摘 要:以 TA2合金管材對接接頭的目視檢測為例,介紹了民用核鈦合金管材焊接接頭的目 視檢測工藝及工藝驗(yàn)證方法,解決了民用核鈦合金設(shè)備焊接接頭目視檢測工藝質(zhì)量系統(tǒng)的驗(yàn)證問 題,并提供了評價和驗(yàn)證的參考方法和依據(jù)。

關(guān)鍵詞:鈦合金設(shè)備;鈦合金焊接接頭;目視檢測;工藝驗(yàn)證

中圖分類號:TG115.28                                      文獻(xiàn)標(biāo)志碼:B                                    文章編號:1000-6656(2022)09-0066-04

鈦材因在濕氯氣、高溫鹽等工況中具有良好的 耐蝕性,已被廣泛應(yīng)用于制造石油化工、化纖、精細(xì) 化工、能源等行業(yè)使用的熱交換器、塔器、反應(yīng)器等 設(shè)備。鈦材具有較高的活性,在400℃時開始吸氧、 600℃開始吸氮,當(dāng)鈦焊縫中含有這些氣體成分時, 其焊接接頭的沖擊性能、塑性和韌性甚至耐蝕性能 都會不同程度的降低,因此鈦材一般采用惰性氣體 保護(hù)焊進(jìn)行焊接,且對焊接氣氛要求極高。 

目前,民用核鈦合金設(shè)備應(yīng)用相對較少,其目視 檢測無專用成熟的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范,而鈦合金設(shè)備在制造 過程中經(jīng)常會出現(xiàn)焊縫外觀缺陷或接頭表面氧化等 問題,目視檢測時,由于缺少權(quán)威統(tǒng)一的評價標(biāo)準(zhǔn), 檢測結(jié)果常判定不準(zhǔn)確和存在爭議。筆者結(jié)合多年 鈦合金焊 接 接 頭 目 視 檢 測 實(shí) 際 工 作 經(jīng) 驗(yàn),并 參 照 ASME規(guī)范 《鍋爐及壓力容器規(guī)范》第Ⅴ卷第9章 目視檢測要求、JB/T4745 《鈦制焊接容器》-2002制定 了 鈦 合 金 焊 接 接 頭 的 目 視 檢 測 工 藝[1],并 以 18mm×2mm(直徑×壁厚,下同)的 TA2合金管 對接焊縫為例,介紹了目視檢測工藝及工藝驗(yàn)證的 方法,并確定了最佳檢測工藝,可為同類設(shè)備的目視 檢測提供參考。

1 檢測設(shè)備及儀器 

焊縫目視檢測應(yīng)選擇與被檢測對象及環(huán)境等相 匹配的設(shè)備和儀器,一般包括照度計(jì)、靈敏度灰卡、 放大鏡、粗糙度儀、焊縫檢測尺、焊縫檢測樣板[2]、游 標(biāo)卡尺、人工照明光源(白熾燈、手電筒)、視頻內(nèi)窺 鏡及輔助工裝等。儀器應(yīng)處于良好狀態(tài)并在標(biāo)定合 格有效期內(nèi),對于目前國家法定計(jì)量單位暫未開展 鑒定工作的儀器,應(yīng)自行采用適當(dāng)?shù)谋葘Ψ椒ㄟM(jìn)行 校驗(yàn)或校準(zhǔn),以保證檢測數(shù)據(jù)的可信度以及精度在 允許的誤差范圍內(nèi)。

2 驗(yàn)證試樣 

為了保證檢測過程中工藝系統(tǒng)的有效性,以及 驗(yàn)證檢測人員的能力,需制作目視檢測的專用驗(yàn)證試樣。 

2.1 分辨力驗(yàn)證試樣 

目前核工業(yè)均采用18%的中性灰卡作為目視 檢測的參考背景,考慮到鈦材表面呈銀亮色,為了使 參考背景更接近于鈦材表面,將寬為0.2,0.4,0.6, 0.8mm 的4種黑線或其他類似人工缺陷放在檢測 區(qū)域中最難以觀察到的待檢部位表面或相近似的表 面,并根據(jù)產(chǎn)品要求的分辨力確定所需識別的線寬 度,若產(chǎn)品技術(shù)文件無特殊要求,則核級鈦合金設(shè)備 焊接接 頭 表 面 直 接 目 視 檢 測 的 分 辨 力 至 少 應(yīng) 達(dá) 0.6mm 線寬。 

2.2 模擬對比試樣 

為了對目視檢測人員的技能水平及工藝系統(tǒng)進(jìn) 行綜合評價和驗(yàn)證,應(yīng)制作模擬對比試樣,試樣與被 檢件具有相同或相近的材料、結(jié)構(gòu)、表面狀態(tài),外表 面缺陷、焊接接頭顏色等。

3 目視檢測方法 

核級鈦合金設(shè)備焊接接頭目視檢測方法包括直 接目視檢測技術(shù)和間接目視檢測技術(shù)兩種。

3.1 直接目視檢測技術(shù) 

