射线无损检测技术在软包夹焊缝检测中的应用

韩 彬，廖天禄，曾晓慧，余晓华，范秋月，金 璐

(1.龙岩学院 福建省焊接质量智能评估重点实验室，福建 龙岩 364300；2.龙合智能装备制造有限公司，福建 龙岩 364300)

0 引言

X射线在不同的物质中存在不同的衰减特性，可以发现缺陷的存在。当检测到没有缺陷的焊件时，金属材料对X射线能量的吸收是均匀的，最终照射到胶片上的能量也是均匀的，即胶片感光均匀；当被检测焊件有缺陷的时候，X射线穿过焊接缺陷时会呈现衰减特性，且缺陷的衰减系数与金属材料之间的衰减系数通常差别较大。焊接缺陷对于焊缝金属来说，当X射线的衰减系数更大时，透射缺陷那一部分的X射线照射到胶片上时的能量比没有缺陷时更少；当焊接缺陷对X射线的衰减系数更小时，则最后照射到胶片上时的能量更多，总之只要有缺陷存在，最后胶片感光就会出现不均匀的结果[1，2]。因此，在暗室处理后的胶片在观片灯上可以直接通过黑白度差异发现焊缝的缺陷，同时根据缺陷形成图像的形状特点可以对缺陷的大小、类型、性质等进行判断。

软包夹中主要涉及对接接头和T型焊接接头，其焊缝缺陷将会降低软包夹的性能，因此本文重点讨论X射线无损检测技术在软包夹焊缝检测中的应用。

1 试验材料与方法

1.1 试验材料

软包夹生产中主要涉及到对接接头与T型焊焊接接头，主要焊接位置如图1所示[3]。软包夹材料为Q355B低碳钢和NM400耐磨钢，焊接方法为二氧化碳气体保护焊，保护气体采用混合气体，成分为85%CO2+15%Ar。焊接接头方式与尺寸如图2所示，T型焊接接头试件尺寸为148 mm×106 mm×16 mm的Q355B钢材与148 mm×100 mm×25 mm的NM400钢；对接接头试件尺寸为150 mm×125 mm×15 mm的Q355B钢材[4，5]。

图1 软包夹焊接位置

1.2 试验方法

1.2.1 焊接试验

T型焊接接头与对接焊接接头的试验参数分别见表1和表2。

1.2.2 X射线检测试验

本文采用射线机RT-2805型(设备参数见表3)，T型焊接接头检测条件为：照射焦距均为600 mm，单面透照电压为100 kV～250 kV，曝光时间为1.5 min～3 min，照射角度为60°，补偿块采用增感屏叠加[6，7]，洗片于暗室采用手工冲洗，显影温度为20 ℃，显影时间为1.5 min，定影时间为15 min[8，9]。

对接检测试验中，照射焦距均为600 mm，单面透照电压为200 kV，曝光时间为1 min，照射角度为90°垂直于焊缝表面，洗片于暗室采用手工冲洗，显影温度为20 ℃，显影时间为1.5 min，定影时间为15 min。

图2 T型焊接接头和对接接头试件尺寸

表1 T型焊接接头试验参数

表2 对接焊接接头试验参数

测定底片黑度2.14，准0.25 mm孔可见，均符合技术条件要求。

表3 X射线检测设备参数

2 试验结果与分析

2.1 T型焊接接头X射线检测结果与分析

透照电压100 kV底片影像如图3所示，在单面透照电压为100 kV、曝光时间为3 min、显影时间为1.5 min、定影时间为15 min、照射角度为60°时，X射线在碳钢焊接的部分大量透过，感光胶片不能充分感光，焊缝与母材部分不透过或透过很少，焊缝区域并不明显，层次不够分明。

图3 透照电压100 kV底片影像

透照电压250 kV底片影像如图4所示，增加透照电压至250 kV时焊缝探伤效果有所提高，但是焊缝区分度依然不明显,鉴于现有射线透照电压参数，无法通过提高透照电压增加焊缝区域的边界。因荧光物质所发出的荧光强度与照射强度成正比，本文考虑通过增感屏来提升曝光强度。

配合纸基增感屏的底片如图5所示，在采用0.03 mm纸基增感屏配合胶片一起使用时，将曝光时间从3 min缩短至1.5 min，取得了相对较好的检测效果，焊缝与母材的对比度有进一步提高。通过宏观金相(如图6所示)对比，焊缝内部多处存在缺陷，但是X射线底片无法照射出其内部缺陷，究其原因是采用设备的最高电压穿透能量不足，需更换其他可发生更高电压的设备。但是在此款软包夹结构中，其T型焊缝结构属于联系焊缝，缺陷检测要求不高，仅在某些其他款的软包夹结构中为工作焊缝时才需要检测。

图4 透照电压250 kV底片影像

图5 配合纸基增感屏的底片

图6 T型焊缝宏观金相图

2.2 对接焊接接头X射线检测结果与分析

在T型焊接接头X射线检测经验基础上，配合纸基增感屏实现对接焊接接头的X射线检测，试件1～试件4的X射线检测结果见图7(a)～10(a)，宏观金相结果见图7(b)～10(b)。

图7 对接接头试件1的X射线检测结果

图8 对接接头试件2的X射线检测结果

图9 对接接头试件3的X射线检测结果

试件1～试件4的X射线底片影像均存在不同形状的黑影，外形不规则，边缘轮廓分明、黑度均匀并呈带有棱角的黑色点状和宽窄不均的条状影像，此为未焊透缺陷。该对接焊缝在软包夹中属于工作焊缝，未焊透缺陷易引起应力集中，在使用过程中极易产生裂纹，随着使用中裂纹的扩展，易导致焊缝断裂，结合车间生产情况，建议在焊接过程中匹配焊接速度与焊接电流、焊接电压，控制好焊接速度，减少未焊透缺陷发生。试件1～试件4均出现为未焊透缺陷，根据宏观金相图发现 图10(b)未焊透程度相对严重，而X射线底片影像对未焊透程度的表现区别不明显，出现这种现象的主要原因在于未焊透缺陷与X射线照射角度基本处于平行状态，对X射线能量吸收表征不明显。

图10 对接接头试件4的X射线检测结果

试件1～试件4的X射线底片影像中出现边缘轮廓不大明显，外形为有规则的圆、点状或蛹状黑影，为气孔缺陷，尤其在图8(a) X射线底片影像中出现大量密集点状黑影，由宏观金相图8(b)确认为密集气孔，建议清理焊件外层的铁锈、氧化物、油渍、水分等杂物，把控好焊接速度，以便于产生的气体有足够的时间逸出。X射线底片影像对气孔缺陷的表现效果较好，主要因为气孔多属于体积型缺陷，与X射线照射方向垂直，气孔与母材对X射线的能量吸收差异性较大。

3 结论

(1) X射线检测技术可以应用于软包夹夹臂位置对接焊缝检测，可实现气孔缺陷与未焊透缺陷的检测，未焊透的严重程度不易发现，对气孔密集程度的检测效果明显，但是该位置焊缝为工作焊缝，未焊透缺陷危害性较大，建议焊接过程中控制好焊接电流、焊接电压与焊接速度的关系，严格控制未焊透缺陷的产生。

(2) 软包夹中的T型焊缝属于联系焊缝，承载力不大，缺陷检测要求较低，但是当对底板厚度大于25 mm的T型焊缝进行X射线检测时，其透照电压在250 kV以内无法检出缺陷。