Atlas comparativo de defectos de soldadura e imágenes de ensayos no destructivos

La visualización de los defectos de soldadura en radiografías es fundamental para evaluar la calidad de la soldadura. Diversos defectos comunes presentan características de imagen distintivas y especificaciones estándar correspondientes en las radiografías.

Existen 18 defectos típicos, entre los que se incluyen soldaduras irregulares, fusión incompleta de la raíz, refuerzo insuficiente, cordón de soldadura de raíz, socavación externa, socavación interna, depresión de la raíz, perforación, inclusión de escoria aislada, inclusión de escoria lineal, fusión incompleta interna, fusión incompleta del lado interno, porosidad, porosidad en cadena, inclusión de cordón, grieta transversal, grieta en la línea central y grieta en la raíz.

Al dominar sistemáticamente las características de imagen y las normas pertinentes de diversos defectos, se pueden interpretar con precisión las películas de soldadura y proporcionar una base fiable para la evaluación de la calidad de la soldadura. En aplicaciones prácticas, se debe realizar un análisis exhaustivo en combinación con las condiciones específicas del proceso y las propiedades del material. A continuación, se presentarán sistemáticamente las características de imagen, las normas pertinentes y los métodos de interpretación de diversos defectos de soldadura.

Características de imagen de defectos comunes de soldadura en películas

1.Porosidad

Características morfológicas: Aparecen en la película como manchas negras redondas o elípticas, con mayor negrura en el centro y reducción gradual hacia los bordes, y de forma regular.

Clasificación: Se puede dividir en porosidad aislada y porosidad en cadena; la porosidad en cadena se distribuye en grupos.

Porosidad esférica: Manchas negras redondas o elípticas con un centro muy negro, bordes que se desvanecen gradualmente y contornos definidos. Se pueden clasificar en porosidad simple, densa, en cadena y superficial.

Porosidad de la tira: Paralelo al eje de soldadura, de color negro uniforme y claro, con punto de inicio redondeado y extremo cónico.

Porosidad acicular oblicua: Imágenes parecidas a lombrices de tierra con un extremo redondeado y otro puntiagudo, de una negrura clara y uniforme.

Rendimiento típico: La porosidad simple presenta bordes poco profundos y suaves con contornos regulares y definidos; la porosidad densa se distribuye en grupos.

Puntos de identificación:

• La porosidad simple presenta contornos suaves y definidos;
• La porosidad densa se agrupa;
• La porosidad de la cadena está dispuesta a lo largo del eje de soldadura.

2 grieta

Características morfológicas: Aparecen en la película como finas líneas negras con contornos definidos, extremos que se estrechan y una parte central ligeramente más gruesa.

Desempeño específico: Líneas negras finas, ligeramente dentadas y onduladas, con extremos que se estrechan, cuya negrura se desvanece gradualmente hasta formar una línea fina y recta con contornos definidos, a menudo estrechándose en ambos extremos y ligeramente más ancha en el centro, posiblemente conteniendo grietas radiactivas ramificadas con una negrura clara.

Puntos de identificación:

•  Presente en líneas curvas o rectas.
•  Puede ir acompañada de una extensión de sombra filamentosa.
• La mayoría son películas de grado IV, todas ellas muy dañinas.

Grieta transversal:

Grieta central:

Grieta de raíz:

3. Inclusión de escoria

Características morfológicas: Aparecen en la película como formas punteadas o alargadas de diversas formas.

Desempeño específico: Las imágenes en la película son manchas negras, franjas negras o bloques negros con formas irregulares, cambios irregulares de negrura, contornos irregulares y algunos con bordes y esquinas. Pueden aparecer en cualquier parte de la soldadura, y la dirección de extensión de las inclusiones de escoria en forma de franjas es mayormente paralela a la soldadura.

Inclusión de escoria puntiforme: Negrura uniforme, límites irregulares con bordes y esquinas.

