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換熱器管子管板焊接接頭無損檢測技術(shù)與評價
2024-02-03

1、前言

換熱器是石油化工行業(yè)的重要承壓設(shè)備,換熱器的泄露與否影響著生產(chǎn)能否正常安全進行,而換熱器的泄露重點在于管子管板焊接接頭的焊接質(zhì)量。研究表明,影響換熱器管頭泄露的主要原因是氣孔類缺陷。

按照我國現(xiàn)有的換熱器制造技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范,換熱器管子管板焊接接頭的質(zhì)量評價,均采用磁粉檢測或滲透檢測,由于這兩種方法的局限性,只能檢出表面及近表面缺陷,導(dǎo)致了焊縫內(nèi)部缺陷無法檢測。隨著各行業(yè)對質(zhì)量要求的日益嚴(yán)格及無損檢測技術(shù)的進步,換熱器管子管板焊接接頭的射線檢測技術(shù)逐漸被開發(fā)并顯得越來越重要。

有研究顯示,通過對管子管板焊接接頭進行射線檢測,換熱器的泄漏率從18%降低到了2%4%,從而減少了生產(chǎn)成本,增加了經(jīng)濟效益。目前,國內(nèi)多家單位已具備管子管板焊接接頭射線檢測技術(shù)。

2、原理

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同常規(guī)射線檢測技術(shù)的原理一樣,管子管板焊接接頭射線檢測也是由于射線在穿透工件過程中與物質(zhì)發(fā)生相互作用,因吸收和散射而使其強度減弱。如果被透照物體的局部存在缺陷,則該區(qū)域的透過射線強度就會與周圍產(chǎn)生差異。把膠片放在適當(dāng)位置感光,經(jīng)過暗室處理后得到底片,由于缺陷部位和完好部位的透射線強度不同,底片上相應(yīng)部位就會出現(xiàn)黑度差異即對比度,在觀片燈上觀察底片就可以看到由對比度構(gòu)成的不同形狀的影像,評片人員據(jù)此判斷缺陷情況,評價工件質(zhì)量。

3、設(shè)備選用

目前,用于管子管板焊接接頭的射線檢測設(shè)備主要有兩種:

1)微焦點放射源(Ir192),典型的源尺寸為φ0.5mm×1mm;

2X射線機(棒陽極X射線機);

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對比兩種檢測設(shè)備,棒陽極X射線機存在以下優(yōu)點:

a、避免了放射源的輸送帶來的風(fēng)險和麻煩;

b、減少現(xiàn)場檢測人員受到的輻射劑量;Ir192放射源半衰期約為74天,而X射線能量可調(diào)節(jié);

c、更高的成像質(zhì)量(棒陽極X射線在鋼中氣孔缺陷的靈敏度小于0.5mm,而Ir192在鋼中氣孔缺陷的靈敏度一般只能達到1mm);

d、解決了Ti材換熱器管子管板焊接接頭的照相靈敏度問題。

因此,微焦點源并不太適用于設(shè)備制造廠家對管子管板焊接接頭的射線檢測,而需采用棒陽極X射線機檢測。

4、透照方法及步驟

1)透照方法

透照布置有“向后透照”和“向前透照”兩種。向后透照使射線源從本側(cè)管板導(dǎo)入管子中,射線源對中較容易,焦距控制較準(zhǔn)確,操作方便,但需在膠片中心打一個孔。因此需解決因打孔引起的打孔位置錯位及孔周圍提前曝光問題;向前透照膠片中心無需打孔,但操作麻煩,必須注意射線源對中。因此優(yōu)先選用向后透照方法,向前透照方法只適用于向后透照技術(shù)所不能適用的場合。

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向后透照

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向前透照

2)焦距的選擇

根據(jù)管子內(nèi)徑選擇焦點-膠片距離,選擇焦點-膠片距離應(yīng)考慮減小投影畸變因素,同時兼顧照相靈敏度因素。當(dāng)管子內(nèi)徑D20mm時,推薦距離為30mm;D2038mm時,推薦距離為40mm。

