管子-管板焊缝纵向缺陷射线检测灵敏度评估方法及试片与流程

1.本发明涉及无损检验领域，具体涉及一种射线检测方法及相关试片，特别涉及一种管子-管板焊缝纵向缺陷射线检测灵敏度评估方法以及该方法中用于评估灵敏度的试片。


背景技术：

2.管子-管板焊接结构大量存在于压水堆核电站蒸汽发生器、火电站高压加热器等管壳式换热装置中。管子-管板焊缝的焊接质量在很大程度上影响着换热装置的使用寿命。为验证管子-管板焊缝的焊接质量，目前多采用渗透检测和射线检测的方式。管子-管板焊缝因其结构特点，射线检测时需使用专用设备和专用检测工艺。尤其是在核电领域中，蒸汽发生器的应用条件更为苛刻，对管子-管板的焊接要求更高，需要对焊缝进行全面的检测，保证蒸汽发生器能够在高温高压辐照下长期工作。
3.以目前的生产实践经验，射线检测时不放置像质计，而采用灵敏度鉴定试验来保证射线检测的灵敏度满足检测要求。在灵敏度鉴定试验时，多采用在管子-管板角焊缝焊接试样的焊缝表面上加工不同规格小孔的方式来表征不同的灵敏度等级。这种方式成本高，效率低，通用性差，只能验证工件表面的气孔类体积型缺陷检测灵敏度，而不能验证检测区域内其他位置其他类型缺陷的灵敏度，无法证明整个管子-管板角焊缝检测体积范围内灵敏度都能满足检测要求。
4.因此，急需一种管子-管板焊缝纵向缺陷射线检测灵敏度评估方法，以评估管子-管板焊缝待检区域内的任意位置的诸如条形缺陷、链状气孔、未焊透、未熔合、裂纹等纵向体积型或面积型缺陷射线检测灵敏度。


技术实现要素：

5.为了解决上述问题，本发明人进行了锐意研究，研究出一种管子-管板焊缝纵向缺陷射线检测灵敏度评估方法，使用该方法可以评估管子-管板焊缝任意位置纵向缺陷的射线检测灵敏度。该方法中使用的试片带有多个不同位置不同规格的周向槽，用来模拟管子-管板焊缝中任意位置诸如条形缺陷、链状气孔、未焊透、未熔合、裂纹等纵向体积型和面积型缺陷。试片小而薄，便于布置，位置可调，使用灵活，具有一定的通用性，从而完成本发明。
6.本发明第一方面的目的在于提供一种管子-管板焊缝纵向缺陷射线检测灵敏度评估方法。所述方法利用周向槽灵敏度试片模拟焊缝纵向缺陷进行灵敏度评估，具体包括以下步骤：
7.步骤1、根据待检件结构特点，选择周向槽灵敏度试片，形成模拟件；
8.步骤2、使用拟定的射线检测工艺对模拟件实施透照；
9.步骤3、分析检测结果，评估所用射线检测工艺灵敏度。
10.本发明第二方面的目的在于提供一种用于评估管子-管板焊缝纵向缺陷射线检测灵敏度的试片，所述试片为周向槽灵敏度试片，所述周向槽灵敏度试片上设置周向槽。
11.所述试片材质与管子-管板焊缝中欲评估灵敏度的位置的金属材质相同或相近。
12.根据射线检测原理，试片材质具有一定的通用性，当试片的材质为碳钢、低合金钢或300系列奥氏体不锈钢时，可用于各种钢制待检件，包括各种碳钢、低合金钢和不锈钢。
13.本发明第三方面的目的在于提供所述试片用于表征管子-管板角焊缝射线检测灵敏度等级。
14.本发明的有益效果包括：
15.(1)本发明提供的管子-管板焊缝纵向缺陷射线检测灵敏度评估方法，容易操作和实现，便于评估射线检测工艺的灵敏度。
16.(2)本发明提供的周向槽灵敏度试片，通过调节试片在模拟件中的位置，通过调节周向槽在试片的位置，通过调节周向槽的宽度和深度，即可以模拟焊缝中不同位置不同尺寸的纵向体积型和面积型缺陷，从而可以实现评估焊缝任意位置纵向缺陷射线检测灵敏度的目的。
17.(3)本发明提供的试片方便调整，通用性强，加工成本低，操作更灵活。
18.(4)本发明提供的周向槽具有标准尺寸，有一定的通用性和代表性，为建立管子-管板焊缝纵向缺陷射线检测灵敏度等级标准提供一种参考。
附图说明
19.图1示出本发明一种实施方式中周向槽灵敏度试片1示意图；
20.图2示出本发明一种实施方式中待检件2结构示意图；
21.图3示出本发明一种实施方式中一种典型管子-管板焊缝γ射线检测工装3组装示意图；
22.图4示出本发明一种实施方式中模拟件4组装示意图，图中虚线为对应待检2中的管子202的位置；
23.图5示出本发明一种实施方式中模拟件4透照示意图，图中虚线为对应待检2中的管子202的位置；
24.图6示出本发明一种实施方式中模拟件4中周向槽灵敏度试片1相对于待检件2中的位置示意图。
