管板與殼程筒體焊接接頭射線檢測

何兆軍*

（江蘇省特種設備安全監(jiān)督檢驗研究院昆山分院）

1 制造固定管板式換熱器時易出現(xiàn)的問題與檢測方法

1.1 制造固定管板式換熱器時存在的問題

換熱器的焊接質(zhì)量會影響設備的使用安全。為了保證設備的安全性能符合法規(guī)要求，需要對設備的焊接以及焊接檢驗進行嚴格的質(zhì)量控制。固定管板式換熱器的管板與殼程筒體焊接處一直是無損檢測時的重點與難點。因該處結(jié)構(gòu)復雜，實施X 射線檢測比較困難，很多企業(yè)對該焊縫僅要求進行表面檢測。相關標準中并未對此作出規(guī)定，但在實際使用過程中，該焊縫常會出現(xiàn)泄漏。

1.2 檢測方法的對比與選用

保證管板與殼程筒體的焊接質(zhì)量，保證設備安全使用，是當前亟急待解決的問題。首先，設計時應降低焊接接頭系數(shù)，增加設備厚度，提高產(chǎn)品的安全性，按照GB 151—2014《熱交換器》標準的規(guī)定，該環(huán)向焊接接頭的焊接系數(shù)可取0.6；其次，制造時應采用氬弧焊打底的焊接工藝，并且每焊一層做一次表面檢測；再次，進行γ 射線檢測。不選用超聲檢測的主要原因是超聲檢測的準確性受到設備結(jié)構(gòu)、材質(zhì)、厚度、人員水平等因素的限制，對該管板與殼程筒體的焊接結(jié)構(gòu)漏檢率較高，選用γ 射線檢測更利于缺陷檢出。

2 γ射線檢測方法

2.1 檢測時機的選擇

管板與殼程筒體的焊接結(jié)構(gòu)很復雜，具體結(jié)構(gòu)形式可見圖1。

圖1 管板與殼程筒體的焊接結(jié)構(gòu)

從圖1 可以看出，換熱管焊接之后，管板與殼程筒體的連接焊縫無法進行射線檢測，因此檢測應在換熱管焊接前進行。換熱管焊接前，筒體兩端焊縫哪邊先與管板焊接，如何檢驗仍然需要確定。合理且有助于射線檢測的做法是在不帶拉桿的管板與筒體焊后進行射線檢測，檢測完成后將帶有拉桿的管板穿管，同時與已完成射線檢測的筒體/管板進行組對、點焊并焊接。將換熱管移動至已完成射線檢測的管板一端，移動距離不小于γ 源的偏移距離，再進行封閉端焊縫的射線檢測。

2.2 透照方式

不同的結(jié)構(gòu)檢測時應選用不同的透照方式。對接焊縫的透照方式可分為縱縫透照與環(huán)縫透照。根據(jù)被透照殼體的直徑以及結(jié)構(gòu)不同，縱縫透照可分為單壁透照和雙壁透照。根據(jù)被透照殼體的直徑以及結(jié)構(gòu)不同，環(huán)縫透照也可分為單壁透照和雙壁透照。環(huán)焊縫雙壁透照時，根據(jù)源側(cè)與焊縫側(cè)的焊縫重影與否可分為雙壁單影與雙壁雙影。選擇透照方式時應綜合考慮各方面因素，選擇靈敏度較高的透照方式。當透照殼程與管板連接焊縫時，內(nèi)部無法貼片，故不適合源在外的單壁透照；其內(nèi)部有一定數(shù)量的拉桿且結(jié)構(gòu)復雜，不適合源在外的雙壁透照，該結(jié)構(gòu)較適于采用γ 源中心透照。

2.3 源的選擇與像質(zhì)計選用

源的種類應根據(jù)殼體厚度來選擇。像質(zhì)計材質(zhì)應根據(jù)被檢設備材質(zhì)確定，像質(zhì)計型號則應根據(jù)殼體厚度來確定。本論文的像質(zhì)計選型是按照NB/T 47013—2015《承壓設備無損檢測》 標準中的照相等級為AB 級進行選型的，具體型號可見表1。

