第四章 RT探伤方法与应用及RT工艺的编制与优化(蒋仕梁)

蒋仕良全国特种设备无损检测考委会考委RT、UT、MT、PT、AE五项高级资格高级检验师天津石化公司装备研究院TEL：022-638026722RT探伤方法与应用3图2-1现有某个储罐，如图。材质为16MnR，规格为:φ2000mm×12mm,要求对壳体A、B类焊接接头和B8(Φ530×14)接管对接缝透照。(涉及到透照方式选择、透照次数计算、射线能量选择、焦距选择、曝光量选择、透照时机确定、散射线控制等射线检测工艺参数确定，这些即射线工艺，其中最重要的是透照方式选择，为射线检测工艺的灵魂)41透照方式的选择1.1透照方式的选择原则：•依据工件的结构和技术条件的要求，优先选用单壁透照方法；•在单壁透照方法不能实施时才允许采用双壁透照方法；•双壁双影法一般只用于直径在100mm以下的小径管的环焊缝透照。RT探伤方法与应用5RT探伤方法与应用1.2透照方式的分类：•直缝透照：单壁、双壁；•环缝单壁透照：外透、中心透照、偏心内透（FR，FR）；•环缝双壁透照：双壁单影（倾斜、垂直）、双壁双影（倾斜、垂直）。62一次透照长度的计算（最少透照次数计算）2.1几个概念：•一次透照长度——焊缝射线照相一次透照的有效检验长度(一般指源侧的长度)，L3表示。受两个因素的限制，一个是射线的有效照射场的范围，一次透照长度不可能大于有效照射场的尺寸；另一个是透照厚度比（标准规定）限制了一次透照长度的大小。一次透照长度对照相质量和工作效率同时产生影响。（双壁双影的L3一般不计算，一次透照有效检出范围由其他因素决定，如宽容度。）RT探伤方法与应用78•搭接长度——一张底片与相邻底片重叠部分的长度,ΔL表示。•有效评定长度——一次透照检验长度在底片上的投影长度，Leff表示。•实际透照时，如果搭接标记放在射源侧，则底片上搭接标记之间长度即为有效评定长度。如搭接标记放在胶片侧，则底片上搭接标记以外还附加△L长度才是有效评定范围（如纵缝双壁透照时）(上述说法不包括环缝偏心FR)。•三者关系：Leff=L3+△L。△L=2×L2(L3/2)/L1=L2L3/L1RT探伤方法与应用92.2直缝透照L3的计算：L3=2L1tanθ，其中θ=cos-1(1/K)，L1—射源到工件表面的距离。θ—横向裂纹检出角。K—透照厚度比，T’/T。RT探伤方法与应用102.2环缝单壁外透L3的计算（最少曝光次数）：L3=πDO/N，其中N=180/α，最少曝光次数；α=θ-η，η=sin-1[DOsinθ/（DO+2L1）]。θ=cos-1{[1+（K2-1）T/DO]/K}(据ΔOAC),(偏心内透FR与同),α——与AB/2对应的圆心角；θ——有效最大失真角；η——有效半辐射角；K——透照厚度比；T——工件厚度；Do——容器外径。RT探伤方法与应用1112源在外单壁透照对接环形焊接接头，透照厚度比K=1.1时的透照次数.Di=1800,T=30,K=1.1,F=600。(mm)T/Do=30/1860=0.016;Do/f=Do/(600-30)=3.26;N=19次。13•环缝外透法中的几何参数变化特点：①当透照距离L1减小时，若透照长度L3不变，则K值、θ角增大；若K值、θ角不变，则一次透照长度L3缩短，最少透照次数增加。②当透照距离L1增大时，情况相反，当L1趋向无穷大时，透照弧长所对应的圆心角即与壁厚度无关(?)，其极限等于影像最大失真角θ的2倍(而θ与T总是有关的)。若当DoT时，θ≈cos-1K-1；当K=1.1时，θ=24.62°，则环缝至少应摄片8张，用数式表示即：N=180/α=180/θ=180/24.62=7.31。RT探伤方法与应用142.3环缝中心透照L3的计算（最少曝光次数）：这种透照布置透照厚度K=1，横向裂纹检出角θ≈0o,一次透照长度L3=整条环缝长度。最少曝光次数为1次。