1、前言

換熱器是石油化工行業(yè)的重要承壓設(shè)備，換熱器的泄露與否影響著生產(chǎn)能否正常安全進(jìn)行，而換熱器的泄露重點(diǎn)在于管子管板焊接接頭的焊接質(zhì)量。研究表明，影響換熱器管頭泄露的主要原因是氣孔類缺陷。

按照我國(guó)現(xiàn)有的換熱器制造技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范，換熱器管子管板焊接接頭的質(zhì)量評(píng)價(jià)，均采用磁粉檢測(cè)或滲透檢測(cè)，由于這兩種方法的局限性，只能檢出表面及近表面缺陷，導(dǎo)致了焊縫內(nèi)部缺陷無法檢測(cè)。隨著各行業(yè)對(duì)質(zhì)量要求的日益嚴(yán)格及無損檢測(cè)技術(shù)的進(jìn)步，換熱器管子管板焊接接頭的射線檢測(cè)技術(shù)逐漸被開發(fā)并顯得越來越重要。

有研究顯示，通過對(duì)管子管板焊接接頭進(jìn)行射線檢測(cè)，換熱器的泄漏率從18%降低到了2%～4%，從而減少了生產(chǎn)成本，增加了經(jīng)濟(jì)效益。目前，國(guó)內(nèi)多家單位已具備管子管板焊接接頭射線檢測(cè)技術(shù)。

2、原理

同常規(guī)射線檢測(cè)技術(shù)的原理一樣，管子管板焊接接頭射線檢測(cè)也是由于射線在穿透工件過程中與物質(zhì)發(fā)生相互作用，因吸收和散射而使其強(qiáng)度減弱。如果被透照物體的局部存在缺陷，則該區(qū)域的透過射線強(qiáng)度就會(huì)與周圍產(chǎn)生差異。把膠片放在適當(dāng)位置感光，經(jīng)過暗室處理后得到底片，由于缺陷部位和完好部位的透射線強(qiáng)度不同，底片上相應(yīng)部位就會(huì)出現(xiàn)黑度差異即對(duì)比度，在觀片燈上觀察底片就可以看到由對(duì)比度構(gòu)成的不同形狀的影像，評(píng)片人員據(jù)此判斷缺陷情況，評(píng)價(jià)工件質(zhì)量。

3、設(shè)備選用

目前，用于管子管板焊接接頭的射線檢測(cè)設(shè)備主要有兩種：

（1）微焦點(diǎn)放射源（Ir192)，典型的源尺寸為φ0.5mm×1mm；

（2）X射線機(jī)（棒陽極X射線機(jī)）；

對(duì)比兩種檢測(cè)設(shè)備，棒陽極X射線機(jī)存在以下優(yōu)點(diǎn)：

a、避免了放射源的輸送帶來的風(fēng)險(xiǎn)和麻煩；

b、減少現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)人員受到的輻射劑量；Ir192放射源半衰期約為74天，而X射線能量可調(diào)節(jié)；

c、更高的成像質(zhì)量（棒陽極X射線在鋼中氣孔缺陷的靈敏度小于0.5mm，而Ir192在鋼中氣孔缺陷的靈敏度一般只能達(dá)到1mm）；

d、解決了Ti材換熱器管子管板焊接接頭的照相靈敏度問題。

因此，微焦點(diǎn)源并不太適用于設(shè)備制造廠家對(duì)管子管板焊接接頭的射線檢測(cè)，而需采用棒陽極X射線機(jī)檢測(cè)。

4、透照方法及步驟

（1）透照方法

透照布置有“向后透照”和“向前透照”兩種。向后透照使射線源從本側(cè)管板導(dǎo)入管子中，射線源對(duì)中較容易，焦距控制較準(zhǔn)確，操作方便，但需在膠片中心打一個(gè)孔。因此需解決因打孔引起的打孔位置錯(cuò)位及孔周圍提前曝光問題；向前透照膠片中心無需打孔，但操作麻煩，必須注意射線源對(duì)中。因此優(yōu)先選用向后透照方法，向前透照方法只適用于向后透照技術(shù)所不能適用的場(chǎng)合。

向后透照

向前透照

（2）焦距的選擇

根據(jù)管子內(nèi)徑選擇焦點(diǎn)-膠片距離，選擇焦點(diǎn)-膠片距離應(yīng)考慮減小投影畸變因素，同時(shí)兼顧照相靈敏度因素。當(dāng)管子內(nèi)徑D≤20mm時(shí)，推薦距離為30mm；D＞20～38mm時(shí)，推薦距離為40mm。