Inclusión de escoria de franja: Negrura irregular, generalmente en forma de franjas gruesas con ancho inconsistente.

Puntos de identificación:

• Las inclusiones de escoria no metálicas aparecen como manchas oscuras.
• Las inclusiones de escoria metálica (como las inclusiones de tungsteno) aparecen como puntos brillantes.
• Las inclusiones de escoria en las bandas presentan un ancho inconsistente y una negrura desigual.

4. Inclusión de tungsteno: Imágenes blancas, de forma cúbica, con contornos definidos.

 5.Fusión incompleta

Clasificación: Fusión incompleta del bisel y fusión incompleta entre capas.

Características de la fusión incompleta del bisel:

Las imágenes típicas son líneas negras continuas o discontinuas, con contornos nítidos y rectos y mayor negrura en el lado cercano al metal base.

Los contornos de las imágenes de fusión incompleta cerca del centro de la soldadura pueden ser regulares o irregulares, mostrando defectos de bloque serrados. Su posición en la película corresponde a la posición de proyección de la raíz de la soldadura.

Clasificación y características:

Fusión incompleta de la raíz: Líneas negras continuas o discontinuas, con contornos nítidos y rectos y mayor negrura en el lado más cercano al metal base.

Fusión incompleta de la pared lateral biselada: Líneas negras de anchura inconsistente y negrura desigual, con contorno nítido en un lado e irregular en el otro.

Fusión incompleta entre capas: Sombras con forma de bloques, poca negrura y formas irregulares.

Características de la fusión incompleta entre capas: Distribución mayoritariamente escamosa entre las capas de metal de soldadura, con sombras poco profundas, negrura desigual, líneas más anchas y extremos rotos irregulares.

6.Penetración incompleta

Clasificación: Penetración incompleta en la raíz, penetración incompleta en la parte media y penetración incompleta sin bisel.

Características de la penetración incompleta de la raíz: Ubicada en el centro de la soldadura, aparece como una línea negra recta, continua o discontinua, en forma de tira o banda, con un ancho que depende de la separación entre los puntos de soldadura. La sombra tiene una forma uniforme.

negrura y contornos obvios.

Puntos de identificación:

• Ancho consistente con la separación de la cara de la raíz del bisel.
• Suele estar ubicado en el centro de la soldadura.
• Puede penetrar toda la película.

Penetración incompleta de la raíz:

Penetración incompleta media:

7. Soldaduras irregulares

Los dos lados de la soldadura son desiguales y están torcidos.

• La imagen de la película se divide obviamente en dos partes, una con exposición fuerte y otra con exposición débil.

• La junta soldada presenta una desviación y la raíz de la soldadura no está suficientemente rellena de metal. La imagen de la película se divide claramente en dos partes, una con alta exposición y otra con baja exposición. Se observa una línea negra opaca en el límite entre ambas zonas.

8. Refuerzo insuficiente

La superficie de la soldadura presenta deformaciones o picaduras, y la imagen de la película muestra que la densidad de exposición de toda la sección de la soldadura es más oscura que la de la parte soldada.

9. Cordón de soldadura de raíz

Exceso de metal de soldadura en la raíz de la soldadura. En el centro de la imagen, se observa una zona más brillante que se extiende a lo largo de la trayectoria de la soldadura, o bien puntos redondos individuales.

10. Rebaje externo y rebaje interno

• La imagen de la soldadura presenta sombras negras irregulares. Su densidad de exposición debe ser más oscura que la de la pieza soldada.

•  En el centro de la imagen de la soldadura, a lo largo del borde de la raíz de la trayectoria de la soldadura, se observan sombras negras irregulares, largas y estrechas.

11. Depresión de la raíz

12.Quemado

Análisis comparativo de defectos que se confunden fácilmente

Evaluación de defectos en especificaciones estándar

Sistema estándar GB: La norma nacional china GB/T 3323-2019 se divide en cuatro grados: I, II, III y IV. Es aplicable a la inspección de soldaduras de acero, níquel, titanio y otros materiales, y está acelerando la armonización con la norma.

internacionales asociados.

