1、小徑管焊口一次橢圓成象未焊透未熔合內凹缺陷的識別、分析判斷方法白 洪 海(遼寧電力第四工程公司試驗焊訓中心遼陽 111000摘 要 電力鍋爐受熱面焊口,其外徑為76mm 以對接焊口的形式連接, (以下簡稱:小徑管焊 口 射線檢驗透照的方法常采用雙壁雙投影一次橢圓成象, 評定焊口質量等級時, 對缺陷性質的識別尤 為重要, 本文淺談對小徑管焊口中的未焊透、 未熔合、 內凹缺陷的識別分析條件以及如何對其準確判斷 定性的方法。關鍵詞 成象焊口 未焊透 未熔合 內凹 識別條件 分析判斷方法眾所周知,射線檢驗雖然具有其直觀性、可追溯性。但是對焊縫缺陷的識別分析、判斷 定性是比較關鍵的環節,尤其是對危害性缺

2、陷的識別和判定尤為重要。在小徑管射線檢驗底片的評定時,由于其投影成象的特殊性,識別小徑管焊口中未焊透、未熔合、內凹的影象比較難掌握,所以,掌握判定要點是十分必要的。了解缺陷的形成原因、產生的位置、影象形狀、投影的幾何原理等綜合因素是一個底片評定人員必須掌握的知識。以下就小徑管一次橢圓成象的有關特點,未焊透、未熔合、內凹的概念、產生原因、影像特征作以簡單介紹,以幫助正確識別分析、判斷定性這些缺陷。1小徑管一次橢圓成象的特點透照厚度變化大,例如:對 60×5mm 的管焊縫照相,最大透照厚度為最小透照厚度的3.7倍,如圖(1所示,因此底片上不同部位的黑度和清晰度差異較大。投影關系復雜,如圖

3、(7所示,為錯開上下焊縫達到橢圓一次成象工藝的要求、透照時有一定傾角,對 60×5mm 的管焊縫,這一 圖 (1小徑管焊口一次成像透照厚度差 傾角約為 11º-15º為宜,射線底片上橢圓開口度太小上下焊縫根部、 熱影響區缺陷產生混淆, 開口度太大又不利于根部裂紋、 未焊透之類的危害性缺 陷檢出,上焊縫的投影會引起影像畸變,對縱向缺陷檢出率亦有影響。源側焊縫與膠片側焊縫距離變化較大,上下焊縫幾何不清晰度存在較大差異,對 60×5mm 的管 焊縫,上焊縫 Ug 約為下焊縫的的 10倍。邊蝕效應較嚴重,散射比較大。為了擴大寬容度,犧牲了對比度,因此影象質量不高

4、。 2未焊透 未熔合 內凹的概念2.1未焊透的概念在 GB6417-86金屬熔化焊焊縫缺陷分類及說明中,未焊透的概念是“焊接時接頭的根部未完全 熔透的現象” ,對小徑管焊縫而言只有發生在內表面根部的未焊透。2.2未熔合的概念在 GB6417-86金屬熔化焊焊縫缺陷分類及說明中,未熔合的概念是“焊接時,在焊縫金屬與母材之間或焊道金屬之間未完全熔化結合的部分” ,可分為坡口未熔合、層間未熔合、焊縫根部未熔合。 2.3內凹的概念內凹又稱根部收縮,在 GB6417-86金屬熔化焊焊縫缺陷分類及說明中的概念是“由于對接焊縫 根部收縮造成的淺的溝槽” 。在焊縫根部形成的低于母材表面的低洼部分。所以,通常電

5、力行業對連續 的內凹稱為塌腰。3未焊透 未熔合 內凹的產生原因3.1未焊透的產生原因未焊透產生的原因主要有:坡口角度小,根部間隙過窄或鈍邊過厚,焊接規范選擇不當電流過小、 線能量小、焊接速度過快等。3.2未熔合的產生原因未熔合產生的原因主要有:焊接電流過小,焊接速度過快,熔池冷卻速度快;施焊過程中焊條、焊 絲、 焊具或火焰偏于坡口一側, 焊接 電弧吹偏, 使母材或前一層焊道金屬未得到充分熔化; 坡口有油、 銹和臟物等,焊接時熔池的溫度達不到要求,未能將其熔化產生的夾層。3.3內凹的產生原因內凹產生的原因主要有:焊接時熔池過大,溫度高,表面張力減小,鐵水下墜;焊接速度慢,焊 條角度不合適。許多內

