安神式管-管角焊缝射线检测方法的研究

安神式管-管角焊缝射线检测方法的研究

1检测方法的探索随着国家经济的快速发展，核电站“大压小”的建设和扩建重建启动了中国电网的全球发展阶段。但近年来，时常发生管-管角焊缝在运行过程中泄漏，甚至有爆裂事故发生，给人身安全和经济安全造成巨大威胁。根据国家市场监督管理局2018年7月发布的515号文件要求，需加大特种设备制造监督检验，因此管-管角焊缝的检测逐渐受到关注。焊接三通管件主要用于电站锅炉管道的再热冷段系统，管件厂家受检测能力和检测设备限制，对于焊制三通的角焊缝只进行表面检测或超声波检测。表面检测时仅能发现焊缝的表面或近表面缺陷，对焊缝内部缺陷无法发现；超声波检测时，受到角焊缝形状的影响，定位和定量难以实现，容易出现漏判错判的现象。因此，探索焊接三通角焊缝的检测方法尤为重要。本文以安放式管-管角焊缝为例，通过使用γ射线源的检测方法，对焊制三通角焊缝射线检测进行探索研究，依据NB/T47013.2—2015标准，选择胶片摆放、焦距和透照参数，实现对管-管角焊缝内部质量的射线检测。2人工缺陷检测和定位使用氩弧焊打底+焊条电弧焊的方法焊制三通试件，材料选用SA106C，主管规格为φ508mm×16mm，支管规格为φ323mm×20mm。为了能准确检测和定位缺陷，在焊缝区放置人工缺陷时，详细记录人工缺陷位置、当量和性质。试样三通焊接状态如图1所示。3胶片摆放位置和张拉方式(1）射线源的选择由于焊接三通结构形式和尺寸限制，使用X射线机检测时，难以实现中心透照，中心定位和射线机摆放均无法实现，因此不宜采用X射线机检测(2）透照方式的选择用γ射线源检测时，采用单壁中心透照的方式，可实现一次透照多位置。透照方式如图2所示。(3）胶片布置为了减小透照次数，保证底片的黑度要求，在肩部厚度、焊缝宽度变化小的位置宜采用大胶片摆放；在腹部位置，由于焊缝厚度变化大，焊缝的宽度大，宜采用小尺寸胶片多张摆放。经过多次试验，肩部采用2张360mm×100mm胶片对称摆放，腹部采用4张150mm×100mm胶片对称摆放。胶片摆放位置和定位标记如图3所示。(4）透照次数和曝光参数的选择由于焊接三通不同位置的焊缝厚度偏差较大，肩部位置焊缝厚度最厚，为32mm；腹部位置焊缝厚度最薄，为22mm，为了保证透照底片质量合格，建议对不同厚度位置进行分批次透照。设定透照次数为三次：腹部位置1-2/4-5为1次，3-4/6-1为1次，肩部位置2-3/5-6为1次。不同厚度位置的曝光参数选择见表1。(5）焦距的选择依据AB级射线检测技术，当采用源在内中心透照方式时，底片质量符合要求，f值可适当减小至规定值的50%。根据焊接的结构形式，焦距选择为采用中心透照时，f最小值应>95mm，中心焦距应避开主管内壁尖角位置，根据安放式马鞍的位置，透照肩部位置时，焦距应略小于腹部透照。(6）像质计选择试验选用线形像质计，像质计置于胶片侧，放置“F”标记。因为每张胶片的透照厚度均不相同，所以每张胶片都应放置像质计，像质计尽量紧贴焊缝表面，避免因距离胶片较远使丝的影像放大，从而使丝的灵敏度显示虚假提高(7）定位标记检测区边缘的定位标记应选在外壁支管焊缝边缘5mm位置，焊缝边缘的定位标记应选在主管焊缝根部位置。定位标记位置如图4所示。4胶片质量信息(1）胶片质量拍照胶片使用手工冲洗的方式处理，经胶片质量检查，像质计、黑度、搭接标记、焊缝及附近区域均能清晰显示，胶片质量合格。胶片质量信息见表2。(2）缺陷显示和评定通过对胶片有效区位置进行评定，缺陷的位置显示、缺陷的性质及缺陷的当量基本与放置的人工缺陷当量一致，射线检测效果达到目标要求。缺陷评定见表3。5焊缝分区的确定1）当角焊缝采用射线检测时，受主管和支管尺寸限制，宜采用γ射线源进行检测，满足γ射线源和胶片放置时，可实现多类型角焊缝的射线检测。2）在选择曝光焦距时，除了计算f值外，还需考虑结构形式的影响，对于主管开孔内壁未经打磨焊缝，拍照时透照主射线应避开尖角位置，以免在胶片上形成形状显示，影响结果评定。3）结果评定时，母材公称壁厚应选用主管或支管的最小壁厚。4）由于角焊缝不同位置的焊缝宽度和厚度不同，且偏差较大，在进行拍照前应通过理论计算或壁厚测量的方法确定焊缝的实际厚度，并根据焊缝厚度进行分区，保证同一张胶片的黑度偏差不宜过大。(1)焊缝分区的选择应考虑焊缝厚度的影响，厚度变化>10mm时，宜分区。(2)焊缝分区的选择应考虑焊缝实际宽度的影响，焊缝宽度大，胶片摆放的弧度大，不利于焊缝成像，宜分区。(3)焊缝分区不宜过多，否则焊缝透照胶片多，导致检测效率低。(4)对于焊缝厚度变化大的位置，可以使用多胶片技术进行检测。6检测结果分析为了验证安放式管-管角焊缝射线检测工艺，选用某电厂再热冷段系统和旁路系统6种规格共计24件焊接三通进行应用试验，通过使用γ射线中心透照方式，选择焦距、透照时间等参数，合理选择胶片及摆放位置等手段，对24道角焊缝进行检测，结果见表4。从表4可知，本文研究的射线检测方法可以有效检测出安放式管-管角焊缝的内部缺陷，通过对缺陷进行打磨，验证缺陷未知和当量基本与检测结果一致，可以实现φ2mm气孔的检测。同时，从检测结果来看，24道角焊缝共计拍片数量为188张，7张胶片具有气孔或夹渣缺陷，焊接合格率仅96.3%。由此可知，安放式管-管角焊缝急需进行焊缝内部质量的检测，而射线检测具有检出率高、当量和定位准确的特点，且操作具有可实施性，通过检测能够有效保证焊缝的焊接质量。7胶片的选择和透照安