NB/T 47013.2-2015: Especifica los grados técnicos (A, AB, B) para las pruebas radiográficas de equipos sometidos a presión; aclara los requisitos de prueba para diferentes rangos de materiales y espesores; clasifica y califica sistemáticamente la calidad de los defectos de las juntas soldadas.

Sistema de normas ISO: Formuladas por la Organización Internacional de Normalización (ISO), representan especificaciones generales internacionales. Las versiones más recientes son ISO 17636-1:2022 e ISO 5817:2023, aplicables a:

Inspección de juntas soldadas por fusión de materiales metálicos, adoptando tres grados de calidad: B, C y D.

Sección V de ASME BPVC: Proporciona métodos de inspección ultrasónica para soldaduras; incluye requisitos para bloques de prueba de calibración y bloques de prueba de comparación de sensibilidad; detalla los métodos para medir la longitud y la altura de las señales de defectos.

Sistema de normas ASTM: Las normas de la Sociedad Americana para Pruebas y Materiales (ASTM), con la ASTM E94/E94M como núcleo, adoptan la evaluación de grados I a IV. Hacen mayor hincapié en la practicidad y la flexibilidad, permitiendo que algunos defectos que exceden los límites estándar sean aceptados mediante evaluación de ingeniería, y proporcionan directrices estándar para la inspección radioscópica, incluyendo métodos de identificación y evaluación de defectos.

Sistema estándar EN: Las normas europeas toman como marco principal las normas EN1090 e ISO3834, implementando un sistema de certificación CE obligatorio y clasificando las estructuras de acero en cuatro grados: EXC1 a EXC4.

Sistema estándar JIS: Las normas industriales japonesas son conocidas por su rigor. La norma JIS Z3104 otorga especial importancia a la evaluación del comportamiento a fatiga de las uniones soldadas, generalmente con un factor de seguridad entre un 20 % y un 30 % superior al estándar.

internacionales asociados.

Clasificación de defectos y grados de aceptación:

Requisitos de calidad y sensibilidad de la imagen

Comparación de valores admisibles para la detección de grietas

Normas de clasificación de defectos

• GB/T 3323-2019 especifica el método de ensayo radiográfico y el estándar de clasificación de calidad para juntas de soldadura de soldaduras por fusión de metal.

Grado I: No se permiten fusiones incompletas ni grietas;

Grado II: Longitud de fusión incompleta ≤3 mm;

Grado III: Longitud de fusión incompleta ≤5 mm;

Grado IV: Cualquier fusión incompleta no cumple los requisitos.

• Norma ISO 10675-1

Esta norma especifica los grados de aceptación para ensayos radiográficos no destructivos de soldaduras, aplicables a uniones soldadas de acero, níquel, titanio y sus aleaciones. La norma proporciona ejemplos de relación de área de defecto y métodos de cálculo para áreas de defecto acumuladas aceptables.

Diferencias en las características de los defectos de diferentes materiales

• Soldaduras de acero al carbono: La porosidad es mayoritariamente redonda y regular; las imágenes de fusión incompleta presentan un contraste de negrura evidente; las grietas son mayoritariamente rectas.
• Soldaduras de acero inoxidable: La porosidad puede ser más fina y densa; las imágenes de fusión incompleta pueden estar más borrosas; las grietas pueden tener más ramificaciones; debido al gran coeficiente de expansión lineal del acero inoxidable (aproximadamente 1.5 veces mayor que el del acero al carbono), es más probable que se produzcan grietas por tensión durante el enfriamiento.
•  Soldadura de aleación de aluminio:
  • Características de la porosidad: Contornos poco definidos, puntos redondos regulares o sombras negras con forma de crisálida, con mayor negrura central y menor negrura en los bordes. La porosidad en la soldadura automática es mayor que en la soldadura manual, de forma redonda u ovalada con bordes bien definidos.
  • Formas especiales: Pueden aparecer distribución en espiga (porosidad de CO) o en forma de renacuajo (porosidad de H₂).

