小型壓力容器對(duì)接焊縫X射線檢測(cè)工裝制作及應(yīng)用

楊小勇

（四川川化鑫和檢測(cè)技術(shù)有限公司，四川成都 610300）

0 引 言

工業(yè)裝置中壓力容器是必不可少的設(shè)備，在石油、化工、礦業(yè)、醫(yī)藥等行業(yè)廣泛使用。尤其是化工企業(yè)，其壓力容器使用過(guò)程中，或是高溫高壓、或是裝有易燃易爆的氣體或液化氣體、或是裝有對(duì)環(huán)境和人體有毒有害的介質(zhì)，生產(chǎn)操作中稍有失誤或存在設(shè)備質(zhì)量等問(wèn)題時(shí)，易釀成事故，事故往往不僅造成壓力容器自身?yè)p壞，而且會(huì)帶來(lái)很多嚴(yán)重的連帶事故。因此，要保障化工裝置的長(zhǎng)期、安全、有效生產(chǎn)，就必須在壓力容器的設(shè)計(jì)、制作、檢驗(yàn)和使用等方面嚴(yán)格執(zhí)行有關(guān)規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)。

無(wú)損檢測(cè)是壓力容器制造及在役設(shè)備檢測(cè)過(guò)程中一項(xiàng)非常重要的工作，而壓力容器焊縫的無(wú)損檢測(cè)是壓力容器制造及使用過(guò)程中最為重要的環(huán)節(jié)。制作壓力容器時(shí)，經(jīng)常運(yùn)用的無(wú)損檢測(cè)方法包括射線檢測(cè)、超聲檢測(cè)、磁粉檢測(cè)、滲透檢測(cè)等。其中，射線檢測(cè)在壓力容器的制作及在役設(shè)備檢測(cè)過(guò)程中有著廣泛的應(yīng)用，其檢測(cè)對(duì)象是各種熔化焊接而成的對(duì)接焊縫，通過(guò)射線照片，可從射線底片上得到焊縫中各種缺陷的直觀影像，從而比較準(zhǔn)確地判斷出焊縫中缺陷的性質(zhì)、數(shù)量、尺寸和位置，就可對(duì)焊縫中缺陷的危害程度進(jìn)行判斷，進(jìn)而對(duì)焊縫的質(zhì)量進(jìn)行評(píng)定；并且，射線底片可以長(zhǎng)期保存，作為壓力容器制造質(zhì)量及使用狀況判斷的依據(jù)。

專(zhuān)用設(shè)備制造中，φ400mm～φ800mm的小型壓力容器對(duì)接環(huán)焊縫的X射線檢測(cè)經(jīng)常面臨著選擇單壁透照還是雙壁透照的難題。據(jù)《承壓設(shè)備無(wú)損檢測(cè)第2部分射線檢測(cè)》（NB／T 47013.2—2015）之5.5.2.1條規(guī)定，應(yīng)優(yōu)先選用中心曝光或大偏心透照方式進(jìn)行單壁透照。但由于工件直徑過(guò)小，檢測(cè)人員進(jìn)出設(shè)備內(nèi)部困難，要將X射線探傷機(jī)放到焊縫部位且置于設(shè)備中心的難度很大，在設(shè)備內(nèi)部采用中心曝光探傷十分困難。如果將X射線機(jī)放置在工件底部采用大偏心透照，一是大偏心透照是分段透照，曝光一次需轉(zhuǎn)動(dòng)工件后再次曝光，工作效率低；二是工件的轉(zhuǎn)動(dòng)會(huì)帶動(dòng)其內(nèi)部的射線機(jī)移動(dòng)，難以保證射線機(jī)對(duì)準(zhǔn)焊縫位置，而且也容易造成設(shè)備損壞。較易實(shí)現(xiàn)的是用X射線機(jī)在工件外部采取雙壁單影分段透照，每透照一段后，將工件或X射線機(jī)沿周向進(jìn)行移動(dòng)，每移動(dòng)一次再透照一段，轉(zhuǎn)動(dòng)一圈完成一條焊縫的探傷；但此方法一是與檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)要求不符，二是工作效率低（增加了操作人員的工作量），三是長(zhǎng)時(shí)間使用對(duì)檢測(cè)設(shè)備的使用壽命也有影響。

