壓力管道未焊透深度的數(shù)字射線定量檢測

壓力管道中未焊透缺陷較為普遍。根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)GB/T6417-2005《金屬熔化焊接頭缺欠分類及說明》，未焊透會減少焊縫的有效截面積，危害較大，主要體現(xiàn)在以下幾個方面：①使接頭強(qiáng)度下降；②引起應(yīng)力集中；③嚴(yán)重降低焊縫的疲勞強(qiáng)度；④可能發(fā)展為裂紋源，破壞焊縫。根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)TSGD7005-2018《壓力管道定期檢驗規(guī)則工業(yè)管道》的要求，當(dāng)管道的材料為20鋼、16Mn或者奧氏體不銹鋼時，未焊透按局部減薄定級，其他材料的未焊透按照未熔合定級。局部減薄深度和未焊透自身高度的定量檢測尤為關(guān)鍵，是開展工業(yè)管道安全性能綜合評級的基礎(chǔ)。未焊透深度檢測的相關(guān)規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)NB/T47013.2-2015《承壓設(shè)備無損檢測第2部分：射線檢測》附錄L規(guī)定檢測未焊透深度時需采用對比試塊，對于管外徑D0＞100mm的管道，其未焊透深度可采用Ⅱ型試塊(通用槽型對比試塊)來測定，該試塊是圓弧狀的，試塊內(nèi)徑與管外徑相同；有一定厚度的試塊模擬管道環(huán)向焊接接頭的外表面余高；刻槽模擬管道環(huán)向焊接接頭的根部未焊透。對于管外徑D0≤100mm的管道，其未焊透深度可采用Ⅰ型試塊(小徑管環(huán)焊縫專用對比試塊)來測定。試驗設(shè)計的刻槽深度分別為0.3，0.5，1.0，1.5mm。將對比試塊放置于缺陷部位進(jìn)行透照，通過對比試塊上已知深度人工模擬缺陷的黑度和實際缺陷的黑度來確定實際缺陷的深度。受底片缺陷大小的限制，利用黑度計孔(直徑大于2.5mm)很難得到精確的缺陷深度。標(biāo)準(zhǔn)ASMEB31.3-2016ProcessPiping規(guī)定，通過未焊透區(qū)域的黑度與母材黑度的對比來確定未焊透深度，若未焊透區(qū)域剩于的厚度不低于母材厚度就認(rèn)為合格。在無法檢測未焊透區(qū)黑度的情況下可對黑度進(jìn)行目視檢測，但由于未焊透區(qū)域的面積與母材面積差異較大，目視檢測得到的黑度會有較大的視覺偏差，不利于控制，且母材與未焊透區(qū)的散射比差異大，容易造成未焊透區(qū)的實際評估偏差大。以上兩個標(biāo)準(zhǔn)雖然都是采用黑度對比的方式來對未焊透進(jìn)行粗略評估，但前者采用對比試塊刻槽處的黑度來與未焊透部位的黑度進(jìn)行對比顯然更加合理。未焊透深度檢測方法未焊透深度檢測方法主要有兩種：試驗推導(dǎo)法1利用標(biāo)準(zhǔn)NB/T47013.2-2015附錄中使用的對比試塊或模擬試塊來檢測不同深度對應(yīng)的灰度值，擬合得到該透照條件下深度和灰度的關(guān)系。理論推導(dǎo)法2利用被檢工件上相鄰部位的灰度差來確定對應(yīng)的厚度差。數(shù)字射線成像技術(shù)使用計算機(jī)輸出圖片信息，可方便、準(zhǔn)確地確定灰度差。

壓力管道未焊透深度的數(shù)字射線定量檢測數(shù)字射線成像系統(tǒng)配置1試驗使用設(shè)備包括NOVO型便攜式X射線數(shù)字成像系統(tǒng)；工業(yè)非晶硅平板探測器，其一次成像面積為231mm×284mm，像素間距為148μm，動態(tài)范圍為16bit，具有16倍的無失真放大功能；便攜式高頻恒壓X射線機(jī)(管電壓為50~300kV)，其電流為0.5~4.5mA。

鋁階梯試塊的數(shù)字射線檢測2采用數(shù)字射線成像技術(shù)對鋁階梯試塊進(jìn)行檢測，該試塊厚度為1~10mm，階差為1mm。透照方式為單壁透照，焦距為1000mm，透照電壓為100kV，透照電流為2mA，透照時間為2s。圖1

鋁階梯試塊的數(shù)字射線透照布置示意圖2

鋁階梯試塊的數(shù)字射線成像結(jié)果利用階梯試塊兩個已知厚度的階梯進(jìn)行衰減系數(shù)校正，得到衰減系數(shù)μ=0.0746，利用校正后的系統(tǒng)對各個階梯的厚度進(jìn)行檢測，檢測結(jié)果如表1所示。表1

階梯試塊厚度的數(shù)字射線檢測結(jié)果

內(nèi)壁刻槽碳鋼管的數(shù)字射線檢測3內(nèi)壁刻槽碳鋼管的規(guī)格為?89mm×4mm，工件內(nèi)壁刻有3個刻槽以模擬未焊透缺陷，槽深分別為1.0，1.5，3.5mm。采用數(shù)字射線技術(shù)對該碳鋼管進(jìn)行檢測，焦距為1000mm，透照方式為雙壁雙影，透照電壓為160kV，電流為1mA，曝光時間為1s。圖3

內(nèi)壁刻槽碳鋼管的數(shù)字射線透照布置示意圖4

內(nèi)壁刻槽碳鋼管的數(shù)字射線成像結(jié)果6個刻槽影像中，左側(cè)3個為靠近射線機(jī)側(cè)的刻槽顯示，另外3個為靠近探測器側(cè)的刻槽顯示。以內(nèi)壁1mm深的刻槽和筒體為基準(zhǔn)校正衰減系數(shù)，得到μ=0.1639。使用校正后的系統(tǒng)對內(nèi)壁有刻槽的碳鋼管厚度進(jìn)行檢測，檢測結(jié)果如表2所示。表2

內(nèi)壁刻槽碳鋼管厚度的數(shù)字射線檢測結(jié)果

外壁刻槽碳鋼管的數(shù)字射線檢測4同樣對外壁有刻槽(槽深為1.0，1.5，3.5mm)的碳鋼管厚度進(jìn)行數(shù)字射線檢測，透照方式為雙壁雙影，焦距約為1000mm，透照電壓為160kV，電流為1mA，曝光時間為1s。外壁刻槽碳鋼管的數(shù)字射線成像結(jié)果如圖5所示，圖中有6個刻槽影像，其中左側(cè)3個為靠近射線機(jī)側(cè)的刻槽顯示，另外3個為靠近探測器的刻槽顯示。圖5

外壁刻槽碳鋼管的數(shù)字射線成像結(jié)果表3

外壁刻槽碳鋼管厚度的數(shù)字射線檢測結(jié)果實踐案例某GC2級導(dǎo)熱油管道的設(shè)計壓力為0.33MPa，設(shè)計溫度為280℃，規(guī)格為?76mm×4mm，采用數(shù)字射線成像技術(shù)對該管道進(jìn)行檢測，發(fā)現(xiàn)其存在深度為0.4mm的未焊透缺陷，如圖6所示。檢測時焦距為800mm，透照方式為單壁透照，透照電壓為180kV，電流為1.5mA，透照時間為2s。

圖6

導(dǎo)熱油管道未焊透缺陷的數(shù)字射線成像結(jié)