势，在需要控制重量的环境，具有十分重要的意义。9Ni 钢的材料特性决定了焊接难度较大，在储运设备的制造过程中，要求对焊接质量做无损检测，接头内部质量通常采用射线检测，表面质量采用渗透检测，接头区域镍含量不同的组织对射线吸收系数不同[1]，使射线底片在接头横向范围形成黑度不同的区域，区域分界影像增加了缺陷识别难度，设备的局部结构，存在不等厚的对接焊接头，给射线检测带来挑战，结合具体的一台液氧储罐，依据NB/T47013.2-2015 标准，实验总结射线检测缺陷影像识别及双胶片技术应用。

1 9Ni 钢液氧储罐基础信息及检测要求

容积80t9Ni 钢液氧储罐，主体材质06Ni9DR，筒体厚度20mm，封头厚度28mm，内外罐连接支撑件材质06Ni9DRⅢ，外封头与支撑件对接接头两侧不等厚（28/38mm），环形纵向接头，部件局部结构如图1 所示，AB 类焊接接头100%射线检测,检测标准NB/T47013.2-2015（以下称标准），技术等级B 级，合格级别Ⅱ级，接头表面PT100%,检测标准NB/T47013.5-2015，灵敏度等级C 级，合格级别Ⅰ级，接头去除余高。

图1 部件结构示意图

2 9Ni 钢液氧储罐板对接焊缝射线检测底片分析评定

2.1 9Ni 钢焊接工艺特点及易产生的缺陷

9Ni 钢的焊接难度较大，针对质量问题采取有效的焊接工艺措施，并加强各项工序控制，尽量减少各类焊接缺陷，使接头力学性能满足技术规范和设计要求。9Ni 钢的主要焊接工艺措施：施焊输入线能量决定接头熔敷金属和热影响区的晶粒大小[2]，控制输入线能量，通常采用小规格的焊条或焊丝，控制层间温度，多层多道焊[3]；9Ni 钢是磁化倾向较大的材料，电弧磁偏吹影响焊接质量，严重时甚至无法施焊，采用高空载交流焊机避免磁偏吹；清洁焊接坡口面，严格控制焊材烘烤温度和时间，减轻氢致裂纹；选用低碳高镍合金焊材（例如NYLOID2，化学成分见表1），控制有害元素，避免淬硬组织，优化组织性能。焊接易产生未熔合、裂纹等危害性缺陷。

表1 NYLOID2 化学成分%

2.2 底片影像的特性分析

标准规定，AB 级透照，底片黑度2.0-4.5，B 级透照，底片黑度2.3-4.5[4]，在观片灯亮度允许，透过底片的亮度不低于10cd/m2的条件下，评定的黑度上限值允许提高，通过工艺验证，9Ni 钢焊缝（去除余高）单片评定可以满足标准要求。9Ni 钢焊接，一般选用高镍合金焊条或焊丝，接头热影响区镍含量约9%，焊缝熔敷金属约69%，熔合区介于9%～69%之间。射线在接头区域的不同位置透射如图2 所示，在横向范围，接头正中区域，射线穿透的全部是熔敷金属，正中区域向外两侧，射线既穿透熔敷金属，又透过母材金属，不同的位置，穿透熔敷金属和母材金属的厚度比值不同，且接头熔合面（深度方向）并不是像坡口面一样的规整平直，接头区域镍含量不同的组织对射线吸收系数不同，使射线底片在接头横向范围形成黑度不同的区域，呈现黑度变换不均匀的条状，条状区域分界恰好是多层多道焊的熔合线，这些特征，增加了缺陷识别难度，是评定9Ni 钢焊缝底片关键所在。

图2 射线穿透示意图

2.3 焊缝缺陷影响识别

9Ni 钢焊缝底片的评定，对评定区的所有影像进行识别，分析判断出结构显示、缺陷还是伪缺陷，对伪缺陷进行排出，对缺陷定性定量，依据标准评定级别。底片黑度不同的条状区域分界，观察是否有明显的黑实线（细微影像借助2-5 倍的放大镜观察），如果没有黑实线，则可能是镍含量不同的组织（射线吸收系数不同）射线穿透厚度比值不同造成的，不是缺陷，可以通过解剖渗透检测和取样做力学性能试验（产品试件上取样）来验证，如果有黑实线，则是熔合线位置的焊接缺陷影像。黑实线影像的缺陷定性，若黑实线处在坡口钝边位置，且很直，可能是未熔合，由于磁偏吹的原因，这个位置的未熔合和未焊透是交织存在；若黑实线处在坡口或层间位置，则可能是未熔合或裂纹，观察缺陷的起始点，如有尖端或撕叉，或同时存在尖端和撕叉，则判定为裂纹，如果没有裂纹特征，则判定为未熔合。若判定为缺陷，用砂轮磨削解剖，层间渗透检测（控制试剂的硫含量），验证缺陷判定的准确性（图3 为解剖验证的缺陷影像），加深缺陷影像的认识，提高底片评定的准确性。

