鈦合金是一種工業(yè)生產(chǎn)過(guò)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(lèi)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(guò)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(wèn)題，因此工作人員在焊接工作完成之后需要對(duì)鈦合金管件的焊縫進(jìn)行檢測(cè)，第一時(shí)間發(fā) 現(xiàn)問(wèn)題并通過(guò)相應(yīng)的技術(shù)手段進(jìn)行解決?，F(xiàn)階段，常用的焊縫檢測(cè)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(cè)技術(shù)，在下文中筆者將對(duì)這兩項(xiàng)檢測(cè)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(duì)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(guò)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(guò)低的情況下所形成的。

在鈦合金焊接的過(guò)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(guò)程中危害最大的焊縫問(wèn)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(lái)源，結(jié)合實(shí)際情況可以通過(guò)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(guò)程中最為常見(jiàn)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?chē)饘俚乃苄詼p低，最終導(dǎo)致焊接接頭的斷裂。因此工作人員在焊接的過(guò)程中需要對(duì)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(cè)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(guò)光電轉(zhuǎn)化的方式完成檢測(cè)。從具體工作方式來(lái)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(guò)待檢測(cè)的鈦合金管件，之后由圖像接收器對(duì)該探測(cè)射線進(jìn)行接收。這樣就能夠?qū)⒉豢梢?jiàn)的光轉(zhuǎn)化成為可見(jiàn)光，之后攝像機(jī)進(jìn)行信號(hào)轉(zhuǎn)換，將光學(xué)信號(hào)轉(zhuǎn)化成為電信號(hào)，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(wèn)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(guò)圖像處理系統(tǒng)，依照?qǐng)D像不同特征來(lái)對(duì)焊縫問(wèn)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(guò)圖像增強(qiáng)器和攝像機(jī)對(duì)光學(xué)圖像進(jìn)行轉(zhuǎn)換；第二步是通過(guò)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(guò)程中可以通過(guò)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(lái)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(duì)圖像邊緣進(jìn)行保護(hù)，但是高通濾波器對(duì)噪聲的過(guò)濾效果不是非常好，經(jīng)過(guò)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(guò)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(duì)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(duì)數(shù)字圖像進(jìn)行中值濾波處理，就是對(duì)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(cè)→焊縫提取的方式對(duì)焊縫圖像進(jìn)行處理。

全面消除關(guān)鍵焊縫檢測(cè)圖像當(dāng)中的噪聲之后，技術(shù)人員需要對(duì)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(duì)后續(xù)的圖像進(jìn)行邊緣檢測(cè)和曲線擬合。在處理過(guò)程中為 了更好地展現(xiàn)圖像當(dāng)中的問(wèn)題信息，工作人員往往會(huì)通過(guò)最大方差法來(lái)明確自適應(yīng)的閾值。

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

（一）非線性超聲檢測(cè)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(guò)線性超聲方法難以對(duì)故障進(jìn)行判定，因此在檢測(cè)過(guò)程中工作人員會(huì)選用對(duì)接觸性缺陷非常敏感的非線性超聲檢測(cè)技術(shù)對(duì)故障進(jìn)行判定。鈦合金管件非線性超聲檢測(cè)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(cè)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(hào)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(cè)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(hào)激勵(lì)和接收裝置、換能裝置，機(jī)械掃查裝置、信號(hào)處理模塊以及成像模塊。在設(shè)計(jì)過(guò)程中，工作人員可以利用原檢測(cè)系統(tǒng)當(dāng)中的超聲激勵(lì)組件，從而全面利用原檢測(cè)系統(tǒng)當(dāng)中的運(yùn)動(dòng)掃查、信號(hào)采集以及存儲(chǔ)功能，從而節(jié)省了系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)時(shí)間。

此外，為保證超聲信號(hào)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(cè)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(hào)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(hào)，之后在換能器的作用下轉(zhuǎn)化為對(duì)應(yīng)的聲波。在工件的反射作 用下，對(duì)接收信號(hào)當(dāng)中的二次諧波存在情況以及幅度大小進(jìn)行評(píng)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(guò)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(duì)于鈦合金管件在焊接過(guò)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(cè)過(guò)程中要從整體和細(xì)節(jié)角度同時(shí)出發(fā)，對(duì)射線探傷圖像識(shí)別技術(shù)和非線性超聲檢測(cè)技術(shù)進(jìn)行合理的運(yùn)用，進(jìn)而保證檢測(cè)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)：

[1]高福洋, 廖志謙, 李文亞. 鈦及鈦合金焊接方法與研究現(xiàn)狀[J]. 航空制造技術(shù), 2012, 419(23/24).

[2]吉衛(wèi)喜, 李小兵, 賈繼勇. 鈦合金管件焊縫射線探傷圖像識(shí)別與數(shù)據(jù)分析[J]. 中國(guó)機(jī)械工程, 2013, 24(19):2597-2601.

[3]張馳. 鈦合金擴(kuò)散焊接頭貼合型缺陷的非線性超聲檢測(cè)技術(shù)研究[D].哈爾濱工程大學(xué).2016

相關(guān)鏈接