Sugerencias de aplicación práctica

Habilidades de evaluación cinematográfica:

Primero, confirme las marcas de la película y los cuatro indicadores básicos; comience la observación desde la línea de fusión; preste atención a la posición y las características de distribución de los defectos.

Habilidades de interpretación de defectos:

• Observa los cambios en la oscuridad: La porosidad presenta un alto grado de negrura central y bordes desvanecidos; la fusión incompleta presenta mayor negrura en un lado; la inclusión de escoria presenta una negrura desigual.
• Analizar las características del contorno: La penetración incompleta es limpia en ambos lados; las grietas son dentadas; las inclusiones de escoria tienen bordes y esquinas.
• Juicio de posición: Los defectos de raíz se encuentran en el centro de la soldadura; la fusión incompleta del bisel está en la posición 1/2; la fusión incompleta entre capas tiene posiciones inciertas.
• Identificación errónea de defectos: Los cristales del revelador aparecen como manchas en forma de estrella; los arañazos más intensos en la pantalla provocan rayas paralelas, que no reaparecen en exposiciones repetidas.

Malentendidos comunes:

• Confusión entre penetración incompleta y fusión incompleta;
• error de apreciación de los defectos superficiales y los defectos internos;
• distinción entre defectos falsos (como arañazos en la placa IP) y defectos reales.

 Tendencias futuras de desarrollo de la radiografía de defectos de soldadura

Tecnologías de ensayo: La inteligencia artificial y el aprendizaje profundo están transformando por completo las tecnologías tradicionales de ensayo radiográfico y se están convirtiendo en el motor principal del desarrollo futuro. Los sistemas de reconocimiento automático de defectos de soldadura basados ​​en aprendizaje profundo han alcanzado aplicaciones de nivel industrial, con importantes avances tecnológicos, entre los que se incluyen:

Optimización de los algoritmos de la serie YOLO: El modelo mejorado YOLOv7 alcanza un mAP del 56.8 % en el conjunto de datos COCO con una velocidad de detección de 45 FPS; YOLOv5 alcanza una precisión de reconocimiento promedio del 94.9 % para imágenes individuales en la detección de defectos de soldadura, con un tiempo de procesamiento de solo 19.58 ms, cumpliendo con los requisitos de tiempo real.

Aplicación de la red U-Net++: El coeficiente Dice alcanza 0.94 en la segmentación de imágenes de rayos X de soldadura, y la estrategia de aprendizaje por transferencia mejora la precisión del entrenamiento con muestras pequeñas (<500 imágenes) hasta el 85%.

Las nuevas tecnologías de detección mejoran las capacidades de detección para romper

Se han logrado avances significativos en los sistemas de imágenes de tomografía computarizada (TC) industriales en tiempo real:

La resolución espacial alcanza (3.8+L/100) μm y la tensión máxima del tubo de la fuente de rayos X de microenfoque es de 300 kV. La velocidad de detección es un 300 % superior a la del método de película tradicional y permite capturar en tiempo real la trayectoria de la distorsión por tensión térmica durante la soldadura.

Los algoritmos de IA integrados permiten la clasificación automática de defectos, con una tasa de detección superior al 95% para defectos volumétricos como la porosidad y la inclusión de escoria.

Avances en miniaturización y tecnología de bajas dosis:

La fuente de rayos X con microondulador integrado en chip desarrollada por la Academia China de Ciencias tiene un período equivalente de 50 nanómetros, lo que permite generar rayos X colimados a nivel de kiloelectronvoltios.

La tecnología de microrradiación gamma reduce la distancia de protección de seguridad a menos de 1 metro, lo que la hace adecuada para la inspección de soldaduras de tuberías de paredes delgadas con un espesor de pared ≤15 mm.

