民用核鈦合金設(shè)備焊接接頭的目視檢測

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焊進行焊接，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準規(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)一的評價標準，檢測結(jié)果常判定不準確和存在爭議。技術(shù)人員結(jié)合多年鈦合金焊接接頭目視檢測實際工作經(jīng)驗，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/T4745-2002《鈦制焊接容器》制定了鈦合金焊接接頭的目視檢測工藝，并以ф18mm×2mm的TA2合金管對接焊縫為例，介紹了目視檢測工藝及工藝驗證的方法，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。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、靈敏度灰卡、放大鏡、粗糙度儀、焊縫檢測尺、焊縫檢測樣板、游標卡尺、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)并在標定合格有效期內(nèi)，對于目前國家法定計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行校驗或校準，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)。驗證試樣為了保證檢測過程中工藝系統(tǒng)的有效性，以及驗證檢測人員的能力，需制作目視檢測的專用驗證試樣。01分辨力驗證試樣目前核工業(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0.6mm線寬。02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)進行綜合評價和驗證，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。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。01直接目視檢測技術(shù)直接目視檢測技術(shù)利用肉眼直接進行檢測，通常用于現(xiàn)場目視可達部位的檢測。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的光照強度，但不能有影響觀察的刺眼反光。在進行核級鈦合金設(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；對于必須仔細觀察或發(fā)現(xiàn)異常情況需要做進一步觀察和研究的焊縫區(qū)域，至少應(yīng)保證1000lx的光照強度。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。02間接目視檢測技術(shù)對于肉眼不易或無法進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)備進行檢測，即進行間接目視檢測。間接目視檢測應(yīng)至少具有與直接目視檢測相當(dāng)?shù)姆直婺芰?。對于核級鈦合金設(shè)備焊接接頭的間接目視檢測，還需進行適應(yīng)環(huán)境的工藝性驗證試驗，保證目視檢測系統(tǒng)能夠滿足檢測工作的要求。工藝性驗證試驗一般在分辨力驗證試樣和模擬對比試樣上進行。驗證環(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。工藝試驗用ф18mm×2mmTA2合金核級管的對接環(huán)焊縫來驗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）?？紤]到在實際目視檢測時，焊縫背面的間接目視檢測有一定技術(shù)難度，故試驗主要對焊縫背部進行間接目視檢測。01檢測準備檢測前需準備照度計、視頻內(nèi)窺鏡、分辨力驗證試樣、模擬對比試樣、檢測探頭輔助工裝等?？紤]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。試驗選用美柯MK-200型視頻內(nèi)窺鏡。為了保證檢測的準確性，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)折實現(xiàn)90°視向觀察，從而達到觀察檢測的目的。角度鏡工裝外觀如圖1所示。圖1角度鏡工裝外觀為了保證內(nèi)窺鏡探頭能夠順利到達被檢部位，制作了輔助工裝，該工裝為數(shù)段ф10mm×1.5mm，長為500~1500mm的不銹鋼管，其兩端加工螺紋，可根據(jù)實際需要進行拼接。輔助工裝外觀如圖2所示。圖2輔助工裝外觀02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。圖3光照度測量現(xiàn)場模擬被檢部位環(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。圖4分辨力測試現(xiàn)場檢查過程中，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)對焊縫根部進行觀察檢測。03檢測結(jié)果及分析檢測完成后對試樣進行解剖，進行評價及驗證，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)均清晰可見藍色氧化，如圖5所示。圖5焊縫及熱影響區(qū)表面顏色觀察及解剖結(jié)果(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，如圖6所示。圖6咬邊缺陷觀察及解剖結(jié)果(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，如圖7所示。圖7根部內(nèi)凹缺陷觀察及解剖結(jié)果(4)

焊瘤、內(nèi)凹、成型不良、藍色氧化缺陷檢測。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、藍色氧化缺陷，如圖8所示。圖8外觀缺陷觀察結(jié)果(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，如圖9所示。圖9無缺陷表面的觀察及解剖結(jié)果以上間接目視檢測試驗結(jié)果表明，采用0°視向探頭從管路兩側(cè)進行檢測，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)向焊縫根部進行間接目視檢測是合適的，檢測結(jié)果也是可靠的。試驗確定了ф18mm×2mmTA2合金管根部焊縫間接目視檢測的最佳工藝參數(shù)，并有效驗證了檢測系統(tǒng)的可靠性，說明該工藝評價及驗證方法是可行的。結(jié)語(1)控制照明光源條件以達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)有自動智能光強調(diào)整