管子-管板角焊缝射线检测浅析

管子-管板角焊缝射线检测浅析
王帅;王立淼;王春华;王志光
【摘要】As the cooler for compressor auxiliary, it relates to the normal operation of compressor. However, the welding quality of pipe-tube sheet fillet weld is one of keys of controlling the quality of cooler. How to effectively control the quality of welding of pipe-tube sheet fillet weld is presented in the paper. The method, analysis of equipment and application referred in the radiation de-tection technology of the added pipe-tube sheet fillet weld requirements in the standard of "Nondestructive Testing of Pressure E-quipment" have verified that the detection method has certain significance for controlling the quality of pipe-tube sheet fillet weld.%作为压缩机辅机的冷却器关系到压缩机能否正常运行,而管子-管板角焊缝的焊接质量是冷却器质量控制的关键之一.那么如果有效的控制管子-管板角焊缝的焊接质量那?本文通过对"承压设备无损检测"标准中增加的管子-管板角焊缝射线照相技术要求中所涉及到的方法、设备的分析和应用验证了该检测方法对管子-管板角焊缝焊接质量控制存在的重大意义.
【期刊名称】《压缩机技术》
【年(卷),期】2017(000)006
【总页数】4页(P47-50)
【关键词】压缩机;冷却器;管子-管板角焊缝;射线检测
【作者】王帅;王立淼;王春华;王志光
【作者单位】沈阳鼓风机集团股份有限公司,辽宁沈阳 110869;沈阳鼓风机集团股份有限公司,辽宁沈阳 110869;沈阳鼓风机集团股份有限公司,辽宁沈阳 110869;
沈阳鼓风机集团股份有限公司,辽宁沈阳 110869
【正文语种】中文
【中图分类】TH457
压缩机是将驱动机的机械能传给气体，提高气体的压力和速度，用来压缩与输送气体的机械，应用极为广泛。

在石油化学工业、机械制造业、冶金业、土木工程、制冷与气体分离工程以及国防工业中，压缩机是必不可少的关键设备之一，因此压缩机因其用途广泛被称为“通用机械”。

压缩机通常需要设置中间冷却器，因为气体在压缩过程中温度升高，而气体在高温下压缩，消耗功将会增大，为了减少压缩耗功，因此对压力较高的压缩机在压缩过程中采用中间冷却器，即由某中间级出口的气体，不直接进入下一级，而是通过蜗室和出气管进到外面的中间冷却器进行冷却，冷却后的低温气体再经吸气室进入下级压缩。

作为压缩机辅机的冷却器是换热器的一种。

换热器按照传热原理不同分为间壁式换热器、蓄热式换热器、直接接触式换热器、流体连接间接式换热器等，其中间壁式换热器是目前应用最为广泛的换热器。

间壁式换热器有管壳式、套管式和其他型式的换热器，管壳式换热器是最典型的间壁式换热器，历史悠久，占据主导作用。

其工作原理是一种流体在管内流动，其行程称为管程；另一种流体在管外流动，其行程称为壳程。

管束的壁面即为传热面。

其主要优点是单位体积所具有的传热面积大，传热效果好，结构坚固，可选用的结构材料范围宽广，操作弹性大，因此在高温、高压和大型装置上多采用管壳式换热器。

为提高壳程流体流速，往往在壳体内安装一定数目与管束相互垂直的折流挡板。

折流挡板不仅可防止流体短路、增加流体流
速，还迫使流体按规定路径多次错流通过管束，使湍流程度大为增加。

常见的列管换热器主要有固定管板式、带膨胀节的固定管板式、浮头式和U形管式等几种类型。

常用的气体冷却器一般包括筒体、管束、折流板、缓冲挡板、定距管、滑块、滑动板等部件，其中管子-管板焊缝的焊接质量是气体冷却器质量控制的关键问题之一。

通常管子-管板焊缝的结构形式为凸出管板形成的角焊缝（图1）和与管板平齐的
平焊缝（图2）。

在“NB/T47014-2011中的附录D换热管与管板焊接工艺评定
和焊接工艺附加评定”中规定了管子-管板焊接的主要检测项目有：渗透检测、金
相检测（宏观）和角焊缝厚度测定。

当采用非荧光溶剂去除型渗透检测方式进行渗透检测时，渗透检测的程序包括预清洗、干燥、施加渗透剂、去除表面多余的渗透剂、施加显像剂、干燥处理、施加显像剂、观察及评定和后处理。