25.附图标号说明
26.1-周向槽灵敏度试片；
27.101-周向槽；
28.2-待检件；
29.201-管板；
30.202-管子；
31.203-管子-管板焊缝；
32.3-一种典型管子-管板焊缝γ射线检测工装；
33.301-源导管；
34.302-遮挡板；
35.303-暗袋；
36.304-滤光板；
37.305-补偿块；
38.306-射线源；
39.4-模拟件；
40.401-垫片；
41.402-垫块；
42.5-射线束。
具体实施方式
43.下面通过具体实施方式对本发明进行详细说明，本发明的特点和优点将随着这些说明而变得更为清楚、明确。
44.在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或零件必须具有特定的方位，以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
45.本发明提供的管子-管板焊缝纵向缺陷射线检测灵敏度评估方法，能够评估焊缝中不同位置、不同尺寸、不同类型的纵向缺陷射线检测灵敏度。该方法使用方便灵活，通用性强，便于调整，能够实现焊缝中任意位置纵向缺陷射线检测灵敏度的评估。
46.所述方法利用试片上的周向槽模拟焊缝中的纵向缺陷进行射线检测灵敏度评估，具体包括以下步骤：
47.步骤1、根据待检件2结构特点，选择周向槽灵敏度试片1，形成模拟件4。
48.待检件2为管子-管板焊缝，一种典型性的管子-管板强度焊焊缝结构如图2所示。管板201上钻有与表面垂直的管孔，管孔直径与管子202相匹配。管子202穿入管板管孔中，并伸出管板表面一段距离，管子202与管板201焊接形成角焊缝203。
49.在评估管子-管板焊缝纵向缺陷射线灵敏度等级时，一般应根据角焊缝203的几何尺寸、装配、焊接工艺、材质等特性，确定需要评估射线检测灵敏度的几个关键位置，计算出这几个关键位置的位置参数。其中，欲评估灵敏度的关键位置距离管子202中轴线的距离，用于确定周向槽灵敏度试片1上周向槽101的位置参数；欲评估灵敏度的关键位置距离管板201上表面的距离，用于确定周向槽灵敏度试片1上叠加的垫片401的总厚度。
50.所述周向槽灵敏度试片1为上、下表面平行的薄片，其外形轮廓可为多边形或圆形，其中心设有与表面垂直的中心通孔，其上表面设有不同规格的周向槽101，其中，同一个周向槽灵敏度试片1上所设置周向槽101槽宽相同，槽深不同。
51.所述周向槽灵敏度试片1的上、下表面应平行且平整，优选的，平行度和平面度公差宜不超过其厚度尺寸的5％。周向槽灵敏度试片1的厚度不应小于试片上所需周向槽101的深度，试片厚度应方便周向槽101加工，且便于保证周向槽101加工尺寸公差。为方便加工和使用，周向槽灵敏度试片1厚度可为0.5～5mm，优选1～2mm。
52.所述周向槽灵敏度试片1的外形轮廓可为多边形或圆形，可根据需要任意定制，但不得影响周向槽101发挥其功能。经实践应用，外形轮廓距离周向槽101不小于5mm即可满足使用要求。
53.所述周向槽灵敏度试片1的中心通孔，其形状和尺寸应与管子202横截面形状相匹
配，优选与管子202内径相同。
54.所述周向槽灵敏度试片1上表面设有多个周向槽101，周向槽101分布于与周向槽灵敏度试片1中心通孔同心的一个圆周上。本发明中周向槽101的规格参数，即槽宽和槽深，采用标准化设置。本发明中周向槽101的位置参数，即距离试片中心通孔轴线的距离，则应根据欲评估灵敏度的关键位置距离管子202中轴线的距离而定。周向槽101按其截面形状，可为矩形槽或u形槽，但不得为v形槽。单个周向槽101的长度不小于5mm即可满足使用要求，优选使周向槽101布满整个圆周。
55.所述周向槽101槽深有1个～5个，优选为4个。
56.所述周向槽101的规格参数，槽宽和槽深的数值取值可选择连续小数数列，如
……
1.00、0.90、0.80、0.70、0.60、0.50、0.40、0.30、0.20、0.10
……
或r10系列优先数列，如
……
1.00、0.80、0.63、0.50、0.40、0.32、0.25、0.20、0.16、0.125、0.10
……