表1 像質(zhì)計型號選用表

根據(jù)表1 可知，當殼體厚度小于10 mm 時，只能采用氬弧焊打底，且焊一層做一層表面檢測來保證焊接質(zhì)量。一般來說，較薄的板成型好，焊接層數(shù)少，容易焊接，也不容易出現(xiàn)缺陷，按照要求進行焊接能夠保證焊接質(zhì)量。但板厚大于等于10 mm 的設備上該處的焊接接頭應進行γ 射線檢測。

2.4 膠片選擇

按照膠片系統(tǒng)分類，膠片可分為C1 ～C6，C1為最高類，C6 為最低類。C1 ～C6 類膠片的對比情況可見表2。

壓力容器使用的膠片不能低于C5 類。但鑒于該結(jié)構(gòu)較復雜，固定管板較厚，拍片時會使膠片產(chǎn)生一定程度的散射。因此，拍片時不僅要考慮背散射的作用，還應該選用顆粒度小、清晰度好、對比度高的膠片，這樣更有利于缺陷檢出。綜合考慮成本等問題，一般拍片時選用C4 類膠片，如AGFA-D4 、AGFA-D5、IX50、IX80等。

表2 C1～C6類膠片對比表

2.5 焦距選擇

焦距對射線檢測靈敏度的影響主要表現(xiàn)在幾何不清晰度上，焦距越大幾何不清晰度越小。為了提高底片的清晰度，保證底片的質(zhì)量，必須規(guī)定一個允許的最大不清晰度。當選用AB 級透照時，最大允許的不清晰度Ug=0.1×b1/3，此時，對應的最小透照距離f=10×d×b2/3。管板與殼程筒體焊接接頭射線檢測采用中心透照，其焦距F=r+b。為了滿足清晰度要求，必須保證r+b ≥f+b。由于結(jié)構(gòu)原因，射線垂直焊縫透照無法實現(xiàn)，射線源需要偏離焊縫一定的距離，故需考慮側(cè)向偏移距離的值，γ 源擺放位置如圖 2 所示。為了保證橫向裂紋檢出率，減小透照厚度差，實現(xiàn)底片黑度均勻，提高底片的質(zhì)量，側(cè)向偏移距離的計算可根據(jù)K 值計算。當選用AB 級透照時，根據(jù)標準可知K ≤1.03；通過計算可知，偏移距離L ≤0.5f。其中：Ug為不清晰度；b 為透照厚度；d 為焦點尺寸；f 為透照距離；r 為筒體內(nèi)半徑；F 為焦距；K 為透照厚度比。

圖2 γ源擺放位置圖

2.6 標記擺放

標記可分為定位標記與識別標記，一般由鉛或其他重金屬組成。識別標記一般應包括產(chǎn)品編號、焊縫編號、部位編號、透照日期等內(nèi)容。返修后的透照應放置返修標記，擴大檢測比例的透照應擺放擴大檢測標記。定位標記由中心標記和搭接標記組成。標記應放在殼程筒體外側(cè)距焊縫邊緣5 mm 以外的部位。

2.7 曝光量的選擇

NB/T 47013—2015 標準規(guī)定，當使用γ 源拍片時，總曝光時間不應少于輸送源往返時間的10 倍。γ 源的能量固定不可調(diào)節(jié)，但是γ 源不斷衰減，能量不斷減少。γ 射線的曝光時間與γ 源的活度有關系，因此在實際檢測中應該繪制其曝光曲線。根據(jù)源的活度選擇相應的曝光時間。

2.8 缺陷評定

底片評定范圍內(nèi)不應存在干擾缺陷影像識別的水跡、劃痕、斑紋等偽缺陷影像，底片黑度應為2.3～4.5，像質(zhì)計顯示的最細絲徑應符合標準的要求。

3 結(jié)論

固定管板式換熱器的管板與殼程筒體間的連接處結(jié)構(gòu)特殊，施焊困難且易出現(xiàn)焊接缺陷。若不進行檢測，在交變應力的作用下缺陷會不斷擴大，最終導致泄漏。使用γ 射線檢測方法進行檢測，可以有效發(fā)現(xiàn)焊接接頭內(nèi)部的缺陷，對缺陷進行返修，保證了焊接質(zhì)量，提高了設備的使用安全性。對于小于10 mm 的焊接接頭，γ 射線檢測方法不宜使用，這是因為標準對γ 源透照厚度具有限制。