由于渗透检测只能检测非多孔型材料的表面开口型缺陷，并且对结构形式为角焊缝进行渗透检测时，由于管束排列非常密集，进行渗透检测程序中去除表面多余渗透剂工序的操作时非常困难，几乎无法按照标准的方法清除多余渗透剂，如果通过直接喷涂清洗剂的方式施加则会产生过清洗的情况，所以通过渗透检测的方法检测管子-管板角焊缝结
构形式的焊缝时无法得到满意的检测结果。

在国家能源局发布的行业标准NB/T47013.2-2015承压设备无损检测第二部分射
线检测的附录A中增加了管子-管板角焊缝射线照相技术要求，对其意义、原理、适用范围、工艺、工装和焊缝质量验收标准进行了规定，使管子-管板角焊缝的射
线检测有了依据，现通过对以上内容的分析对管子-管板角焊缝射线检测进行简单
的介绍。

该附录适用于管壳式列管热交换器和管壳式反应器的管子与管板角接焊接接头的射线检测，焊接型式为密封焊，强度焊角焊缝射线检测也可参照该附录，但灵敏度和缺陷评定应另作规定。

在GB151 5.8.1中给出的定义中，密封焊系指保证换热管
与管板连接密封性能的焊接。

强度焊系指保证换热管与管板连接的密封性能及抗拉脱强度的焊接。

被检测的管子内径应为12.5～80 mm，厚度1.0～5.0 mm，用于制作焊接接头的金属材料包括钢、钛及钛合金、镍及镍合金、锆及锆合金等。

根据设备器材条件和技术工艺要求以及检测灵敏度、缺陷检出率和测量准确度的不同，射线检测的技术等级分为三级：A级-低灵敏度技术；AB级-中灵敏度技术；B-高
灵敏度技术，通常设计未做特殊要求的情况下检测技术等级为AB级。

根据射线源、管束及底片的位置不同，管子-管板射线检测的透照方式分为向后透
照和向前透照。

其中向后透照为底片放置于射线源后方的透照方式。

当采用此法检测时，射线源通过刚性导管从本侧管板导入管子中，射线源对中较容易，射线源-
胶片距离控制较准确，实施照相操作较方便，但需要专用射线源和工装，所用的胶片中心必须打一个孔，孔的直径应与源棒相匹配。

而向前透照为底片放置于射线源前方，用此法检测时，射线源通过柔性或刚性导管从对侧管板导入管子中，并穿越管子全长到达所需的位置实施照相，可以使用普通γ射线机，所用的胶片中心不
需要打孔，但操作较麻烦，如管内行程较远、定位困难、操作难度大、检测速度慢等，特别是U型管束，这一问题更加突出，而且必须注意射源对中，并需要控制
所需要的射线源-胶片距离。

因此采用X射线照相设备向后透照方式进行检测时可以更容易的进行检测操作并取得满意的检测结果，而在向后透照方式无法使用的场合可选用向前透照方式，但检测的技术等级仅限于A级。

在进行管子-管板角焊缝射线检测时所用到的设备及工装包括射线照相设备、胶片、增感屏、滤板、补偿块、灵敏度焊接试样和散热块等。

管子-管板角焊缝射线检测可以选择X射线或γ射线。

X射线照相设备（图3）采
用微焦点棒阳极X射线管；γ射线照相设备应采用微焦点Ir192源。

管子-管板角焊缝射线检测所使用的胶片尺寸一般不小于100 mm×100 mm，胶
片系统按照GB/T19348.1分为六类，即 C1、C2、C3、 C4、C5、C6。