RT探伤方法与应用15RT探伤方法与应用2.4环缝偏心内透照（FR）L3的计算（最少曝光次数）：L3=πDi/N，其中N=180/α，最少曝光次数；α=η-θ，η=sin-1[Disinθ/（DO-2F）]。θ=cos-1{[1-（K2-1）T/Di]/K}，α——与AB/2对应的圆心角；θ——有效最大失真角；η——有效半辐射角；K——透照厚度比；T——工件厚度；Di——容器内径;Do——容器外径。1617环缝偏心内透照（FR）几何参数变化特点：①当透照焦距减小时，若透照长度L3不变，则K值、θ角增大；若K值、θ角不变，则一次透照长度L3缩短，最少曝光次数增加。②当透照焦距增大时，情况相反，当焦距趋向圆心时，透照弧长所对应的圆心角即与壁厚度无关，其极限透照厚度比K=1，横向裂纹检出角θ≈0o,一次透照长度L3=整条环缝长度。最少曝光次数为1次。RT探伤方法与应用18RT探伤方法与应用2.5环缝偏心内透照（FR）L3的计算（最少曝光次数）：L3=πDi/N，其中N=180/α，最少曝光次数；α=η+θ，η=sin-1[DOsinθ/（2F-DO）]。θ=cos-1{[1+（K2-1）T/DO]/K}，α——与AB/2对应的圆心角；θ——有效最大失真角；η——有效半辐射角；K——透照厚度比；T——工件厚度；Do——容器外径。1920环缝偏心内透照（FR）几何参数变化特点：①当透照焦距减小时（即向圆心靠拢），若透照长度L3不变，则K值、θ角减小；若K值、θ角不变，则一次透照长度L3增大，当焦距趋向圆心时，透照弧长所对应的圆心角即与壁厚度无关，其极限透照厚度比K=1，横向裂纹检出角θ≈0o,一次透照长度L3=整条环缝长度。最少曝光次数为1次。②当透照焦距增加时，若透照长度L3不变，则K值、θ角增大；若K值、θ角不变，则一次透照长度L3减小，当焦距趋向直径时，此时α=2θ；若当DoT时，θ≈cos-1K-1；当K=1.1时，θ=24.62°，则环缝至少应摄片4张，用数式表示即：N=180/α=180/2θ=180/（2×24.62）=3.66。RT探伤方法与应用21RT探伤方法与应用•环缝内透照特别说明：不管是F＜R、F=R或F＞R的偏心法，如果使用普通的定向机照射，一次可检范围往往取决于X射线机的有效照射范场围。偏心法中由计算求出的η角，必须服从于实际最大可用半辐射角的限制。222.6双壁单影透照L3的计算（最少曝光次数）：L3=πDo/N，其中N=180/α，最少曝光次数；α=η+θ，η=sin-1[DOsinθ/（2F-DO）]。θ=cos-1{[1+（K2-1）T/DO]/K}，α——与AB/2对应的圆心角；θ——有效最大失真角；η——有效半辐射角；K——透照厚度比；T——工件厚度；Do——容器外径。RT探伤方法与应用2324双壁单影透照几何参数变化特点：①当焦距等于管子外径而T/Do甚小的情况，则最大透照长度L3所对应的圆心角2α与壁厚度无关，等于影象失真角θ的4倍，即（2α）max=4θ；若当DoT时，θ≈cos-1K-1；当K=1.1时，θ=24.62°，因N=180/α=180/2θ=180/（2×24.62）=3.66。则环缝至少应摄片4张。②当焦距无限大时，最小透照有效长度L3所对应的圆心角2α就与管子形状无关，等于失真角θ的2倍，即2αmax=2θ；若当DoT时，θ≈cos-1K-1；当K=1.1时，θ=24.62°，则环缝至少应摄片8张，用数式表示即：N=180/α=180/θ=180/24.62=7.31。RT探伤方法与应用252.7双壁双影透照L3的计算（最少曝光次数）：双壁双影法一般只用于直径在100mm以下的小径管的环焊缝透照。L3=πDo/N，其中N由相应的探伤标准确定，无须计算。但理论计算完全能计算出来。JB4730-2005规定：①倾斜透照椭圆成像T/Do≤0.12,最少曝光次数N=2;②倾斜透照椭圆成像T/Do0.12或垂直透照重叠成像时，最少曝光次数N=3。