6、凹是由于息弧時焊條未作短時間停留所造成的。4未焊透 未熔合 內凹在射線底片上的特征4.1未焊透在射線底片上的特征未焊透的典型影象是沿著焊縫走向的細直黑線, 兩側輪廓都很整齊, 為坡口鈍邊痕跡, 寬度約等于 鈍邊間隙寬度。有時坡口鈍邊有部分熔化,影象輪廓就變得不很整齊,線寬度和黑度局部發生變化,但 只要能判斷是處于焊縫根部的線性缺陷,仍判定為未焊透。未焊透在底片上處于焊縫根部的投影位置, 一般在焊縫中部, 因透照偏、 焊偏等原因也可能偏向一 側。未焊透呈斷續或連續分布,有時能貫穿整個焊口。4.2未熔合在射線底片上的特征根部未熔合在底片上的位置應是焊縫根部的投影位置, 一般在焊縫中間, 因坡口形狀

7、或投影角 度等原因也可能偏向一邊。 根部未熔合的典型影象是一條一側直黑線帶, 線的一側輪廓整齊且黑度較大, 為坡口鈍邊痕跡, 另 一側輪廓可能較規則也可能不規則。 坡口未熔合的典型影象是連續或斷續的黑條, 寬度不一, 長短不一, 黑度不均勻,一側輪廓較齊黑度較大,另一側輪廓不規則,黑度較小,在底片上的位置一般在焊縫橢圓 內側至邊緣的 1/2處,沿焊縫縱向延伸。層間未熔合的典型影象是黑度不大的塊狀陰影,形狀不規則, 如伴有夾渣時,夾渣部位的黑度較大。4.3內凹在射線底片上的特征影象的位置一般規律:內凹都發生在焊縫的根部,底片的位置處于橢圓內側的仰臉部位;有點狀 和帶狀(塌腰周圍輪廓沒有直邊,中部

8、黑度較大逐漸向邊緣減小,點狀的輪廓比氣孔明顯;帶狀(塌 腰的形狀輪廓比未焊透影象不明顯。 5缺陷的判斷、識別條件缺陷是否能夠通過射線照相而顯示出來, 首先, 必須使缺陷在底片上留下足以識別的痕跡, 則 涉及到透照工藝質量的問題。 其次, 底片的影象在適當條件下得以充分顯象, 以利于評片人員觀察和識 別,這與觀片設備和環境條件有關。第三,評片人員對觀察到的影象能做出正確的分析和判斷,這取決 于評片人員的知識、經驗、技術水平。缺陷的識別條件歸納為三個方面, 即底片質量要求, 環境、 設備條件要求, 評定人員相關知識要求。5.1底片質量要求靈敏度是射線照相底片質量的重要指標之一, 必須符合相關標準的

9、要求。 目前國內廣泛使用的絲型 象質計,根據不同的透照厚度底片上顯示不同直徑的金屬絲,必須達到標準規定的要求。對底片靈敏度的檢查內容包括:底片上是否有象質計的影象, 象質計的型號、 規格擺放位置是否正 確,象質指數是否達到標準的要求,才能證明透照的靈敏度及缺陷的檢出率。黑度是射線照相質量的重要指標之一,黑度范圍必須符合相關標準的要求。由膠片特性曲線可知, 膠片的梯度隨黑度的增加而增大, 為保證有足夠的對比度黑度必須達到最小可識別黑度的要求。 但是黑 度過大將造成透過光強不足, 導致人眼的識別觀察能力下降, 只有當有效評定區內各點的黑度均在規定 的范圍內,才能缺陷的識別率。底片上的不清晰度是兒何

10、不清晰度(Ug 和固有不清晰度(Ui 的綜合結果。其主要影響因素是幾 何不清晰度。幾何不清晰度(Ug :射線透照時焊口中缺陷的輪廓在底片上的影象的邊緣會產生一定的寬度的半 影,這個半影的寬度就是幾何不清晰度(Ug 。其數值可用下式表示計算:Ug=df ·b/(F-b式中:d f -焦點尺寸; F-焦點至膠片的距離; b-缺陷至膠片的距離。有上式可知,焦點尺寸、焦距、缺陷至膠片的距離決定幾何不清晰度的大小。在實際透照工藝中, 必須保證有足夠的焦距, 在檢查底片的幾何不清晰度時一, 經驗的做法 是:通過觀察小徑管邊緣的輪廓的清晰程度, 以及小徑管在底片上的影象焊口尺寸與實際焊 口尺寸的

