，

(1.江蘇中特創(chuàng)業(yè)設(shè)備檢測(cè)有限公司, 南京 210000；2.中國(guó)石化中原油田普光分公司, 達(dá)州 635000)

管子管板角焊縫射線檢測(cè)(以下簡(jiǎn)稱(chēng)T-T-RT)技術(shù)是一項(xiàng)特殊的檢測(cè)技術(shù)——采用特殊的射線源，特殊的工裝和工藝，對(duì)特殊的結(jié)構(gòu)——管子管板角焊縫實(shí)施透照，獲得角焊縫的透視圖像，從而檢測(cè)出其中的埋藏缺陷(見(jiàn)圖1)。該技術(shù)的應(yīng)用極大地提高了換熱器產(chǎn)品品質(zhì)，使換熱器投用后的意外泄漏率顯著降低，而有利于化工裝置長(zhǎng)周期運(yùn)行；且具有檢測(cè)靈敏度高、可靠性好、現(xiàn)場(chǎng)適應(yīng)性好、操作簡(jiǎn)便等優(yōu)點(diǎn)，近年來(lái)在國(guó)內(nèi)的應(yīng)用呈現(xiàn)較快發(fā)展的態(tài)勢(shì)。

圖1 管子管板角焊縫射線檢測(cè)示意和底片影像示例

在當(dāng)前T-T-RT技術(shù)的應(yīng)用中，檢測(cè)靈敏度是一個(gè)需要關(guān)注的問(wèn)題。2015頒布的NB/T 47013.2《承壓設(shè)備無(wú)損檢測(cè)》附錄A《管子-管板角焊縫射線照相技術(shù)要求》中對(duì)不同技術(shù)等級(jí)的照相靈敏度(要求識(shí)別的孔深)的規(guī)定是：A級(jí)0.8 mm；AB級(jí)0.5 mm；B級(jí)0.3 mm。由于結(jié)構(gòu)原因T-T-RT照相時(shí)無(wú)法擺放像質(zhì)計(jì)，從底片上無(wú)法觀測(cè)靈敏度是否滿(mǎn)足要求，導(dǎo)致檢測(cè)質(zhì)量時(shí)常出現(xiàn)失控現(xiàn)象，達(dá)不到標(biāo)準(zhǔn)要求，有的底片靈敏度非常低，質(zhì)量差到連焊縫都無(wú)法辨認(rèn)出。

近三年來(lái)， T-T-RT的技術(shù)研究取得了較大進(jìn)展[1]，以往面臨的技術(shù)難題,包括大直徑管頭檢測(cè)、強(qiáng)度焊管頭檢測(cè)、補(bǔ)償器優(yōu)化設(shè)計(jì)，靈敏度影響因素研究、靈敏度鑒定試塊研發(fā)以及缺陷評(píng)級(jí)等,這些難題均已解決，故有必要用最新的研究成果來(lái)改進(jìn)存在的問(wèn)題，而其中最緊迫的應(yīng)該是解決T-TRT技術(shù)的靈敏度不足的問(wèn)題。

1 T-T-RT靈敏度影響因素分析

與常規(guī)射線檢測(cè)技術(shù)相比，T-T-RT技術(shù)更復(fù)雜一些[2]，靈敏度影響因素也更多一些，至少包括射線源、補(bǔ)償器、曝光參數(shù)、角焊縫結(jié)構(gòu)、管頭規(guī)格尺寸等，以下分別進(jìn)行討論。

