射线探伤中的环焊缝周向曝光技术
曾祥照
摘要：分析表明，筒体环焊缝射线探伤中采用周向曝光技术，可得到黑度均匀、灵敏度高、质量优良的照相底片，效率较高。
1.引言
当直径较大的圆形筒体环焊缝射线探伤采用外透法透照工艺时，透照距离往往受到几何不清晰度ug和焊缝透照厚度比K的影响，底片质量不甚理想。当采用射线源置于圆心位置的周向曝光技术时，无论从成象质量还是经济效益方面看，它具有独特的优点：（1）透照距离保持不变，透照厚度均一，底片黑度均匀。只要简体半径满足一定的几何不清晰度ug的要求，其成像质量优于其它透照方式；（2）射线束处处垂直于筒体曲面的切线，入射角θ=0°，有利于发现各种缺陷，焊缝中的横向裂纹检出率高；（3）由于一次曝光就能完成整个焊缝的透照，检测效率高。因此，周向曝光技术日益受到重视。
我厂自1984年起就在锅炉筒体环焊缝×射线探伤中应用周向曝光技术，取得了较好的效果。下面按照GB3323-87标准《钢熔化焊对接接头射线照相和质量分级》的要求，结合我厂SZL系列锅炉中的Φ800×12mm筒体环焊缝和油田三相分离压力容器Φ3000×12mm筒体环焊缝探伤，对X射线周向曝光技术作些分析。
2.周向探伤机性能特点
进行环焊缝周向曝光，首先须有周向辐射X射线探伤机。我厂1984年后购进多台周向探伤机，有日本理学RF-200EG-B1CX射线探伤机，国产丹东XXQX-2005和XXQZ－2505型携带式高频充气X射线探伤机等。
以上周向探伤机都具有变频、充气、周向辐射的特点，特别适合于筒体环形焊缝的X射线探伤。从性能上来看，日本理学的擦伤机优于国产的探伤机，不过价格较贵。
3.探伤准备
3.1技术准备：被检工件是SZL系列锅炉的上、下锅筒。内径Dn=800mm，壁厚T=12mm，材质20g，焊缝为双面自动焊。
3.2器材准备
3.2.1制作探伤机支架小车：支架小车焊有两片圆弧月牙板，圆弧月牙板内径与探伤机机壳外径相吻合，探伤机平放在支架上，并确保探伤机的焦点置于锅筒圆心上。小车装有四个轮子，可在筒内壁前后推移，较好的解决了周向探伤机在锅筒内的移动和定位问题。
3.2.2胶片：选用天津III型工业射线胶片。
增感屏：前后屏厚度≧0.1mm的铅箔增感屏。
胶片尺寸：80×360mm
象质计：选用FE10/16 GB5617-85线型象质计。
其他：铅字标记带、暗盒及各种铅字等。
3.3方法准备：锅炉安全规程规定锅筒主焊缝需要进行100%射线探伤。按GB3323-87标准，射线照相方法为AB级。焊缝质量II级为合格。
4.周向曝光透照工艺
根据工件结构和周向探伤机的特点，按射线源、工件和胶片之间的相互位置关系，采用中心内透法透照工艺，即射线焦点到工件表面的距离等于锅筒的内半径。象质计放置于内壁，每隔900放一个，用磁铁吸附在内壁上。胶片暗盒用松紧布带固定在环焊缝外侧，首尾相接，留10mm的搭接余量。以焊缝“T”字接头为胶片中心定位起点，面向前封头、顺时针方向为序编号，打上钢印标记，以备查考。
5.几何条件
5.1对最小透照距离L1min的要求：L1min≧10dL23/2
式中 L1：射线源至工件表面的距离；L2：工件表面至胶片的距离；D：射线源有效焦点尺寸
上式规定实际上是为了满足象质等级与透照厚度相对应的几何不清晰度Ug的要。对于AB级照相法Ugmax≤ L11/3。原GB3323-82标准规定了甲、乙两种照相法的几何不清晰度的Ug值，甲级Ug≤0.2mm,乙级Ug≤0.4mm,。这里Ug值是人为规定的定值。但是，从几何不清晰度的计算公式Ug=dL2/L2可知，Ug与L2有关。进一步研究表明，几何不清度是工件厚度的函数，存在ug∝ 10L21/3的关系，且L1又与L2有一定的关系。因此，为了满足Ug值的要求，就必须保证一定的透照距离L1。
以φ800×12mm锅炉筒体为例，采用环缝中心内透法周向曝光工艺，此时，L1=r=400mm，母材厚度T=12mm，双面自动爆缝余高合计为4mm，暗盒和增感屏厚度之半取2mm，则L2=12+4+2=18mm。RF-200EG-B1C周向探伤机的焦尺寸为1×3.5mm，取有效焦点尺寸d=3.5mm，则L1min=10dL22/3 =240mm<400mm，透照几何条件满足AB级的几何不清晰度的要求。此计算结果与GB3323-87标准中的图6“确定焦点至工件距离的诺模图”所查的数据相一致。