直接目視檢測技術(shù)利用肉眼直接進(jìn)行檢測,通 常用于現(xiàn)場目視可達(dá)部位的檢測。檢測時眼睛應(yīng)能 充分靠近被檢焊縫,與被檢焊縫表面的距離不超過 600mm,眼睛與被檢焊縫表面所成的夾角不小于 30°;檢測區(qū)域需有足夠的照明條件,一般檢測時至 少要保證500lx的光照強(qiáng)度,但不能有影響觀察的 刺眼反光。在進(jìn)行核級鈦合金設(shè)備金屬表面檢測時 不應(yīng)使用直射光,應(yīng)選用具有漫散射特性的光源;對 于必須仔細(xì)觀察或發(fā)現(xiàn)異常情況需要做進(jìn)一步觀察 和研究的焊縫區(qū)域,至少應(yīng)保證1000lx的光照強(qiáng) 度。直接目視檢測技術(shù)應(yīng)能保證在與檢測環(huán)境相同 的光源條件下,將分辨力驗(yàn)證試樣放在被檢區(qū)域中 最難以觀察到的部位時,至少能清晰分辨出一條規(guī) 定寬度的線或其他類似人工缺陷。 

3.2 間接目視檢測技術(shù) 

對于肉眼不易或無法進(jìn)行直接目視檢測的被檢 部位和區(qū)域,可借助于視頻內(nèi)窺鏡、反光鏡或其他合 適的輔助設(shè)備進(jìn)行檢測,即進(jìn)行間接目視檢測[3]。 間接目視檢測應(yīng)至少具有與直接目視檢測相當(dāng)?shù)姆? 辨能力。對于核級鈦合金設(shè)備焊接接頭的間接目視 檢測,還需進(jìn)行適應(yīng)環(huán)境的工藝性驗(yàn)證試驗(yàn),保證目 視檢測系統(tǒng)能夠滿足檢測工作的要求。 

工藝性驗(yàn)證試驗(yàn)一般在分辨力驗(yàn)證試樣和模擬 對比試樣上進(jìn)行。驗(yàn)證環(huán)境應(yīng)盡可能與檢測環(huán)境相 同或相近似,包括相似的表面條件或光照條件、表面 結(jié)構(gòu)、反射比、表面粗糙度等。 

4 工藝試驗(yàn) 

用?18mm×2mm TA2合金核級管的對接環(huán) 焊縫來驗(yàn)證該檢測工藝的有效性。由于被檢管管徑 較小,焊縫外表面可采用直接目視檢測,焊縫背面 (焊縫根部)需采用間接目視檢測(視頻內(nèi)窺鏡)?？? 慮到在實(shí)際目視檢測時,焊縫背面的間接目視檢測 有一定技術(shù)難度,故試驗(yàn)主要對焊縫背部進(jìn)行間接 目視檢測。

4.1 檢測準(zhǔn)備 

檢測前需準(zhǔn)備照度計(jì)、視頻內(nèi)窺鏡、分辨力驗(yàn)證 試樣、模擬對比試樣、檢測探頭輔助工裝等。 

考慮到鈦材本身具有金屬光澤,在檢測過程中 可能會產(chǎn)生炫光,故要求所用視頻內(nèi)窺鏡的光源亮 度可調(diào)節(jié),同時應(yīng)選擇對檢測顏色還原性較好的彩 色視頻內(nèi)窺鏡。試驗(yàn)選用美柯 MK-200 型視頻內(nèi) 窺鏡。

為了保證檢測的準(zhǔn)確性,采用 TA2合金材料作 為參考背 景,在 該 背 景 下 應(yīng) 能 識 別 出 規(guī) 定 寬 度 的 黑線。

制作與被檢件材料、規(guī)格等一致的模擬對比試 樣,并采用相同的焊接工藝進(jìn)行焊接,在焊縫根部制 作不同程度的焊縫氧化、咬邊、內(nèi)凹等具有代表性的 焊接表面缺陷。

被檢管管徑小,不能使用儀器上帶旋轉(zhuǎn)視向功 能的探頭調(diào)節(jié)最佳觀察角度。為了保證觀察效果, 選用0°視向和90°視向?qū)Ｓ锰筋^,分別從管端兩側(cè) 觀察焊縫根部。利用光的反射原理,制作了一定角 度的專用不銹鋼反光鏡片,加裝在 0°視向探頭前 端,通過光路轉(zhuǎn)折實(shí)現(xiàn)90°視向觀察,從而達(dá)到觀察 檢測的目的。角度鏡工裝外觀如圖1所示。 

為了保證內(nèi)窺鏡探頭能夠順利到達(dá)被檢部位, 制作了輔助工裝,該工裝為數(shù)段10 mm×1.5 mm (直徑×壁厚),長為500~1500 mm 的不銹鋼管, 其兩端加工螺紋,可根據(jù)實(shí)際需要進(jìn)行拼接。輔助 工裝外觀如圖2所示。

4.2 檢測工藝 

模擬被檢部位環(huán)境做視頻內(nèi)窺鏡檢測光照度測 試,移動視頻探頭逐漸接近照度計(jì)測量頭,并記錄測量照度值,光照度應(yīng)大于1000lx。光照度測量現(xiàn) 場如圖3所示。 

