壓力管道未焊透深度的數(shù)字射線定量檢測(cè)

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(shuō)明》，未焊透會(huì)減少焊縫的有效截面積，危害較大，主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)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(yàn)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(shí)，未焊透按局部減薄定級(jí)，其他材料的未焊透按照未熔合定級(jí)。局部減薄深度和未焊透自身高度的定量檢測(cè)尤為關(guān)鍵，是開展工業(yè)管道安全性能綜合評(píng)級(jí)的基礎(chǔ)。未焊透深度檢測(cè)的相關(guān)規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)NB/T47013.2-2015《承壓設(shè)備無(wú)損檢測(cè)第2部分：射線檢測(cè)》附錄L規(guī)定檢測(cè)未焊透深度時(shí)需采用對(duì)比試塊，對(duì)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(duì)比試塊)來(lái)測(cè)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(duì)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(duì)比試塊)來(lái)測(cè)定。試驗(yàn)設(shè)計(jì)的刻槽深度分別為0.3，0.5，1.0，1.5mm。將對(duì)比試塊放置于缺陷部位進(jìn)行透照，通過(guò)對(duì)比試塊上已知深度人工模擬缺陷的黑度和實(shí)際缺陷的黑度來(lái)確定實(shí)際缺陷的深度。受底片缺陷大小的限制，利用黑度計(jì)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(guò)未焊透區(qū)域的黑度與母材黑度的對(duì)比來(lái)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(wú)法檢測(cè)未焊透區(qū)黑度的情況下可對(duì)黑度進(jìn)行目視檢測(cè)，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(cè)得到的黑度會(huì)有較大的視覺(jué)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(shí)際評(píng)估偏差大。以上兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)雖然都是采用黑度對(duì)比的方式來(lái)對(duì)未焊透進(jìn)行粗略評(píng)估，但前者采用對(duì)比試塊刻槽處的黑度來(lái)與未焊透部位的黑度進(jìn)行對(duì)比顯然更加合理。未焊透深度檢測(cè)方法未焊透深度檢測(cè)方法主要有兩種：試驗(yàn)推導(dǎo)法1利用標(biāo)準(zhǔn)NB/T47013.2-2015附錄中使用的對(duì)比試塊或模擬試塊來(lái)檢測(cè)不同深度對(duì)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(lái)確定對(duì)應(yīng)的厚度差。數(shù)字射線成像技術(shù)使用計(jì)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(cè)數(shù)字射線成像系統(tǒng)配置1試驗(yàn)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(cè)器，其一次成像面積為231mm×284mm，像素間距為148μm，動(dòng)態(tài)范圍為16bit，具有16倍的無(wú)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(cè)2采用數(shù)字射線成像技術(shù)對(duì)鋁階梯試塊進(jìn)行檢測(cè)，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(shí)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(gè)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(duì)各個(gè)階梯的厚度進(jìn)行檢測(cè)，檢測(cè)結(jié)果如表1所示。表1

階梯試塊厚度的數(shù)字射線檢測(cè)結(jié)果

內(nèi)壁刻槽碳鋼管的數(shù)字射線檢測(cè)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(gè)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(duì)該碳鋼管進(jìn)行檢測(cè)，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(shí)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(gè)刻槽影像中，左側(cè)3個(gè)為靠近射線機(jī)側(cè)的刻槽顯示，另外3個(gè)為靠近探測(cè)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(duì)內(nèi)壁有刻槽的碳鋼管厚度進(jìn)行檢測(cè)，檢測(cè)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(cè)結(jié)果

外壁刻槽碳鋼管的數(shù)字射線檢測(cè)4同樣對(duì)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(cè)，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(shí)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(gè)刻槽影像，其中左側(cè)3個(gè)為靠近射線機(jī)側(cè)的刻槽顯示，另外3個(gè)為靠近探測(cè)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(cè)結(jié)果實(shí)踐案例某GC2級(jí)導(dǎo)熱油管道的設(shè)計(jì)壓力為0.33MPa，設(shè)計(jì)溫度為280℃，規(guī)格為?76mm×4mm，采用數(shù)字射線成像技術(shù)對(duì)該管道進(jìn)行檢測(cè)，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(cè)時(shí)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(shí)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)