③结构原因不能进行多次透照时，可采用椭圆成像或重叠成像方式透照一次，由于透照一次不能100%检测焊缝全长，此时应采取有效措施扩大缺陷可检出范围，并保证底片评定范围内黑度和灵敏度满足要求。RT探伤方法与应用26273射线能量的选择3.1射线能量的选择原则：•选择射线源的首要因素是射线源所发出的射线对被检试件具有足够的穿透力。对X射线来说，穿透力取决于管电压。对于γ射线来说，穿透力取决于放射源种类。•在保证穿透力的前提下，选择能量较低的射线，以保证照相灵敏度。RT探伤方法与应用28RT探伤方法与应用随着射线能量的增加，射线的平均波长变短，线质变硬，在物质中的衰减变小，穿透能力增强。对比度ΔD降低，固有不清晰Ui增大，底片颗粒也将增大，其效果是射线照相灵敏度下降。选择的射线能量过低，穿透力不够，到达胶片的透射线强度过小，造成底片黑度不足，灰雾增大，曝光时间过份延长；但可以获得较高的对比度ΔD，不过较高的ΔD却意味着较低的透照厚度宽容度L。(很小的透照厚度差将产生很大的底片黑度差，使得底片黑度值超出允许范围：或是厚度大的部位底片黑度太小，或是厚度小的部分黑度太大。)因此，在有透照厚度差的情况下，选择射线能量还必须考虑能够得到合适的透照厚度宽容度L。在底片黑度不变的前提下，提高射线能量可以缩短曝光时间，从而可以提高工作效率，但其代价是灵敏度降低。为保证透照质量，标准对透照不同厚度允许使用的最高管电压进行限制，并要求有适当的曝光量。29RT探伤方法与应用3.2选择射线能量的具体方法：①对于轻质合金、低密度材料，目前尚无合适的γ射线源，主要是X射线。②厚度小于5mm的钢及其合金，要选用X射线。③厚度为5mm∽50mm钢及其合金，选用X射线总可获得较高的灵敏度，γ射线的选用应根据具体厚度和所要求的探伤灵敏度，选择Ir192或Se75，应考滤配合使用的胶片类别。④厚度为50mm∽150mm钢及其合金，选用X射线和γ射线可得到几乎相同的像质灵敏度（50mm以下X射线灵敏度比γ射线明显高），但裂纹检出率还是有差异。⑤厚度大于150mm的钢及其合金，选用兆伏级高能X射线。⑥对大批量的工件实施射线照相，选用X射线，因为时间短，灵敏度高。30RT探伤方法与应用⑦对某些条件困难的现场透照，体积庞大的X射线机使用不方便可能成为主要问题。⑧环焊缝的透照尽量选用圆锥靶周向X射线机作内透中心法垂直全周向曝光，以提高工效和影像质量。对直径较小的锅炉联箱或其他管道焊缝，也可选用小焦点（0.5mm）的棒阳极X射线管或小焦点（0.5—1.0mm)γ射线源作360⁰周向曝光。⑨选用平靶周向X射线机对环焊缝作内透中心法倾斜全周向曝光，必须考虑射线倾斜角度对焊缝中纵向面状缺陷的检出影响。3.3选择射线能量时设备特点的考虑3.3.1X射线机特点①体积较大，以便鞋式、移动式、固定式依次增加；②基本费用和维修费用均较大；③能检查40mm以上的钢厚度的大X射线机成本很高，一般为移动式而非便携式；31RT探伤方法与应用④X射线能量可改变，因此对各种厚度的试件均可使用最适宜的能量；⑤X射线机可用开关切断，故较易实施射线防护；⑥曝光时间一般为几分钟；⑦所有X射线机均需电源，有些还需水源。3.3.2γ射线设备的特点：①射源尺寸小，可用于X射线机头无法接近的现场；②不需水源或电源；③费用低；④曝光时间长，通常需几十分钟，甚至多少小时；⑤对薄钢件（如5mm以下）只有合适的放射性同位素（如Se75）才能获得较高的灵敏度。323.4最高射线能量的选择对截面厚度变化大的工件，在保证灵敏度要求的前提下，允许采用超过规定的Ｘ射线管电压。对钢、铜及铜合金管电压增量不应超过50kV；对钛及钛合金管电压增量不应超过40kV；对铝及铝合金管电压增量不应超过30kV。333.4最高射线能量的选择34射线源透照厚度W(AB级)，mm射线源透照厚度W(AB级)，mmX射线(300kV)≤40Co-6040～200X射线(420kV)≤80X射线(1MeV～4MeV)30～200Se-7510～40X射线(4MeV～12MeV)50～4