（3）曝光參數(shù)的選擇

射線機(jī)管電壓、管電流及透照時(shí)間的選擇應(yīng)在設(shè)備允許范圍內(nèi)通過具體工藝試驗(yàn)確定。通過試驗(yàn)，管徑為φ24mm，厚度為3mm的管子焊縫，管電壓選用110KV，管電流選用0.5mA,透照時(shí)間30s，得到的底片黑度及靈敏度均符合標(biāo)準(zhǔn)要求，成像質(zhì)量良好。管徑為φ24mm，厚度為6mm的管子焊縫可選用管電壓120KV，管電流0.5mA，透照時(shí)間1min，均可得到良好的成像質(zhì)量。

5、底片評(píng)定

（1）底片質(zhì)量要求

底片評(píng)定范圍（焊縫和焊縫相連的區(qū)域）的黑度范圍應(yīng)為：A級(jí)≥1.2～4.5；AB級(jí)≥1.5～4.5；B級(jí)≥1.8～4.5；

底片上不應(yīng)有明顯的邊蝕散射現(xiàn)象；底片上焊縫影像的變形程度應(yīng)不影響缺陷的識(shí)別。在任何情況下，不允許存在以下缺陷：裂紋、未熔合、條形氣孔、蟲形氣孔、局部密集氣孔。球形氣孔、夾渣、夾鎢和氧化物夾雜不應(yīng)超過NB/T47013.2-2015中表A.4的要求。

（2）成像特點(diǎn)分析

主要針對(duì)管子伸出管板的角焊縫結(jié)構(gòu)的棒陽極X射線檢測(cè)底片成像特點(diǎn)進(jìn)行研究，具體管頭形式如圖所示

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換熱管與管板角焊縫底片理論成像

換熱管端部?jī)?nèi)徑投影至底片影像直徑為：

D1≈Ф-2T   

式中：T為換熱管壁厚。影像大小與管內(nèi)徑接近，導(dǎo)向管（適配器）與管壁存在一定的間隙，在底片中形成的一圈較黑影像為換熱管端部?jī)?nèi)邊緣；底片中心影像較淡處為射線束透過適配器的影像。

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焊腳端部投影至底片影像直徑為：

D2=(F×Ф)/[F-(L-K)]

影像大小比管外壁直徑略大，與焦距、管伸出長(zhǎng)度、焊腳高度有關(guān)；換熱管伸出端部影像黑度較焊縫影像黑度淡，焊腳端部影像與換熱管端部外邊緣影像相連，形狀一般不規(guī)則。

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焊縫根部影像直徑為：

D3=(F×Ф)/[F-(L+H)]

影像大小與焦距、管伸出長(zhǎng)度、坡口深度有關(guān)，換熱管與管板間存在一定組裝間隙，影像中會(huì)顯示一圈黑度相對(duì)較黑、寬度較小的細(xì)線，當(dāng)焊縫根部熔合較完好時(shí)，底片中不會(huì)顯示該影像。

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焊縫焊趾影像直徑為：

D4=(F×Ф1)/(F-L)

影像大小與焦距、管伸出長(zhǎng)度、焊縫焊趾直徑尺寸有關(guān)，影像在底片最外側(cè)，當(dāng)補(bǔ)償器設(shè)計(jì)不合理或透照參數(shù)選擇不正確時(shí)，底片中可能不會(huì)顯示影像或影像較淡不易識(shí)別。

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（3）典型缺陷底片

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6、問題探討

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（1）如上表所示，通過管子管板焊接接頭射線檢測(cè)對(duì)換熱器管子管板焊接質(zhì)量提升較大，產(chǎn)品質(zhì)量明顯提升；

（2）管子管板焊接接頭射線檢測(cè)存在幾何放大，因此大管徑角焊縫射線檢測(cè)可能會(huì)存在焊縫影像重疊現(xiàn)象；過小管徑焊縫也會(huì)存在成像效果差，目前來看，管子外徑在25mm左右時(shí)成像效果最佳。

（3）成本問題，在制換熱器管頭眾多，若抽檢則存在返修復(fù)探甚至擴(kuò)探問題，若全檢則時(shí)間成本及經(jīng)濟(jì)成本較高。目前每班管頭射線檢測(cè)數(shù)約200根，每張真空膠片進(jìn)貨價(jià)約16元，實(shí)際每張底片最終成本達(dá)40-50元。

7、發(fā)展前景

（1）棒陽極X射線檢測(cè)+CR檢測(cè)

利用棒陽極X射線機(jī)+CR檢測(cè)IP成像板組合檢測(cè)，可省去暗室操作步驟，幾乎不存在環(huán)境污染問題，大大提高拍片一次合格率，并且能實(shí)現(xiàn)檢測(cè)圖像的數(shù)字化，圖譜只需存儲(chǔ)于電腦硬盤即可同時(shí)實(shí)現(xiàn)多人在線分析。

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