摘要：本文结合制氧空分铝合金管道焊缝的结构特点，简单介绍铝合金管道焊缝的射线探伤方法，并简述铝合金管道焊接中常见的缺陷。
前言：我公司是承建大中型制氧空分装置的专业安装公司，因空分冷箱均为低温（约-196℃）设备，多采用耐低温铝合金材质，由于铝合金管道组对结构复杂，给管道焊接及射线探伤工作带来较大的难度。因此，应该在实际工作中应选择最佳的射线探伤方法。
一、铝合金管道
铝合金材料在现在工业中应用十分广泛，尤其在空分冷箱分离装置中，它是一种较常用的工艺管材。由于铝合金材料本身的特点以及空分装置生产工艺的特殊性，决定了铝合金管道的脱脂加工、组装、焊接，探伤等工艺和要求都与一般碳钢材料有所不同。
铝合金材料特性：铝合金管主要化学成份：含Mg为2.0﹪-2.8﹪，含Mn为0.4﹪-1.5﹪，其余为Al。机械性能：在热轧状态下，其抗拉强度不小于226Mpa,熔点均为650℃，熔化时无颜色变化。
二、铝合金管道焊缝组对结构及焊接特点
铝合金管道制作安装坡口采用机械加工的方法。不同壁厚的对接焊应有14°的过渡段，管道焊缝组对应注意以下几点：
1）应避免强制组焊，以免焊接产生较大的残余应力。
2）组对焊口管内壁必须对齐，错边量不大于壁厚的10﹪，且不大于2毫米。
3）管口内壁要求光洁，无毛刺，粒屑。
4）管内壁的垫板必须与管壁贴紧。
5）管内壁不加垫板的焊口，要求间隙尽可能为零。
为了保证焊接质量，组对焊口的垫板常采用铝合金垫板内加1.5毫米厚的不锈钢垫板即双垫板结构进行焊接。不锈钢垫板的作用是保证坡口易焊透且又不致于造成铝垫板产生烧穿缺陷.铝合金焊接难度较大，在焊接过程中易产生气孔、未焊透、未熔合，裂纹等缺陷。铝合金焊接有如下特点：
1）铝合金的导热性较好，焊接时散热较快，焊接电流较大易产生气孔。
2）铝管道焊接坡口有污物，焊接时同样容易形成气孔、夹渣和未熔合。
3）铝合金的液体熔池很容易吸收气体，从而形成气孔。
4）铝合金加热过程中而由固态转变液态过程中，颜色变化很小，给焊接操作带来困难，容易产生未焊透和未熔合。
5）铝合金的线膨胀系数比钢大2倍，在焊接过程中往往由于过大的收缩内应力而导致焊缝开裂
三、铝合金管道焊缝常见缺陷
铝合金管道焊缝常出现气孔、夹渣、未焊透、未熔合、裂纹等焊接缺陷。
1)气孔
气孔是最常见的缺陷。平焊位置的气孔多在焊缝中心部位，横焊位置的气孔多在焊缝中心上侧，多为细小气孔密集出现。它的产生原因是多方面的，如氩气不纯、母材与焊丝清除不彻底、焊接时氩气保护层被破坏等。
2)夹渣
夹渣多出现在焊缝中心部位，呈细小颗粒状，有时连成一线。其产生原因多为氧化膜清理不净、环境中灰尘多及氩气不纯等。
3)未焊透
在不加垫板的焊缝中常出现未焊透缺陷，在底片上多位于焊缝中心，主要是氧化膜阻碍熔合所致。在加垫板的焊缝中有时也会出现，其中主要原因为焊接工艺不妥或焊工操作不当。
4)裂纹
裂纹的形成有纵向和横向，还有根部裂纹、弧坑裂纹等。在不加垫板的焊缝中横向裂纹较多，对照实物可发现其多数为表面裂纹，且位于焊缝背面。产生原因是焊接时在此处停留时间过长，导致背面焊缝金属在凝固收缩时被拉裂。在加垫板的焊缝中多为纵向裂纹，大多出现在大口径管的焊缝中，多强力对口所致。这种缺陷有时在焊缝中心，有时也出现在热影响区。在收弧处常常会现呈放射状分布的弧坑裂纹，主要是由于焊接结束或中断时收弧不当所致。
四、铝合金管道焊缝射线探伤方法
根据JB/T4730-2005标准的规定：对于直径较大可以在内壁贴片的管子对接焊缝应采用单壁单投影透照；对于D0﹥100mm的管子对接焊缝应采用双壁单影透照；对于D0≤100mm,满足T（壁厚）≤8mm，且g（焊缝宽度）≤D0/4时，应采用双壁双影透照.
