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)有時同樣會出現(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。鈦合金管件焊縫當(dāng)中的氣孔不僅會導(dǎo)致應(yīng)力增加，同時還會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)由計算機、光學(xué)攝像頭、圖像采集卡、圖像存儲設(shè)備、X攝像機以及圖像增強器，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內(nèi) 部的X攝像機發(fā)出X射線，X射線將會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步驟，第一步需要通過圖像增強器和攝像機對光學(xué)圖像進(jìn)行轉(zhuǎn)換；第二步是通過計算機和圖像采集卡完成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，圖像的邊緣會變得非常模糊。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，但是高通濾波器對噪聲的過濾效果不是非常好，經(jīng)過不斷的探索和實踐，目前技術(shù)人員都會使用中值濾波進(jìn)行噪聲過濾。

中值濾波在使用時，一般都會使用一個含有奇數(shù)個點的滑動窗口，之后將窗口當(dāng)中每一個點的灰度值對定值的灰度值進(jìn)行替換。在奇數(shù)個元素當(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)個元素中，中值指的是從大到小排列之后，中間位置兩個元素灰度值的平均值。實質(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。

在實際工作中，使用中值濾波→自適應(yīng)閾值處理→孤點濾波處理→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，波形將會發(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和接收裝置、換能裝置，機械掃查裝置、信號處理模塊以及成像模塊。在設(shè)計過程中，工作人員可以利用原檢測系統(tǒng)當(dāng)中的超聲激勵組件，從而全面利用原檢測系統(tǒng)當(dāng)中的運動掃查、信號采集以及存儲功能，從而節(jié)省了系統(tǒng)的開發(fā)時間。

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)計也是非常關(guān)鍵的一部分。根據(jù)鈦合金管件檢測的實際情況，本文中筆者主要講述兩種在實際工作中應(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)。信號激勵系統(tǒng)在運行當(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，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，聲束將會在焊縫的位置形成聚焦，反射回波會被頻率為2f 探頭接收；雙晶片法在設(shè)計過程中創(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)角度同時出發(fā)，對射線探傷圖像識別技術(shù)和非線性超聲檢測技術(shù)進(jìn)行合理的運用，進(jìn)而保證檢測結(jié)果的科學(xué)性和實效性，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別與數(shù)據(jù)分析[J]. 中國機械工程, 2013, 24(19):2597-2601.

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

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