优选r10系列优先数列。在更进一步的优选中，当槽宽为r10数系中的第n个数值时，槽深取值优先选择第n-2个、第n-1个、第n个、第n+1个和第n+2个数值中的一个或多个。
57.在实践中发现，一种可以普遍应用的典型实施方案是在试片上设置8个周向槽101，所有周向槽101槽宽相同、圆心角均为45
°
，且沿同一个与试片中心通孔同心的圆周分布。周向槽101的槽深有四种，每一种槽深有两个周向槽，且在试片上对称分布。四个不同槽深的周向槽101在周向槽灵敏度试片1上按槽深大小顺序或逆序排列，如图1所示。
58.在本发明中，周向槽灵敏度试片1的材质应与待检件2的材质相同或相近。根据射线检测原理，只要周向槽灵敏度试片1材料的射线吸收系数不大于待检件2材料的射线吸收系数即可，但不宜相差太大。优选地，当周向槽灵敏度试片1的材质为碳钢、低合金钢或300系列奥氏体不锈钢时，可适用的待检件2的材质包括各种碳钢、低合金钢和不锈钢。
59.所述模拟件4包括垫片401和垫块402，所述垫片401和垫块402设置有与表面垂直的中心通孔，中心通孔与周向槽灵敏度试片1中心通孔尺寸相同。
60.为了调整周向槽灵敏度试片1在沿管子202轴线方向的位置，还应制作垫片401和垫块402。垫片401和垫块402的材质应与待检件2相同或相近。垫片401和垫块402上有与表面垂直的中心通孔，中心通孔形状和直径与管子202相匹配，优选与管子202内径相同。垫片401厚度优选0.5mm～5mm，进一步优选0.5mm和1mm，便于通过层层叠加调整周向槽灵敏度试片1位置。垫片401的外形轮廓只要保证能覆盖射线束5的范围即可，通常不小于周向槽灵敏度试片1的外形轮廓即可满足使用需要。垫块402厚度根据需要而定，只需要足够厚足够大保证覆盖射线束5的范围即可。垫片401和垫块402的上下表面应足够平整，通常平面度不超过0.05mm即可满足使用要求。
61.使用时，将垫片401、周向槽灵敏度试片1和垫块402叠放，组装成模拟件4，如图4所示，图中虚线为对应待检2中的管子202的位置。
62.步骤2、使用拟定的射线检测工艺对模拟件实施透照。
63.一种典型的管子-管板焊缝γ射线检测工装3如图3所示。所述一种典型管子-管板焊缝γ射线检测工装3包括源导管301、遮挡板302、暗袋303、滤光板304、补偿块305和射线源306。暗袋303中装有增感屏和射线胶片，用遮挡板302和滤光板304夹紧暗袋303，补偿块305安装在滤光板304上。在遮挡板302、暗袋303、滤光板304和补偿块305上设有同心同尺寸的检测孔，透照时将源导管301插入检测孔中，保证射线源306可以到达指定位置，对待检件
2或模拟件4实施透照。
64.为了评估管子-管板焊缝纵向缺陷射线检测灵敏度，使用与检测待检件2时相同的检测工装3，使用拟定的射线检测工艺对模拟件4实施透照，如图5所示。通过增加或减少垫片401的数量来调整周向槽灵敏度试片1在模拟件4中的位置，从而实现评估管子-管板焊缝203中距离管板201表面任意位置处的纵向缺陷射线检测灵敏度的目的。通过更换不同的周向槽灵敏度试片1来调整周向槽101距离周向槽灵敏度试片1中心通孔轴线的距离从而实现评估管子-管板焊缝203中距离管子202中心轴线任意距离处的纵向缺陷射线检测灵敏度的目的。通过更换不同的周向槽灵敏度试片1来调整周向槽101的槽宽和槽深从而实现评估管子-管板焊缝203中不同尺寸纵向缺陷射线检测灵敏度的目的。
65.对模拟件进行一系列透照，得到多个射线底片，经暗室处理后，在评片室中观察评定。
66.步骤3、分析检测结果，评估所用射线检测工艺灵敏度。
67.观察步骤2中得到的一系列射线底片。因每一个周向槽灵敏度试片1上同规格周向槽101均对称分布，根据射线检测原理，如果射线源306对中，即射线源306位于模拟件4中心通孔中轴线上，则同规格周向槽101影像的黑度和长度应相等。反之，可根据同规格周向槽101影像的黑度和长度判断射线源306是否对中。
68.根据周向槽101在射线底片上的影像可识别情况，填写数据记录表。分析数据表，研究在模拟件4中同一位置处不同尺寸周向槽101可识别情况。
69.根据模拟件4中同一位置处不同尺寸周向槽101的可识别情况，可以评估待检件2中对应位置处纵向缺陷的射线检测灵敏度。反之，当要求待检件2种指定位置处指定大小的纵向缺陷应识别时，可用于评估射线检测工艺参数是否满足要求，进而调整射线检测工艺参数。
