[发明专利]一种焊缝中气孔形态及分布的无损检测新方法

说明书

技术领域

本发明涉及焊接缺陷的无损检测领域，尤其涉及一种焊缝中气孔形态及分布的无损检测新方法。

背景技术

焊接构件在现代科学技术和生产中得到广泛应用，随着锅炉、压力容器、船舶、汽车、航空航天器、核电设施等向高参数以及大型化方向的发展，焊接构件的工作条件日益苛刻、复杂，这对焊接构件的质量提出了更高的要求。为能够发现焊接构件中极小的焊接缺陷以便进行修复，从而提高焊接构件的安全运行能力和可靠性，有必要采用和发展先进且精确度高的焊接缺陷检验技术。

焊接气孔是十分常见的焊接缺陷之一，特别是在激光焊接过程中，由于小孔的不稳定性，容易在焊缝的根部产生较大尺寸的宏观气孔。气孔的存在不仅影响焊缝的致密性，同时能够削减焊缝的承载面积，进而降低焊缝强度、韧性、抗疲劳以及耐腐蚀等性能。同时，焊缝中气孔的分布、尺寸和形貌各不相同，其中，气孔的形貌及尺寸对构件的安全运行起着十分重要的作用，因此对焊缝中气孔三维形貌及空间分布特征的客观反映，有利于针对性地提出抑制某种气孔缺陷的措施。目前，检测焊接气孔的方法主要分为破坏性检验和非破坏性检验两大类，一般来说破坏性检验获得检验结果较为直观，但由于提取的数据是来自构件局部的结果，随机性较强，且往往无法反映整个构件的整体情况。而且，很多重要的焊接构件的产品验收和在役的产品，检测时不能破坏其原有形貌，需要采用不改变或不影响其使用性能的检测方法来测试缺陷尺寸、形貌特征以评价产品的安全性及可靠性，因此无损检测技术在实际工业检测中有着广泛的应用。

常见的检测焊缝中气孔缺陷的无损检测方法包括X射线拍照法、超声检测法、电磁涡流检测法、渗透检测法等，其中X射线拍照法是检测焊缝中气孔最为常见的一种无损检测方法，这种方法具有操作简单、可靠性高等优点，但其成像质量不高、仅能分辨毫米级以上尺寸的气孔，且就成像原理而言仅为二维图像，难以客观反映具有复杂形状的气孔的三维形态。此外，由于焊接材料的结构特性以及X射线检测本身的特点，容易造成检测成像对比度和信噪比低、图像边缘模糊、背景起伏较大等缺点，严重影响缺陷信号的检出率和可靠性。综上所述，目前检测焊缝中气孔的各种手段仍然存在较大的局限性，需要引入一种新的检测方法来更加方便、准确地获取焊缝中气孔的分布、尺寸、形态等信息。

发明内容

本发明的目的是提供一种有效的检测焊缝中气孔的新方法，通过该检测方法可以确定焊缝中气孔的空间分布以及形态等三维特征。本发明针对在激光焊接金属材料时极易出现的气孔问题，结合X射线扫描技术、图像三维重构技术，采用新型Nano-CT设备对焊接构件进行无损检测。这种检测焊缝中气孔的方法可以通过图像重构得到焊接构件以及焊缝气孔缺陷的三维信息，由此准确地判断焊缝中气孔的分布及形貌特征。

该技术是在传统的二维X射线检测基础上发展起来的，当一束X射线穿过被检测的焊接构件时，衰减的射线强度与焊接构件的材料、密度、尺寸、缺陷等信息有关，特别是当焊缝中存在气孔缺陷时，穿过气孔的X射线能量的衰减明显低于穿透周围焊缝的射线，采用平板探测器从不同角度采集衰减后的X射线能量，按照一定的图像重构算法即可获得二维的断层扫描图像，不断重复上述过程，当得到足够多的二维断层图像时，即可通过三维图像重构模块(通常可集成于计算机中)重建得到焊接构件以及其中气孔的三维分布以及形貌信息。

本发明的技术方案如下：

一种焊缝中气孔形态及分布的无损检测新方法，该方法包括以下步骤：

(1)将带有气孔缺陷的焊接构件置于X射线设备的机械旋转平台，固定牢固，然后利用所述X射线设备对焊接件进行旋转扫描得到多组连续的二维断层图像；

(2)进行上述的多组连续的二维断层图像的三维重构，并进行适当的校正，对气孔的边界进行渲染，即可得到焊接构件的三维图像，根据所述三维图像获得气孔缺陷的三维形态及空间分布特征信息。

优选地，在所述步骤(1)之前，还包括：将带有气孔缺陷的焊接构件进行表面处理。所述焊接构件的表面处理方法可以采用任何检测前的常用表面处理方法，在本发明的具体实施例中，优选的焊接构件表面处理方法为：首先将焊接构件的表面附着物打磨去除，使其表面平整，然后将焊接构件进行5-10分钟超声清洗，以完全去除其表面杂质。打磨方法可以采用任何一种业内常用的方法，本发明不对此进行限定。