Atlante comparativo di difetti di saldatura e immagini di prove non distruttive

L'analisi dei difetti di saldatura su pellicole radioscopiche è fondamentale per la valutazione della qualità della saldatura. Diversi difetti di saldatura comuni presentano caratteristiche di immagine distinte e specifiche standard corrispondenti sulle pellicole.

Sono presenti 18 difetti tipici, tra cui saldature irregolari, fusione incompleta della radice, rinforzo insufficiente, cordone di saldatura della radice, sottosquadro esterno, sottosquadro interno, depressione della radice, bruciatura passante, inclusione di scoria isolata, inclusione di scoria lineare, fusione incompleta interna, fusione incompleta sul lato interno, porosità, porosità a catena, inclusione di cordone, cricca trasversale, cricca della linea centrale e cricca della radice.

Padroneggiando sistematicamente le caratteristiche dell'immagine e gli standard pertinenti di vari difetti, è possibile interpretare accuratamente i film di saldatura e fornire una base affidabile per la valutazione della qualità della saldatura. Nelle applicazioni pratiche, è necessario condurre un'analisi completa in combinazione con specifiche condizioni di processo e proprietà dei materiali. Di seguito verranno presentate sistematicamente le caratteristiche dell'immagine del film, gli standard pertinenti e i metodi di interpretazione di vari difetti di saldatura.

Caratteristiche dell'immagine dei difetti di saldatura comuni sulle pellicole

1. Porosità

Caratteristiche morfologiche: Si presentano sulla pellicola come macchie nere rotonde o ellittiche, con maggiore oscurità al centro e graduale riduzione verso i bordi, e forma regolare.

Classificazione: Può essere divisa in porosità isolata e porosità a catena; la porosità a catena è distribuita in cluster.

Porosità sferica: Macchie nere rotonde o ellittiche con elevata nerezza centrale, bordi che sfumano gradualmente e contorni netti. Possono essere divise in porosità singole, dense, a catena e superficiali.

Porosità della striscia: Parallelo all'asse di saldatura, con un nero uniforme e chiaro, punto iniziale arrotondato e estremità rastremata.

Porosità aciculare obliqua: Immagini simili a lombrichi con un'estremità arrotondata e una appuntita, di colore nero chiaro e uniforme.

Prestazioni tipiche: La porosità singola presenta bordi poco profondi e lisci con contorni regolari e netti; la porosità densa è distribuita in grappoli.

Punti di identificazione:

• La porosità singola ha contorni lisci e chiari;
• la porosità densa è raggruppata;
• la porosità della catena è disposta lungo l'asse della saldatura.

2. Crepa

Caratteristiche morfologiche: Appaiono sulla pellicola come sottili linee nere con contorni netti, estremità affusolate e parte centrale leggermente più spessa.

Esecuzione specifica: Sottili linee nere, linee sottili leggermente seghettate e ondulate, estremità affusolate, oscurità che gradualmente sbiadisce e scompare per formare una linea sottile e dritta con contorni netti, spesso assottigliata ad entrambe le estremità e leggermente più larga al centro, che potrebbe contenere crepe radioattive ramificate con una leggera oscurità.

Punti di identificazione:

•  Presente in linee curve o rette.
•  Può essere accompagnato da un'estensione filamentosa dell'ombra.
• Le pellicole più dannose sono tutte di Grado IV.

Crepa trasversale:

Crepa centrale:

Crepa della radice:

3.Inclusione di scorie

Caratteristiche morfologiche: Appaiono sulla pellicola come punti o strisce di varie forme.

Esecuzione specifica: Le immagini sulla pellicola sono punti neri, strisce nere o blocchi neri di forma irregolare, variazioni irregolari del nero, contorni irregolari e, in alcuni casi, con bordi e angoli. Possono presentarsi in qualsiasi punto della saldatura e la direzione di estensione delle inclusioni di scoria a strisce è per lo più parallela alla saldatura.

Inclusione di scorie puntiformi: Nero uniforme, contorni irregolari con bordi e angoli.

