苏州制氧机有限责任公司质量管理部 支忆澄
在中、小型空气分离设备中，常遇到10mm以下铝合金薄板焊接接头的X射线检测。与碳合金钢焊接接头X射线检测比较，在检测工艺、射线成像和主要缺陷等方面都存在较大的差异。对此作初步分析：
1 检测原理
X射线检测是利用X射线穿透物体，使照相胶片感光而产生可见图像来检查物体内部缺陷。X射线在穿透物体时会被吸收、散射，使强度衰减(如图1)。
设射线未穿透物体时，在某一点P0的强度为I0，穿透物体后在P点的强度为I，则I和I0的关系可用下式表示：
I= (1+n)I0e-μT
式中：μ——吸收系数(或衰减系数)；
e——自然对数的底(e=2．7183)；
T——穿透的物体厚度；
n——散射比。
物体对X射线的吸收取决于其厚度、密度和物体的吸收系数。如图2所示几种物质的吸收系数。从图2可见，一定能量的X射线穿透厚度相同的铝和钢物体时，铝的吸收系数较小，而透过的射线强度较大。要产生相同的射线照相结果，就需提高kV值，或爆光量，或两者。
表1为经过近似的射线照相当量因子。
材料 管电压（kV值）
100 150 220
铝 1.0 0.12 0.18
钢 12 1.0 1.0
注：在100kV时，基准材料为铝；100kV以上，基准材料为钢。
因此，铝合金与碳钢材料X射线检测存在较大的差异。
2 射线透照条件的确定
l.能量的选择
射线照相之所以能发现物体内部存在的缺陷，是由于缺陷部分和无缺陷部份在底片上产生了黑度差——底片对比度，可表示为：
△D=-0．434μγσ△T/(1+n) (2)
式中：γ-胶片梯度；
σ-修正系数；
△T-厚度差。
为了清晰显示厚度为△T的微小缺陷，必须提高底片对比度△D。要提高△D，按
式(2)需提高μγσ值，减少n值。由于射 线检测所使用的射线源种类(即射线线质)不同，μ、n值是大不相同。
透照铝合金焊接接头时宜采用软X射 线机。软X射线机使用铍窗口的X射线管， 可减少自身对X射线的吸收。图3表示两种 X射线机吸收曲线，如透照相同厚度的铝 材，用普通透照碳钢的X射线机要得到与 软X射线机透照相同的透射线量率，必须 提高管电压，就回使底片对比度降低。
但实际工作中，由于条件的限制，透照 铝合金焊接接头X射线机，常使用普通透 照用的X射线机，则需确定较合适的曝光条件。
——为软X射线机——为普通X射线机
到达X射线胶片X射线强度随管电压、 管电流和焦点——胶片之间的距离的不同而 变化。如图4，两种不同电流下工作X射线 管辐射谱曲线和两种不同电压在相同电流下 工作X射线管的辐射能谱曲线。
从上图(a)可知，改变管电流只改变 射线束强度而不改变X射线质，图(b)可 知，改变管电压是不仅影响射线线质，而且
也影响其强度。
用透照碳钢的射线机透照铝合金材料 时，需用较大的管电流和较低的管电压。即 使X射线束具有较长的波长、较低的能量， 而射线束强度较大。
2．胶片、增感方式和暗室处理
由于铝合金焊接接头在X射线底片反 差较小，即对比度差，为此需使用反差较大 的胶片(如天津V型胶片)，即γ增大，△D也增大。实际工作中常使用的是天津Ⅲ 型胶片，则需根据胶片的特性曲线确定其最 大胶片梯度，根据底片黑度D要求，确定 其曝光条件。胶片的丁值与暗室处理的显影 液成分和湿影时间有关，使用提高反差的显 影液可以得到对比高度的胶片，适当增加显
影时间，可使胶片了值有所提高。
在一般企业中，无软X射线线机，同 时因产品材质较多(常规为碳钢)，使用的 胶片为Ⅲ型。使用一般工业X射线机检测 铝合金焊接接头必须制订合理的X射线检 测工艺。为此，用普通2515型X射线机进 行以下试验：
X射线设备：XY--2515型(上海产)
试样：平板对接
材质：LF2，厚度6mm
焊接方法：单面焊双面成型
焊缝余高：1mm+0．5mm
胶片和显影配方：天津Ⅲ型， 显影温度 19—20℃
焦点一胶片距离：600mm
前／后增感屏：0．03mm／0．1mm
试样缺陷和长度：裂缝37．4mm