1 優(yōu)化改進(jìn)思路

如采用單壁透照的方式，可使用管道爬行器，這是為了適應(yīng)很長(zhǎng)的管道環(huán)焊縫透照而設(shè)計(jì)的一種裝在爬行裝置上的X射線機(jī)，X射線機(jī)在管道內(nèi)爬行時(shí)，用一根長(zhǎng)電纜提供電力和傳輸控制信號(hào)，利用焊縫外放置的定位裝置使X射線機(jī)在管道內(nèi)爬行至預(yù)定焊縫位置進(jìn)行透照。但這種設(shè)備價(jià)格較高，且爬行裝置體積較大，再加上其運(yùn)行電池重量不輕，使用很不方便；況且小直徑的壓力容器一般長(zhǎng)度不會(huì)很長(zhǎng)，對(duì)接環(huán)焊縫數(shù)量有限，使用管道爬行器這類(lèi)裝置很不經(jīng)濟(jì)。

為解決檢測(cè)工作中存在的技術(shù)難題，四川川化鑫和檢測(cè)技術(shù)有限公司按照NB／T47013.2—2015要求選擇單壁透照方式，制作了一種成本低、適用于φ400mm～φ800mm的小型壓力容器對(duì)接環(huán)焊縫X射線檢測(cè)工裝。

2 對(duì)接焊縫X射線檢測(cè)工裝制作及其特點(diǎn)

制作1臺(tái)X射線機(jī)移動(dòng)工作平臺(tái)（如圖1），平臺(tái)通過(guò)螺桿上下調(diào)節(jié)高度適應(yīng)不同直徑的壓力容器；平臺(tái)下方安裝滾輪、前后兩側(cè)設(shè)置牽引繩，方便平臺(tái)移動(dòng)；平臺(tái)上部安裝設(shè)備鞍座及捆綁器以固定射線機(jī)；平臺(tái)左右兩側(cè)設(shè)置伸縮導(dǎo)輪，支撐平臺(tái)在管道內(nèi)直線移動(dòng)；平臺(tái)前側(cè)設(shè)置1個(gè)標(biāo)尺掛鉤，平臺(tái)移動(dòng)時(shí)掛上鋼尺，測(cè)量平臺(tái)行走距離，以確定X射線機(jī)是否到達(dá)焊縫位置。

圖1 X射線機(jī)移動(dòng)工作平臺(tái)結(jié)構(gòu)示意圖

此工裝可實(shí)現(xiàn)X射線機(jī)在工件內(nèi)部運(yùn)用中心曝光，一次透照就可完成一條焊縫的檢測(cè)，減少了射線機(jī)的使用次數(shù)，延長(zhǎng)了射線機(jī)的使用壽命；此工裝可上下升降調(diào)節(jié)，以適應(yīng)不同直徑的工件，且能在工件內(nèi)進(jìn)行移動(dòng)，可對(duì)一個(gè)工件的多道對(duì)接環(huán)焊縫進(jìn)行檢測(cè)，減輕勞動(dòng)強(qiáng)度，同時(shí)對(duì)工作人員的輻射傷害也大大降低；而且，此工裝制作成本低，避免了檢測(cè)設(shè)備的投入（無(wú)需購(gòu)置管道爬行器）及長(zhǎng)時(shí)間使用而影響檢測(cè)設(shè)備的使用壽命，操作簡(jiǎn)便快捷，實(shí)用性強(qiáng)。

