高壓加熱器管程封閉焊縫的射線檢測方法

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（哈爾濱鍋爐廠有限責(zé)任公司，哈爾濱 150046）

普通容器環(huán)焊縫的無損檢測，多采用源在容器內(nèi)中心透照或者源在容器外單壁透照的射線檢測方法，再加上在焊縫雙面雙側(cè)實施脈沖反射法超聲波檢測的方法，一般認為這樣就可以很好地保證焊縫的內(nèi)部質(zhì)量。然而對于高壓加熱器一類的內(nèi)件復(fù)雜的容器，多采用先安裝內(nèi)件后套外殼的工序生產(chǎn)，殼體的封閉焊縫檢測就成了難點。這種結(jié)構(gòu)的焊縫裝配很困難，錯邊在所難免，焊接一般也都采用單面焊雙面成型，由于內(nèi)部不可達而無法清根，焊縫根部很容易焊接不良，未焊透、焊瘤、燒穿等缺陷時有發(fā)生。內(nèi)件阻礙放置射線源或布置射線膠片而導(dǎo)致常規(guī)的射線檢測無法實施，超聲波檢測也只能實現(xiàn)單面雙側(cè)檢測，根部信號判定困難，很容易造成漏檢錯判。

筆者以高壓加熱器管程封閉焊縫的射線檢測為例，介紹一種射線檢測方法，使這類結(jié)構(gòu)的封閉環(huán)焊縫無損檢測順利實施，有效控制這類焊縫的焊接質(zhì)量。

1 射線照相檢測的難點

圖1為某核電站常規(guī)島高壓加熱器管程段封閉焊縫處內(nèi)部結(jié)構(gòu)（尚未穿管系）。圖中箭頭所指即為短筒身封閉縫的焊縫坡口。

如圖1所示，高加管程殼體內(nèi)部結(jié)構(gòu)復(fù)雜：有換熱管系、固定管系的管系隔板、管系外圍還有包殼，管程進水和出水部分的包殼厚度還不同，并且包殼并不一定與外殼是同心圓形，還有可能是六方形的，管系包殼與筒身外殼之間還有立板。如此復(fù)雜的結(jié)構(gòu)，一般都認為殼體封閉后無法對封閉焊縫實施射線照相檢測。

圖1 高壓加熱器管程內(nèi)部結(jié)構(gòu)

但是仔細觀察會發(fā)現(xiàn)，立板和隔板雖然與殼體垂直，但是距離外殼封閉焊縫有一定的距離。包殼距離管系很近，距離殼體焊縫相對較遠。如果在換熱管中放置射線源，并且射線源的位置正好在外殼體封閉焊縫中心線的話，就可以避開包殼立板和管系隔板的影響。換熱管中的射線源距離管系包殼很近，包殼的影像會被沖淡，不會影響封閉焊縫影像的評定。

2 射線檢測試驗

設(shè)計一種方案，利用在換熱管中放置射線源對封閉的焊縫進行γ射線照相。如圖2所示。

圖2 射線檢測方案

普通的源導(dǎo)管無法放入換熱管中，為了配合這種放源方式，特制一個導(dǎo)源工裝。該工裝配合換熱管內(nèi)徑而定，既可以靈活進出換熱管，又使源辮組件在其內(nèi)運行通暢無阻。如圖3所示，導(dǎo)源管工裝上的黑色膠圈為定位標(biāo)記，用于確保射線源位于外殼封閉焊縫中心線位置。

圖3 特制換熱管導(dǎo)源工裝

在具備了檢測的設(shè)備條件后，在產(chǎn)品上進行試驗。某火電高壓加熱器，經(jīng)過查圖紙和實際測量，得到管板外表面（也就是導(dǎo)源管工裝上黑色標(biāo)記位置）到外殼封閉焊縫中心線距離為1 545 mm，換熱管系外包殼厚度8 mm，換熱管尺寸為φ15.88 mm×2.0 mm。殼體封閉焊縫區(qū)筒身尺寸為φ1 600 mm×18 mm，材質(zhì)16CrMo R，焊縫為V型坡口，單面焊雙面成型，V 字夾角為 60°（單邊各 30°），鈍邊1.5 mm，間隙2 mm。

選用的射線檢測標(biāo)準為JB/T 4730.2—2005，檢驗級別為AB級，驗收級別為Ⅰ級。根據(jù)JB/T 4730.2—2005，AB級檢測技術(shù)應(yīng)該使用T3類或更高級別的膠片。前后增感屏應(yīng)該使0.1～0.2 mm鉛屏，使用鋼制線型像質(zhì)計。允許的透照厚度比為K不大于1.1。AB級192Ir允許的透照厚度為20～100 mm，雖然焊縫厚度為18 mm，但是管系外還有一層包殼，厚度為8 mm，所以是滿足透照厚度要求的。射線源至工件表面距離滿足f不小于10 d·b2/3。源焦點d為3 mm，射線源測工件表面至膠片距離b為18 mm，公式計算得f為不小于206.049 mm?？紤]到源在內(nèi)單壁透照時，f值可以減小，但減小值不應(yīng)超過規(guī)定值的20%，則最小f應(yīng)該為164.8 mm。于是，最小焦距（射線源到膠片距離）為182.8 mm。底片黑度要求為2.0≤D≤4.2。像質(zhì)計置于膠片側(cè)，AB級，公稱厚度為18 mm，則應(yīng)識別絲號為12號（0.25 mm）。

計算焦距（射線源到膠片距離）方法：可以直接量出管孔中心到管板外圓面距離，通過圖紙計算或?qū)嶋H測量也可以算出管板外表面到筒體外表面距離，則焦距為F＝l1－l2。放射源為192Ir，源焦點尺寸為φ3 mm×3 mm，膠片使用富士－80，相當(dāng)于T2類膠片，膠片尺寸為108 mm×272 mm。焊縫外表面是磨平的，為了在底片上確定焊縫邊緣，在焊縫邊緣處放置鉛字標(biāo)記。

