Сравнительный атлас дефектов сварки и изображений неразрушающего контроля

Характеристика дефектов сварки на рентгеноскопических снимках является ключевым фактором оценки качества сварки. Различные распространённые дефекты сварки имеют чёткие характеристики изображения и соответствуют стандартным характеристикам на снимках.

Существует 18 типичных дефектов, среди которых неровные сварные швы, непровары корня шва, недостаточное армирование, валик корневого шва, наружный подрез, внутренний подрез, углубление корня шва, прожог, изолированное шлаковое включение, линейное шлаковое включение, внутренний непровары, внутреннее непровары внутренней поверхности шва, пористость, цепная пористость, валиковое включение, поперечная трещина, осевая трещина и корневая трещина.

Систематическое изучение характеристик изображений и соответствующих стандартов для различных дефектов позволяет точно интерпретировать сварочные пленки и создать надежную основу для оценки качества сварки. На практике комплексный анализ должен проводиться с учетом конкретных условий процесса и свойств материалов. Далее будут систематически рассмотрены характеристики изображений на пленке, соответствующие стандарты и методы интерпретации различных дефектов сварки.

Характеристики изображений распространенных дефектов сварки на пленках

1. Пористость

Морфологические характеристики: Проявляются в виде круглых или эллиптических черных пятен на пленке с большей чернотой в центре и постепенным уменьшением к краям, имеют правильную форму.

Классификация: Можно разделить на изолированную пористость и цепочечную пористость; цепочечная пористость распределена в кластерах.

Сферическая пористость: Круглые или эллиптические чёрные пятна с высокой центральной чернотой, постепенно размывающими краями и чёткими контурами. Порозность подразделяется на одиночную, плотную, цепочечную и поверхностную.

Пористость полосы: Параллельно оси сварного шва, с равномерной и светлой чернотой, закругленным началом и сужающимся концом.

Косая игольчатая пористость: Изображения, похожие на дождевых червей, с одним закругленным концом и одним острым концом, светлые и равномерно черные.

Типичные характеристики: Одиночная пористость имеет неглубокие и гладкие края с правильными и четкими контурами; плотная пористость распределена кластерами.

Точки идентификации:

• Одинарная пористость имеет гладкие и четкие контуры;
• плотная пористость сгруппирована;
• Цепная пористость расположена вдоль оси шва.

2. трещина

Морфологические характеристики: На пленке появляются тонкие черные линии с четкими контурами, сужающимися концами и слегка утолщенной серединой.

Удельная производительность: Тонкие черные линии, слегка зазубренные и волнистые, тонкие линии, сужающиеся концы, чернота постепенно тускнеет и исчезает, образуя прямую тонкую линию с четкими контурами, часто сужающуюся на обоих концах и немного шире в середине, возможно, содержащую разветвленные радиоактивные трещины со светлой чернотой.

Точки идентификации:

•  Присутствует в изогнутых или прямых линиях.
•  Может сопровождаться нитевидным расширением тени.
• Самые вредные, все они относятся к IV классу.

Поперечная трещина:

Трещина по центральной линии:

Корневая трещина:

3.Шлаковые включения

Морфологические характеристики: На пленке появляются точечные или полосчатые образования различной формы.

Удельная производительность: Изображения на плёнке представляют собой чёрные пятна, чёрные полосы или чёрные блоки неправильной формы, неравномерные переходы потёмки, неровные контуры, а иногда и края и углы. Они могут располагаться в любой части сварного шва, при этом направление распространения шлаковых включений в полосах чаще всего параллельно сварному шву.

Точечное шлаковое включение: Равномерная чернота, неровные границы с краями и углами.

Включение шлака в полосу: Неравномерная чернота, обычно в виде толстых полос непостоянной ширины.

Точки идентификации:

• Неметаллические шлаковые включения выглядят как темные пятна.
• Включения металлического шлака (например, включения вольфрама) выглядят как яркие пятна.
• Включения шлака в полосах имеют неравномерную ширину и неравномерную черноту.

4.Включения вольфрама: Белые блочные изображения с четкими контурами.

 5. Неполное слияние

Классификация: Несплавление скосов и межслоевое неполное сплавление.

Характеристики неполного срастания скосов:

Типичные изображения представляют собой непрерывные или прерывистые черные линии с четкими и прямыми контурами и большей чернотой на стороне, приближенной к основному металлу.

Контуры изображений непровара вблизи центра шва могут быть ровными или неровными, отражая зубчатые блочные дефекты. Их положение на плёнке соответствует положению проекции корня шва.