Inclusione di scorie di striscia: Colore nero irregolare, solitamente a forma di striscia spessa e di larghezza non uniforme.

Punti di identificazione:

• Le inclusioni di scorie non metalliche appaiono come macchie scure.
• Le inclusioni di scorie metalliche (come quelle di tungsteno) appaiono come punti luminosi.
• Le inclusioni di scorie a strisce hanno una larghezza non uniforme e un colore nero irregolare.

4. Inclusione di tungsteno: Immagini bianche simili a blocchi con contorni netti.

 5. Fusione incompleta

Classificazione: Fusione incompleta dello smusso e fusione incompleta dell'interstrato.

Caratteristiche della fusione incompleta conica:

Le immagini tipiche sono linee nere continue o discontinue, con contorni netti e dritti e una maggiore oscurità sul lato vicino al metallo di base.

I contorni delle immagini di fusione incompleta in prossimità del centro di saldatura possono essere regolari o irregolari, mostrando difetti a blocchi seghettati. La loro posizione sulla pellicola corrisponde alla posizione di proiezione della radice della saldatura.

Classificazione e caratteristiche:

Fusione incompleta della radice: Linee nere continue o discontinue, con contorni netti e dritti e maggiore oscurità sul lato vicino al metallo di base.

Fusione incompleta della parete laterale smussata: Linee nere con larghezza non uniforme e tonalità di nero irregolare, contorno netto da un lato e irregolare dall'altro.

Fusione incompleta degli interstrati: Ombre a blocchi con bassa oscurità e forme irregolari.

Caratteristiche della fusione incompleta interstrato: prevalentemente a scaglie distribuite tra gli strati di metallo saldato, con ombre poco profonde, nero irregolare, linee più larghe ed estremità rotte irregolari.

6. Penetrazione incompleta

Classificazione: Penetrazione incompleta della radice, penetrazione incompleta centrale e penetrazione incompleta non smussata.

Caratteristiche della penetrazione incompleta della radice: Situato al centro della saldatura, appare come una linea nera dritta, continua o discontinua, a forma di striscia o di banda, con larghezza dipendente dalla distanza tra i punti di saldatura. L'ombra ha un aspetto uniforme.

oscurità e contorni evidenti.

Punti di identificazione:

• Larghezza coerente con la distanza tra la faccia della radice dello smusso.
• Solitamente situato al centro della saldatura.
• Può penetrare l'intera pellicola.

Penetrazione incompleta della radice:

Penetrazione incompleta media:

7. Saldature irregolari

I due lati della saldatura sono irregolari e obliqui.

• L'immagine del film è ovviamente divisa in due parti, con esposizione forte e debole.

• Il giunto saldato presenta deviazioni e la radice della saldatura non è sufficientemente riempita di metallo. L'immagine della pellicola è chiaramente divisa in due parti, con esposizione forte e debole. È presente una linea nera opaca lungo il confine tra esposizione forte e debole.

8. Rinforzo insufficiente

La superficie della saldatura si incurva o presenta delle cavità e l'immagine della pellicola mostra che la densità di esposizione dell'intera sezione della saldatura è più scura di quella della parte saldata.

9. Cordone di saldatura della radice

Metallo di saldatura in eccesso alla radice della saldatura. Al centro dell'immagine, si nota una parte più chiara che si estende lungo il percorso di saldatura, oppure singoli punti rotondi.

10. Sottosquadro esterno e sottosquadro interno

• L'immagine della saldatura presenta ombre nere irregolari. La sua densità di esposizione deve essere più scura di quella della parte saldata.

•  Al centro dell'immagine della saldatura, lungo il bordo della radice del percorso di saldatura, sono presenti ombre nere irregolari, lunghe e strette.

11. Depressione delle radici

12Brucia attraverso

Analisi comparativa dei difetti facilmente confondibili

Valutazione dei difetti nelle specifiche standard

Sistema standard GB: Lo standard nazionale cinese GB/T 3323-2019 è suddiviso in quattro gradi: I, II, III e IV. È applicabile all'ispezione delle saldature di acciaio, nichel, titanio e altri materiali e sta accelerando l'allineamento con

standard internazionali.

