钛合金是一种工业生产过程中较为常用的金属，其高强度以及抗腐蚀性使其在一些特殊类型工业当中具有较高的价值。但钛合金是一种比较难焊接的金属材料，在焊接过程中易受到环境、设施设备、焊接工艺以及各种人为因素的影响，导致焊接工作出现各种各样的问题，因此工作人员在焊接工作完成之后需要对钛合金管件的焊缝进行检测，第一时间发 现问题并通过相应的技术手段进行解决。现阶段，常用的焊缝检测技术主要有两种，分别是射线探伤图像识别技术以及非线性超声检测技术，在下文中将对这两项检测技术进 行详细的分析论述。

一、钛合金管件焊缝的危害

（一）焊缝区裂纹

钛合金当中S、P、C等化学成分的含量相对较少，因此低熔点共晶在晶界当中生成量也非常少。另外钛合金的结晶温度区间非常窄，焊缝在凝固过程中的收缩程度不够，从而导致热裂纹的敏感性比较低。

除热裂纹之外，钛合金焊缝区还会出现冷裂纹和延迟性裂纹。如果钛合金焊缝当中的氮和氧含量比较高，焊缝的性能就会因此而下降，出现变脆的现象，进而在大量焊接应力的 作用下产生裂缝。这种裂缝即为冷裂缝，是在温度过低的情况下所形成的。

在钛合金焊接的过程中，热影响区有时同样会出现延迟性裂纹。产生延迟性裂纹的主要影响因素是氢。延迟性裂纹是钛合金管件焊接过程中危害最大的焊缝问题，只能采取事前预防的方式进行处理。工作人员需要减少钛合金焊接接头位置的氢来源，结合实际情况可以通过真空退火的方式进行处理，从而化解焊接接头当中氢元素的危害。

（二）焊缝气孔

焊缝气孔是钛合金管件焊接过程中最为常见的缺陷。焊缝当中的N2、O2、H2、H2O都会导致焊缝气孔的出现[2]。钛合金管件焊缝气孔多集中在熔合区当中，这也是钛合金焊接气孔非常典型的特点。钛合金管件焊缝当中的气孔不仅会导致应力增加，同时还会造成气孔周围金属的塑性减低，最终导致焊接接头的断裂。因此工作人员在焊接的过程中需要对焊缝气孔进行严加把控。

二、射线探伤图像识别在钛合金管件焊缝检测当中的应用

（一）射线探伤图像的工作原理

射线探伤系统由计算机、光学摄像头、图像采集卡、图像存储设备、X摄像机以及图像增强器，通过光电转化的方式完成检测。从具体工作方式来看，嵌于射线探伤图像工作台内 部的X摄像机发出X射线，X射线将会穿过待检测的钛合金管件，之后由图像接收器对该探测射线进行接收。这样就能够将不可见的光转化成为可见光，之后摄像机进行信号转换，将光学信号转化成为电信号，最终所呈现的图像将会以256色灰度显示在显示器当中。

一旦钛合金管件的焊缝位置出现问题的话，技术人员就能够在图像显示设备当中看到一些亮点和亮线，并通过图像处理系统，依照图像不同特征来对焊缝问题的性质进行判定。

（二）射线探伤图像的处理

钛合金管件的射线探伤图像处理主要分为两个步骤，第一步需要通过图像增强器和摄像机对光学图像进行转换；第二步是通过计算机和图像采集卡完成A/D转换。

图像处理工作首先要消除图像当中的噪声，在实际操作过程中可以通过低通滤波器邻域平均法进行滤波处理。但是射线探伤图像的边缘轮廓往往含有大量信息，这样一来就导致使用邻域平均法时，图像的边缘会变得非常模糊。相关研究人员曾考虑使用高通滤波器对图像边缘进行保护，但是高通滤波器对噪声的过滤效果不是非常好，经过不断的探索和实践，目前技术人员都会使用中值滤波进行噪声过滤。

中值滤波在使用时，一般都会使用一个含有奇数个点的滑动窗口，之后将窗口当中每一个点的灰度值对定值的灰度值进行替换。在奇数个元素当中，中值按照从大到小的排列方式，取出中间的数值。在偶数个元素中，中值指的是从大到小排列之后，中间位置两个元素灰度值的平均值。实质上，对数字图像进行中值滤波处理，就是对二维序列进行中值滤波。

在实际工作中，使用中值滤波→自适应阈值处理→孤点滤波处理→边缘检测→焊缝提取的方式对焊缝图像进行处理。

全面消除关键焊缝检测图像当中的噪声之后，技术人员需要对图像进行二值化处理，将灰度图像转化为黑白图像，进而对后续的图像进行边缘检测和曲线拟合。在处理过程中为 了更好地展现图像当中的问题信息，工作人员往往会通过最大方差法来明确自适应的阈值。

三、非线性超声检测技术在钛合金管件焊缝检测当中的应用

（一）非线性超声检测的技术原理

由于钛合金管件当中存在很多的接触性缺陷，通过线性超声方法难以对故障进行判定，因此在检测过程中工作人员会选用对接触性缺陷非常敏感的非线性超声检测技术对故障进行判定。钛合金管件非线性超声检测技术主要有四种，分别是高次谐波法、次谐波法、共振频率偏移法以及混频调制法。目前在实际工作中比较常用的检测方法为高次谐波法。

超声波在非线性弹性介质，也就是故障区域当中进行传播时，波形将会发生一定的失真现象，进而接收信号频谱当中将会出现二次或者三次谐波。

（二）非线性超声检测技术的成像方式

与线性超声波成像方式相似，若想实现非线性超声成像，其成像系统当中需要包含信号激励和接收装置、换能装置，机械扫查装置、信号处理模块以及成像模块。在设计过程中，工作人员可以利用原检测系统当中的超声激励组件，从而全面利用原检测系统当中的运动扫查、信号采集以及存储功能，从而节省了系统的开发时间。

此外，为保证超声信号发射与接收的稳定性，换能器的设计也是非常关键的一部分。根据钛合金管件检测的实际情况，本文中笔者主要讲述两种在实际工作中应用的换能器方案，分别是双探头法和双晶片探头法，二者均以非线性谐波法为基础。信号激励系统在运行当中产生频率为f的基波信号，之后在换能器的作用下转化为对应的声波。在工件的反射作 用下，对接收信号当中的二次谐波存在情况以及幅度大小进行评价，接收换能器的中心频率为2f。

双探头法当中频率为f的入射波进入到钛合金管件焊接处时，声束将会在焊缝的位置形成聚焦，反射回波会被频率为2f 探头接收；双晶片法在设计过程中创新性地将发射晶片和接收晶片放置在同一声透镜当中，接收晶片的声波频率同样是发射晶片的二倍。

四、总结

综上所述，针对于钛合金管件在焊接过程中的固有特性，以及其在工业生产当中的具体用途。相关技术人员在检测过程中要从整体和细节角度同时出发，对射线探伤图像识别技术和非线性超声检测技术进行合理的运用，进而保证检测结果的科学性和实效性，使钛合金关键在工业生产当中的应用层次得到切实的提升。

参考文献：

[1]高福洋, 廖志谦, 李文亚. 钛及钛合金焊接方法与研究现状[J]. 航空制造技术, 2012, 419(23/24).

[2]吉卫喜, 李小兵, 贾继勇. 钛合金管件焊缝射线探伤图像识别与数据分析[J]. 中国机械工程, 2013, 24(19):2597-2601.

[3]张驰. 钛合金扩散焊接头贴合型缺陷的非线性超声检测技术研究[D].哈尔滨工程大学.2016

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