9Ni 鋼制液氧儲(chǔ)罐射線檢測
——缺陷影像識(shí)別及雙膠片技術(shù)應(yīng)用

趙俊生，肖成珺

（甘肅省特種設(shè)備檢驗(yàn)檢測研究院,甘肅 蘭州 730050）

06Ni9DR 低溫容器用鋼板，俗稱9Ni 鋼，由于該材料強(qiáng)度高，具有良好的耐低溫沖擊性能和極低的受熱形變系數(shù)，而被廣泛應(yīng)用于LNG 船舶和LNG 儲(chǔ)運(yùn)工程，選用9Ni 鋼制造低溫液氧儲(chǔ)罐，與其他低溫用材料（0Ci18Ni9）相比較，制造同等容積的罐體，具有重量小的獨(dú)特優(yōu)勢，在需要控制重量的環(huán)境，具有十分重要的意義。9Ni 鋼的材料特性決定了焊接難度較大，在儲(chǔ)運(yùn)設(shè)備的制造過程中，要求對(duì)焊接質(zhì)量做無損檢測，接頭內(nèi)部質(zhì)量通常采用射線檢測，表面質(zhì)量采用滲透檢測，接頭區(qū)域鎳含量不同的組織對(duì)射線吸收系數(shù)不同[1]，使射線底片在接頭橫向范圍形成黑度不同的區(qū)域，區(qū)域分界影像增加了缺陷識(shí)別難度，設(shè)備的局部結(jié)構(gòu)，存在不等厚的對(duì)接焊接頭，給射線檢測帶來挑戰(zhàn)，結(jié)合具體的一臺(tái)液氧儲(chǔ)罐，依據(jù)NB/T47013.2-2015 標(biāo)準(zhǔn)，實(shí)驗(yàn)總結(jié)射線檢測缺陷影像識(shí)別及雙膠片技術(shù)應(yīng)用。

1 9Ni 鋼液氧儲(chǔ)罐基礎(chǔ)信息及檢測要求

容積80t9Ni 鋼液氧儲(chǔ)罐，主體材質(zhì)06Ni9DR，筒體厚度20mm，封頭厚度28mm，內(nèi)外罐連接支撐件材質(zhì)06Ni9DRⅢ，外封頭與支撐件對(duì)接接頭兩側(cè)不等厚（28/38mm），環(huán)形縱向接頭，部件局部結(jié)構(gòu)如圖1 所示，AB 類焊接接頭100%射線檢測,檢測標(biāo)準(zhǔn)NB/T47013.2-2015（以下稱標(biāo)準(zhǔn)），技術(shù)等級(jí)B 級(jí)，合格級(jí)別Ⅱ級(jí)，接頭表面PT100%,檢測標(biāo)準(zhǔn)NB/T47013.5-2015，靈敏度等級(jí)C 級(jí)，合格級(jí)別Ⅰ級(jí)，接頭去除余高。

圖1 部件結(jié)構(gòu)示意圖

2 9Ni 鋼液氧儲(chǔ)罐板對(duì)接焊縫射線檢測底片分析評(píng)定

2.1 9Ni 鋼焊接工藝特點(diǎn)及易產(chǎn)生的缺陷

9Ni 鋼的焊接難度較大，針對(duì)質(zhì)量問題采取有效的焊接工藝措施，并加強(qiáng)各項(xiàng)工序控制，盡量減少各類焊接缺陷，使接頭力學(xué)性能滿足技術(shù)規(guī)范和設(shè)計(jì)要求。9Ni 鋼的主要焊接工藝措施：施焊輸入線能量決定接頭熔敷金屬和熱影響區(qū)的晶粒大小[2]，控制輸入線能量，通常采用小規(guī)格的焊條或焊絲，控制層間溫度，多層多道焊[3]；9Ni 鋼是磁化傾向較大的材料，電弧磁偏吹影響焊接質(zhì)量，嚴(yán)重時(shí)甚至無法施焊，采用高空載交流焊機(jī)避免磁偏吹；清潔焊接坡口面，嚴(yán)格控制焊材烘烤溫度和時(shí)間，減輕氫致裂紋；選用低碳高鎳合金焊材（例如NYLOID2，化學(xué)成分見表1），控制有害元素，避免淬硬組織，優(yōu)化組織性能。焊接易產(chǎn)生未熔合、裂紋等危害性缺陷。