11、放大程度, 就可以判定幾何不清晰度的大致情況。 尤其是一張底片上透照多個焊口時,必須觀察邊緣的焊口輪廓的清晰程度和焊口影象的放大尺寸,來判定的幾何不清度的大致情況。為使上下焊縫在底片上的影象呈橢圓形顯示,其橢圓短軸側間距一般以 310mm為宜。 橢圓必 須開口, 否則上下焊縫影象重迭無法判斷分析缺陷的位置。 橢圓開口不宜過大, 否則上焊縫影象因放大、 畸變難以識別分析。5.2環境、設備條件需求環境、 設備條件應能提供底片最大的細節對比度, 達到評片人員可以分辨的程度, 使評片人員感到 環境適宜,減少環境各種干擾,保證準確的識別缺陷。觀片室內光線應柔和偏暗, 但不能全黑, 一般等于或略低于透過底

12、片光的亮度。 室內照明應避免直 射人眼或在底片上產生反射光。觀片燈是評片的重要工具, 觀片燈性能應有足夠的光強度, 要求透過底片的光強度不低于 30cd/m2, 觀片燈的最大亮度應大于 105cd/m2。觀片燈的亮度必須可調,以便在觀察低黑度區域時將光亮減小,而 在觀察高黑度區域時將光亮調大。放大鏡:用于觀察影象細節, 放大倍數一般為 5倍為宜。 備有一系列的遮光板以便改變觀察區的大 小,有利于觀察細小缺陷細節的需要。6影象識別分析、判斷定性的影響因素6.1人眼視覺特性影響及人員要求目視分辨率是指人眼分辨物體的最小尺寸。 它依賴于物體對眼的張角, 而張角又受眼的聚焦能力的 限制,此外,光強、顏

13、色、反差等因素對目視分辨率也有影響,一般條件下正常眼睛在底片上大約能看 清 0.25mm 的點或 0.1mm 寬的線,對更微小的細節,需要借助放大鏡觀察,適宜的放大觀察倍數應為 2-5倍,高倍放大鏡因易產生影象畸變而不宜采用。人眼對不同顏色可見光的敏感程度不同, 在較亮環境中對黃光最敏感, 在較暗環境, 對綠光最敏感, 無論在何種亮度條件下, 人眼對紅光和蘭紫色光都不敏感, 雖然片基對透射光的顏色有些影響, 但影響 光色的主要因素還是觀片燈,所以要求觀片燈的光色:白色、橙色或黃綠色,而不宜使用偏紅或偏蘭色 光。另外,人眼難以適應光強不斷變化的環境。從亮環境到暗環境,適應時間至少需要 5min,

14、 光強的不 斷變化, 除了使視覺敏感度下降外。 還容易引起眼疲勞, 不利于觀察查細小缺陷, 所以觀片室不宜過暗。擔任評片的人員應具備以下條件:6.2影響缺陷識別的其它影象如母材厚度的變化,水冷壁焊口內部的螺旋網紋等焊口內部結構投影造成的影象。如焊縫余高,根部形狀,焊縫表面波紋,焊道間夾溝等生成的影象。由非焊接因素造成的表面缺陷的影象,如機械劃痕、壓痕、表面撕裂、電弧燒傷、打磨溝槽等。 為能正確地識別焊口表面幾何影象, 首先應要求評片人員仔細了解試件結構和焊接接頭型式。 其次 評片人員應熟悉不同焊接方法和焊接位置的焊縫成形特點。 此外, 評片人員應注意焊縫外觀檢查的結果, 掌握焊口的表面質量狀況