3 X射線檢測(cè)工裝使用條件及檢測(cè)方法

現(xiàn)擬對(duì)1臺(tái)Ⅱ類(lèi)壓力容器進(jìn)行無(wú)損檢測(cè)，該壓力容器尺寸為φ552mm×16mm／φ400mm×16mm，材質(zhì)16MnR；檢測(cè)要求為，所有對(duì)接環(huán)焊縫100%射線檢測(cè)，NB／T47013.2—2015之AB級(jí)Ⅱ級(jí)合格；對(duì)接環(huán)焊縫X射線檢測(cè)采用XXH-2505C周向錐靶X射線機(jī)（焦點(diǎn)d＝2×2mm）配合X射線機(jī)移動(dòng)工作平臺(tái)進(jìn)行檢測(cè)。

3.1 對(duì)接焊縫X射線檢測(cè)工裝使用條件

按NB／T47013.2—2015之5.7.1條規(guī)定，使用的射線源到工件表面的距離，一般用f表示，壓力容器射線檢測(cè)一般采用AB級(jí)射線檢測(cè)技術(shù)，射線源到工件表面的距離需滿(mǎn)足的要求為f≥10d·b2／3（式中：f—射線源到工件表面的距離，mm；d—焦點(diǎn)尺寸，mm；b—工件表面到膠片的距離，mm），代入數(shù)據(jù)計(jì)算得f＝10×2×162／3≈127mm；而此工件最小直徑為400mm，射線源至工件表面的距離f′＝（400÷2）-16＝184mm＞127mm，滿(mǎn)足標(biāo)準(zhǔn)要求，可使用該檢測(cè)裝置進(jìn)行檢測(cè)。

按NB／T47013.2—2015之5.9.1條規(guī)定，采用AB級(jí)檢測(cè)技術(shù)等級(jí)進(jìn)行X射線透照時(shí)，當(dāng)焦距為700mm時(shí)，X射線機(jī)曝光量至少應(yīng)達(dá)到15mA·min；當(dāng)改變焦距時(shí)，可按平方反比定律對(duì)曝光量的推薦值進(jìn)行換算。據(jù)平方反比定律，計(jì)算得焦距為200mm時(shí)X射線機(jī)曝光量約為1.23mA·min，即檢測(cè)時(shí)選擇X射線機(jī)曝光量≥1.23mA·min就能滿(mǎn)足標(biāo)準(zhǔn)要求。

針對(duì)射線照片靈敏度的要求，像質(zhì)計(jì)的放置應(yīng)符合NB／T47013.2—2015之5.12.1條中相關(guān)規(guī)定。此工件直徑小，人員進(jìn)出困難，像質(zhì)計(jì)如果放在射線源側(cè)很不方便，按標(biāo)準(zhǔn)要求可將像質(zhì)計(jì)放置在膠片側(cè)，但應(yīng)進(jìn)行對(duì)比試驗(yàn)：在射線源側(cè)和膠片側(cè)（應(yīng)在像質(zhì)計(jì)上放置鉛字“F”，作為像質(zhì)計(jì)放在膠片側(cè)的標(biāo)記）各放1個(gè)相同型號(hào)的像質(zhì)計(jì)，按工件規(guī)格選擇的曝光參數(shù)進(jìn)行透照，對(duì)底片上的兩個(gè)像質(zhì)計(jì)靈敏度進(jìn)行對(duì)比，如果與標(biāo)準(zhǔn)要求的像質(zhì)計(jì)靈敏度的金屬絲編號(hào)相同則不用進(jìn)行靈敏度修正；若有差異，應(yīng)按標(biāo)準(zhǔn)要求進(jìn)行靈敏度修正，以保證底片靈敏度符合要求。

3.2 對(duì)接焊縫X射線檢測(cè)工裝之使用方法

3.2.1 對(duì)接環(huán)焊縫X射線檢測(cè)