图3 解剖验证的缺陷影像

3 9Ni 钢液氧储罐的不等厚（28/38mm）对接焊接头检测技术分析及要点

3.1 检测技术分析

9Ni 的抗拉强度680-820MPa，是高强度低温用合金钢，裂纹敏感性材质，对接接头射线检测技术等级提到B 级，表面100%渗透检测，是液氧储罐的关重部件。从接头的结构示意图可知，接头两侧不等厚，封头侧厚度28mm，支撑结构锻件侧厚度38mm，厚度差较大，并且锻件的射线吸收系数大于板材的吸收系数，相当于进一步扩大透照厚度差，须严格控制透照参数，确保底片评定区域黑度达到标准要求。经过透照实验验证，单胶片技术不能保证封头母材和锻件母材的黑度同时达到标准要求，需要采用双胶片透照技术，增加透照厚度宽容度。采用双胶片透照技术，对验证底片黑度测量，柯达125（C3类）底片黑度范围是1.28-4.86，酷目C4 类底片黑度范围是1.91-5.77，底片黑度大的接头部位单片观察评定，底片黑度小的接头部位双片叠加观察评定，这样既符合标准要求，也可一次透照完成检测，提高效率。

3.2 设备器材及工艺参数

结合液氧储罐检测部位的结构及B 级检测的技术特点，选择器材及主要工艺参数：

（1）曝光量:大于等于20mA·min。

（2）像质计:采用镍制像质计Ni10-16，06Ni9DR和06Ni9DRⅢ的射线吸收系数与镍的相近。

（3）胶片类型:C3（前）+C4（后）。C3 前与C4 后的组合缩小两张底片的黑度差。

（4）射线机:电压在满量程90%，曝光量40mA·min，底片黑度满足3.3 的要求。

（5）增感屏:铅0.03（前）+铅2×0.03（中）+铅0.03（后），铅2×0.03（中）可缩小C3 类与C4 类底片的黑度差值。

（6）横向裂纹检出K 值:K≤1.01（纵向B 级）。

3.3 底片黑度测量

对验证底片黑度测量，测量位置如图4 所示，每点测三次取平均值，见表2、表3。

图4 底片黑度测量位置示意图

表2 图4 标示位置的底片黑度（柯达125 17-8001-A12-1)

表3 图4 标示位置的底片黑度（酷目C4 17-8001-A12-1)

表2 的测量结果，锻件侧柯达125 的黑度约1.3，表3 的测量结果，锻件侧酷目C4 的黑度约2.0，两张底片均符合标准双片叠加评定黑度大于1.3 的规定，其他位置也符合标准规定的黑度要求。柯达125 的底片，封头侧黑度小于5.0，在观察5.0 黑度的LED 观片灯下，影像清晰可见，符合标准规定的评定要求。

3.4 底片效果图

底片效果图如图5 和图6 所示。

图5 柯达125 底片（17-8001-A12-1)

图6 酷目C4 底片（17-8001-A12-1)

4 底片观察评定

1）检查底片的标记是否齐全，包括产品编号、焊缝编号、位置编号、透照日期、搭接标记、中心标记，查看底片是否有水迹、划伤、底片伪缺陷等。

2）灵敏度检查，像质计位置是否正确，焊缝橫向评定范围内是否清晰可见标准要求的丝径影像。

3）底片黑度检查，按照图4 标示的位置测量底片黑度，测量仪器（黑度计）应经过密度片核查，密度片在鉴定有效期内，核查结果符合标准要求。

4）底片观察，在接头评定区域内，单片黑度在标准要求范围内，黑度大的区域（透照厚度较小部位）在柯达125 底片上评定，黑度小的区域（透照厚度较大部位）在酷目C4 底片底片上评定；单片黑度小于标准要求，双片叠加黑度满足标准规定，则双片叠加评定;必要时，双片对比或叠加对比评定。底片的有效评定区必须包含焊接接头检测区域。

5）按薄板厚度，依据标准评定质量级别。

5 双胶片技术应用效果评价

1）承压设备无损检测标准规定的双胶片技术，使用分类等级相同或相近的胶片，并没有禁止分类不同的胶片组合作为双胶片透照技术使用，双胶片中，采用一张细颗粒，等级高的胶片，在相同的曝光条件下，采取有效的工艺措施，可以降低特定区域（截面厚度小）的底片黑度，增加透照厚度宽容度。

2）通过单片和双片叠加对比观察，提高了细节影像的分析、评估和判断的准确性，获得更的接头质量信息，提高了检测效率。

3）射线检测截面存在一定厚度差，选择适宜的检测设备和器材，采取有效的工艺措施，底片质量能达到标准规定的AB 级或B 级要求。

6 结语

结合9Ni 钢材料特性、焊接磁偏吹倾向、焊接工艺特点，分析去除余高的对接焊缝射线检测底片影像，针对黑度不同的区域分界，识别焊接缺陷和非缺陷，通过砂轮磨削解剖、渗透检测、取样力学性能测试等方法，验证判定的焊接缺陷和非缺陷，深化对缺陷影像的认识，提高底片评定准确性，为9Ni 钢焊缝射线检测底片评定提供技术支持。通过9Ni 钢焊缝的双胶片技术应用，丰富了标准的相关内容，为厚度差大的截面检测提供了一个成功的案例。