模擬被檢部位環(huán)境做視頻內(nèi)窺鏡分辨力測試, 移動視頻探頭逐漸接近分辨力驗(yàn)證試樣至0.6mm 粗的 黑 線 能 清 晰 可 見。 分 辨 力 測 試 現(xiàn) 場 如 圖 4 所示。 

檢查 過 程 中,應(yīng) 平 緩 移 動 探 頭,速 度 不 超 過10mm/s。檢測焊縫及熱影響區(qū)的氧化色時,采用 直 線 進(jìn) 退 式 掃 描 方 式,每 次 掃 查 寬 度 不 超 過 20mm;采用間接目視檢測技術(shù)(即采用0°視向和 90°視向的觀察方向),分別從管端兩側(cè)對焊縫根部 進(jìn)行觀察檢測。

4.3 檢測結(jié)果及分析 

檢測完成后對試樣進(jìn)行解剖,進(jìn)行評價及驗(yàn)證, 檢測情況如下所述。 

(1)根部焊縫及熱影響區(qū)顏色檢測。由管路兩 端側(cè)0°視向,90°視向觀察可見,焊縫及熱影響區(qū)均 清晰可見藍(lán)色氧化(見圖5)。

(2)咬邊缺陷檢測。從管路兩端側(cè) 0°視向觀 察,發(fā)現(xiàn)咬邊缺陷不明顯;從管路兩端側(cè)90°視向觀 察,發(fā)現(xiàn)咬邊缺陷較為明顯(見圖6)。 

(3)內(nèi)凹外觀缺陷檢測。從管路兩端側(cè)0°視向觀察,發(fā)現(xiàn)輕微內(nèi)凹缺陷顯示;從管路兩端側(cè)90°視 向觀察,均發(fā)現(xiàn)明顯的內(nèi)凹缺陷(見圖7)。

(4)焊瘤、內(nèi)凹、成型不良、藍(lán)色氧化缺陷檢測。 從管路兩端側(cè)0°視向觀察,發(fā)現(xiàn)焊瘤缺陷;從管路 兩端側(cè)90°視向觀察,均發(fā)現(xiàn)明顯的焊瘤、內(nèi)凹、成 型不良、藍(lán)色氧化缺陷(見圖8)。 

(5)無缺陷。從管路兩端側(cè)0°視向觀察,未發(fā) 現(xiàn)缺陷;從管路兩端側(cè) 90°視 向 觀 察,未 發(fā) 現(xiàn) 缺 陷 (見圖9)。 

以上間接目視檢測試驗(yàn)結(jié)果表明,采用0°視向 探頭從管路兩側(cè)進(jìn)行檢測,可以發(fā)現(xiàn)焊縫及熱影響 區(qū)的氧化缺陷,而對于較小的外觀缺陷,則不易發(fā)現(xiàn) 或顯示不明顯;采用90°視向探頭,無論從管路哪一 側(cè)對根部焊縫表面進(jìn)行檢測,均能得到各種外觀缺 陷較清晰的視頻圖像,缺陷形貌特征清晰可見,易于 定性。對各模擬對比試樣進(jìn)行了解剖,解剖后所觀 察到的焊 縫 原 始 表 面 缺 陷 形 貌,與 間 接 目 視 檢 測 90°視向探頭觀察到的缺陷圖像形貌完全吻合,即證 明 在其他工藝參數(shù)不變的情況下,選擇90°視向探頭對該結(jié)構(gòu)管路環(huán)向焊縫根部進(jìn)行間接目視檢測是合 適的,檢測結(jié)果也是可靠的。 

試驗(yàn)確定了?18mm×2mm TA2合金管根部 焊縫間接目視檢測的最佳工藝參數(shù),并有效驗(yàn)證了 檢測系統(tǒng)的可靠性,說明該工藝評價及驗(yàn)證方法是 可行的。 

5 結(jié)語 

(1)控制照明光源條件以達(dá)到最佳檢測觀察效 果,調(diào)整觀察角度,避免表面炫光,使用與鈦表面反射 光相適應(yīng)的照度級可更好地發(fā)現(xiàn)各種外觀表面缺陷。 

(2)視頻內(nèi)窺鏡應(yīng)有自動智能光強(qiáng)調(diào)整及手動 光強(qiáng)調(diào)整功能,并具有較好的色彩還原性,能夠識別 出氧化缺陷。 

(3)制作與被檢材料背景相同或相近似的分辨 力驗(yàn)證試樣,以保證分辨力測試的真實(shí)性。

(4)制作與被檢對象材料、結(jié)構(gòu)、狀態(tài)相同或相 近似,并含有代表性缺陷的專用模擬對比試樣,以保 證模擬試驗(yàn)的準(zhǔn)確性。 

(5)民用核鈦合金設(shè)備焊接接頭在目視檢測 前,需進(jìn)行必要的工藝性驗(yàn)證試驗(yàn),以保證目視檢測 系統(tǒng)的可靠性。

參考文獻(xiàn): 

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<文章來源> 材料與測試網(wǎng) > 期刊論文 > 無損檢測 > 44卷 > 9期 (pp:66-69)>