1.1 射線源的影響

有兩種射線設(shè)備被用作T-T-RT檢測(cè)，早期使用的是小焦點(diǎn)Ir192專(zhuān)用射線機(jī)，后來(lái)發(fā)明了專(zhuān)用棒陽(yáng)極X射線機(jī)。眾所周知，Ir192放射源具有線質(zhì)硬(相當(dāng)于500 kV～600 kV的X射線)且能量無(wú)法調(diào)節(jié)，強(qiáng)度隨時(shí)間衰減也無(wú)法調(diào)節(jié)(新源強(qiáng)度太大曝光量太短難以控制，舊源強(qiáng)度太小曝光時(shí)間太長(zhǎng))的缺點(diǎn)，而且對(duì)人員健康傷害大，管理難度大、照相對(duì)比度低、清晰度差、靈敏度低，所以逐漸被棒陽(yáng)極X射線取代。實(shí)踐證明，棒陽(yáng)極X射線的照相靈敏度比Ir192放射源的高2～3個(gè)等級(jí)。

圖2為標(biāo)準(zhǔn)型T-T-RT專(zhuān)用棒陽(yáng)極X射線管，其棒直徑為12 mm，焦點(diǎn)尺寸為0.5 mm，焦距為40 mm，最高管電壓為130 kV，最大管電流為1.66 mA，適用的管子內(nèi)徑范圍為12.5～55 mm。

圖2 管子管板角焊縫射線檢測(cè)專(zhuān)用棒陽(yáng)極X射線管

1.2 補(bǔ)償器的影響

補(bǔ)償器是T-T-RT技術(shù)應(yīng)用中不可缺少的工裝，其作用是減小透照厚度差，降低散射比，阻擋邊蝕，使底片上檢測(cè)區(qū)域的黑度相對(duì)均勻。補(bǔ)償器的結(jié)構(gòu)和形狀對(duì)照相靈敏度有較大影響，管子直徑、壁厚、角焊縫型式、坡口深度、焦距等都與補(bǔ)償器相關(guān)。不恰當(dāng)?shù)难a(bǔ)償器設(shè)計(jì)，以及補(bǔ)償器的不恰當(dāng)使用，均會(huì)導(dǎo)致靈敏度大幅度降低。

圖3 焦距、管徑與投射角的關(guān)系

1.3 曝光參數(shù)的影響

棒陽(yáng)極X射線的T-T-RT曝光參數(shù)包括管電壓、曝光量、焦距、投射角度等。管電壓主要影響底片對(duì)比度和檢測(cè)區(qū)域的黑度差，曝光量主要影響底片黑度；而焦距和投射角度對(duì)靈敏度的影響比較特別：焦距和管徑共同決定投射角度η(見(jiàn)圖3)，焦距趨小或管徑趨大，會(huì)導(dǎo)致投射角度變大，底片上影像畸變也變大。不恰當(dāng)?shù)耐渡浣嵌葧?huì)影響底片黑度,進(jìn)而降低清晰度、對(duì)比度、靈敏度和檢測(cè)精度(由于影像畸變和放大的影響導(dǎo)致缺陷定量不準(zhǔn))，實(shí)際檢測(cè)時(shí)，所選投射角度η一般不大于40°。

1.4 角焊縫型式和結(jié)構(gòu)參數(shù)的影響

雖然換熱器管子管板角焊縫結(jié)構(gòu)參數(shù)較多，但研究表明，影響T-T-RT靈敏度的主要參數(shù)有4個(gè)，分別是管子內(nèi)徑d,壁厚t,坡口深度y,管子伸出管板長(zhǎng)度z(見(jiàn)圖4)。這4個(gè)參數(shù)的定義見(jiàn)圖4。管子內(nèi)徑d越大，壁厚t越厚，坡口深度y越大，管子伸出管板長(zhǎng)度z越長(zhǎng)，則檢測(cè)所需的X射線管電壓越高，補(bǔ)償器設(shè)計(jì)難度越大，達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的靈敏度的難度也越大。

圖4 管子管板角焊縫型式和結(jié)構(gòu)參數(shù)

