鈦合金管件焊縫中所產(chǎn)生的具體危害及兩種檢測技術(shù)

鈦合金是一種工業(yè)生產(chǎn)過程中較為常用的金屬，其高強(qiáng)度以及抗腐蝕性使其在一些特殊類型工業(yè)當(dāng)中具有較高的價(jià)值。但鈦合金是一種比較難焊接的金屬材料，在焊接過程中易受到環(huán)境、設(shè)施設(shè)備、焊接工藝以及各種人為因素的影響，導(dǎo)致焊接工作出現(xiàn)各種各樣的問題，因此工作人員在焊接工作完成之后需要對鈦合金管件的焊縫進(jìn)行檢測，第一時(shí)間發(fā) 現(xiàn)問題并通過相應(yīng)的技術(shù)手段進(jìn)行解決。現(xiàn)階段，常用的焊縫檢測技術(shù)主要有兩種，分別是射線探傷圖像識(shí)別技術(shù)以及非線性超聲檢測技術(shù)，在下文中筆者將對這兩項(xiàng)檢測技術(shù)進(jìn) 行詳細(xì)的分析論述。

一、鈦合金管件焊縫的危害

（一）焊縫區(qū)裂紋

鈦合金當(dāng)中S、P、C等化學(xué)成分的含量相對較少，因此低熔點(diǎn)共晶在晶界當(dāng)中生成量也非常少。另外鈦合金的結(jié)晶溫度區(qū)間非常窄，焊縫在凝固過程中的收縮程度不夠，從而導(dǎo)致熱裂紋的敏感性比較低。

除熱裂紋之外，鈦合金焊縫區(qū)還會(huì)出現(xiàn)冷裂紋和延遲性裂紋。如果鈦合金焊縫當(dāng)中的氮和氧含量比較高，焊縫的性能就會(huì)因此而下降，出現(xiàn)變脆的現(xiàn)象，進(jìn)而在大量焊接應(yīng)力的 作用下產(chǎn)生裂縫。這種裂縫即為冷裂縫，是在溫度過低的情況下所形成的。

在鈦合金焊接的過程中，熱影響區(qū)有時(shí)同樣會(huì)出現(xiàn)延遲性裂紋。產(chǎn)生延遲性裂紋的主要影響因素是氫。延遲性裂紋是鈦合金管件焊接過程中危害最大的焊縫問題，只能采取事前預(yù)防的方式進(jìn)行處理。工作人員需要減少鈦合金焊接接頭位置的氫來源，結(jié)合實(shí)際情況可以通過真空退火的方式進(jìn)行處理，從而化解焊接接頭當(dāng)中氫元素的危害。

（二）焊縫氣孔

焊縫氣孔是鈦合金管件焊接過程中最為常見的缺陷。焊縫當(dāng)中的N2、O2、H2、H2O都會(huì)導(dǎo)致焊縫氣孔的出現(xiàn)[2]。鈦合金管件焊縫氣孔多集中在熔合區(qū)當(dāng)中，這也是鈦合金焊接氣孔非常典型的特點(diǎn)。鈦合金管件焊縫當(dāng)中的氣孔不僅會(huì)導(dǎo)致應(yīng)力增加，同時(shí)還會(huì)造成氣孔周圍金屬的塑性減低，最終導(dǎo)致焊接接頭的斷裂。因此工作人員在焊接的過程中需要對焊縫氣孔進(jìn)行嚴(yán)加把控。

二、射線探傷圖像識(shí)別在鈦合金管件焊縫檢測當(dāng)中的應(yīng)用

（一）射線探傷圖像的工作原理

射線探傷系統(tǒng)由計(jì)算機(jī)、光學(xué)攝像頭、圖像采集卡、圖像存儲(chǔ)設(shè)備、X攝像機(jī)以及圖像增強(qiáng)器，通過光電轉(zhuǎn)化的方式完成檢測。從具體工作方式來看，嵌于射線探傷圖像工作臺(tái)內(nèi) 部的X攝像機(jī)發(fā)出X射線，X射線將會(huì)穿過待檢測的鈦合金管件，之后由圖像接收器對該探測射線進(jìn)行接收。這樣就能夠?qū)⒉豢梢姷墓廪D(zhuǎn)化成為可見光，之后攝像機(jī)進(jìn)行信號轉(zhuǎn)換，將光學(xué)信號轉(zhuǎn)化成為電信號，最終所呈現(xiàn)的圖像將會(huì)以256色灰度顯示在顯示器當(dāng)中。

一旦鈦合金管件的焊縫位置出現(xiàn)問題的話，技術(shù)人員就能夠在圖像顯示設(shè)備當(dāng)中看到一些亮點(diǎn)和亮線，并通過圖像處理系統(tǒng)，依照圖像不同特征來對焊縫問題的性質(zhì)進(jìn)行判定。

（二）射線探傷圖像的處理

鈦合金管件的射線探傷圖像處理主要分為兩個(gè)步驟，第一步需要通過圖像增強(qiáng)器和攝像機(jī)對光學(xué)圖像進(jìn)行轉(zhuǎn)換；第二步是通過計(jì)算機(jī)和圖像采集卡完成A/D轉(zhuǎn)換。

