浅谈小径管的射线透照工艺

目录
摘要： (2)
前言： (3)
1.椭圆成像透照布置的快速确定 (3)
2.透照3次时相隔120°和60°的选择 (5)
3.曝光参数修正 (6)
4、厚壁小径管透照工艺分析 (7)
4.1 大厚度比试件透照技术 (7)
4.2 管电压 (7)
4.3 曝光量 (8)
4.4 象质计 (9)
5.检测时机 (9)
参考文献 (10)
浅谈小径管的射线透照工艺
摘要：
在石油化工装置建设过程中，小径管射线检测的一次拍片成功率往往比较低。

本文介绍了一种快速且不易出错的透照布置方式和分析了2种透照方式的优劣及对透照工艺的优化，以提高小径管的一次拍片成功率。

根据不同的技术标准探讨厚壁小径管对焊接缝X射线探伤的透照工艺。

通过分析，选择出合适的透照工艺，以获得较好的底片质量。

关键字：小径管；透照；曝光参数；X射线探伤；工艺分析
On the trail of radiographic tube
Summary:
Petroleum chemical plant construction in the process, a film is often relatively low success rate of small diameter tubes ray detection. This paper presents a fast and less error-prone transillumination layout and analysis of the two kinds of ways transillumination transillumination merits and optimization of the process, in order to improve small-diameter tube success rate of a film.
Explore the walled small diameter tubes welded seam transillumination technology X-ray detection techniques based on different criteria. By analysis, selection of suitable transillumination process, in order to obtain a better film quality.
Keywords: small diameter tubes; transillumination; exposure parameters; X-ray detection; Process Analysis
前言：
目前在电站锅炉安装和检修中,小径管对接焊缝为数甚多,随着大容量(>1000t/h)、高参数(亚临界压力、540℃)电站锅炉的发展,面临着许多厚壁小径管对接焊缝的检验问题。

例如电站锅炉中的省煤器悬吊管、水冷壁悬吊管以及末级过热器等受热面小管对接接头，好多都是厚壁小径管。

因结构、成本和时间等诸多因素限制,对小径管焊缝射线探伤多采用双壁双影一次椭圆成像透照，在对这些厚壁小径管的对接接头的检测中，底片质量和检出范围难于保证,所以探讨如何合理地选择透照工艺,以便扩大电站锅炉厚壁小径管对接焊缝双壁双影一次成像的检出范围,并确保危险缺陷(裂纹和根部缺陷等)的检出率,以及如何有效监测底片检出范围和灵敏度等问题,具有十分重要的意义。

射线照相是无损检测的主要方法之一，由于它能直接获得缺陷的直观图像，对缺陷的定性，尺寸的定量比较准确，而且结果可以长期保存，所以被广泛采用。

同时由于射线照相对体积型缺陷（气孔、夹渣等）的检出率很高，所以在小径管探伤中得到了更多的应用。

1.椭圆成像透照布置的快速确定
外径D0≤100mm的管子称为小径管，根据JB/T4730.2-2005标准规定，同时满足T（壁厚）≤8mm和g（焊缝宽度）≤D0/4的小径管应采用倾斜透照方式椭圆成像。

小径管椭圆成像常规透照布置首先必须计算偏移距离，再根据偏移距离来摆正射线机和工件的相对位置，偏移距离L0计算公式为：L0=（b+q）L1/L2=（b+q）[F-（D0+△h）]/（D0+△h）（1）
式中：L1——射线源到工件的距离；
L2——工件到胶片的距离；
△h——焊缝余高；
b——焊缝宽度；
q——椭圆开口宽度（椭圆影像短轴方向间距）。

小径管在石油化工管道装置、高温、高压蒸汽锅炉、热水锅炉中广泛存在。

以一台300MW的火力发电机组为例：它一台1060t/h的锅炉安装焊口总数大约18000道左右，而小径管焊口就约为15000左右，约占83%。

由于现场小径管规格繁多，
D0、△h、b都不尽相同，实际检验过程中一一计算偏移距离略显复杂，而且由于现场安装管道所处的位置差异，拉开焦距之后再量定偏移距离也是比较困难的。

一般射线机发射的X射线束约为40°左右的立体锥角，为了使被检工件焊缝处于射线辐射场之内，射线机头需有一定的偏转，偏转不当将使得被检工件焊缝处于射线辐射场之外，造成曝光失败。

