鋁合金鑄件射線檢測標準發展

通過控制成本，鑄造鋁可以獲得其他結構復雜的復雜因素，這在很大程度上可以取代其他結構復雜的因素。廣泛應用于汽車、航空、船舶等行業。然而，很難避免鑄造缺陷。目前,鋁合金常用的鑄造方法包括壓差鑄造、高壓鑄造、低壓鑄造等,各個方法所產生的缺陷類型基本相同,氣孔、縮孔、疏松、針孔、夾渣等均是較為常見的缺陷。由于鑄件本身致密性較差,且結構相對復雜,超聲檢測的實施難度很大,反射回波法也難以準確評估缺陷形態,因此普遍采用射線法評估鑄件內部質量。圖1為鋁合金鑄件常見類型缺陷的射線檢測底片,鑄件缺陷的性質與分布規律較為獨特,尤其在結果評定方面與焊接成型射線檢測的差別很大。在標準層面對鋁合金鑄件射線檢測的關鍵要點進行梳理,為相關標準修訂及實際應用提供參考,有利于更好的控制鑄造質量。1檢測工藝的通過鑄造鋁合金的質量要求通常體現在技術合同中,射線檢測所采用的標準大多為參考性質,各個行業也有所不同。目前,國內外鋁合金鑄件專用的射線檢測相關標準數量并不多,而且部分標準為方法性標準,表1列出了國內外鋁合金鑄件射線檢測常用標準。國外鋁合金鑄件射線檢測標準中,ASTM自成體系,整個系列標準涵蓋檢測設備、工藝和評級等各項要求,通常以E94和1030為依據制定檢測工藝,最后按照E155或E505的規定評級。ASTM推出的參考射線底片是目前世界上最權威的標準底片,基本上每5年更新一次,以E155為例,有15、10、05和00等版本,目前最新版為2015版。EN12681標準和ISO9915標準的質量評定均是在參考ASTM標準底片的基礎上進行,ISO9915自92年首次發布后一直沒有更新,目前已廢止相比國外標準,國內鋁合金鑄件的射線檢測標準以行業標準為主,其中GB/T9438和HB963-2005屬于鑄造規范,但標準中的質量規定章節要求采用射線檢測,具體的檢測需要執行GB11346、HB6578等標準,僅屬于相關標準,并不是射線檢測標準。CB/T1226為船舶行業標準,適用于魚雷用鋁合金鑄件的X射線檢測,針對性強,但其他類型的鑄件也可參照使用。HB5395、HB5396、HB5397、HB6578為航空行業標準,將缺陷分為長針孔、海綿狀疏松和分散疏松3類進行分級,共同構成了鋁合金射線檢測評定標準。上述幾項標準均發布于20世紀90年代左右,均存在標齡過長的問題,在射線檢測技術不斷進步的背景下,某些技術指標和專業術語已不符合當前的技術要求和行業習慣2比較技術2.1鋁合金鑄件的射線源國外標準中,ASTME1030和EN12681規定了各類材質鑄件的射線檢測方法,體現出了鑄件有別于焊接成型射線檢測的技術特點,而ISO標準中,則無專門針對鑄件的方法標準,相關要求執行適用于金屬材料射線檢測的ISO5579標準。幾項標準規定的射線源均分為X射線和γ射線,其中鋁合金鑄件可根據厚度選擇射線源,透照厚度大于35mm時允許采用γ射線,但射線源應為Se-75。在對射線源的要求方面,國內標準則更為嚴格,適用厚度范圍內均要求采用X射線,不允許采用γ源,甚至在CB/T1226標準中要求采用軟X射線機。除HB/Z60外,國內外其他標準均對透照能量提出了要求,即在保證穿透力的情況下,盡量選擇較低能量,以此提高底片對比度。2.2膠片透照技術在透照方式上,國內外標準均以在可實施的條件下優先選擇單壁透照為基本原則,而且EN12681標準中給出了十幾種典型結構的透照示意圖,對工藝制定有很大的指導意義。ASTM、EN和ISO標準和國內HB標準中均提到了多膠片透照技術,多膠片技術能夠減小變厚度截面檢測時產生的黑度差大、邊蝕效應等不利因素影響,目前也是國內外射線檢測各個行業中較為成熟的技術。