射線源置于換熱管中，管系外還有一層包殼，然后才是殼體。換熱管厚度為2.0 mm，包殼厚度為8 mm，殼體厚度為18 mm，焊縫余高磨平，于是可以得出射線穿透厚度為8＋18＝26 mm（換熱管厚度2 mm忽略不計）。計算Ug值時，射線源測工件表面至膠片距離取18 mm。放射源置于不同的管孔位置會有不同的焦距，需要實際測量。像質(zhì)計置于膠片側(cè)，源在內(nèi)偏心放置單壁透照，源活度53Ci，曝光時間根據(jù)焦距不同分別計算。

射線檢測試驗數(shù)據(jù)見表1。

表1 管程封閉焊縫射線檢測試驗數(shù)據(jù)

根據(jù)焦距不同以及射線穿過厚度不同，曝光時間從25 s到120 s不等。從底片上看，這是一種切實有效的射線透照方法。下面重點介紹三個典型位置的射線底片，如圖4～6所示。

如圖4所示為最靠近焊縫的邊緣管孔（此換熱管與外殼之間沒有其它換熱管），焦距為213 mm，曝光時間40 s。底片成像質(zhì)量良好，像質(zhì)計靈敏度也符合要求，底片上有明顯未焊透影像。底片右側(cè)出現(xiàn)“白頭”，黑度較?。―＝1.7），分析原因是因為射線源沒有在底片中心位置，導(dǎo)致離射線源較遠的一側(cè)出現(xiàn)“白頭”。這種射線照相方法的一次透照長度較短，一次透照只能曝光一張底片，外殼封閉焊縫的分段標(biāo)記要比普通環(huán)縫射線照相的分段短一些。

如圖5所示為遠離邊緣的第三排管孔，焦距為243 mm，曝光時間120 s。底片上焊縫的未焊透影像清晰，有明顯橫向的“白印”，像質(zhì)計兩側(cè)各一個并影響評定。經(jīng)理論計算分析，“白印”可能是第二排和第一排換熱管管壁導(dǎo)致。因此，這種射線照相方法只能使用管板最邊緣的一排管孔的換熱管來放源。

如圖6所示為第一排管孔，焦距為303 mm，曝光時間80 s。底片影像質(zhì)量良好。黑度2.6～3.0。這次射線源的位置正好處于膠片的中部，底片黑度比較均勻，沒有“白頭”。在以后的檢測中，都要采用這樣的位置。

3 實際檢測應(yīng)用

在某核電常規(guī)島高壓加熱器管程封閉焊縫的檢測實際應(yīng)用上，收到了良好的效果。

下面列出幾種焊接部位缺陷的射線底片。

如圖7所示，射線檢測方法屬于環(huán)向焊縫源在內(nèi)透照布置。焊縫外表面最靠近射線膠片，檢測靈敏度高，易在射線底片上形成影像。焊縫影像清晰，能看到明顯的立焊焊接波紋影像，像質(zhì)計靈敏度也滿足JB/T 4730.2—2005要求。此底片在一定程度上顯示焊縫最靠近射線膠片部位，也就是最利于發(fā)現(xiàn)缺陷部位的影像靈敏度。

如圖8所示，射線檢測方法屬于環(huán)向焊縫源在內(nèi)透照布置。焊縫內(nèi)表面遠離射線膠片，檢測靈敏度低，難以在射線底片上形成影像。焊縫為帶襯板的氬弧焊封底焊縫，氬弧焊焊道明亮清晰，襯板拼接焊縫有明顯的未焊透影像。此底片在一定程度上顯示焊縫遠離射線膠片部位，也就是最不利于發(fā)現(xiàn)缺陷部位的影像靈敏度。

圖4 邊緣管孔放源照相底片

圖5 第三排管孔放源照相底片

圖6 第一排管孔照相底片

圖7 焊縫立焊焊接波紋影像

圖8 襯板拼接焊縫未焊透影像

圖9 坡口未熔合影像

如圖9所示，采用源在內(nèi)透照布置。對于焊縫內(nèi)部缺陷，這種檢測方法也有很高的靈敏度，底片上的缺陷影像為自動焊坡口邊緣未熔合。對于單面焊V形坡口，由于射線源距離焊縫距離比較近，射線束與焊縫坡口面夾角比較小，對沿焊縫坡口方向的缺陷檢出靈敏度高。

4 結(jié)語

高壓加熱器管板的管孔布置并非專為射線照相而設(shè)，其最邊緣管孔的分布不均勻，也不對稱。每一個最邊緣管孔的中心距離管程殼體封閉焊縫的距離都不一樣，這給確定曝光條件增加了難度，使得不同的照相位置有不同的曝光條件。每完成一次透照，就要更改一次曝光時間。另外，管板中部有一條無管孔帶，是換熱管進、出水口的分界。這個無管孔帶所對應(yīng)的管程殼體封閉焊縫區(qū)是這種照相技術(shù)的盲區(qū)。

這種透照方法的一次透照長度較短，完成整條焊縫的檢測所要花費的時間很長。在生產(chǎn)中，對要求并不是很高的這種封閉焊縫可以實施100%的脈沖反射法超聲波檢測，另外再附加局部射線照相為宜。這樣既可以滿足“容規(guī)”和GB 150的要求，又不會消耗太多的檢測時間。

筆者雖然只在高壓加熱器和低壓加熱器上試驗了這種射線照相方法，但是從原理上看，這種方法對其它管殼式換熱器或者其它具有類似結(jié)構(gòu)的容器都是適用的。