套管對接焊縫的X射線檢測

李周秦，殳　宏，黃　堅，徐建明

(1.克雷登熱能設備(浙江)有限公司， 杭州 310018；2.浙江省特種設備檢驗研究院， 杭州 310020)

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套管對接焊縫的X射線檢測

李周秦1，殳宏2，黃堅1，徐建明2

(1.克雷登熱能設備(浙江)有限公司， 杭州 310018；2.浙江省特種設備檢驗研究院， 杭州 310020)

介紹了蒸汽發(fā)生器用套管式換熱器中套管對接焊縫的X射線檢測工藝，進行了底片黑度差和檢測結果分析，通過控制透照參數(shù)，透照布置來控制黑度范圍。實踐表明:進一步改進和完善工藝可以把底片質量控制得更好。

套管式換熱器;透照布置;厚度差;黑度分布

套管式換熱器是由兩種外徑尺寸不同的無縫鋼管制作而成的同心圓套管。其有結構簡單、傳熱面積增減自如、傳熱效率高、工作適應范圍大、可以根據(jù)安裝位置任意改變形態(tài)、利于安裝等優(yōu)點，在石化、化工、新能源、換熱器等行業(yè)廣泛應用。筆者單位生產的這套同心圓套管安裝在煙廠蒸汽發(fā)生器的配套設備上，用于蒸汽發(fā)生器給水與疏水的換熱，主要目的是減少疏水回水箱的熱量，避免水箱“開鍋”，主要參數(shù)見表1。

表1　套管式換熱器主要參數(shù)

該換熱器的主體材料是符合GB/T 5310-2008《高壓鍋爐用無縫鋼管》標準要求的優(yōu)質碳素結構鋼20G，規(guī)格為φ34 mm×3 mm外套和φ73 mm×4 mm無縫鋼管焊接連接，制作時內管優(yōu)先焊接連接，制作好后往外管中間塞，固定好位置再焊接外管，采用GTAW(鎢極惰性氣體保護焊)全位置焊來保證焊接質量。焊接完成后,根據(jù)標準TSG G0001-2012《鍋爐安全技術監(jiān)察規(guī)程》和參考標準SH/T 3546-2011《石油化工夾套管施工及驗收規(guī)范》要求進行X射線檢測。X射線檢測對接焊縫成為控制焊接質量的關鍵環(huán)節(jié)，筆者主要探討套管式換熱器的外套管對接焊縫的X射線檢測，外套管焊接質量的檢測相對于常規(guī)小徑管檢測，其檢測條件更加苛刻，其中涉及到透照布置、厚度差、黑度范圍等，這些參數(shù)的選擇直接影響檢測結果。

1　X射線檢測工藝

1.1透照布置

(1) 該套管制作參考標準SH/T 3546-2011，內管與外套管外徑D0不大于100 mm， 根據(jù)JB/T 4730.2-2005標準[1]規(guī)定屬于小徑管范疇，選擇透照方式、曝光量按小徑管各項優(yōu)缺點考慮。按照JB/T 4730.2-2005標準規(guī)定，同時滿足T(壁厚)不大于8 mm和g(焊縫寬度)不大于D0/4的小徑管應采用傾斜透照方式橢圓成像。當T/D0不大于0.12時，小徑管環(huán)向對接焊接接頭100%檢測的透照次數(shù)，相隔90°透照2次，當T/D0大于0.12時一般應相隔120°或60°透照3次。按照標準要求外套管φ73 mm×4 mm無縫鋼管應相隔90°透照兩次，見圖1。

圖1　90°透照兩次分布示意

由圖1得知，相隔90°透照兩次后，由于內管的原因導致厚度差增大，明顯影響了外套管焊縫的檢測，在最厚的部位(內管內徑切線處)出現(xiàn)了漏檢，主要是由于黑度不符合標準要求，在底片上顯示為白光，無法評定。

(2) 由圖1分析得出的漏檢部位，需通過改良工藝條件來提高檢出率，見圖2。

圖2　120°透照三次分布示意

由圖2可以看出，采用相隔120°透照三次后能擴大檢出范圍,并減少缺陷的漏檢；需要注意的是，厚度差導致的黑度差需用透照參數(shù)控制。

1.2透照參數(shù)

選擇透照參數(shù)時主要考慮厚度差的變化，厚度差對射線照相質量的不利影響主要體現(xiàn)在兩個方面：一是因試件厚度差較大導致的底片黑度差較大，底片黑度過低或過高都會影響像質靈敏度和底片的評定；二是因試件厚度變化導致的散射比增大，產生邊蝕效應，對底片成像質量不利。要解決這些問題，必須采用一些特殊工藝或技術措施，對厚度差試件透照的特殊技術措施有：適當提高管電壓、采用雙膠片技術、補償技術[2]，適當提高管電壓以減少散射線與降低黑度差，經實踐，管電壓為170 kV,曝光時間為1.2 min時能滿足要求[3]。

1.3透照工藝

根據(jù)常規(guī)工藝選擇透照方式，JB/T 4730.2-2005標準要求有兩種：一種是垂直透照重疊成像，使用該方法對根部面積型缺陷檢出率比較高[4]，但是會加大厚度差(焊縫內外側余高)；另一種是偏斜透照橢圓成像，更有利于缺陷的定位和返修，以及在一定程度上減少厚度差。由圖1和圖2的對比可知，相隔90°透照兩次，不能達到100%的檢出率，相隔120°透照三次能明顯提高檢出率。為了減少厚度差和提高缺陷的檢出率，選擇橢圓成像120°透照3次[5]。