NB/T 47013.2-2015: Specifica i gradi tecnici (A, AB, B) per le prove radiografiche delle apparecchiature sotto pressione; chiarisce i requisiti di prova per diversi materiali e intervalli di spessore; classifica e classifica sistematicamente la qualità dei difetti dei giunti saldati.

Sistema standard ISO: Formulato dall'Organizzazione Internazionale per la Normazione (ISO), che rappresenta le specifiche generali internazionali. Le ultime versioni sono ISO 17636-1:2022 e ISO 5817:2023, applicabili a

ispezione di giunti saldati per fusione di materiali metallici, adottando tre gradi di qualità: B, C e D.

ASME BPVC Sezione V: Fornisce metodi di ispezione a ultrasuoni per le saldature; include i requisiti per i blocchi di prova di calibrazione e i blocchi di prova di confronto della sensibilità; descrive in dettaglio i metodi per misurare la lunghezza e l'altezza dei segnali difettosi.

Sistema standard ASTM: Standard dell'American Society for Testing and Materials (ASTM), con ASTM E94/E94M come base, che adottano la valutazione di Grado I-IV. Si concentra maggiormente su praticità e flessibilità, consentendo l'accettazione di difetti che superano i limiti standard tramite valutazione ingegneristica e fornisce linee guida standard per l'ispezione radioscopica, inclusi i metodi di identificazione e valutazione dei difetti.

Sistema standard EN: Gli standard europei adottano EN1090 e ISO3834 come quadro di riferimento fondamentale, implementando un sistema di certificazione CE obbligatorio e classificando le strutture in acciaio in quattro gradi: da EXC1 a EXC4.

Sistema standard JIS: Gli standard industriali giapponesi sono noti per il loro rigore. JIS Z3104 attribuisce particolare importanza alla valutazione delle prestazioni di fatica dei giunti saldati, solitamente con un fattore di sicurezza superiore del 20-30% rispetto a

standard internazionali.

Classificazione dei difetti e gradi di accettazione:

Requisiti di qualità e sensibilità dell'immagine

Confronto dei valori ammissibili per il rilevamento delle crepe

Standard di classificazione dei difetti

• GB/T 3323-2019 specifica il metodo di prova radiografica e lo standard di classificazione della qualità per i giunti di saldatura delle saldature per fusione dei metalli.

Grado I: Non sono ammesse fusioni incomplete o crepe;

Grado II: lunghezza della fusione incompleta ≤3 mm;

Grado III: lunghezza della fusione incompleta ≤5 mm;

Grado IV: qualsiasi fusione incompleta non è qualificata.

• Norma ISO 10675-1

La presente norma specifica i gradi di accettazione per i controlli radiografici non distruttivi delle saldature, applicabili ai giunti saldati in acciaio, nichel, titanio e loro leghe. La norma fornisce esempi di rapporto tra area di difetto e metodi di calcolo per l'accettabilità cumulativa delle aree di difetto.

Differenze nelle caratteristiche dei difetti dei diversi materiali

• Saldature in acciaio al carbonio: La porosità è per lo più rotonda e regolare; le immagini di fusione incompleta presentano un evidente contrasto di nero; le crepe sono per lo più dritte.
• Saldature in acciaio inossidabile: La porosità può essere più fine e densa; le immagini di fusione incompleta possono essere più sfocate; le crepe possono presentare più ramificazioni; a causa dell'elevato coefficiente di espansione lineare dell'acciaio inossidabile (circa 1.5 volte quello dell'acciaio al carbonio), è più probabile che si verifichino crepe da stress durante il raffreddamento.
•  Saldatura della lega di alluminio:
  • Caratteristiche della porosità: contorni dei bordi poco evidenti, punti rotondi regolari o ombre nere simili a crisalidi, con maggiore nero al centro e minore nero ai bordi. La porosità nella saldatura automatica è maggiore rispetto a quella nella saldatura manuale, rotonda o ovale con bordi evidenti.
  • Forme speciali: possono apparire con distribuzione a spina di pesce (porosità CO) o a girino (porosità H₂).