管电压：60kVp
象质计：A1一Ⅲ型
通过改变管电流、曝光时间、增感方 式，测定底片的黑度、象质计指数和缺陷检 出长度，其数据表2所示。
表2 管电流、曝光时间和增感方式对裂纹检出率的影响
底片 编号 管电流(mA) 曝光时间(min) 底 片 黑 度 象质计 指数 裂缝 长度(mm) 裂纹检出率(%) 增 感 方 式
母材(最高值) 焊 缝
中心 最低值
1 15 1 2.20 1.48 1.21 16 35 93.58 无
2 10 1.5 3.50 3.12 2.92 16 35 93.58 无
3 15 0.8 1.89 1.36 1.16 16 33 88.23 无前增感屏有后屏
4 10 1.2 2.94 2.55 2.40 16 34 90.91 无前增感屏有后屏
5 15 0.6 0.79 0.62 0.56 12 30 80.02 有前、后屏
6 10 1 2.12 1.80 1.63 13 32 85.56 有前、后屏
从上表2可知，增感方式影响裂纹检出 率，同时管电流也影响底片的黑度、检出灵 敏度。不用增感屏需使用较大的电流，只用 后增感屏时需控制管电流。
总之，合理选择X射线的能量、管电 流、增感方式、胶片的种类，控制散射线，底片的象质计指数和检出灵敏都能得到提高。
3 铝合金焊接接头常见的缺陷 和底片上的表现
铝合金的物理性能和钢相比，其熔点 低，相对密度小，热膨胀系数和电导率很 大。特别是热扩散系数(m2／s)大约为钢4
倍。由于铝为面心立方体，不显示低温脆 性，因此使用在低温空气分离设备上。
薄板铝合金焊接方式为手工气体保护焊 (一般为氩弧焊)。在熔融状态铝合金容易氧 化，由于其物理性能，焊接时有显著的收缩 或变形。在焊接接头、热影响区常见缺陷 有：焊接裂纹、气孔、氧化夹杂物和夹钨等 缺陷。
铝合金焊接区的凝固组织是急冷的典型 铸造组织，柱状晶从熔合区外延生长。由于 其没有同素异构转变，在多层焊接中，后层 的焊接能很少能改变前层的凝固组织，下层 的柱状仍按原样继续发展到上层的倾向很 强。底片上可见分散羽状阴影或较宽直线， 周围轮廓模糊。经焊接接头表面修磨处理 后，有时没有，有时仍存在。
1．焊接裂纹
在铝合金焊接接头中产生的裂纹主要是 热裂纹，除了焊缝金属的焊道或弧坑的凝固 裂纹等宏观裂纹外，还有焊缝金属或热影响 区的共晶熔化或微裂纹。
(1)凝固裂纹常见于纵缝两端，主要由 铝合金的凝固温度范围(即脆性温度范围) 决定。当添加了扩大凝固温度范围的合金元 素，在铝合金中容易产生该现象。在底片上 表现出较明显的树状或锯齿型黑线。
(2)共晶熔化或味裂纹常见于多次返修 和收弧处，由于在急冷凝固时存在明显的低 熔共晶偏析，在多次焊接后，焊接区产生脆 化现象。在底片上表现不明显，需在评片中 认真观看分析。
2．气孔
众所周知在铝合金焊接中容易产生气 孔，原因主要由氢造成。氢在铝合金的溶解 度在凝固时急剧降低(约1／20)，同时焊缝 的凝固速度较大，阻碍已产生的气泡逸出。 在底片上表现为分散或点状的黑色影象。小 气孔对机械性能无较大影响，但对弯曲性能 有影响。
3．夹杂物
当焊接金属或填充金属内部或表面存在 油或其它杂物没有清洗干净，易产生夹杂 物。底片上为条状或链状黑色阴影，边界不 清晰。
4．夹钨
在焊接时，因焊接工艺或操作原因，使 钨极熔化或与工件接触，钨熔化在焊接金属 中，底片上为分散状或点状的“白点”。
从以上分析，铝合金焊接时，采用符合 要求的原材料、焊接材料，控制制造场地、 工件和焊接材料的清洁度，制定合理的焊接 工艺，控制返修次数。尽可能采用软X射 线机进行射线检测，利用现有的检测设备 时，应制定合理有效的检测工艺，严格按标 准、工艺进行检测，才能有效控制焊接质 量。
参考文献
[1]日本无损检测协会 编．李衍 译．射线探伤 A、B．北京：机械工业出版社，1988．7
[2](日)铃木春义、田村博 著．焊接金属学． 北京：机械工业出版社，1982．11