15、, 對可能影響缺陷識別的表面幾何形狀進行分析, 評片時應注意對表面缺陷的 觀察。底片上焊口表面缺陷的影象和表面損傷的影象主要根據其位置、 形狀、 表面結晶狀態以及影象輪廓 清晰度等特征來加以識別。6.3一次橢圓成象投影條件的分析投影概念對于影象分析識別和判斷具有重要意義。用一組光線將物體的形狀投射到一個面上,稱為“投影” 。在該面上得到的圖象,也稱作“影象” 。 這個面稱為“投影面” (通常是平面 。光線稱“照射線” 。照射線從一點出發的稱“中心投影” ,照射線 相互平行的稱“平行投影” 。平行投影中,照射線與投影面垂直的稱“正投影” ,傾斜的稱“斜投影” 。 射線照相就是通過投影把具有三維尺

16、寸的焊口 (包括其中的缺陷 投射到膠片上轉化為只有二維尺 寸的圖象,由于射線源、焊口(缺陷 、膠片三者之間相對位置和角度的變化,會使底片上的影象與實 際物體的尺寸、形狀、位置有所不同,常見的情況有以下幾種:影象放大是指底片上的影象尺寸大于物體的實際尺寸。 由于焦距比射源尺寸大很多, 射線源可視為 “點源” ,照相投影可視為中心透影 。影象放大程度與 L1和 L2有關。放大率的計算公式:M=(L1+L2 /L1一般情況下 L1>>L2 所以,影象放大并不明顯,底片評定時一般不考慮缺陷尺寸放大的影響,但 是,對于小徑管焊口一次橢圓成象上焊縫有時需要考慮缺陷的放大情況。 7.1 通覽底片

17、時的影象分析要點 評定人員結合已掌握的情況,通過觀察底片,一般應進行以下分析并做出判斷: 焊接方法:區分手工電弧焊,全氬弧焊,還是氬弧打底電焊蓋面等. 焊接位置:區分環焊縫是水平固定,垂直固定或 45傾斜固定,分辨平焊,立焊,橫焊或仰焊的位 置. 評定區范圍:認清焊縫余高邊緣,熱影響區范圍. 投影情況及投影位置:判斷投影是否偏斜,認清焊縫上緣和下緣以及根部的位置. 認清焊接方向,估計結晶方向,查找起弧和收弧位置. 了解焊口厚度,判斷焊口厚度變化情況,大致判斷清晰度,對比度,黑度的大小和成像質量水平, 考核底片質量是否滿足標準規定的要求. 7.2 缺陷定性時的影象分析要點 觀察影象時,一般首先注

18、意的是影象形狀,尺寸,黑度,除此以外,還應作下列觀察與分析: 影象位置:根據影象在底片上的位置以及影象特征,結合投影關系,推測其在焊縫中的位置,是在 根部,坡口還是表面,是在焊縫中還是熱影響區附近. 影象的延伸方向:影象的延伸方向有一定規律性.例如:未熔合,未焊透等沿焊縫縱向,咬邊,內 凹的輪廓與焊縫表面波紋相吻合. 影象輪廓清晰程度: 除了照相工藝條件影響清晰度外, 還應注意以下影響輪廓清晰程度的因素并據 此進行分析,小徑管厚壁與薄壁中影象清晰程度的差異,缺陷和某些偽缺陷清晰度差異,內部缺陷和表 面缺陷輪廓清晰度的差異等. 影像細節特征:注意尋找細節特征,如未熔合的半側直邊,未焊透的雙測直邊

19、,內凹缺陷沒有直邊 其影像的寬窄不等. 8 觀察分析,識別判斷的步驟方法 8.1 觀察分析,識別判斷的步驟 觀察底片的操作可分為兩個階段,通覽底片和影象細節觀察. 通覽底片的目的是獲得焊口質量的總體印象, 找出需要分析研究的可疑影象. 通覽底片時必須注意, 評定區域不僅僅是焊縫內部,還包括焊縫表面狀態,都應仔細觀察.由于余高的影響,焊口中心與死區 的黑度差異往往較大,有時需要調節觀片燈的光亮度在不同的光強下分別觀察. 影像細節觀察是為了做出正確的分析判斷. 因細節的尺寸和對比度極小, 識別和分析是比較困難 的,為盡可能看見細節,常采用下列方法: a,調節觀片亮度,尋找最適合觀察的透過光強; b,用遮擋框擋住細節部位臨近區域的透過光線; C,使用放大鏡進行細節的觀察; d,移動底片,不斷改變觀察距離和角度. 8.2 影象定性分析方法-列舉排除法 列舉排除法是影象定性分析常用的方法之一,對