70.本发明提供了用于评估管子-管板焊缝纵向缺陷射线检测灵敏度的周向槽灵敏度试片1。所述周向槽灵敏度试片1如步骤1中所述。
71.本发明的周向槽灵敏度试片1上的周向槽101能够模拟沿管子-管板焊缝走向的诸如条形缺陷、链状气孔、未焊透、未熔合、裂纹等纵向缺陷。本发明提供的试片方便调整，通用性强，加工成本低，操作更灵活。本发明提供的周向槽101具有标准尺寸，有一定的通用性和代表性，为建立管子-管板焊缝纵向缺陷射线检测灵敏度等级标准提供一种参考。
72.实施例
73.验证某火电站高压加热器管子-管板焊缝纵向缺陷射线检测的灵敏度等级。
74.待检件2管子-管板焊缝结构如图2所示，其中，管板201材质为低合金钢，管子202材质为奥氏体不锈钢；管子穿入管孔后伸出管板外表面2mm～3mm，管子胀接后与管板焊接形成强度焊角焊缝203。胀接后管子内径约为16mm。焊缝深度3mm，焊缝宽度3mm。确定评估焊缝纵向缺陷检测灵敏度关键位置为射线透照最不利的焊缝坡口位置，即沿管子轴线方向距离管板上表面距离3mm，沿管径向方向距离管子轴线距离为11mm处。射线检测灵敏度要求为能识别槽宽为0.5mm，槽深为0.5mm的周向槽。
75.检测前，将周向槽灵敏度试片1、垫片401和垫块402组装成模拟件4。周向槽灵敏度试片1、垫片401和垫块402的材质均为奥氏体不锈钢。周向槽灵敏度试片1为圆形薄片，外径为40mm，厚度为2mm，中心孔直径为16mm。周向槽101槽宽为0.5mm，四种槽深为一组，分别为
0.4mm、0.5mm、0.63mm和0.8mm。两组周向槽101分布于以周向槽灵敏度试片1中心为圆心，半径为11mm的圆周上。8个周向槽101在圆周上等长度均分，每个周向槽101圆心角为45
°
。在周向槽灵敏度试片1上叠放在两个厚度为1mm的垫片401，在周向槽灵敏度试片1下放置厚度40mm的垫块402。模拟件4中周向槽灵敏度试片1相对于待检件2中的位置如图6所示。
76.射线检测工装3上带有6mm遮挡板302、2mm不锈钢滤光板304，用遮挡板302和滤光板304夹紧暗袋303，保证暗袋303的密封性。暗袋303内有两个0.03mm铅增感屏夹紧射线胶片。射线胶片为c2级，型号为carestream m100。
77.采用ir192射线源306进行透照，射线源306活度为0.75ci，射线源306焦点尺寸为φ0.5mm。焦距30mm，曝光时间为140s。采用自动洗片机冲洗底片，使用carestream机洗套药，显影时间3分钟，显影温度28℃，定影时间5分钟，定影温度28℃。
78.在观片灯下评定底片。使用黑度计测量底片黑度，黑度范围为2.3～3.7，满足工程要求。底片上可清晰识别6个周向槽101，同尺寸周向槽影像黑度、长度基本相等，说明射线源对中，透照有效。可识别最小周向槽101尺寸槽宽
×
槽深为0.5mm
×
0.5mm。
79.综上，可评定此射线检测工艺在此待检件检测范围内的灵敏度等级为可识别槽宽
×
槽深为0.5mm
×
0.5mm的周向槽101，满足工程要求。
80.以上所述仅是本发明用于管子-管板强度焊焊缝结构的一种典型实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，本发明可以直接或稍加改动应用于管子-管板密封焊焊缝结构，这些应用也应视为本发明的保护范围。
81.以上所述仅是本发明的使用ir192γ射线源射线照相检测技术的一种典型实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，本发明可以直接或稍加改动应用于其他γ射线源射线照相检测技术、x射线照相检测技术、γ射线或x射线数字成像检测技术(dr)以及γ射线或x射线计算机辅助成像检测技术(cr)等，这些应用也应视为本发明的保护范围。
82.以上结合具体实施方式和/或范例性实例以及附图对本发明进行了详细说明，不过这些说明并不能理解为对本发明的限制。本领域技术人员理解，在不偏离本发明精神和范围的情况下，可以对本发明技术方案及其实施方式进行多种等价替换、修饰或改进，这些均落入本发明的范围内。本发明的保护范围以所附权利要求为准。