为了提高检测效率和拍片成功率，现介绍一种适合现场检验使用的透照方法，检验方法示意如图1所示。

（1）根据标准要求确定射线机焦点至工件表面的距离L1，将射线机放置在这一距离位置；
（2）在工件的胶片侧选取点A，使A点到焊缝边缘的距离大致等于焊缝宽度；
（3）在工件的射线源侧选取焊缝边缘的B点；
（4）用一细线连接AB两点，绷紧拉直，调整射线机焦点处于D点位置；
（5）以D点为轴旋转射线机，使射线机窗口中心C点也处于ABD直线上；
使用此方法有以下优点：
（1）无需计算偏移距离，所以特别适合现场检测使用，可实现快速检测；
（2）椭圆开口宽度较好控制，成像美观；
（3）可以保证使用射线机的主射线进行检测，检测灵敏度较高；
（4）方法简便易学，现场检测不易出错。

2.透照3次时相隔120°和60°的选择
JB/T4730.2-2005标准规定，小径管环向对接焊接接头100%检测透照3次时，一般应相隔120°或60°透照3次。

但是相隔120°透照和相隔60°透照对检测结果有什么区别并没有指出。

经过分析，笔者认为二者之间还是有一定区别的。

现在以倾斜透照椭圆成像来分析二者的区别，如图2所示，如果将小径管按120°分割成等分的3个部分。

因为在AB段几何不清晰度和影像畸变都最小，所以缺陷检出率无疑是最高的，现将此段称为检测最优段，则相隔120°透照和相隔60°透照检测最优段的覆盖情况如图3、图4所示。

由此可知，倾斜透照椭圆成像相隔120°透照3次时检测最优段可正好覆盖整条焊缝，而相隔60°透照3次时检测最优段无法覆盖到图4所示的A3-B1段，即整条焊缝的1/3区域。

同理可知，垂直透照重叠成像和倾斜透照椭圆成像检测最优段
覆盖情况相同。

所以为了保证小径管缺陷检出率，在现场条件允许的情况下，应尽可能采用相隔120°透照。

3.曝光参数修正
因透照小径管时，焦距远大于管子直径，射线束可粗略地看作是平行入射于管子。

透照厚度情况如图5所示。

在不考虑焊缝余高的情况下，透照厚度最小值为管壁厚度的2倍（即2T），理论最大值为假定射线束与内圆相切时的射线行程，即[2]。

如果考虑焊缝余高，则透照厚度最小值不变，而透照厚度最大值为：
如：石油化工管道中常见的φ60×4mm焊口，在不考虑焊缝余高的情况下，最小透照厚度为8mm，最大透照厚度为30mm。

若焊缝余高为2mm，则最大透照厚度为37.3mm。

所以在小径管透照时曝光参数的选择应适当增加管电压，以满足透照厚度宽容度的需要。

具体做法为：
（1）根据焦距计算所需最小曝光量：JB/T4730.2-2005标准规定700mm焦距时，AB级检测曝光量应不小于15mA·min，当焦距改变时按平方反比定律进行换算；
（2）查找曝光曲线，选取符合曝光量的管电压，如果有多组曝光参数满足要求，取管电压高的一组；
（3）考虑到焊缝余高和偏移照射所引起的透照厚度增大和透照厚度不均匀所需的宽容度要求，根据有关研究，管电压应增大20KV至25KV；
如：某一小径管透照时，焦距800mm，根据平方反比定律计算，最少需要19.6mA·min的曝光量。

查得曝光曲线时有管电压125KV，曝光量25mA·min和管电压130KV，曝光量20mA·min两组曝光参数满足要求，则取后者。

并且将管电压再
增大20KV至25KV作为最终曝光参数。

4、厚壁小径管透照工艺分析
4.1 大厚度比试件透照技术
射线透照常规工艺允许试件有一定的厚度差异，在射线底片上所能显示的厚度范围（符合标准规定的黑度上下限范围，如1.5～3.5），就称为RT厚度容度。

但若试件厚度差过大，就会使透照质量失效，要解决此问题，必须采用一些特殊工艺或技术措施。

试件厚度差异的大小可用试件厚度比来衡量，试件厚度比可定义为一次透照范围内试件的最大厚度与最小厚度之比，用表示。

当大于1.4时，可以认为属于大厚度比试件。

大厚度比试件对射线照相质量的不利影响主要表面在两个方面：一是因试件厚度差较大导致底片黑度差较大，而底片黑度过低或过高都会影响射线照相灵敏度；二是因试件厚度变化导致散射比增大，产生边蚀效应。

对大厚度比试件透照的特殊技术措施包括适当提高管电压技术，还有双胶片技术和补偿技术。

1）适当提高管电压
随着管电压的提高，底片上不同部位的黑度差将减小，这样，在规定的黑度范围内，可以容许更大的试件厚度变化范围，即提高管电压可以获得更大的透照厚度宽容度。