將X射線機(jī)放置在移動(dòng)平臺(tái)鞍座上，確定好X射線機(jī)焦點(diǎn)與標(biāo)尺掛鉤的距離后，用柔性捆綁器將其固定好，以免X射線機(jī)位置在移動(dòng)中發(fā)生偏離；將移動(dòng)平臺(tái)放置于設(shè)備內(nèi)，調(diào)節(jié)升降螺桿，使X射線機(jī)的焦點(diǎn)位于設(shè)備中心；調(diào)節(jié)4個(gè)伸縮導(dǎo)輪，使其完全抵住設(shè)備側(cè)壁，保證平臺(tái)在運(yùn)行中為直線運(yùn)動(dòng)，不會(huì)發(fā)生偏移；將前后牽引繩及標(biāo)尺分別掛在各自的掛鉤上，拖動(dòng)牽引繩移動(dòng)平臺(tái)，測(cè)量標(biāo)尺使X射線機(jī)到達(dá)需檢測(cè)的對(duì)接環(huán)焊縫位置（平臺(tái)移動(dòng)距離＝焊縫至設(shè)備端點(diǎn)距離-標(biāo)尺掛鉤至射線機(jī)焦點(diǎn)距離）；對(duì)焊縫按標(biāo)準(zhǔn)要求放置標(biāo)記、像質(zhì)計(jì)及底片，根據(jù)選定的透照參數(shù)，開(kāi)啟射線機(jī)進(jìn)行透照。對(duì)接環(huán)焊縫X射線檢測(cè)工裝檢測(cè)示意如圖2，對(duì)接環(huán)焊縫X射線檢測(cè)工裝定位示意如圖3。

圖2 對(duì)接環(huán)焊縫X射線檢測(cè)工裝檢測(cè)示意圖

圖3 對(duì)接環(huán)焊縫X射線檢測(cè)工裝定位示意圖

3.2.2 縱向?qū)雍缚pX射線檢測(cè)

此工裝對(duì)于工件的縱向?qū)雍缚p檢測(cè)也同樣適用。將移動(dòng)平臺(tái)置于設(shè)備外側(cè)（如圖4），使用XXG-2505CDHG定向X射線機(jī)，調(diào)整平臺(tái)高度使射線束與縱焊縫垂直，調(diào)整一側(cè)前后兩個(gè)伸縮導(dǎo)輪長(zhǎng)度，使X射線機(jī)與工件平行且滿(mǎn)足透照焦距要求；在工件內(nèi)側(cè)布片，曝光一次后，用標(biāo)尺確定移動(dòng)距離并拖動(dòng)牽引繩至下一曝光位置。上述檢測(cè)步驟和方法可保證射線機(jī)在移動(dòng)過(guò)程中高度和水平位置始終與焊縫保持一致，而使用標(biāo)尺定位可使其移動(dòng)距離準(zhǔn)確無(wú)誤，由此可避免常規(guī)X射線檢測(cè)操作每移動(dòng)X射線機(jī)一次后都需要重新定位、再次確定X射線機(jī)高度和焦距，不僅節(jié)約了檢測(cè)時(shí)間，而且減少了檢測(cè)人員的工作量。

圖4 縱向?qū)雍缚pX射線檢測(cè)工裝檢測(cè)示意圖

4 結(jié)束語(yǔ)

我國(guó)現(xiàn)有壓力容器制造廠通常均未購(gòu)置管道爬行器來(lái)對(duì)小直徑壓力容器的對(duì)接焊縫進(jìn)行檢測(cè)，因?yàn)橘?gòu)買(mǎi)此類(lèi)設(shè)備至少需要20多萬(wàn)元，投入大但使用率低，因此，φ400mm～φ800mm的小型壓力容器對(duì)接環(huán)焊縫的X射線檢測(cè)工作開(kāi)展十分困難。四川川化鑫和檢測(cè)技術(shù)有限公司設(shè)計(jì)制作的檢測(cè)工裝，制作費(fèi)用低，在公司制造的多臺(tái)小型壓力容器對(duì)接焊縫射線檢測(cè)工作中取得了不錯(cuò)的使用效果，不僅減少了檢測(cè)設(shè)備的購(gòu)置投入，而且使用方便，提高了檢測(cè)效率，大大減輕了檢測(cè)人員的工作強(qiáng)度。