5.2对悍缝透照厚度比k值的要求：
由于射线源置于圆心，射线束垂直指向环焊缝入射角θ＝00则：K=1/cosθ=1
即射线透过焊缝的透照厚度处处相等。正因为如此，采用周向曝光技术，所拍底片具有黑度均匀，灵敏度高的特点。
6.透照参数
φ800×12mm锅筒环焊缝透照厚度TA=16mm，用RF-200FG-B1C周向探伤机透照，选用管电压为140kv。根据该机的曝光曲线，曝光时间为3分钟，曝光量为15mA.min，符合GB3323-87标准规定的要求。
由于周向探伤机的×射线的幅射角较小，以240（±120）向圆周幅射。因此，操作时要求焦点对准焊缝中心，以免射线束偏离焊缝。
7.散射线的屏蔽
由于周向探伤机置于锅筒内，胶片贴于焊缝外侧，并使用铅箔增感屏，所以能屏蔽部分散射线，因此暗盒背面不必再衬托铅板，减少了贴片的麻烦，提高了工效。从所拍底片来看，看不见在暗盒背面贴附的“B”铅字影象，说明散射线防护可以。
8.底片质量
按以上透照工艺，可获得良好的底片质量：整张底片黑度均D=2.4-2.8，控制在最佳黑度值范围内，象质指数达到和超过标准规定的要求，在底片焊缝上，至少能清晰地看到FE 10/16 GB5618-85象质计三根或四根钢丝的影象，即可看到最小象质指数为12号（线直径0.250mm）或13号（线直径0.200mm），这说明底片象质计灵敏度完全能达到AB级所规定的照相灵敏度是相对灵敏度。
9.大直径筒体环缝内透法透照的工艺
今年，我厂为克拉玛依油田制作大直径油田三相分离压力容器时，筒体尺寸为φ3000×12mm，材质20g双面自动焊，焊缝进行≧20%长度的射线探伤，我们采用中心内透法周向曝光工艺，同样获得较好的效果。使用XXQZ-2505周向探伤机，探伤时将周向探伤机放在一个特制的架子上，焦点置于筒体圆心，胶片按抽检要求贴在环焊缝外侧。曝光参数：管电压为210KV，曝光时间12分钟（分三次曝光）。所拍底片黑度D=2.2-2.6之间，象质指数可看到12号钢丝，达到标准规定的要求。
［讨论］
对于大直径筒体环焊缝如仍采用中心内透法周向曝光工艺，则由于射线源到工件表面的、距离太大（L1=r），射线强度哀减较大，为了获得一定的底片黑度，势必要延长曝光时间，特别是按比例抽查的探伤检验，这样做不太经济。此时可采用偏心（L1<1）内透法透照工艺。采用此工艺时，要考虑焊缝透照厚度比K值的影响。对环缝的AB级的K值一般不大于1.1，在几何条件在满足几何不清晰度Ug值（Ugmax≦1/10dL21/3）的前提下，尽可能使焦点靠近圆心位置，以增加一次有效透照长度，有利于提高对横向裂纹的检出率和工效。
10.卷装射线胶片和自动洗片机在周向曝光工艺中的应用
在对环焊缝进行周向曝光探伤时，使用80×360mm的胶片的一张一张贴附在环焊缝外侧，且留搭接余量，显得非常麻烦，要耗费大量的时间和人力、物力。采用卷装胶片一次性环绕在焊缝外侧进行周向曝光，再辅助于自动洗片机，这样探伤的工效就可大大提高。目前我厂已购柯达1NDUSTRE×AA-382 70mm×100呎铅包成卷胶片和柯达工业X-0matB型自动洗片机。
据柯达公司介绍，AA胶片适用于需要曝光时间短而效果极佳的射线照相；铅包卷装胶片中衬有一次性氧化铅增感屏，卷内抽真空，增感屏贴在整卷ZNDUSTREX胶片的两侧，增感屏和胶片密封在不染尘的纸包中，纸包内侧加有涂料以防漏光。此卷装胶片可在暗室中用剪刀或切纸刀剪成所需长度。剪后卷片两头要用防光乙烯胶带封住。从卷中拉出一段和要作X射线照相的工件相贴合，即可曝光。曝光电压最好在220至300KV之间。使用这种卷装胶片所拍底片质量好，工效高。使用X-OmatB型自动洗片机可在十二分钟完成胶片的冲洗和烘干的全过程。它可以冲洗各种胶片和复印底片。冲洗底片宽度可以到17时，长度不限，效率极高，但是外汇价格较贵。
11.本文小结
我厂自采用周向曝光探伤工艺以来，底片质量良好，与外透法透照工艺相比，工效至少提高8倍，效益显著，加快探伤进度（以往无损探伤是影响生产的“咽喉”）。同时也大大减轻了探伤人员的劳动强度，深受探伤人员及生产管理人员的欢迎。