周廣祥，鄭德全

（南京晨光集團有限責任公司，江蘇南京 210006）

0 前言

材料厚度在1 mm以上的薄板焊縫無損檢測工藝基本成熟，而許多航天產(chǎn)品使用材料厚度在0.5 mm以下的薄板焊縫無損檢測工藝還很困難。超薄壁類產(chǎn)品由于結構特殊，要求檢測的絕對靈敏度非常高，欲檢出的缺陷尺寸已接近或超過宏觀無損檢測技術的極限，如果該產(chǎn)品焊道中存在微小缺陷，就可能在失重環(huán)境中失效，將導致嚴重后果，因此必須進行有效的無損檢測控制，確保焊接接頭品質(zhì)的可靠性。

下面以某產(chǎn)品的應用為實例進行闡述。該超薄焊接承壓結構件是由210片左右厚度小于0.3 mm、薄如紙的不銹鋼膜片焊接組成，薄板經(jīng)沖壓成型、裁切圓環(huán)、焊接制成。該產(chǎn)品直徑大、壁厚薄，直徑大于600 mm，焊道長度400多米，其焊接結構類似卷邊焊接，焊縫在膜片的端頭（圖1），設計技術條件要求焊縫熔深在小于0.8 mm，焊縫寬度小于0.8 mm。對產(chǎn)品安全性和可靠性要求極高，焊接接頭成型不良，熔深不夠，或焊縫中存在缺陷都不允許存在;要求無損檢測的分辨率達到0.05 mm;檢測絕對靈敏度達到可檢出0.1 mm點狀缺陷和直徑0.05 mm的線形缺陷。為確保焊道的可靠性，需對焊道進行100%的無損檢測。

圖1 某承壓結構件焊道局部圖

由于超薄焊接承壓結構件要求很高的絕對靈敏度，欲檢出如此微小尺寸的缺陷，現(xiàn)有常規(guī)無損檢測工藝、裝備均不能滿足要求。經(jīng)過工藝攻關，并配合一系列特殊工藝措施和大量測試試驗，應用CR技術對該承壓結構件的焊接接頭進行無損檢測，實現(xiàn)了對該超薄焊接承壓結構件產(chǎn)品的焊縫進行無損傷的品質(zhì)控制。

1 CR技術原理

數(shù)字射線檢測技術是一種采用新的輻射探測器代替?zhèn)鹘y(tǒng)膠片完成射線信號的探測和轉(zhuǎn)換的射線照相檢驗技術。CR技術是數(shù)字射線檢測技術中的一種，它采用的貯存熒光成像IP板類輻射探測器，其結構如圖2所示。

圖2 IP板結構圖

采用貯存熒光成像板（IP板）的CR技術，是基于某些熒光發(fā)射物質(zhì)具有保留潛在圖像信息的能力。這些熒光物質(zhì)受到射線照射時，在較高能帶俘獲的電子形成光激發(fā)射熒光中心（PLC）。采用激光激發(fā)時，光激發(fā)射熒光中心的電子將返回它們初始能級，并以發(fā)射可見光的形式輸出能量。這種光發(fā)射與原來接收的射線劑量成比例。這樣，當激光束掃描貯存熒光成像板時，就可將射線照相圖像轉(zhuǎn)化為可見的圖像。

圖3給出了檢驗的主要過程示意圖。

圖3 CR技術檢驗的主要過程

2 檢測設備與器材的選擇

針對該承壓產(chǎn)品特殊焊縫結構和很高的靈敏度要求，經(jīng)過大量工藝攻關試驗，最后證明只能采用了CR照相技術才能解決該承壓結構件的焊縫品質(zhì)檢測。CR照相的IP板厚度小于1 mm，可以插進波紋槽，且IP板可以切成弧形邊，適用于各種直徑的波紋管;CR照相獲得的是數(shù)字圖像，可方便地將圖像放大的適宜觀察的倍數(shù);目前世界上最好的 CR技術的分辨率已達到25 μm，可以保證50 μm的缺陷檢出。

根據(jù)檢測對象與當前的CR技術發(fā)展情況所選設備、CR掃描系統(tǒng)和IP板的主要配置見圖4所示。

a）160 kV移動式小焦點高頻X射線探傷機一臺;

b）工業(yè)CR35NDT系統(tǒng)一套;

c）選配25 μm藍色高分辨率IP成像板。

圖4 數(shù)字射線照相（CR）檢測系統(tǒng)

IP板的選擇:對應于ASTM E2446－05標準的IP S/25，最小SNR≥130（特殊級，分辨率25 μm，最小信噪比≥130）;其規(guī)格為:25 μm藍色高分辨率成像板，讀出掃描速率可調(diào);入片寬度:≤350 mm（14″）;成像板擦除次數(shù):≥5 000次 ;掃描時間:≥50張/h（51 p/mm）;

