脱硫反应器中对接线座角焊缝射线检测的应用

脱硫反应器中对接线座角焊缝射线检测的应用

管道连接是原油和锅炉设备中不可或缺的部件。管道和设备之间的连接通常采用角度连接。焊接结构有两种类型：插入式或安装式。此结构由于受力状况复杂、焊接条件差、施焊困难等影响,焊接过程中容易产生焊接缺陷,当没有在接管上开焊接坡口时,很容易产生未熔合这类危害性缺陷,因此,给石油、化工和锅炉设备安全使用带来一定影响。为了有效控制这类焊接接头内部质量,NB/T47013.2-2015承压设备无损检测标准提出了对接管座角焊缝射线检测的要求,并在附录E中列出了对接管座角焊缝典型透照方式。标准中所列举的对接管座角焊缝接头形式都是与设备筒体或封头相垂直(正交)形式,那么对于接管以一定倾斜角度与设备筒体或封头相连的对接管座角焊缝将如何进行射线检测呢?为此,本文将通过对脱硫反应器中6个45°倾斜对接管座角焊缝,按AB级技术等级要求射线检测,就如何选择检测设备、透照方向选择等方面进行详细的阐述。1光束检测1.14透照焊缝的直状态石油化工和锅炉设备通常情况下,接管无论是插入式还是安放式结构,其接管与设备筒体或封头焊接呈垂直状态,与标准附录E中所列举典型透照管座角焊缝结构相同,那么接管与设备筒体或封头连接形成的焊缝(相贯面)为一个正圆,若接管按一定倾斜角度与设备筒体或封头连接形成的焊缝(相贯面)为一个近似椭圆。所谓45°度斜插管就是指接管中心轴线与设备筒体或封头中心轴线之间的夹角,结构见图1。1.2高能直线加速器与放射源的对比脱硫反应器中6个以45°倾斜接管其筒体规格为Ф2750×56mm,材质为12Cr2Mo1R(H),接管规格为Ф130×46mm,材质为12Cr2Mo1R(H)Ⅲ。根据材料厚度以及斜插管结构,普通低能X射线机无法满足材料厚度穿透要求,采用放射源和高能直线加速器均可满足材料厚度透照要求,但从成像质量方面分析,放射源照射的影像不如高能直线加速器照射的影像,其原因为放射源为线状谱,而X射线为连续谱,且放射源强度在照射过程中不可调节。高能直线加速器具有以下两个方面的优点,一是透照宽容度范围大,其透照宽容度范围见图2。从图中看出当透照的材料厚度差不超过5cm时,不需要采用补偿透照方法,其黑度值能够满足检测标准要求。二是高能直线加速器机头加装旋转伸缩臂,机头配有对焦用氦氖激光准直器,透照时机头调节、对焦十分方便。因此,在透照此类45°斜插管座角焊缝时,选用仪器型号为DZ-6/1000、能量为6MeV、辐射角为30°的高能直线加速器进行。1.3倾斜方向一致时,透照方向主要影响到未焊沟槽深度为有效地检出焊接缺陷,特别是未熔合这类焊接缺陷,透照方向选择是关键。为确定45°斜插管座角焊缝射线透照方向,选择前首先制作一透照模拟演示试件,试件的平板材料厚度为16mm,直管规格直径为Ф89mm,材质Q345R。平板与直管呈45°斜插焊接,在平板与直管焊缝上表面留有长10mm、宽3mm、深10mm规格靠近直管处一个未焊沟槽,用来模拟未焊透缺陷,对此未焊沟槽部位用250kVX射线机进行透照,透照方式见图3,透照结果见表1。从表1看出:当主射线束与直管倾斜方向一致时,即主射线束与直管中心轴线平行,主射线束与平板表面之间夹角为45°,此时检测结果对比度最大,缺陷检出率高,显示清晰,未焊沟槽长度方向基本能够显示完全。当主射线束与平板表面之间夹角在原有角度基础上增加10°透照,检测灵敏度高,且未焊沟槽长度方向显示虽然有变化,但变化不大。当主射线束与平板表面之间夹角在原有角度基础上增加15°透照,随着角度不断增大,缺陷检出率显著降低,说明缺陷检出率与透照角度有直接关系。当主射线束与焊缝表面垂直,未焊沟槽在底片上不能被发现,究其原因是射线束沿着未焊沟槽深度方向只相当于面状穿透,故而不能被射线检测所发现。从表1结果得出,只有当主射线束与直管中心轴线平行时,发现缺陷能力强。因此,在透照45°斜插管座角焊缝时,透照方向选择考虑两个方面:一是发现缺陷的能力,二是方便操作。依据演示试件结果,主射线束与筒体中心轴线夹角成45°(主射线束与接管中心轴线平行)发现缺陷能力强。操作的方便性要根据45°斜插管座角焊缝结构和所处位置决定,透照时首先将斜插管位置转动至水平状态,并将斜插管与筒体所形成的椭圆焊缝分四个区域,透照时按四个不同区域进行。椭圆长轴接管两侧半圆区域和椭圆短轴钝角半圆区域,透照方向主射线束与接管轴线平行(45°倾斜),短轴锐角半圆区域,由于接管厚度的影响,透照时穿透厚度大,45°倾斜透照,底片黑度就不能满足标准要求,因此透照方向选择为主射线束在与筒体中心轴线夹角45°基础上增加10°进行。利用外透法,射线机头在筒体之外,用规格360×215、型号为AgfaC4胶片贴在筒体内焊缝表面,透照布置见图4。1.4焊缝长度的确定接管与设备筒体或封头按一定角度斜插焊接所形成的焊缝近似椭圆,在确定布片张数前,计算出椭圆周长即焊缝长度。周长计算公式:b—短半轴长。已知该设备筒体内半径及壁厚:R=2750,δ=56mm,斜插管:Ф1.5渗透技术1.5.1射线透照几何关系的分析选择X射线能量的首选条件是具有足够的穿透力。X射线的穿透力取决于管电压。从灵敏度角度考虑,X射线能量的选择原则是在保证穿透力的前提下,选择较低的射线能量。在透照斜插接管座角焊缝时,由于主射线束与焊缝表面呈45°,因此,主射线束穿透厚度与副射线束穿透厚度存在一定厚度差,透照几何关系见图6。厚度差值根据图6射线透照几何关系计算得出BF/AE={sin45°/sin30°}=1.41。当透照厚度比(差)Ks不大于1.4时,属常规射线检测质量控制所允许的厚度差范围,不需要按大厚度比(差)工件透照,可采取的措施:提高管电压,双胶片法和补偿法等。对于高能直线加速器,根据图2所示,透照厚度比(差)不超过一倍时不需要采取补偿方法透照。曝光量的选择,首先计算出图6中BF长度(BF={DH/sin45°=56/sin45°=79}),以BF计算数值加内外两面焊缝余高为透照厚度,查该机曝光曲线中透照厚度所对应的输出剂量率180Cgy(拉德)。1.5.2辐射距离的选择焦距对于射线照相灵敏度的影响主要表现在几何不清晰度上,其计算公式为:式中dL标准中AB级要求U1.5.3底片影像测量结果45°斜插管座角焊缝拍摄完成后,对每张拍摄底片黑度值进行测量,黑度测量位置见图7,实拍底片影像见图8,测量结果见表2。表2中黑度是底片上选取几个具有代表性位置点的测量,这些数值表明底片有效长度范围内黑度均满足于检测标准AB级所规定黑度范围,那么透照45°斜插管座角焊缝时,一次透照长度不需要通过控制透照厚度比K计算方法来确定,用底片黑度来确定即可。2射线透照布置的效