表1 NYLOID2 化學(xué)成分%

2.2 底片影像的特性分析

標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，AB 級(jí)透照，底片黑度2.0-4.5，B 級(jí)透照，底片黑度2.3-4.5[4]，在觀片燈亮度允許，透過底片的亮度不低于10cd/m2的條件下，評(píng)定的黑度上限值允許提高，通過工藝驗(yàn)證，9Ni 鋼焊縫（去除余高）單片評(píng)定可以滿足標(biāo)準(zhǔn)要求。9Ni 鋼焊接，一般選用高鎳合金焊條或焊絲，接頭熱影響區(qū)鎳含量約9%，焊縫熔敷金屬約69%，熔合區(qū)介于9%～69%之間。射線在接頭區(qū)域的不同位置透射如圖2 所示，在橫向范圍，接頭正中區(qū)域，射線穿透的全部是熔敷金屬，正中區(qū)域向外兩側(cè)，射線既穿透熔敷金屬，又透過母材金屬，不同的位置，穿透熔敷金屬和母材金屬的厚度比值不同，且接頭熔合面（深度方向）并不是像坡口面一樣的規(guī)整平直，接頭區(qū)域鎳含量不同的組織對(duì)射線吸收系數(shù)不同，使射線底片在接頭橫向范圍形成黑度不同的區(qū)域，呈現(xiàn)黑度變換不均勻的條狀，條狀區(qū)域分界恰好是多層多道焊的熔合線，這些特征，增加了缺陷識(shí)別難度，是評(píng)定9Ni 鋼焊縫底片關(guān)鍵所在。

圖2 射線穿透示意圖

2.3 焊縫缺陷影響識(shí)別

9Ni 鋼焊縫底片的評(píng)定，對(duì)評(píng)定區(qū)的所有影像進(jìn)行識(shí)別，分析判斷出結(jié)構(gòu)顯示、缺陷還是偽缺陷，對(duì)偽缺陷進(jìn)行排出，對(duì)缺陷定性定量，依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)評(píng)定級(jí)別。底片黑度不同的條狀區(qū)域分界，觀察是否有明顯的黑實(shí)線（細(xì)微影像借助2-5 倍的放大鏡觀察），如果沒有黑實(shí)線，則可能是鎳含量不同的組織（射線吸收系數(shù)不同）射線穿透厚度比值不同造成的，不是缺陷，可以通過解剖滲透檢測和取樣做力學(xué)性能試驗(yàn)（產(chǎn)品試件上取樣）來驗(yàn)證，如果有黑實(shí)線，則是熔合線位置的焊接缺陷影像。黑實(shí)線影像的缺陷定性，若黑實(shí)線處在坡口鈍邊位置，且很直，可能是未熔合，由于磁偏吹的原因，這個(gè)位置的未熔合和未焊透是交織存在；若黑實(shí)線處在坡口或?qū)娱g位置，則可能是未熔合或裂紋，觀察缺陷的起始點(diǎn)，如有尖端或撕叉，或同時(shí)存在尖端和撕叉，則判定為裂紋，如果沒有裂紋特征，則判定為未熔合。若判定為缺陷，用砂輪磨削解剖，層間滲透檢測（控制試劑的硫含量），驗(yàn)證缺陷判定的準(zhǔn)確性（圖3 為解剖驗(yàn)證的缺陷影像），加深缺陷影像的認(rèn)識(shí)，提高底片評(píng)定的準(zhǔn)確性。

圖3 解剖驗(yàn)證的缺陷影像

3 9Ni 鋼液氧儲(chǔ)罐的不等厚（28/38mm）對(duì)接焊接頭檢測技術(shù)分析及要點(diǎn)

3.1 檢測技術(shù)分析

9Ni 的抗拉強(qiáng)度680-820MPa，是高強(qiáng)度低溫用合金鋼，裂紋敏感性材質(zhì)，對(duì)接接頭射線檢測技術(shù)等級(jí)提到B 級(jí)，表面100%滲透檢測，是液氧儲(chǔ)罐的關(guān)重部件。從接頭的結(jié)構(gòu)示意圖可知，接頭兩側(cè)不等厚，封頭側(cè)厚度28mm，支撐結(jié)構(gòu)鍛件側(cè)厚度38mm，厚度差較大，并且鍛件的射線吸收系數(shù)大于板材的吸收系數(shù)，相當(dāng)于進(jìn)一步擴(kuò)大透照厚度差，須嚴(yán)格控制透照參數(shù)，確保底片評(píng)定區(qū)域黑度達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求。經(jīng)過透照實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，單膠片技術(shù)不能保證封頭母材和鍛件母材的黑度同時(shí)達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求，需要采用雙膠片透照技術(shù)，增加透照厚度寬容度。采用雙膠片透照技術(shù)，對(duì)驗(yàn)證底片黑度測量，柯達(dá)125（C3類）底片黑度范圍是1.28-4.86，酷目C4 類底片黑度范圍是1.91-5.77，底片黑度大的接頭部位單片觀察評(píng)定，底片黑度小的接頭部位雙片疊加觀察評(píng)定，這樣既符合標(biāo)準(zhǔn)要求，也可一次透照完成檢測，提高效率。

3.2 設(shè)備器材及工藝參數(shù)