El primer chip del mundo para la detección de dosis de radiación nuclear X/Y tiene el tamaño de un botón y un rango de temperatura de funcionamiento de -20 ℃ a 50 ℃.

La integración de ensayos no destructivos multimodales se ha convertido en un consenso de la industria:

Integre múltiples tecnologías de END en un solo dispositivo y mejore la precisión mediante un análisis exhaustivo de los resultados.

La plataforma que integra un perfilador 3D y una cámara termográfica, desarrollada por empresas fabricantes de vehículos ferroviarios, alcanza una tasa de detección del 99.2% para defectos compuestos en soldaduras de bogies ferroviarios de alta velocidad.

Dos vías técnicas, la fusión a nivel de características y la fusión a nivel de decisión, se desarrollan en paralelo, equilibrando la exhaustividad de la detección y la eficiencia computacional.

La norma ISO 9712:2025 refuerza la certificación de cualificaciones del personal, exigiendo que el personal de nivel 2 sea capaz de realizar de forma independiente operaciones de detección y preparar informes.

GB/T 3323-2019 estipula que la sensibilidad de detección radiográfica debe alcanzar el 2%, e ISO 17636-1:2022 requiere que el rango de frecuencia de la sonda ultrasónica sea de 1 a 10 MHz.

GBZ 115-2023 Norma de protección radiológica para dispositivos de radiación de baja energía Actualiza los requisitos de protección radiológica, manteniendo el límite de dosis efectiva anual para el público en 1 mSv.

• Cuellos de botella técnicos existentes:

Adaptabilidad inadecuada a condiciones de trabajo complejas: Las temperaturas superiores a 500 ℃ provocan fallos en los sensores, y la diferencia de impedancia acústica de las juntas acero/aluminio es hasta 3 veces mayor.

Falta de anotación de datos: Más del 70% de los datos en sitios industriales no están anotados, y el error de registro espaciotemporal de datos de múltiples fuentes supera los 0.1 mm.

Requisito de tiempo real: El sistema necesita cumplir con una latencia inferior a 200 ms, y los algoritmos existentes aún enfrentan dificultades en su implementación en dispositivos periféricos.

• Campos de exploración fronteriza:

Detección basada en gemelos digitales: La construcción de modelos de soldadura virtuales puede mejorar la precisión de la predicción en un 30%.

Tecnología de detección cuántica: Aplicada a la detección temprana de microfisuras, superando los límites físicos tradicionales.

Ingeniería del genoma de los materiales: Predicción del rendimiento de los materiales de soldadura mediante IA y optimización de los parámetros del proceso.

Resumen de imágenes de defectos de soldadura y ensayos no destructivos

En resumen, para los defectos de soldadura y las imágenes de ensayos no destructivos, es necesario recordar las características de los siguientes 5 defectos comunes en las imágenes de ensayo, lo que ayuda a juzgar con precisión el tipo y el tamaño de los defectos.

Porosidad: Sombras negras redondas/elípticas con alta negrura central y bordes que se desvanecen gradualmente; la porosidad en la soldadura automática se distribuye principalmente en el centro de la soldadura.

Inclusión de escoria: Sombras negras irregulares con contornos definidos; las inclusiones de escoria metálica aparecen como puntos brillantes y las inclusiones de escoria no metálica aparecen como puntos oscuros.

Penetración incompleta: Líneas negras finas y rectas, nítidas a ambos lados, fijas en la raíz de la soldadura, con un ancho que corresponde al espacio de la cara de la raíz.

Fusión incompleta: Se divide en tres tipos: raíz (línea negra limpia de un solo lado), bisel (línea negra en forma de media luna), intercapa (sombra negra clara irregular).

Grieta: Líneas negras finas y dentadas, más anchas en el centro y que se estrechan en ambos extremos, las más dañinas.