由于缺陷畸形[6]、幾何不清晰度和上側焊縫的固有不清晰度都會對缺陷的判定造成一定誤判，比如一個小氣孔對下側焊縫是合格的，對上側焊縫則可能需要返修，為了得到更接近實際尺寸的缺陷，實際應用時應調整焦距來限制幾何不清晰度。另外在實際操作時也會受到多方面因素的影響，如透照條件、機器老化、人為差異、工作環(huán)境等都會影響透照工藝。綜上所述，應根據(jù)現(xiàn)有條件和實際情況綜合選擇透照工藝參數(shù)，主要以滿足像質質量和達到100%檢出率為準則。

2　X射線底片的分析

2.1底片黑度分析

由圖3和表2可知：① 1區(qū)熱影響區(qū)和焊縫區(qū)域的黑度范圍在2.90～4.42。② 2區(qū)熱影響區(qū)和焊縫區(qū)域的黑度范圍在2.47～3.24。③ 3區(qū)熱影響區(qū)和焊縫區(qū)域的黑度范圍在2.77～4.36。

2.2底片分析

由圖3得知：① 1區(qū)和3區(qū)厚度較薄區(qū)域，最高黑度為4.42，此黑度值明顯高于標準要求的4.0。② 2區(qū)的黑度均勻，黑度差較小，影像清晰，像質較好。③ 1區(qū)和3區(qū)黑度范圍高于2區(qū)的黑度范圍，2區(qū)內明顯可以看到由于內管的存在導致區(qū)域性的厚度差造成的較大黑度差。④ 由圖3顯示出的內管壁厚處，由于散射線和厚度差等原因導致的成像不清晰及黑度過低的白光區(qū)域(圖3圓圈處)，在該區(qū)域外套管焊縫上的缺陷會有漏檢，底片評定明顯受影響。

圖3　X射線底片分區(qū)示意

區(qū)域源側熱影響區(qū)源側焊縫橢圓內區(qū)域膠片側焊縫膠片側熱影響區(qū)1區(qū) A3.532.903.623.003.621區(qū) B4.423.754.363.864.362區(qū) C2.822.522.842.472.842區(qū) D3.212.963.242.803.222區(qū) E2.872.622.772.542.773區(qū) F4.363.674.253.614.253區(qū) G3.522.773.562.823.56

根據(jù)JB/T 4730.2-2005標準規(guī)定，AB級底片評定的黑度D應在2.04.0范圍內,用X射線透照小徑管或其他截面厚度變化大的工件時，AB級最低黑度允許降至1.5;對評定范圍內的黑度D大于4.0的底片，如所用觀片燈在底片評定范圍內的亮度能夠滿足標準要求，允許進行評定。再對應圖3和表2，黑度范圍在2.47～4.42內，最低黑度2.47也滿足標準要求，最高黑度4.42明顯超出標準規(guī)定的黑度4.0，但是只要提供足夠亮度的觀片燈也符合標準要求。根據(jù)相關論文，黑度越黑對于發(fā)現(xiàn)細小缺陷越有利，在評片時應注意黑度超出4.0區(qū)域內的缺陷，須保證透過底片評定范圍內的亮度應不低于10 cd·m-2，避免出現(xiàn)漏評?，F(xiàn)在性能好的國產觀片燈基本能滿足黑度小于4.5的評片要求。出現(xiàn)的漏檢部位能通過優(yōu)化工藝來避免。

3　結語

對該套管進行無損檢測時，經前期工藝制作、參數(shù)選定、散射線防護以及試驗，最終拍出了符合標準要求的底片。筆者通過提高透照次數(shù)來提高缺陷的檢出范圍，避免了漏檢；通過控制透照參數(shù)，透照布置來控制黑度范圍。表明，進一步改進和完善工藝可以把底片質量控制得更好。

[1]JB/T 4730.2-2005承壓設備無損檢測：射線檢測[S].[2]強天鵬.射線檢測(第2版)[M].北京：中國勞動社會保障出版社,2007.

[3]王加永,劉長亮,王維萍,等.關于小徑管環(huán)向對接接頭射線檢測中缺陷透照畸變的分析[J].無損檢測,2014,36(4):26-28.

[4]傅劍峰.小徑管射線檢測時橢圓成像與垂直透照方法的對比[J].無損檢測,2012,34(6):47-48.

[5]蘇寧,汪根平,陳永山,等.射線能量與曝光時間的數(shù)量關系及其工程運用[J].無損檢測,2014,36(12):28-32.

[6]潘杰,王倉,孟凡輝,等.小徑管透照布置方式的探討[J].無損檢測,2014,36(11):78-80.

X-ray Detection in Casing Butt Weld

LI Zhou-qin1, SHU Hong2, HUANG Jian1, XU Jian-ming2

(1.KLD Thermal Equipment (Zhejiang) Co., Ltd., Hangzhou 310018, China;2.Zhejiang Inspection Center of Special Equipment, Hangzhou 310020, China)

What introduced in this paper is the casing type heat exchanger for steam generator, casing butt weld X-ray detection technology, X-ray photography analysis, and the photography density difference, which can be controlled by the control of photography variables and its arrangement. Further improvement and perfection of the production process can control the quality of the negative better.

Jacketed pipe heat exchanger; Radiography arrangement; Thickness difference; Density distribution

2015-07-16

李周秦(1987-)，男，助理工程師，主要從事無損檢測工作。

10.11973/wsjc201603019

TG115.28

B

1000-6656(2016)03-0079-03