对于预制口以及可以在内壁贴片的固定口，按常规方法进行探伤不存在问题。
对于D0﹥100mm内壁无法贴片的固定口，如果外径不太大（如￠159），按常规方法应将近源的上焊缝撇出底片而将片侧的下焊缝留下，为保证纵向裂纹的检出率，射线源的倾斜角θ不大于15°。在实际探伤中，由于铝合金垫板的宽度在30～40mm,不锈垫板的宽度在22～25mm，如果保证θ＜15°，那么由于垫板过宽，在透照时射线势必在穿过下焊缝和下面两个垫板的同时，有的只穿过了上面的母材没有穿过垫板，有的穿过了铝合金垫板，有的不仅穿过了铝合金垫板，还穿过了不锈钢垫板。
由于X射线管电压为100KV时，铝合金的射线吸收系数为0.1（钢为1），即1mm厚的不锈钢相当于10mm厚的铝合金，从而使射线透照厚度变化过大，难以选择射线透照条件，所拍出底片成像反差很大，底片上的焊缝有的地方过白，有的过黑，无法满足标准对底片黑度的要求。如果将上焊缝连同垫板一起撇出去，势必要增大射线的倾斜角度，从而使纵向裂纹的检出率降低。
对于D0≤100mm的固定口，一般只加不锈钢垫板。如果按照常规进行双壁双投影透照，使上下焊缝在底片上呈椭圆显示，开口间隙保持与焊缝宽度相当,同样也存在纵向缺陷检出率低问题。更为严重的是由于被检管子焊缝的直径较小，上、下两个不锈钢垫板在底片上的影像重叠更多，再加上小径管本身壁厚就薄，铝合金的厚度相对于不锈钢折算厚度不足为虑，致使底片上的焊缝影像很淡，难以进行缺陷评定。
由此可见，由于铝合金管焊缝在组焊时由于存在结构上的特殊性使得无法按照常规方法对其进行射线探伤。
五、实际应用
要想得到令人满意的底片，必须使射线在穿过被检焊缝时的总的透照厚度与穿过附近母材时的总的透照厚度差不能太大，尤其对于铝合金这类吸收系数较大的材料。如使射线垂直于焊缝透照，则不论是双壁单影还是双壁双影透照，射线都同时穿过两个不锈钢垫板（双壁单影透照还同时穿过两个铝合金垫板），射线穿过焊缝时的总的透照厚度与穿过母材时的总的透照厚度相差不大，焊缝成像黑度比较均匀，缺陷易于观察，而且照相也比较容易。
对于D0＞100mm的管焊缝，由于要求双壁单影透照，所评定的是单壁焊缝的质量，透照时应缩短X光机与管道的距离（焦距），缩短焦距使射线穿过上焊缝的不锈钢垫板，这样就可以避免倾斜透照时上、下焊缝垫板的投影相互交织在一起给照相带来的不利影响。
对于D0≤100mm的管焊缝，由于要求双壁双影透照，上、下焊缝均要评定，既要保证下焊缝的影像质量，又要保证上焊缝的影像质量，应增大X光机与管道的焦距以此提高底片的清晰度。由于上、下焊缝垂直透照时影像重合，如果仍按标准的规定只垂直透照两次，那么，如果底片上有缺陷，就无法辨别缺陷是在上焊缝，还是在下焊缝。为了解决这一问题，可以每隔120°透照一张，通过对三个不同方向底片的比较，准确地判定缺陷是在哪一个焊缝上。
此外，为了进一步提高底片的清晰度，可采用微粒、清晰度高的T2型胶片代替细粒、清晰度适中的T3型胶片。
铝合金管道焊缝的射线探伤方法
1)对可以在内壁贴片的预制口和固定口，应采用单壁单影透照。
2)对于D0＞100mm内壁无法贴片的预制口，应采用双壁单影倾斜透照。
3）对于D0≤100mm的预制口，应采用双壁双影倾斜透照。
4)对于D0＞100mm内壁无法贴片的固定口，应采用双壁单影垂直透照。可采用较小的焦距或直接将射线机放在管外壁上透照，但必须满足几何不清晰度的要求。
5)对于D0≤100mm的固定口，应采用双壁双影垂直透照，为了保证焊缝100%的透照率和确定缺陷的准确位置，应每隔120°照一张片。
六、结束语
该方法经过2005-2006年在太钢BOC-ASU5#-6#空分装置铝合金管道射线探伤的验证，使用效果良好，得到用户的好评。
参考文献
1.金属材料与热处理/单小军编.–4版.北京：中国劳动社会保障出版社，2001
2.中华人民共和国行业标准承压设备无损检测/–1版.北京：新华出版社.2005，10.
3.中华人民共和国国家标准现场设备工业管道焊接工程施工及验收规范/中华人民共和国化学工业部主编.–1版.北京：中国计划出版社.1999，5