Классификация и характеристики:

Неполное срастание корней: Непрерывные или прерывистые черные линии с четкими и прямыми контурами и большей чернотой на стороне, приближенной к основному металлу.

Неполное сращение боковой стенки скоса: Черные линии непостоянной ширины и неравномерной черноты, четкие контуры с одной стороны и неровные с другой.

Межслоевое неполное срастание: Тени в виде блоков с низкой степенью черноты и неправильной формой.

Характеристики межслоевого непровара: в основном чешуйчатое несплавление, распределенное между слоями металла сварного шва, с неглубокими тенями, неравномерной чернотой, более широкими линиями и неровными сломанными концами.

6. Неполное проникновение

Классификация: Неполное проплавление корня, неполное проплавление середины и неполное проплавление нескошенной фаски.

Характеристики неполного прорастания корня: Расположена в середине сварного шва, выглядит как прямая чёрная линия, непрерывная или прерывистая, полосообразная или лентовидная, ширина которой зависит от зазора между свариваемыми кромками. Тень имеет равномерный размер.

чернота и явные контуры.

Точки идентификации:

• Ширина соответствует зазору между поверхностью скоса и корнем зуба.
• Обычно располагается посередине сварного шва.
• Может проникнуть через всю пленку.

Неполное проникновение корня:

Среднее неполное проникновение:

7. Неровные сварные швы

Обе стороны сварного шва неровные и перекошенные.

• Пленочное изображение явно разделено на две части с сильной и слабой экспозицией.

• Сварной шов имеет отклонение, корень шва недостаточно заполнен металлом. Изображение на плёнке явно разделено на две части с сильной и слабой экспозицией. По границе сильной и слабой экспозиций проходит непрозрачная чёрная полоса.

8. Недостаточное подкрепление

Поверхность сварного шва провисает или имеет язвины, а на пленочном изображении видно, что плотность экспозиции всего сечения сварного шва темнее, чем у сваренной детали.

9. Корневой сварной шов

Избыток наплавленного металла в корне шва. В центре изображения видна более яркая область, простирающаяся вдоль шва, или отдельные круглые точки.

10. Внешняя и внутренняя выточка

• На изображении сварного шва имеются неравномерные чёрные тени. Плотность экспозиции должна быть темнее плотности экспозиции свариваемой детали.

•  В центре изображения сварного шва, вдоль корневой кромки сварного шва, имеются нерегулярные длинные и узкие черные тени.

11. Корневая депрессия

12. Прожечь

Сравнительный анализ легко спутанных дефектов

Оценка дефектов в стандартных спецификациях

Стандартная система Великобритании: Китайский национальный стандарт GB/T 3323-2019 подразделяется на четыре уровня: I, II, III и IV. Он применим к контролю сварных швов стали, никеля, титана и других материалов и ускоряет согласование с

международные стандарты.

НБ/Т 47013.2-2015: Устанавливает технические классы (А, АВ, В) для радиографического контроля оборудования, работающего под давлением; разъясняет требования к испытаниям для различных диапазонов материалов и толщин; систематически классифицирует и оценивает качество дефектов сварных соединений.

Система стандартов ISO: Разработаны Международной организацией по стандартизации (ИСО) и представляют собой общие международные спецификации. Последние версии — ISO 17636-1:2022 и ISO 5817:2023, применимые к

контроль сварных соединений металлических материалов, выполненных методом плавления, с применением трех классов качества: B, C и D.

ASME BPVC Раздел V: Приводятся методы ультразвукового контроля сварных швов; требования к калибровочным испытательным образцам и испытательным образцам сравнения чувствительности; подробно описываются методы измерения длины и высоты сигналов дефектов.

Система стандартов ASTM: Стандарты Американского общества по испытаниям и материалам (ASTM), в основе которых лежит ASTM E94/E94M, принимают оценку по классам I–IV. Они делают больший акцент на практичности и гибкости, допуская допуск некоторых дефектов, превышающих стандартные пределы, посредством инженерной оценки, и содержат стандартные рекомендации по радиоскопическому контролю, включая методы выявления и оценки дефектов.

Стандартная система EN: Европейские стандарты берут за основу стандарты EN1090 и ISO3834, внедряя обязательную систему сертификации CE и классифицируя стальные конструкции по четырем классам: EXC1–EXC4.

