无壳体式换热器管箱对接焊缝的射线检测
一、前言
换热器是压力容器中最常见的形式之一，主要用于两种不同温度的介质的热量交换，广泛用于石油化工、电力、制冷等行业，其结构形式可分为有壳体式（管壳式换热器），与无壳体式两大类，其中无壳体式换热器结构不似容器，且承载介质体积较小，危险性相对偏低，故《容规》设有将其纳入监察范围,无损检测项目较少.
本人在石化机械制造厂工作时,曾受命对数台此类换热器进行探伤.该设备名称为精制柴油空冷器,部件仅有两只管箱与中间连接的管束，其管箱均为长矩形，四条对接焊缝，如下图所示，（为80万吨／年柴油加氢精制装置所用，设计压力为2.5MPa，T：200℃，材质16Mn，介质为油气）。焊缝均按JB/T4709-92《钢制压力容器焊接规程》进行,要求保证全焊透、全熔合、并不少于20％比例的UT或RT检测。 
二、问题的提出
管箱制造完工后，送我处检验，初步决定采用超声波探伤，选用横波斜探头法，沿焊缝一侧扫查，但在检查中发现根部反射波与边板盖板的根部回波相混，加上入口太小无法进入管箱直接的观察根部焊接成形,只限单侧扫查等因素，从而严重影响了对缺陷反射波准确的判断,故决定改用RT检测，直观的反映结果，但如何获得最佳的检测效果呢？如何完整透照焊缝？如何贴片？笔者根据对射线检测粗浅的认识,在现有的设备和工作条件下,通过实际检验,决定采用如下方法.
三、RT检测过程
1．透照理论分析
1.1透照方式
该检测工件为长矩形，焊缝为不等厚直边对接焊缝，在没有r射线机棒阳极x射线管的情况下，若采用常规的纵缝透照法，显然存在巨大的偏差，在不具备单壁内透法的条件下，只能考虑选用外壁偏心纵缝透照法。
1.2入射角和偏心距选择
如图所示，该焊缝总长2880mm，总坡口角度45°，焊缝宽度40mm，采用V形坡口单面焊双面成形，边板T：40mm，盖板T：18mm,在焊接过程中焊缝根部及易产生未焊透及未熔合、裂纹等缺陷。现首要考虑的是偏心距及入射角.太大会增加透照厚度差.和焊缝畸变,尤其是纵向面积型缺陷检出率的降低，过小会使焊缝透照不全.综述各种因素,为了保证查出根部面积型缺陷并兼顾厚度比，保证能将焊缝全部投影到底片上，且将射线入射角定为23～30°即25°±5°,介于总焊缝坡口角度中间值。而入射角定格后,偏心距只随焦距变化,可随实际计算。 
1.3焦距及能量的选择
焦距对射线照相灵敏度的影响主要表现在几何不清晰度上，因Ugmax= df×L2/L1,故而为获得较小的Ug值，需要获取较大的焦距，但较大的焦距必须延长曝光时间或提高管电压，故且定最小焦距不小于700 mm.射线能量的选择原则是在保证穿透力的情况下，选择较低射线能量，但在实际拍片中，应适当尽量提高管电压,提高底片的宽容度,降低散射比.
1.4胶片工装制作及胶片贴放
因管箱开口仅有200×100 mm，无法进入贴片,须做一个长度与工件长度均等或一半的梯形楔块做为贴片工装，因为透射角为25°，而胶片应尽量与入射主射线垂直成90°，所以贴片工装为60～65°的等腰梯形，胶片置与梯形斜面上（两边都可），胶片贴放及工装截面具体形状尺寸见上图.
1.5双胶片法及灵敏度的控制
由于此类纵缝透照，异于常规直透，具有较大的厚度差，故可选用两种不同或同种胶片进行拍片，即双胶片法(同速法或异速法).其目的是用于平衡透照宽容度，与探伤灵敏度的矛盾，TA大的部位用单片,TA小的部位可用双片评定.在ISM标准中规定双胶片法中单片黑度下限值为≮1.3，故而可使厚度大的部位D值不低于1.3即可满足要求.另外像质计源侧按标准正常摆放,像质指示IQI灵敏度不应低于标准规定值。
1.6一次透照长度与散射线的防护
该管箱每条焊缝长2880mm，选用360×80mm的胶片，一次透照长度为288mm，即N=10.射线透照过程中，为了屏蔽散射线:在源侧被透焊缝两侧添置铅板,在胶片后置一厚为1mm的防护铅板。条件允许时，在焊缝根部两侧母材添置铅板或铅箔增感屏，以最大限度的减小边蚀散射和工件自身引起的散射。
四、具体检测情况
4.1检测参数
活动管箱直边不等厚对接焊缝采用300EG-S2型射线机，管电压240KV，焦点尺寸2.5mm×2.5mm,曝光时间3min，AGF双胶片，偏心纵缝透照，最少透照次数为10次，一次透照长度288mm，等分为10张，Ⅱ型像质计，自动洗片机.透照黑度参见下表:
4.2检测结果
此次检测共两台空冷器,四个管箱，共发现根部未焊透5张,裂纹2张,未熔合4张，底片的对比度、清晰度、黑度、与像质指数基本达到标准要求，也基本达到了预期的效果。同时我们利用双胶片法改善了黑度反差，易于对底片上厚薄区域缺陷进行评定，在拍片过程中我们还尝试利用增大焦距、提高管电压等方法，一次曝光杠号透视两张底片,在增大Ug值同时，也提高了工作效率。
上述结果充分验证了偏心纵缝双胶片透照法的实践可行性.本人还选用了两张底片缺陷局部放大照片,左边是根部未熔合和一条横向裂纹;右边照片显示的是两条坡口未熔，其下的一条是盖板侧小坡口上的未熔合.在检测初始，我们就对盖板侧小角度坡口与主射线束近似垂直，而影响面积状缺陷的检出率感到担忧，现从结果来分析，说明采用该方法也具有一定的检出率。但同时带来的缺点是肯定存在的,为此我们考虑增加超声波单侧扫查.选用K2.3～K2.5的斜探头在盖板侧锯齿形扫查,利用二次反射波检查坡口未熔合来弥补不足之处.
4.3底片评定
因该焊缝透照不同于常规纵缝透照，又有别于双壁双影的管道焊缝，故底片焊缝结构图样解析有很大的差异.经测量，此次倾斜透照焊缝只放大±5mm，但因投影线路非常规分布，焊缝及缺陷都发生位移并有所放大、变形。尤其是未熔合、未焊透缺陷，本身宽度变大，边界模糊，不同于正常投影形态，故而要了解底片上每个投射线的焊缝实物位置。以对底片作出正确的分析评定，底片上最上端黑度极小值部位为厚度为40mm的边板母材，不做评定区域，而剩下的具有三个黑度差的区域分别为焊缝根部、熔敷区、盖板母材的投影。这些情况虽于评片不利，但实际底片中裂纹、未熔、未焊透等危害性缺陷还是比较典型的。 
五、小结
综上所述，此类直边不等厚对接焊缝检测，采用外壁偏心纵缝透照法检测, 虽受焊接结构的影响，给检测与评片带来诸多不利因素，但用此种工艺仍能有效的提高主要缺陷的检出能力与底片的质量，实对本人的以后工作总结有所借鉴及启发。
杨勇