結(jié)合液氧儲(chǔ)罐檢測部位的結(jié)構(gòu)及B 級(jí)檢測的技術(shù)特點(diǎn)，選擇器材及主要工藝參數(shù)：

（1）曝光量:大于等于20mA·min。

（2）像質(zhì)計(jì):采用鎳制像質(zhì)計(jì)Ni10-16，06Ni9DR和06Ni9DRⅢ的射線吸收系數(shù)與鎳的相近。

（3）膠片類型:C3（前）+C4（后）。C3 前與C4 后的組合縮小兩張底片的黑度差。

（4）射線機(jī):電壓在滿量程90%，曝光量40mA·min，底片黑度滿足3.3 的要求。

（5）增感屏:鉛0.03（前）+鉛2×0.03（中）+鉛0.03（后），鉛2×0.03（中）可縮小C3 類與C4 類底片的黑度差值。

（6）橫向裂紋檢出K 值:K≤1.01（縱向B 級(jí)）。

3.3 底片黑度測量

對(duì)驗(yàn)證底片黑度測量，測量位置如圖4 所示，每點(diǎn)測三次取平均值，見表2、表3。

圖4 底片黑度測量位置示意圖

表2 圖4 標(biāo)示位置的底片黑度（柯達(dá)125 17-8001-A12-1)

表3 圖4 標(biāo)示位置的底片黑度（酷目C4 17-8001-A12-1)

表2 的測量結(jié)果，鍛件側(cè)柯達(dá)125 的黑度約1.3，表3 的測量結(jié)果，鍛件側(cè)酷目C4 的黑度約2.0，兩張底片均符合標(biāo)準(zhǔn)雙片疊加評(píng)定黑度大于1.3 的規(guī)定，其他位置也符合標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的黑度要求。柯達(dá)125 的底片，封頭側(cè)黑度小于5.0，在觀察5.0 黑度的LED 觀片燈下，影像清晰可見，符合標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的評(píng)定要求。

3.4 底片效果圖

底片效果圖如圖5 和圖6 所示。

圖5 柯達(dá)125 底片（17-8001-A12-1)

圖6 酷目C4 底片（17-8001-A12-1)

4 底片觀察評(píng)定

1）檢查底片的標(biāo)記是否齊全，包括產(chǎn)品編號(hào)、焊縫編號(hào)、位置編號(hào)、透照日期、搭接標(biāo)記、中心標(biāo)記，查看底片是否有水跡、劃傷、底片偽缺陷等。

2）靈敏度檢查，像質(zhì)計(jì)位置是否正確，焊縫橫向評(píng)定范圍內(nèi)是否清晰可見標(biāo)準(zhǔn)要求的絲徑影像。

3）底片黑度檢查，按照?qǐng)D4 標(biāo)示的位置測量底片黑度，測量儀器（黑度計(jì)）應(yīng)經(jīng)過密度片核查，密度片在鑒定有效期內(nèi)，核查結(jié)果符合標(biāo)準(zhǔn)要求。

4）底片觀察，在接頭評(píng)定區(qū)域內(nèi)，單片黑度在標(biāo)準(zhǔn)要求范圍內(nèi)，黑度大的區(qū)域（透照厚度較小部位）在柯達(dá)125 底片上評(píng)定，黑度小的區(qū)域（透照厚度較大部位）在酷目C4 底片底片上評(píng)定；單片黑度小于標(biāo)準(zhǔn)要求，雙片疊加黑度滿足標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，則雙片疊加評(píng)定;必要時(shí)，雙片對(duì)比或疊加對(duì)比評(píng)定。底片的有效評(píng)定區(qū)必須包含焊接接頭檢測區(qū)域。

5）按薄板厚度，依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)評(píng)定質(zhì)量級(jí)別。

5 雙膠片技術(shù)應(yīng)用效果評(píng)價(jià)

1）承壓設(shè)備無損檢測標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的雙膠片技術(shù)，使用分類等級(jí)相同或相近的膠片，并沒有禁止分類不同的膠片組合作為雙膠片透照技術(shù)使用，雙膠片中，采用一張細(xì)顆粒，等級(jí)高的膠片，在相同的曝光條件下，采取有效的工藝措施，可以降低特定區(qū)域（截面厚度?。┑牡灼诙?，增加透照厚度寬容度。

2）通過單片和雙片疊加對(duì)比觀察，提高了細(xì)節(jié)影像的分析、評(píng)估和判斷的準(zhǔn)確性，獲得更的接頭質(zhì)量信息，提高了檢測效率。

3）射線檢測截面存在一定厚度差，選擇適宜的檢測設(shè)備和器材，采取有效的工藝措施，底片質(zhì)量能達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的AB 級(jí)或B 級(jí)要求。

6 結(jié)語

結(jié)合9Ni 鋼材料特性、焊接磁偏吹傾向、焊接工藝特點(diǎn)，分析去除余高的對(duì)接焊縫射線檢測底片影像，針對(duì)黑度不同的區(qū)域分界，識(shí)別焊接缺陷和非缺陷，通過砂輪磨削解剖、滲透檢測、取樣力學(xué)性能測試等方法，驗(yàn)證判定的焊接缺陷和非缺陷，深化對(duì)缺陷影像的認(rèn)識(shí)，提高底片評(píng)定準(zhǔn)確性，為9Ni 鋼焊縫射線檢測底片評(píng)定提供技術(shù)支持。通過9Ni 鋼焊縫的雙膠片技術(shù)應(yīng)用，豐富了標(biāo)準(zhǔn)的相關(guān)內(nèi)容，為厚度差大的截面檢測提供了一個(gè)成功的案例。