1.5 參數(shù)關(guān)聯(lián)法則

因?yàn)門(mén)-T-RT的靈敏度影響因素比常規(guī)膠片照相的靈敏度影響因素多，而且這些因素相互關(guān)聯(lián)，一個(gè)參數(shù)變化會(huì)牽動(dòng)多個(gè)參數(shù)隨之改變，使得檢測(cè)工藝參數(shù)選擇和靈敏度控制比較困難。例如：對(duì)(直徑×壁厚)φ51 mm×3 mm管子管板角焊縫透照，若其他結(jié)構(gòu)參數(shù)不變，僅管子伸出管板長(zhǎng)度由0 mm變?yōu)? mm，工藝參數(shù)要做一系列改變：因?yàn)楣茏由斐鲩L(zhǎng)度變化導(dǎo)致源-焊縫-膠片的相對(duì)位置改變，射線投射角度隨之而變，則補(bǔ)償器需要重新設(shè)計(jì)制作，而射線穿透厚度發(fā)生變化，管電壓、曝光量也要重新選擇，拍攝的底片黑度、清晰度、靈敏度也都有變化，這種變化關(guān)系稱(chēng)為參數(shù)關(guān)聯(lián)法則。通過(guò)理論分析和試驗(yàn)摸清各參數(shù)之間的相互關(guān)系，掌握參數(shù)關(guān)聯(lián)法則，才可能制訂出正確的工藝，使檢測(cè)靈敏度達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求，檢測(cè)可靠性得到保證。

2 靈敏度鑒定試驗(yàn)和高仿型靈敏度試塊

2.1 標(biāo)準(zhǔn)關(guān)于靈敏度鑒定試驗(yàn)規(guī)定

NB/T 47013.2中附錄A規(guī)定：由于使用像質(zhì)計(jì)會(huì)增大焊縫到膠片的距離，管子-管板角焊縫正式實(shí)施檢測(cè)時(shí)不要求使用像質(zhì)計(jì)。管子-管板角焊縫射線照相的靈敏度由靈敏度鑒定試驗(yàn)保證。靈敏度鑒定試驗(yàn)應(yīng)在對(duì)管子-管板角焊縫正式實(shí)施檢測(cè)前進(jìn)行。

正式產(chǎn)品實(shí)施檢測(cè)的設(shè)備、工裝、材料和工藝參數(shù)應(yīng)與靈敏度鑒定試驗(yàn)所用的設(shè)備、工裝、材料和工藝參數(shù)(曝光時(shí)間除外)相同，如發(fā)生改變，應(yīng)重新進(jìn)行射線檢測(cè)靈敏度鑒定試驗(yàn)。但現(xiàn)實(shí)情況是：標(biāo)準(zhǔn)關(guān)于靈敏度鑒定試驗(yàn)的規(guī)定基本上沒(méi)有得到執(zhí)行，致使T-T-RT靈敏度失控嚴(yán)重。標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定沒(méi)有執(zhí)行的原因可能是：① 不了解T-T-RT技術(shù)工藝復(fù)雜性和試驗(yàn)的重要性，以為靈敏度鑒定試驗(yàn)可做可不做；② 靈敏度鑒定試驗(yàn)會(huì)增加成本，需要時(shí)間，比較麻煩；③ 標(biāo)準(zhǔn)沒(méi)有規(guī)定鑒定試驗(yàn)的細(xì)節(jié)，沒(méi)有給出靈敏度鑒定試塊的樣式，不會(huì)做。

改變現(xiàn)狀解決問(wèn)題的對(duì)策是：強(qiáng)調(diào)標(biāo)準(zhǔn)要求，提高質(zhì)量意識(shí)，完善標(biāo)準(zhǔn)細(xì)節(jié)，解決靈敏度鑒定試塊。

2.2 德國(guó)設(shè)計(jì)的T-T-RT靈敏度鑒定試塊

常規(guī)射線檢測(cè)使用的線型像質(zhì)計(jì)和孔型像質(zhì)計(jì)均不能用于T-T-RT。作為技術(shù)發(fā)明者，德國(guó)拜耳公司和巴斯夫公司曾經(jīng)分別設(shè)計(jì)了T-T-RT專(zhuān)用像質(zhì)計(jì)和一種管子-管板角焊縫靈敏度鑒定試驗(yàn)試件組合。