Стандартная система JIS: Японские промышленные стандарты известны своей строгостью. Стандарт JIS Z3104 уделяет особое внимание оценке усталостной прочности сварных соединений, обычно с коэффициентом запаса прочности на 20–30% выше, чем

международные стандарты.

Классификация дефектов и степени приемки:

Требования к качеству изображения и чувствительности

Сравнение допустимых значений обнаружения трещин

Стандарты классификации дефектов

• GB/T 3323-2019 устанавливает метод радиографического контроля и стандарт оценки качества сварных соединений, выполненных сваркой плавлением металлов.

Сорт I: Несплавления и трещины не допускаются;

Степень II: длина неполного сращения ≤3 мм;

Степень III: длина неполного сращения ≤5 мм;

Степень IV: Любое неполное сращение не допускается.

• Стандарт ИСО 10675-1

Настоящий стандарт устанавливает классы приемки сварных соединений стали, никеля, титана и их сплавов при неразрушающем радиографическом контроле. В стандарте приведены примеры соотношения площади дефектов и методы расчета допустимой суммарной площади дефектов.

Различия в характеристиках дефектов разных материалов

• Сварные швы из углеродистой стали: Пористость в основном правильная круглая; изображения неполного срастания имеют выраженный контраст черного; трещины в основном прямые.
• Сварные швы из нержавеющей стали: Пористость может быть более мелкой и плотной; изображения неполного сплавления могут быть более размытыми; трещины могут иметь больше ответвлений; из-за большого коэффициента линейного расширения нержавеющей стали (примерно в 1.5 раза больше, чем у углеродистой стали) вероятность возникновения трещин под напряжением во время охлаждения выше.
•  Сварка алюминиевых сплавов:
  • Характеристики пористости: Неявные контуры краёв, ровные круглые точки или чёрные тени, похожие на куколки, с большей чернотой в центре и меньшей чернотой по краям. Пористость при автоматической сварке больше, чем при ручной, круглая или овальная, с чёткими краями.
  • Особые формы: Может иметь елочное распределение (пористость CO) или распределение в виде головастика (пористость H₂).

Практические рекомендации по применению

Навыки оценки фильмов：

Сначала проверьте отметки пленки и четыре основных индикатора; начните наблюдение от линии сплавления; обратите внимание на положение и распределение характеристик дефектов.

Навыки интерпретации дефектов:

• Наблюдайте изменения черноты: Пористость характеризуется высокой центральной чернотой и выцветающими краями; неполное сплавление характеризуется большей чернотой с одной стороны; шлаковые включения характеризуются неравномерной чернотой.
• Анализ характеристик контура: Непровары аккуратные с обеих сторон, трещины зубчатые, шлаковые включения имеют ребра и углы.
• Позиционное суждение: Дефекты корня находятся в середине шва; непровары скоса кромок находятся в положении 1/2; межслойные непровары имеют неопределенное положение.
• Ложная идентификация дефекта: Кристаллы проявителя появляются в виде звездообразных пятен; усиливающиеся царапины на экране приводят к появлению параллельных полос, которые не появляются снова при повторном воздействии.

Распространенные заблуждения:

• Путаница между неполным проникновением и неполным срастанием;
• неправильная оценка поверхностных и внутренних дефектов;
• различие между ложными дефектами (такими как царапины на плате IP) и настоящими дефектами.

 Перспективы развития рентгенографии сварочных дефектов

Технологии испытаний. Искусственный интеллект и глубокое обучение полностью меняют традиционные технологии радиографического контроля и становятся движущей силой будущего развития. Системы автоматического распознавания дефектов сварки на основе глубокого обучения нашли промышленное применение, что привело к крупным технологическим прорывам, включая:

Оптимизация алгоритмов серии YOLO: улучшенная модель YOLOv7 достигает 56.8% mAP на наборе данных COCO со скоростью обнаружения 45 кадров в секунду; YOLOv5 достигает средней точности распознавания 94.9% для одиночных изображений при обнаружении дефектов сварки со временем обработки всего 19.58 мс, что соответствует требованиям реального времени.

Применение сети U-Net++: коэффициент Дайса достигает 0.94 при сегментации рентгеновских изображений сварных швов, а стратегия трансферного обучения повышает точность обучения на малых выборках (<500 изображений) до 85%.