Suggerimenti per l'applicazione pratica

Competenze di valutazione dei film:

Per prima cosa, confermare i segni della pellicola e i quattro indicatori di base; iniziare l'osservazione dalla linea di fusione; prestare attenzione alle caratteristiche di posizione e distribuzione dei difetti.

Abilità di interpretazione dei difetti:

• Osserva i cambiamenti di oscurità: La porosità presenta un'elevata oscurità centrale e bordi sbiaditi; la fusione incompleta presenta un'oscurità maggiore su un lato; l'inclusione di scorie presenta un'oscurità irregolare.
• Analizza le caratteristiche del contorno: La penetrazione incompleta è netta su entrambi i lati; le crepe sono seghettate; le inclusioni di scorie presentano bordi e angoli.
• Giudizio di posizione: I difetti alla radice si trovano al centro della saldatura; la fusione incompleta dello smusso si trova a metà posizione; la fusione incompleta interstrato presenta posizioni incerte.
• Identificazione di un falso difetto: I cristalli dello sviluppatore appaiono come macchie a forma di stella; i graffi sullo schermo che si intensificano causano strisce parallele, che non ricompaiono dopo ripetute esposizioni.

Malintesi comuni:

• Confusione tra penetrazione incompleta e fusione incompleta;
• valutazione errata dei difetti superficiali e dei difetti interni;
• distinzione tra falsi difetti (come i graffi sulla scheda IP) e difetti reali.

 Tendenze di sviluppo future della radiografia dei difetti di saldatura

Tecnologia di test L'intelligenza artificiale e il deep learning stanno cambiando radicalmente la tecnologia tradizionale dei test radiografici, diventando la forza trainante per lo sviluppo futuro. I sistemi di riconoscimento automatico dei difetti di saldatura basati sul deep learning hanno trovato applicazioni di livello industriale, con importanti innovazioni tecnologiche tra cui:

Ottimizzazione degli algoritmi della serie YOLO: il modello YOLOv7 migliorato raggiunge il 56.8% di mAP sul set di dati COCO con una velocità di rilevamento di 45 FPS; YOLOv5 raggiunge una precisione di riconoscimento media del 94.9% per singole immagini nel rilevamento dei difetti di saldatura, con un tempo di elaborazione di soli 19.58 ms, soddisfacendo i requisiti in tempo reale.

Applicazione della rete U-Net++: il coefficiente Dice raggiunge 0.94 nella segmentazione delle immagini a raggi X delle saldature e la strategia di apprendimento tramite trasferimento migliora l'accuratezza dell'addestramento su piccoli campioni (<500 immagini) all'85%.

Le nuove tecnologie di rilevamento promuovono le capacità di rilevamento per rompere

Sono stati compiuti notevoli progressi nei sistemi di imaging TC industriale in tempo reale:

La risoluzione spaziale raggiunge (3.8+L/100)μm e la tensione massima del tubo della sorgente di raggi X microfocalizzata è di 300 kV. La velocità di rilevamento è superiore del 300% rispetto a quella del metodo tradizionale a pellicola e può catturare in tempo reale la traiettoria di distorsione da stress termico durante la saldatura.

Gli algoritmi di intelligenza artificiale integrati realizzano la classificazione automatica dei difetti, con un tasso di rilevamento superiore al 95% per difetti volumetrici quali porosità e inclusione di scorie.

Progressi nella miniaturizzazione e nella tecnologia a basso dosaggio:

La sorgente di raggi X micro-ondulatrice su chip sviluppata dall'Accademia cinese delle scienze ha un periodo equivalente di 50 nanometri, consentendo raggi X collimati a livello di kiloelettronvolt.

La tecnologia a raggi gamma a microradiazioni riduce la distanza di protezione di sicurezza a 1 metro, adatta per l'ispezione delle saldature di tubi a parete sottile con spessore della parete ≤15 mm.