圖像處理工作首先要消除圖像當(dāng)中的噪聲，在實(shí)際操作過程中可以通過低通濾波器鄰域平均法進(jìn)行濾波處理。但是射線探傷圖像的邊緣輪廓往往含有大量信息，這樣一來就導(dǎo)致使用鄰域平均法時(shí)，圖像的邊緣會(huì)變得非常模糊。相關(guān)研究人員曾考慮使用高通濾波器對圖像邊緣進(jìn)行保護(hù)，但是高通濾波器對噪聲的過濾效果不是非常好，經(jīng)過不斷的探索和實(shí)踐，目前技術(shù)人員都會(huì)使用中值濾波進(jìn)行噪聲過濾。

中值濾波在使用時(shí)，一般都會(huì)使用一個(gè)含有奇數(shù)個(gè)點(diǎn)的滑動(dòng)窗口，之后將窗口當(dāng)中每一個(gè)點(diǎn)的灰度值對定值的灰度值進(jìn)行替換。在奇數(shù)個(gè)元素當(dāng)中，中值按照從大到小的排列方式，取出中間的數(shù)值。在偶數(shù)個(gè)元素中，中值指的是從大到小排列之后，中間位置兩個(gè)元素灰度值的平均值。實(shí)質(zhì)上，對數(shù)字圖像進(jìn)行中值濾波處理，就是對二維序列進(jìn)行中值濾波。

在實(shí)際工作中，使用中值濾波→自適應(yīng)閾值處理→孤點(diǎn)濾波處理→邊緣檢測→焊縫提取的方式對焊縫圖像進(jìn)行處理。

全面消除關(guān)鍵焊縫檢測圖像當(dāng)中的噪聲之后，技術(shù)人員需要對圖像進(jìn)行二值化處理，將灰度圖像轉(zhuǎn)化為黑白圖像，進(jìn)而對后續(xù)的圖像進(jìn)行邊緣檢測和曲線擬合。在處理過程中為 了更好地展現(xiàn)圖像當(dāng)中的問題信息，工作人員往往會(huì)通過最大方差法來明確自適應(yīng)的閾值。

三、非線性超聲檢測技術(shù)在鈦合金管件焊縫檢測當(dāng)中的應(yīng)用

（一）非線性超聲檢測的技術(shù)原理

由于鈦合金管件當(dāng)中存在很多的接觸性缺陷，通過線性超聲方法難以對故障進(jìn)行判定，因此在檢測過程中工作人員會(huì)選用對接觸性缺陷非常敏感的非線性超聲檢測技術(shù)對故障進(jìn)行判定。鈦合金管件非線性超聲檢測技術(shù)主要有四種，分別是高次諧波法、次諧波法、共振頻率偏移法以及混頻調(diào)制法。目前在實(shí)際工作中比較常用的檢測方法為高次諧波法。

超聲波在非線性彈性介質(zhì)，也就是故障區(qū)域當(dāng)中進(jìn)行傳播時(shí)，波形將會(huì)發(fā)生一定的失真現(xiàn)象，進(jìn)而接收信號頻譜當(dāng)中將會(huì)出現(xiàn)二次或者三次諧波。

（二）非線性超聲檢測技術(shù)的成像方式

與線性超聲波成像方式相似，若想實(shí)現(xiàn)非線性超聲成像，其成像系統(tǒng)當(dāng)中需要包含信號激勵(lì)和接收裝置、換能裝置，機(jī)械掃查裝置、信號處理模塊以及成像模塊。在設(shè)計(jì)過程中，工作人員可以利用原檢測系統(tǒng)當(dāng)中的超聲激勵(lì)組件，從而全面利用原檢測系統(tǒng)當(dāng)中的運(yùn)動(dòng)掃查、信號采集以及存儲(chǔ)功能，從而節(jié)省了系統(tǒng)的開發(fā)時(shí)間。

此外，為保證超聲信號發(fā)射與接收的穩(wěn)定性，換能器的設(shè)計(jì)也是非常關(guān)鍵的一部分。根據(jù)鈦合金管件檢測的實(shí)際情況，本文中筆者主要講述兩種在實(shí)際工作中應(yīng)用的換能器方案，分別是雙探頭法和雙晶片探頭法，二者均以非線性諧波法為基礎(chǔ)。信號激勵(lì)系統(tǒng)在運(yùn)行當(dāng)中產(chǎn)生頻率為f的基波信號，之后在換能器的作用下轉(zhuǎn)化為對應(yīng)的聲波。在工件的反射作 用下，對接收信號當(dāng)中的二次諧波存在情況以及幅度大小進(jìn)行評價(jià)，接收換能器的中心頻率為2f。

雙探頭法當(dāng)中頻率為f的入射波進(jìn)入到鈦合金管件焊接處時(shí)，聲束將會(huì)在焊縫的位置形成聚焦，反射回波會(huì)被頻率為2f 探頭接收；雙晶片法在設(shè)計(jì)過程中創(chuàng)新性地將發(fā)射晶片和接收晶片放置在同一聲透鏡當(dāng)中，接收晶片的聲波頻率同樣是發(fā)射晶片的二倍。

四、總結(jié)

綜上所述，針對于鈦合金管件在焊接過程中的固有特性，以及其在工業(yè)生產(chǎn)當(dāng)中的具體用途。相關(guān)技術(shù)人員在檢測過程中要從整體和細(xì)節(jié)角度同時(shí)出發(fā)，對射線探傷圖像識(shí)別技術(shù)和非線性超聲檢測技術(shù)進(jìn)行合理的運(yùn)用，進(jìn)而保證檢測結(jié)果的科學(xué)性和實(shí)效性，使鈦合金關(guān)鍵在工業(yè)生產(chǎn)當(dāng)中的應(yīng)用層次得到切實(shí)的提升。

參考文獻(xiàn)：

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