Новые технологии обнаружения расширяют возможности обнаружения для взлома

Значительный прогресс был достигнут в области промышленных систем КТ-визуализации в реальном времени:

Пространственное разрешение достигает (3.8+L/100) мкм, а максимальное напряжение на трубке микрофокусного рентгеновского источника составляет 300 кВ. Скорость обнаружения на 300% выше, чем у традиционного плёночного метода, и позволяет фиксировать траекторию деформации термических напряжений во время сварки в режиме реального времени.

Интегрированные алгоритмы искусственного интеллекта реализуют автоматическую классификацию дефектов с показателем обнаружения более 95% объемных дефектов, таких как пористость и шлаковые включения.

Прорывы в области миниатюризации и низкодозных технологий:

Разработанный Китайской академией наук источник рентгеновского излучения на основе микроондулятора на чипе имеет эквивалентный период 50 нанометров, что позволяет получать коллимированные рентгеновские лучи на уровне килоэлектронвольт.

Технология микрогамма-излучения сокращает безопасное защитное расстояние до 1 метра, что подходит для контроля сварных швов тонкостенных труб с толщиной стенки ≤15 мм.

Первый в мире чип для определения дозы ядерного излучения X/Y имеет размер всего лишь кнопки и работает в диапазоне температур от -20 ℃ до 50 ℃.

Интеграция мультимодальных методов неразрушающего контроля стала общепринятой концепцией отрасли:

Интегрируйте несколько технологий неразрушающего контроля в одном устройстве и повышайте точность за счет комплексного анализа результатов.

Платформа, объединяющая 3D-профилировщик и тепловизор, разработанная предприятиями по производству рельсовых транспортных средств, обеспечивает уровень обнаружения 99.2% композитных дефектов в сварных швах тележек высокоскоростных железных дорог.

Два технических пути — слияние на уровне признаков и слияние на уровне решений — развиваются параллельно, обеспечивая баланс между полнотой обнаружения и вычислительной эффективностью.

ISO 9712:2025 усиливает сертификацию квалификации персонала, требуя от персонала уровня 2 способности самостоятельно выполнять операции по обнаружению и составлять отчеты.

Стандарт GB/T 3323-2019 устанавливает, что чувствительность радиографического обнаружения должна достигать 2%, а стандарт ISO 17636-1:2022 требует, чтобы диапазон частот ультразвукового датчика составлял 1–10 МГц.

ГБЗ 115-2023 Стандарт радиационной защиты для устройств с низким уровнем излучения обновляет требования по радиационной защите, при этом годовой предел эффективной дозы для населения остается на уровне 1 мЗв.

• Существующие технические узкие места:

Недостаточная приспособляемость к сложным условиям эксплуатации: температура выше 500 ℃ приводит к выходу датчика из строя, а разница акустического импеданса стальных/алюминиевых соединений достигает 3 раз.

Отсутствие аннотации данных: более 70% данных на промышленных объектах не аннотированы, а ошибка пространственно-временной регистрации данных из нескольких источников превышает 0.1 мм.

Требование реального времени: система должна обеспечивать задержку <200 мс, а существующие алгоритмы по-прежнему сталкиваются с трудностями при развертывании на периферийных устройствах.

• Пограничные области исследований:

Цифровое двойное обнаружение: создание виртуальных моделей сварных швов может повысить точность прогнозирования на 30%.

Технология квантового зондирования: применяется для раннего обнаружения микротрещин, преодолевая традиционные физические ограничения.

Инженерия генома материалов: прогнозирование характеристик сварочных материалов с помощью ИИ и оптимизация параметров процесса.

Сводка дефектов сварки и изображений неразрушающего контроля

Короче говоря, для дефектов сварки и изображений неразрушающего контроля необходимо запомнить характеристики следующих 5 распространенных дефектов на контрольных изображениях, что помогает точно судить о типе и размере дефектов.

Пористость: Круглые/эллиптические черные тени с высокой центральной чернотой и постепенно исчезающими краями; пористость при автоматической сварке в основном распределена в центре сварного шва.

Включения шлака: Неправильные черные тени с четкими контурами; металлические шлаковые включения выглядят как яркие пятна, а неметаллические шлаковые включения — как темные пятна.

Неполное проникновение: Тонкие прямые черные линии, аккуратные с обеих сторон, закрепленные у корня шва, шириной, соответствующей зазору прикорневой поверхности.

Неполное слияние: Делится на три типа — корневой (односторонняя аккуратная черная линия), скос (черная линия в форме полумесяца), межслойный (неравномерная светло-черная тень).

Лекарство: Тонкие зазубренные черные линии, более широкие в середине и сужающиеся к концам, наиболее вредны.