射線源到膠片距離和一次透照長度是透照工藝的關鍵參數,EN和ISO標準采用公式計算法確認射線源至膠片的最小距離,而一次透照長度則是根據透照厚度比確定,ASTM標準則直接給出了幾何不清晰度的數值要求,通過計算法獲得射線源至膠片最小距離,但并未專門指出一次透照長度的要求,只要黑度滿足要求即可。國內2項行業標準中,同樣給出了計算公式和透照厚度比結合的方式確定參數,與國際標準保持一致。2.3黑度、像質與靈敏度要求作為檢測結果的載體和質量分級的依據,底片的質量必須要滿足相關要求,通常除了應避免偽缺陷和干涉影像外,相關標準均有黑度和靈敏度的要求。ASTM標準中,鑄件射線檢測的底片黑度范圍要求為1.5～4.0,EN標準中,底片黑度最低可降低到1.5,但無上限要求,ISO標準則要求底片黑度位于2～3區間。國內標準中,CB/T1226黑度值要求1.2～3.5,HB配套方法標準中要求1.5～4.0,由此可見在黑度要求方面各個標準并不統一,但2～3為重疊區間,根據鋁合金鑄件射線檢測底片評定經驗,黑度要求的下限定在1.5是合適的。底片影像中像質計可識別的最小線徑或孔徑用于衡量檢測靈敏度,像質計一般分為線型和孔型,標準中規定不同透照厚度下應識別的最小線徑或孔徑。ASTM標準中對像質計的要求并不嚴格,一般要求達到2%的靈敏度等級,也可根據供需雙方協議確定等級。EN、ISO和國內標準對像質指數的規定更為詳細,圖2為各個標準要求識別的像質指數與厚度關系示意圖,由圖中可知,各個標準不同透照厚度下的像質指數要求變化規律基本一致,GB/T11346標準要求最低,其他標準比較接近,但在厚度區間分類時又有差別。3評級結果分析國內外鑄件射線檢測結果評定方法可歸納為兩類:一類是通過標準圖譜對比進行評定;另一類則是常用的定量計算法國外幾項鋁合金鑄件射線檢測標準中,評級方法均是依據ASTM標準圖譜的基礎上進行的。ASTM標準給出了氣孔、圓形針孔、長形針孔、較小密度夾渣、較大密度夾渣、疏松和縮孔缺陷的標準圖譜,共分為八個級別,適用于厚度不大于51mm的鑄件評級。EN12681標準主要側重于檢測方法的要求,僅在附錄中給出了ASTM標準圖譜的基本情況作為評級參考。ISO9915中對于評級的規定比較詳細,雖然同樣參照ASTM標準圖譜進行評定,但進一步明確了圖譜使用的要求,給出了復合缺陷的質量要求和評定方法。國內航空行業在ASTM的基礎上推出了行業專用標準參考底片,如HB6578等效采用ASTME155,但也結合自身情況頒布了HB5395、HB5396、HB5397標準,適用于長形針孔、海綿狀疏松和分散疏松檢測評級,最大適用厚度50mm,缺陷則分為五個級別。GB11346標準給出了針孔(圓形)缺陷的分級圖譜,缺陷分為八級,最大適用厚度50mm。CB/T1226標準與ISO9915標準的評級要求較為類似,也是在參照ASTM標準圖譜的基礎上進行評級,根據鑄件的工作狀態將質量分為A、B、C、D、E五級,每個級別對應有按照圖譜評級要求的具體級別,同時包含綜合評級等內容。綜合上述分析,目前國內外鋁合金鑄件射線檢測的質量分級均是建立在圖譜對比的基礎上,最大適用厚度在50mm左右,且無論是權威性還是通用性,ASTM的標準圖譜影響最大。除此之外,ISO9915和CB/T1992標準在參考標準圖譜的基礎上,結合實際應用設置了專門的評級要求,既保留了圖譜對比法快速查詢的特點又兼顧實際使用中綜合評定的需求,保持了標準的靈活性和易用性。4鋁合金鑄件的線性檢測要求國內外鋁合金鑄件射線檢測標準各具特色,其中關于檢測工藝和質量評定的要求并無太大差別,但ASTM標準對各類鑄件的分類標準最為系統,制作的標準底片代表當前最高水平,值得借鑒。(1)鋁合金鑄件的質量評定普遍采用圖譜對比法,結合參考圖譜和使用情況制定覆蓋面更全的綜合