圖5是德國(guó)拜耳設(shè)計(jì)的T-T-RT專(zhuān)用像質(zhì)計(jì)，其優(yōu)點(diǎn)是像質(zhì)計(jì)與補(bǔ)償器合一，檢測(cè)時(shí)將其放在管子里面，既當(dāng)補(bǔ)償器用，又能得到靈敏度指示。這樣雖然省事方便，但其缺點(diǎn)也比較明顯：作為像質(zhì)計(jì)，因?yàn)槿斯と毕菸恢貌辉诤缚p區(qū)而在管子里面，所顯示的靈敏度與焊縫區(qū)的靈敏度的誤差很大；作為補(bǔ)償器，人工缺陷與補(bǔ)償器結(jié)構(gòu)有矛盾，導(dǎo)致補(bǔ)償效果差，進(jìn)而影響檢測(cè)質(zhì)量。雖然使用該試片無(wú)需事先進(jìn)行試驗(yàn)，且可以在檢測(cè)底片上獲得靈敏度顯示，但NB/T 47013.2附錄A沒(méi)有采用。

圖5 德國(guó)拜耳公司的T-T-RT專(zhuān)用像質(zhì)計(jì)

圖6為德國(guó)巴斯夫設(shè)計(jì)的一種管子-管板角焊縫靈敏度鑒定試驗(yàn)試件組合。該試件包括模擬管子-管板和靈敏度試片，靈敏度鑒定試驗(yàn)必須在檢測(cè)前進(jìn)行。該試件的優(yōu)點(diǎn)是：人工缺陷位于焊縫區(qū)，因此靈敏度顯示比拜耳試片的準(zhǔn)確；補(bǔ)償器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不受影響。該方案的不足是：只適用于管子與管板齊平的管頭結(jié)構(gòu)，對(duì)管子伸出管板的強(qiáng)度焊結(jié)構(gòu)不適用；試片設(shè)計(jì)未考慮人工缺陷參數(shù)的多樣性，例如缺陷種類(lèi)、缺陷在焊縫的深度位置等。

圖6 德國(guó)巴斯夫公司的T-T-RT靈敏度鑒定試驗(yàn)試塊組合

2.3 中國(guó)設(shè)計(jì)的高仿型靈敏度試塊

中國(guó)工程技術(shù)人員2016年提出一種新的T-T-RT靈敏度試塊型式——高仿型模擬試塊。圖7為試塊簡(jiǎn)圖(預(yù)制根部缺陷)；圖8為預(yù)制焊縫中部缺陷的試片簡(jiǎn)圖；圖9為高仿試塊使用示意；圖10為鑒定試塊的實(shí)物照片。

圖7 人工缺陷處于焊縫根部位置的高仿試塊示意

圖8 用“切開(kāi)法”將人工缺陷制作在焊縫中部

圖9 靈敏度鑒定試塊使用示意

圖10 靈敏度鑒定試塊照片

該試塊具有以下優(yōu)點(diǎn)：

(1) 材料、結(jié)構(gòu)尺寸、外形對(duì)T-T-RT的靈敏度有決定性影響，所以高仿試塊強(qiáng)調(diào)在這三個(gè)方面，試塊與真實(shí)工件必須高度相仿。高仿試塊的靈敏度試驗(yàn)與真實(shí)工件的靈敏度非常接近，誤差極小。

(2) 高仿試塊可以把各種人工缺陷(點(diǎn)狀、線狀、面狀)設(shè)制在焊縫的不同位置，例如焊縫根部(未焊透)、坡口邊緣(未熔合)、焊縫中部(氣孔)等。

圖7預(yù)制的缺陷是根部氣孔和根部未熔合；圖8預(yù)制的是焊縫中部缺陷，只要將試片分作兩片加工(沿圖中黑線切開(kāi))，即可在焊縫的任何深度和任何位置預(yù)制缺陷(例如氣孔和坡口未熔合)。