技术特征：
1.一种管子-管板角焊缝纵向缺陷射线检测灵敏度的评估方法，其特征在于，所述方法利用周向槽灵敏度试片(1)模拟焊缝纵向缺陷进行灵敏度评估。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法具体包括以下步骤：步骤1、根据待检件(2)结构特点，选择周向槽灵敏度试片(1)，形成模拟件(4)；步骤2、使用拟定的射线检测工艺对模拟件(4)实施透照；步骤3、分析检测结果，评估所用射线检测工艺灵敏度。3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，步骤1中，所述周向槽灵敏度试片(1)中心设置有与表面垂直的中心通孔，中心通孔的尺寸应与待检件(2)中管子(202)尺寸相匹配，优选与管子(202)内径相等；周向槽灵敏度试片(1)上表面设置有周向槽(101)，其中，同一个周向槽灵敏度试片(1)上所设置周向槽(101)槽宽相同，槽深不同；所述周向槽(101)槽深有1个～5个，优选为4个。4.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，步骤1中，所述周向槽(101)的槽宽和槽深的数值取值选择连续小数数列，如
……
1.00、0.90、0.80、0.70、0.60、0.50、0.40、0.30、0.20、0.10
……
或r10系列优先数列，如
……
1.00、0.80、0.63、0.50、0.40、0.32、0.25、0.20、0.16、0.125、0.10
……
，优选r10系列优先数列。5.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，步骤1中，所述模拟件(4)包括垫片(401)和垫块(402)，所述垫片(401)和垫块(402)设置有与表面垂直的中心通孔，中心通孔与周向槽灵敏度试片(1)中心通孔尺寸相同。6.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，步骤1中，将一个垫块(402)、一个周向槽灵敏度试片(1)与若干个垫片(401)叠加放置进行射线透照。7.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，步骤1中，检测前，将周向槽灵敏度试片(1)、垫片(401)、垫块(402)与一种典型管子-管板焊缝γ射线检测工装(3)进行组装，所述一种典型管子-管板焊缝γ射线检测工装(3)包括源导管(301)、遮挡板(302)、暗袋(303)、滤光板(304)、补偿块(305)和射线源(306)。8.一种用于评估管子-管板焊缝纵向缺陷射线检测灵敏度的试片，所述试片为周向槽灵敏度试片(1)。9.根据权利要求8所述的试片，其特征在于，所述周向槽灵敏度试片(1)材质与待检件(2)上的焊缝(203)材质相同或相近；根据射线检测原理，只要周向槽灵敏度试片(1)材料的射线吸收系数不大于待检件(2)材料的射线吸收系数即可；优选地，当周向槽灵敏度试片(1)的材质为碳钢、低合金钢或300系列奥氏体不锈钢时，可适用的待检件(2)的材质包括各种碳钢、低合金钢或不锈钢等。10.根据权利要求3或4所述的周向槽灵敏度试片(1)，其特征在于，所述周向槽灵敏度试片(1)上设置周向槽(101)；所述周向槽(101)的规格参数，即槽宽和槽深，标准化设置，可用于表征管子-管板焊缝中沿焊缝走向的诸如条形缺陷、链状气孔、未焊透、未熔合、裂纹等纵向缺陷，根据周向槽(101)的射线透照影像在射线底片上的可识别情况可以评估管子-管板焊缝纵向缺陷射线检测灵敏度。

技术总结
本发明提供了一种管子-管板角焊缝纵向缺陷射线检测灵敏度评估的方法。该方法中涉及的灵敏度试片包含不同规格的周向槽，可用于评估管子-管板角焊缝中各个不同位置的诸如条形缺陷、链状气孔、未焊透、未熔合、裂纹等纵向体积型和面积型缺陷的射线检测灵敏度。该方法检测成本低、效率高、通用性好。通用性好。通用性好。


技术研发人员：张岩 王晓兰 赵晓华 张建磊
受保护的技术使用者：哈电集团（秦皇岛）重型装备有限公司
技术研发日：2020.11.23
技术公布日：2022/5/25