注:1）白色IP板:對應于ASTM E2446－05標準的IPⅠ/50，最小SNR≥65（Ⅰ級，分辨率50 μm，最小信噪比≥65）;

2）按ASTM E2446－－規(guī)定，CR系統(tǒng)IP板的特性依據(jù)SNR（信號與噪聲之比）值和特定曝光區(qū)域的不清晰度，分為四類。如表1所示。

表1 IP板分類

d）計算機工作站（臺式工作站）

工作站主要包括高配置主機、一臺高分辨率顯示器（專業(yè)灰度級顯示器300萬像素）;專用系統(tǒng)檢測軟件（包含圖像采集、處理、分析）1套。

3 CR技術應用實例

通過CR技術的數(shù)字化圖像不僅可以放大，還可通過計算機進行各種處理以提高圖像品質(zhì)。例如通過邊緣增強、平滑、圖像降噪、灰階對比度調(diào)整、影像、數(shù)字減影、偽彩色處理等方法，對曝光不足或曝光過量進行修正，提高對比度，改善影像的細節(jié)等。

在實際應用過程中，制備的人工缺陷標樣（圖5）和發(fā)現(xiàn)的典型缺陷簡介如下。

超薄焊接承壓結構件產(chǎn)品的不合格試件的試驗CR圖像和焊縫金相剖面圖見圖6所示;該產(chǎn)品合格試件的試驗CR圖像和焊縫熔深金相剖面圖見圖7所示。

在檢測超薄焊接承壓結構件產(chǎn)品過程中發(fā)現(xiàn)的缺陷實例見圖8、圖9。

目前使用的CR技術系統(tǒng)的分辨率已達到25 μm，可以保證50 μm的缺陷檢出。2009年至今，應用CR技術對該超薄焊接承壓結構件產(chǎn)品進行無損檢測的焊縫長度約7 000 m，拍片35 000多張，能有效地發(fā)現(xiàn)細微的缺陷。比如氣孔、焊縫熔深不夠、焊縫表面凹坑、咬邊、母材表面壓痕等。應用CR技術相比較于常規(guī)X射線檢測，CR技術具有更高的效率，更簡易的操作特點。比如在檢測過程中IP板不存在曝光，在拍片結束后不用經(jīng)歷顯影、定影、水洗、干燥等繁瑣的工藝過程，只需通過掃描儀1 min左右的數(shù)據(jù)讀取即可獲得實拍的X射線圖像。通過操作軟件來放大縮小及對比度的調(diào)整，可以發(fā)現(xiàn)細微的缺陷，提高無損檢測的精度，其分辨率達到0.05 mm要求;檢測絕對靈敏度達到可檢出0.1 mm點狀缺陷和直徑0.05 mm的線形缺陷。通過對焊道進行100%的無損檢測，保證了對該超薄焊接承壓結構件產(chǎn)品焊縫的品質(zhì)控制。

4 CR技術在其他產(chǎn)品上的應用實例

CR技術目前已應用到其他承壓結構件產(chǎn)品的檢測，特別是薄壁鋁合金構件、不銹鋼導管等的大量應用（圖10，圖11），積累了CR技術在工程應用中的大量經(jīng)驗，為CR技術的研究與進一步擴大應用奠定了良好的基礎。

5 結語

通過對超薄焊接承壓結構件產(chǎn)品的數(shù)千米焊縫檢測與大量不同工藝參數(shù)的應用試驗研究，得到了較為有效的試驗數(shù)據(jù)與結果，采用CR技術滿足了該類產(chǎn)品品質(zhì)控制的要求。

1）滿足了超薄焊接承壓結構件產(chǎn)品設計要求，達到了檢出D0.1 ×0.132 mm 點狀缺陷和D0.05 ×0.4 mm 線型缺陷的精度。

2）CR技術的檢測工藝可實現(xiàn)超薄焊接承壓結構件單片和組合件的透照，達到焊道100%的無損檢測目標。

3）CR技術在其他承壓結構件產(chǎn)品中的應用，證明其圖像質(zhì)量能夠達到射線檢測靈敏度的要求。

［1］ASTM E2445－05Standard practice for qualification and longtime stabilitry of computed radiology systems.

［2］ASTM E2446－05 Standard practice for classification of computed radiology systems.

［3］《無損檢測 金屬材料計算機射線照相檢測方法》［S］GB/T26642－2011.

［4］鄭世才.CR 技術介紹［J］.無損探傷，2008，32（172）.

［5］張怡明.CR技術的最新發(fā)展［R］.2008年遠東無損檢測新技術論壇.