(3) 高仿試塊既適用于密封焊，也適用于強(qiáng)度焊；既適用于小直徑管頭，也適用于大直徑管頭。

(4) 高仿試塊制作無(wú)須焊接，可直接用機(jī)加工方法完成。

2.4 一種高仿靈敏度鑒定試塊設(shè)計(jì)和透照實(shí)例

高仿工件的材料為碳鋼，管子規(guī)格(直徑×壁厚)為51 mm×3 mm，坡口深度為3 mm，管子伸出管板長(zhǎng)度為5 mm。

制作高仿靈敏度試塊的步驟為：用車(chē)床加工底座和試片，尺寸和外形與工件的一致。在試片相應(yīng)位置(見(jiàn)圖7)用電火花加工預(yù)制缺陷4組，其中氣孔2組，裂紋2組。試片厚度=缺陷埋藏深度(表面以下距離)=2 mm，氣孔缺陷尺寸(深度=直徑)分別為0.3，0.5，0.8 mm，裂紋尺寸(寬×深×長(zhǎng))分別為0.3 mm×0.4 mm×4 mm，0.3 mm×0.3 mm×4 mm(橫向)，0.3 mm×0.6 mm×4 mm。

采用多組參數(shù)進(jìn)行透照試驗(yàn)，拍攝的底片如圖11所示，可見(jiàn)試塊中12個(gè)缺陷全部檢出，0.3 mm的孔清晰可見(jiàn)，靈敏度達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)B級(jí)要求。

圖11 高仿試塊靈敏度鑒定試驗(yàn)底片

2.5 高仿型試塊的各種用途

高仿型試塊用途不限于靈敏度鑒定，實(shí)際上其用途至少包括：① 對(duì)所制訂的射線檢測(cè)工藝的靈敏度水平進(jìn)行測(cè)量和鑒定;② 確定焊縫投影位置(焊縫根部，坡口邊緣等在底片上的位置);③ 確定缺陷投影位置(根部未焊透，坡口未熔合等缺陷在底片上位置);④ 曝光參數(shù)優(yōu)化(管電壓、曝光量等);⑤ 焦距優(yōu)化;⑥ 補(bǔ)償器優(yōu)化;⑦ 點(diǎn)狀缺陷放大程度測(cè)量;⑧ 線性缺陷長(zhǎng)度放大程度測(cè)量;⑨ 根部未焊透高度測(cè)量;⑩ 面積性缺陷(坡口未熔合、裂紋)高度測(cè)量。

下面介紹一例利用高仿試塊進(jìn)行缺陷測(cè)高的試驗(yàn)。圖12為預(yù)制未熔合缺陷的高仿試塊和該試塊的射線底片；表1給出了其試驗(yàn)數(shù)據(jù)。可以看到，試塊上槽的高度尺寸和底片上影像的寬度尺寸有很好的對(duì)應(yīng)關(guān)系。

圖12 未熔合測(cè)高試驗(yàn)的高仿試塊照片及其射線底片

表1 坡口未熔合缺陷測(cè)高的試驗(yàn)(用影像寬度判斷未熔合高度)數(shù)據(jù)mm

3 結(jié)語(yǔ)

(1) 近三年,中國(guó)的T-T-RT技術(shù)研發(fā)取得了巨大進(jìn)展，技術(shù)、工藝、設(shè)備、缺陷評(píng)定等一系列難題均已解決。

(2) 通過(guò)對(duì)T-T-RT靈敏度影響因素的分析，結(jié)合試驗(yàn)改進(jìn)技術(shù)與工藝，能夠有效提高檢測(cè)質(zhì)量。

(3) 嚴(yán)格執(zhí)行相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，在檢測(cè)前進(jìn)行靈敏度鑒定試驗(yàn)非常重要。

(4) 高仿型靈敏度試塊不但能夠可靠驗(yàn)證T-T-RT靈敏度，而且在缺陷尺寸測(cè)量等多方面能發(fā)揮作用。