1、前言

換熱器是石油化工行業(yè)的重要承壓設備，換熱器的泄露與否影響著生產(chǎn)能否正常安全進行，而換熱器的泄露重點在于管子管板焊接接頭的焊接質量。研究表明，影響換熱器管頭泄露的主要原因是氣孔類缺陷。

按照我國現(xiàn)有的換熱器制造技術標準和規(guī)范，換熱器管子管板焊接接頭的質量評價，均采用磁粉檢測或滲透檢測，由于這兩種方法的局限性，只能檢出表面及近表面缺陷，導致了焊縫內部缺陷無法檢測。隨著各行業(yè)對質量要求的日益嚴格及無損檢測技術的進步，換熱器管子管板焊接接頭的射線檢測技術逐漸被開發(fā)并顯得越來越重要。

有研究顯示，通過對管子管板焊接接頭進行射線檢測，換熱器的泄漏率從18%降低到了2%～4%，從而減少了生產(chǎn)成本，增加了經(jīng)濟效益。目前，國內多家單位已具備管子管板焊接接頭射線檢測技術。

2、原理

同常規(guī)射線檢測技術的原理一樣，管子管板焊接接頭射線檢測也是由于射線在穿透工件過程中與物質發(fā)生相互作用，因吸收和散射而使其強度減弱。如果被透照物體的局部存在缺陷，則該區(qū)域的透過射線強度就會與周圍產(chǎn)生差異。把膠片放在適當位置感光，經(jīng)過暗室處理后得到底片，由于缺陷部位和完好部位的透射線強度不同，底片上相應部位就會出現(xiàn)黑度差異即對比度，在觀片燈上觀察底片就可以看到由對比度構成的不同形狀的影像，評片人員據(jù)此判斷缺陷情況，評價工件質量。

3、設備選用

目前，用于管子管板焊接接頭的射線檢測設備主要有兩種：

（1）微焦點放射源（Ir192)，典型的源尺寸為φ0.5mm×1mm；

（2）X射線機（棒陽極X射線機）；

對比兩種檢測設備，棒陽極X射線機存在以下優(yōu)點：

a、避免了放射源的輸送帶來的風險和麻煩；

b、減少現(xiàn)場檢測人員受到的輻射劑量；Ir192放射源半衰期約為74天，而X射線能量可調節(jié)；

c、更高的成像質量（棒陽極X射線在鋼中氣孔缺陷的靈敏度小于0.5mm，而Ir192在鋼中氣孔缺陷的靈敏度一般只能達到1mm）；

d、解決了Ti材換熱器管子管板焊接接頭的照相靈敏度問題。

因此，微焦點源并不太適用于設備制造廠家對管子管板焊接接頭的射線檢測，而需采用棒陽極X射線機檢測。

4、透照方法及步驟

（1）透照方法

透照布置有“向后透照”和“向前透照”兩種。向后透照使射線源從本側管板導入管子中，射線源對中較容易，焦距控制較準確，操作方便，但需在膠片中心打一個孔。因此需解決因打孔引起的打孔位置錯位及孔周圍提前曝光問題；向前透照膠片中心無需打孔，但操作麻煩，必須注意射線源對中。因此優(yōu)先選用向后透照方法，向前透照方法只適用于向后透照技術所不能適用的場合。

向后透照

向前透照

（2）焦距的選擇

根據(jù)管子內徑選擇焦點-膠片距離，選擇焦點-膠片距離應考慮減小投影畸變因素，同時兼顧照相靈敏度因素。當管子內徑D≤20mm時，推薦距離為30mm；D＞20～38mm時，推薦距離為40mm。

（3）曝光參數(shù)的選擇

射線機管電壓、管電流及透照時間的選擇應在設備允許范圍內通過具體工藝試驗確定。通過試驗，管徑為φ24mm，厚度為3mm的管子焊縫，管電壓選用110KV，管電流選用0.5mA,透照時間30s，得到的底片黑度及靈敏度均符合標準要求，成像質量良好。管徑為φ24mm，厚度為6mm的管子焊縫可選用管電壓120KV，管電流0.5mA，透照時間1min，均可得到良好的成像質量。

5、底片評定

（1）底片質量要求

底片評定范圍（焊縫和焊縫相連的區(qū)域）的黑度范圍應為：A級≥1.2～4.5；AB級≥1.5～4.5；B級≥1.8～4.5；

底片上不應有明顯的邊蝕散射現(xiàn)象；底片上焊縫影像的變形程度應不影響缺陷的識別。在任何情況下，不允許存在以下缺陷：裂紋、未熔合、條形氣孔、蟲形氣孔、局部密集氣孔。球形氣孔、夾渣、夾鎢和氧化物夾雜不應超過NB/T47013.2-2015中表A.4的要求。

（2）成像特點分析

主要針對管子伸出管板的角焊縫結構的棒陽極X射線檢測底片成像特點進行研究，具體管頭形式如圖所示

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換熱管與管板角焊縫底片理論成像

換熱管端部內徑投影至底片影像直徑為：

D1≈Ф-2T   

式中：T為換熱管壁厚。影像大小與管內徑接近，導向管（適配器）與管壁存在一定的間隙，在底片中形成的一圈較黑影像為換熱管端部內邊緣；底片中心影像較淡處為射線束透過適配器的影像。

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焊腳端部投影至底片影像直徑為：

D2=(F×Ф)/[F-(L-K)]

影像大小比管外壁直徑略大，與焦距、管伸出長度、焊腳高度有關；換熱管伸出端部影像黑度較焊縫影像黑度淡，焊腳端部影像與換熱管端部外邊緣影像相連，形狀一般不規(guī)則。

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焊縫根部影像直徑為：

D3=(F×Ф)/[F-(L+H)]

影像大小與焦距、管伸出長度、坡口深度有關，換熱管與管板間存在一定組裝間隙，影像中會顯示一圈黑度相對較黑、寬度較小的細線，當焊縫根部熔合較完好時，底片中不會顯示該影像。

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焊縫焊趾影像直徑為：

D4=(F×Ф1)/(F-L)

影像大小與焦距、管伸出長度、焊縫焊趾直徑尺寸有關，影像在底片最外側，當補償器設計不合理或透照參數(shù)選擇不正確時，底片中可能不會顯示影像或影像較淡不易識別。

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（3）典型缺陷底片

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6、問題探討

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（1）如上表所示，通過管子管板焊接接頭射線檢測對換熱器管子管板焊接質量提升較大，產(chǎn)品質量明顯提升；

（2）管子管板焊接接頭射線檢測存在幾何放大，因此大管徑角焊縫射線檢測可能會存在焊縫影像重疊現(xiàn)象；過小管徑焊縫也會存在成像效果差，目前來看，管子外徑在25mm左右時成像效果最佳。

（3）成本問題，在制換熱器管頭眾多，若抽檢則存在返修復探甚至擴探問題，若全檢則時間成本及經(jīng)濟成本較高。目前每班管頭射線檢測數(shù)約200根，每張真空膠片進貨價約16元，實際每張底片最終成本達40-50元。

7、發(fā)展前景

（1）棒陽極X射線檢測+CR檢測

利用棒陽極X射線機+CR檢測IP成像板組合檢測，可省去暗室操作步驟，幾乎不存在環(huán)境污染問題，大大提高拍片一次合格率，并且能實現(xiàn)檢測圖像的數(shù)字化，圖譜只需存儲于電腦硬盤即可同時實現(xiàn)多人在線分析。

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