3)曝光參數(shù)的選擇

射線機管電壓、管電流及透照時間的選擇應(yīng)在設(shè)備允許范圍內(nèi)通過具體工藝試驗確定。通過試驗,管徑為φ24mm,厚度為3mm的管子焊縫,管電壓選用110KV,管電流選用0.5mA,透照時間30s,得到的底片黑度及靈敏度均符合標(biāo)準(zhǔn)要求,成像質(zhì)量良好。管徑為φ24mm,厚度為6mm的管子焊縫可選用管電壓120KV,管電流0.5mA,透照時間1min,均可得到良好的成像質(zhì)量。

5、底片評定

1)底片質(zhì)量要求

底片評定范圍(焊縫和焊縫相連的區(qū)域)的黑度范圍應(yīng)為:A級≥1.24.5;AB級≥1.54.5;B級≥1.84.5

底片上不應(yīng)有明顯的邊蝕散射現(xiàn)象;底片上焊縫影像的變形程度應(yīng)不影響缺陷的識別。在任何情況下,不允許存在以下缺陷:裂紋、未熔合、條形氣孔、蟲形氣孔、局部密集氣孔。球形氣孔、夾渣、夾鎢和氧化物夾雜不應(yīng)超過NB/T47013.2-2015中表A.4的要求。

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2)成像特點分析

主要針對管子伸出管板的角焊縫結(jié)構(gòu)的棒陽極X射線檢測底片成像特點進行研究,具體管頭形式如圖所示

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換熱管與管板角焊縫底片理論成像

換熱管端部內(nèi)徑投影至底片影像直徑為:

D1≈Ф-2T   

式中:T為換熱管壁厚。影像大小與管內(nèi)徑接近,導(dǎo)向管(適配器)與管壁存在一定的間隙,在底片中形成的一圈較黑影像為換熱管端部內(nèi)邊緣;底片中心影像較淡處為射線束透過適配器的影像。

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焊腳端部投影至底片影像直徑為:

D2=(F×Ф)/[F-(L-K)]

影像大小比管外壁直徑略大,與焦距、管伸出長度、焊腳高度有關(guān);換熱管伸出端部影像黑度較焊縫影像黑度淡,焊腳端部影像與換熱管端部外邊緣影像相連,形狀一般不規(guī)則。

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焊縫根部影像直徑為:

D3=(F×Ф)/[F-(L+H)]

影像大小與焦距、管伸出長度、坡口深度有關(guān),換熱管與管板間存在一定組裝間隙,影像中會顯示一圈黑度相對較黑、寬度較小的細(xì)線,當(dāng)焊縫根部熔合較完好時,底片中不會顯示該影像。

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焊縫焊趾影像直徑為:

D4=(F×Ф1)/(F-L)

影像大小與焦距、管伸出長度、焊縫焊趾直徑尺寸有關(guān),影像在底片最外側(cè),當(dāng)補償器設(shè)計不合理或透照參數(shù)選擇不正確時,底片中可能不會顯示影像或影像較淡不易識別。

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3)典型缺陷底片

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6、問題探討

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1)如上表所示,通過管子管板焊接接頭射線檢測對換熱器管子管板焊接質(zhì)量提升較大,產(chǎn)品質(zhì)量明顯提升;

2)管子管板焊接接頭射線檢測存在幾何放大,因此大管徑角焊縫射線檢測可能會存在焊縫影像重疊現(xiàn)象;過小管徑焊縫也會存在成像效果差,目前來看,管子外徑在25mm左右時成像效果最佳。

3)成本問題,在制換熱器管頭眾多,若抽檢則存在返修復(fù)探甚至擴探問題,若全檢則時間成本及經(jīng)濟成本較高。目前每班管頭射線檢測數(shù)約200根,每張真空膠片進貨價約16元,實際每張底片最終成本達40-50元。

7、發(fā)展前景

1)棒陽極X射線檢測+CR檢測

利用棒陽極X射線機+CR檢測IP成像板組合檢測,可省去暗室操作步驟,幾乎不存在環(huán)境污染問題,大大提高拍片一次合格率,并且能實現(xiàn)檢測圖像的數(shù)字化,圖譜只需存儲于電腦硬盤即可同時實現(xiàn)多人在線分析。

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