此外，对厚度变化的试件透照，提高管电压可以减少散射比，降低边蚀效应。

但是射线能量提高后，衰减系数减小，从而会导致对比度减小，对射线照相灵敏不利。

因此，管电压不能任意提高。

2）双胶片技术
对厚度差较大的工件，可以采用在一只暗盒里放两张胶片同时透照的技术。

暗盒里放置的两张胶片一般应选用感光度不同的两种胶片（异速双片法），其中感光度较大的胶片适用于透照厚度较大部位的观察评定。

另一种是在暗盒中放置感光速度相同的两张胶片（同速双片），观片方法是对黑度较小部位重叠观察评定，对黑度较大部位，用单片观察评定。

3）补偿技术
补偿技术是指用补偿块、补偿粉、补偿泥、补偿液等填补工件较薄部分，使透照厚度差减小的方法。

4.2 管电压
适当提高管电压是透照大厚度比试件最常采用的，也是最简便的方法。

提高管电压可以获得更大的透照厚度宽容度，对厚度变化的试件透照，提高管电压也可以减小散射比，降低边蚀效应。

但是提高管电压后，由式：＝12.4/KU（1）
式中－射线波长
K－常数系数
U－管电压
得出，若提高管电压U，则会减小射线波长。

又因为：
（2）
式中－吸收系数
K－常数系数
－被透照工件密度
Z－被透照工件原子序数
－射线波长
对于同一种工件来说，密度和原子序Z是不变的，衰减系数与吸收系数是同一个值即＝，所以，若射线波长的减小，导致衰减系数的减小。

而底片对比度：（3）
式中－底片对比度
－胶片对比度
－衰减系数
－被透工件厚度差
综上（1）－（3）式可得出：胶片和被透工件一定的情况下，若过多的提高管电压U，会造成底片对比度减小，这对射线照相灵敏度不利。

4.3 曝光量
JB/T 4730.2—2005射线检测部分中，管电压无具体要求，X射线照相，当焦距为700mm时，曝光量的推荐值为：A级和AB级射线检测技术不小于15mA·min；B 级射线检测技术不小于20mA·min；按此标准要求的曝光量透照，要求管电压较低，而对于小径管双壁投影来说，壁厚差很大，必然造成对比度过大，底片质量将不合格。

DL/T 821-2002 标准中，管电压也无具体要求，对外径小于或等于76mm的管子，其焊缝采用双壁双投影法透照时，允许一次透照并应选择较高管电压，曝光量宜控制在7.5mA·min以内，管子内壁轮廓应清晰地显示在底片上。

若按此标准中要求的曝光量，而使底片符合要求，则必须提高管电压，这又造成底片对比度较低，底片质量也不能保证。

通过实践证明，对于8～12mm的厚壁小径管，采用240kV管电压，曝光量为13 mA·min～15 mA·min，标准焦距为600mm，各项技术指标均达到要求。

如果透照焦距受实际条件限制不能达到600mm，则按下式计算，来修正曝光量。

式中－焦距600mm时的曝光量
－焦距改变后修正的曝光量
－600mm的焦距
－变化后的焦距
而曝光量E=管电流I×曝光时间t，并且现实所用X射线机管电流均为5mA，所以，在上式中用时间t代替曝光量E。

4.4 象质计
小径管椭圆透照时，按DL/T821-2002标准规定采用Ⅰ型专用象质计，即由五根直径相同的金属丝和铅字符号组成，按下列公式计算透照厚度选择金属丝的直径。

式中－透照厚度
D－管子外径
T－管子壁厚4、结论: 厚壁小径管X射线透照工艺选择，各标准规定不尽相同，各有一定的优缺点。

实践证实，厚壁小径管采用上述透照工艺，既能达到较好的底片质量，又能获得较大的透照有效长度。

壁厚小径管X射线透照涉及几何不清晰度Ug（焦距适当即可满足要求）、灵敏度、黑度、对比度等。

按上述管电压、曝光量透照工艺透照出的底片，清晰度好、灵敏度高，对比度较佳、黑度范围也符合标准要求。

为安全生产提供了有力的技术保证。

5.检测时机
由于小径管透照需要比较大的焦距和活动空间，无法像透照普通管道那样直接将探伤机捆绑在被检件上进行。

对于一些管廊上架空的焊口和一些限制了探伤机移动区域的焊口将难以检测，所以对于此类焊口应尽可能的在预制阶段检测，这需要施工单位的大力配合。

参考文献
[1]JB/T4730.2-2005，承压设备无损检测：射线检测.
[2]强天鹏.射线检测[M].中国劳动社会保障出版社（第2版）.
[3]罗更生，邬冠华.基于RT技术的小径管焊缝质量控制的试验研究[J].中国特种设备安全，2010，9。