Il primo chip al mondo per il rilevamento delle dosi di radiazioni nucleari X/Y ha le dimensioni di un pulsante e una temperatura di funzionamento compresa tra -20℃ e 50℃.

L'integrazione multimodale dei test non distruttivi è diventata un consenso del settore:

Integra più tecnologie NDT in un unico dispositivo e migliora la precisione attraverso un'analisi completa dei risultati.

La piattaforma che integra un profiler 3D e una termocamera sviluppata dalle aziende produttrici di veicoli ferroviari raggiunge un tasso di rilevamento del 99.2% per i difetti compositi nelle saldature dei carrelli ferroviari ad alta velocità.

Due percorsi tecnici, la fusione a livello di feature e la fusione a livello di decisione, si sviluppano in parallelo, bilanciando la completezza del rilevamento e l'efficienza computazionale.

La norma ISO 9712:2025 rafforza la certificazione di qualificazione del personale, richiedendo al personale di Livello 2 di essere in grado di eseguire autonomamente operazioni di rilevamento e di redigere report.

La norma GB/T 3323-2019 stabilisce che la sensibilità di rilevamento radiografico deve raggiungere il 2%, mentre la norma ISO 17636-1:2022 richiede che la gamma di frequenza della sonda ultrasonica sia compresa tra 1 e 10 MHz.

Versione 115-2023 Norma di protezione dalle radiazioni per dispositivi a bassa energia aggiorna i requisiti di radioprotezione, mantenendo il limite annuale della dose efficace per il pubblico a 1 mSv.

• Colli di bottiglia tecnici esistenti:

Adattabilità inadeguata a condizioni di lavoro complesse: temperature superiori a 500°C causano guasti ai sensori e la differenza di impedenza acustica dei giunti in acciaio/alluminio è fino a 3 volte superiore.

Mancanza di annotazione dei dati: oltre il 70% dei dati nei siti industriali non sono annotati e l'errore di registrazione spaziotemporale dei dati multi-sorgente supera 0.1 mm.

Requisito in tempo reale: il sistema deve rispettare un ritardo inferiore a 200 ms e gli algoritmi esistenti incontrano ancora difficoltà nell'implementazione sui dispositivi edge.

• Campi di esplorazione di frontiera:

Rilevamento basato su gemelli digitali: la creazione di modelli di saldatura virtuali può migliorare la precisione delle previsioni del 30%.

Tecnologia di rilevamento quantistico: applicata alla rilevazione precoce di microfratture, superando i tradizionali limiti fisici.

Ingegneria del genoma dei materiali: previsione delle prestazioni dei materiali di saldatura tramite intelligenza artificiale e ottimizzazione dei parametri di processo.

Riepilogo dei difetti di saldatura e delle immagini dei test non distruttivi

In breve, per i difetti di saldatura e le immagini dei test non distruttivi, è necessario ricordare le caratteristiche dei seguenti 5 difetti comuni nelle immagini dei test, che aiutano a giudicare con precisione il tipo e la dimensione dei difetti.

Porosità: Ombre nere rotonde/ellittiche con elevata intensità centrale e bordi che sfumano gradualmente; la porosità nella saldatura automatica è distribuita principalmente al centro della saldatura.

Inclusione di scorie: Ombre nere irregolari con contorni distinti; le inclusioni di scorie metalliche appaiono come punti luminosi, mentre le inclusioni di scorie non metalliche appaiono come punti scuri.

Penetrazione incompleta: Sottili linee nere dritte, nette su entrambi i lati, fissate alla radice della saldatura, con larghezza corrispondente alla fessura della faccia della radice.

Fusione incompleta: Si divide in tre tipologie: radice (linea nera netta su un solo lato), smusso (linea nera a forma di mezzaluna), interstrato (ombra nera chiara irregolare).

Crepa: Linee nere sottili e seghettate, più larghe al centro e assottigliate alle estremità, sono le più dannose.