C1为最
高类别，C6为最低类别。

当采用X射线设备检测技术等级为AB级进行检测时，应采用C4类或更高类别的胶片。

胶片中心打孔可以通过机械加工或者手工方式制作。

增感屏一般使用0.03 mm的铅质增感屏，当使用γ射线透照并且使用厚度为0.03 mm的铅质增感屏真空包装胶片时，可在暗盒与工件之间使用锡板作为滤板。

补偿块（图4）是为了减少散射线和透照厚度差，使底片评定区获得均匀的黑度所采用的专用工具，同时还能保证射源的对中。

它是根据需要进行检测的管子-管板的角焊缝型式而专门制作的，同时其外径一般不小于管内径-1 mm，材质一般应与管的材质种类相同，也可使用原子序数低的材料制作。

检测灵敏度的定义是检测最小缺陷的能力，一般以有效检出工件中某一规定尺寸大小的缺陷作为度量。

射线检测底片影像灵敏度是通过像质计进行测定的，而由于使用像质计会增大焊缝到胶片的距离，管子-管板角焊缝正式实施检测时不要求使用像质计。

管子-管板角焊缝射线照相的灵敏度由灵敏度鉴定试验保证，该鉴定试验应在对管子-管板角焊缝正式实施检测前进行。

制作专用的管子-管板角接焊接接头灵敏度焊接试样（图5）的管子材质和规格尺寸应与实际产品相同，在焊缝中心线上采用冲或钻（推荐使用钻的方法方便控制小孔的深度）方法至少加工间隔90°的不同深度的4个小孔，孔的形状可以是半圆球形、锥形或平底孔。

密封焊角焊缝当采用AB级照相技术等级时要求识别的孔深为0.5 mm，而强度焊角焊缝要求识别的孔深应由合同双方商定，当使用B级检测技术等级时识别的孔深应达到0.3 mm。

正式产品实施检测的设备、工装、材料和工艺参数应与灵敏度鉴定试验所用的设备、工装、材料和工艺参数相同，如发生改变应重新进行射线检测灵敏度鉴定试验。

散热块（图6）外径尺寸可以参照补偿块，中心加工一个与阳极棒相匹配的螺纹，当进行X射线检测时接触管束内壁，可以在帮助阳极棒散热的同时把补偿块固定
在胶片和散热块中间，避免补偿块在管束内移动造成透照厚度的变化影响底片质量。

制作散热块可以选择导热系数高的金属材料（例如铜）。

射线检测应在焊接完成以后，采用适当的工艺去除管内壁及附近和管外侧上多余的和不规则的金属，这是为了方便检测时补偿块可以顺利的放入管束内，同时可以保证底片上缺陷的影像不会被干扰或者混淆；在表面准备好了以后进行表面的裂纹检测，方法通常采用渗透检测。

对于有延迟裂纹倾向的低合金高强钢、低合金耐热钢和一些马氏体不锈钢等最少应该延迟到焊接完成24 h以后才能进行检测；而对于有再热裂纹倾向的低合金高强钢应当在热处理后增加一次无损检测。

在射线检测前，应该在被检工件上对准备检测的管子-管板的焊接接头作出标记已方便检测以后进
行区分和辨认。

管子标识可使用记号笔或粉笔，管板标识通常使用钢印。

管子-管板射线底片同样需要进行标识，但和常规射线检测不同的是不使用铅字而
是采用记号笔或者打印法来进行标识。

不过采用打印法标识时，由于需要应在曝光前用钢印打击胶片会造成暗袋和增感屏的损坏，增加检测成本。

底片（图7）评定范围不仅包括被检管子-管板角焊缝，还包括相邻管子-管板角焊缝的部分成像区。

在底片上，标记影像应显示完整、位置正确，采用AB级技术等级时黑度范围为1.5～4，5，底片上不应有明显边蚀散射现象，焊缝影响的变形程度应不影响缺陷的识别。

管子-管板角焊缝的缺陷按照性质可分为裂纹、未熔合、条形气孔、虫形气孔、局
部密集气孔、球形气孔、夹钨和氧化物夹杂以及根部咬边等类型，而在制造过程中经常出现的缺陷为表面裂纹、咬边和根部未熔合；裂纹属于焊接结构中最危险的缺陷，可以通过渗透检测和射线检测两种方法来进行控制；而根部未熔合使焊接接头的承载面积减小和应力集中，其危害性仅次于裂纹，只能通过射线检测进行控制；咬边则属于表面缺陷可以通过目视、渗透或者射线检测三种方式进行检测。

通过该标准的实施使管子-管板角焊缝的射线检测，成为了检测角焊缝内部及根部
缺陷的重要手段，在制造过程中普遍应用该检测技术以后，能够及时的发现管子-管板角焊缝的焊接质量问题，必然会大大延长换热器产品的使用寿命，节省大量的维修费用和由于换热器故障造成的经济损失，同时也会提高产品的竞争力。

【相关文献】
[1]NB/T47013-2015，承压设备无损检测[S].
[2]NB/T47014-2011，承压设备焊接工艺评定[S].
[3]GB151-2014，热交换器[S].
[4]强天鹏，徐卫，等.管子-管板焊缝的射线照相无损检测技术[J].化工设备与管理，2008，45（6）.。