CN110618147B - 一种管子-管板角焊缝未焊透缺陷高度测量系统及方法 - Google Patents

一种管子-管板角焊缝未焊透缺陷高度测量系统及方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及焊缝检测，具体公开了一种测量方法，用于测量管子‑管板角焊缝未焊透缺陷高度，该测量系统包括X射线机、透照底片和刻度尺，所述X射线机的射线焦点置于管子内，所述透照底片、刻度尺依次置于待测焊缝外，当管子射线焦点照射待测焊缝时，待测焊缝上的未焊透缺陷可在透照底片上形成影像，而所述刻度尺则可读取影像刻度值。该测量系统填补了国内外对焊缝未焊透高度控制有需求但无测量方法这一块的空白。并且，采用上述系统测量管子‑管板角焊缝未焊透缺陷高度，测量操作简单快速，测量结果真实、可靠、一致性好，对于评价未焊透类缺陷是否超标具有重要意义。

Description

一种管子-管板角焊缝未焊透缺陷高度测量系统及方法
技术领域
本发明涉及焊缝测量，具体涉及一种管子-管板角焊缝未焊透缺陷高度测量系统及方法。
背景技术
随着化工技术的飞速发展，大型复杂高参数的化工换热器产品不断涌现，对产品运行的可靠性提出了更高的要求，保证产品在运行工况恶劣的环境下可靠地运行，减低机组非计划停机率的关键因数就是换热器管子与管板角焊缝质量。管子与管板角焊缝的频繁泄露，不但减低了机组的换热和生产效率，还将导致运行参数不稳定，严重影响机组的使用寿命。因此，仅对管子与管板角缝进行表面检测远不能满足产品使用要求。
随着棒阳极X射线机和微焦点X射线机诞生，许多化工换热器产品都要求采用X射线检测管子与管板角焊缝内部质量，以达到提高机组运行的安全可靠性的目的，欧美许多设计方和用户对高端化工换热器都提出了这一要求，国内许多国家重点高端化工换热设备也提出需要采用X射线检测管子与管板角缝内部缺陷，因此管子与管板角缝内部缺陷检测要求逐渐成为一种必然需求。
焊缝内部或根部区域的未焊透缺陷，将减少焊缝有效厚度，焊缝厚度减少的焊缝区域在运行时在交变应力、管子震动、压力、高温、腐蚀环境等共同作用下，将导致焊缝泄露，因此不同规范对管子管板角缝根部未焊透缺陷的高度都提出了不同的限值，如ISO标准要求“不允许未焊透缺陷”；ASME规范管子管板角缝工艺评定要求“焊缝根部接头0.4mm以上的部分必须全部熔透”即允许0.4mm高度的未焊透；世界先进的换热设备制造商德国巴士夫公司在未焊透缺陷限值的经验“h≤0.5mm,仅允许局部不允许整圈”；国内规范验NB/47013对管子管板未焊透缺陷验收描述“密封焊缺陷分类就没有涉及未焊透，即允许未焊透；强度焊未焊透验收需要合同双方商定”。虽然相关规范对未焊透缺陷高度限值提出量值要求，但国内外标准并没有提出如何定量测量未焊透高的方法。
发明内容
本发明的目的是为了提供一种测量系统，用于测量管子-管板角焊缝未焊透缺陷高度，填补了国内外对焊缝未焊透高度控制有需求但无测量方法这一块的空白。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
一种用于测量管子-管板角焊缝未焊透缺陷高度的测量系统，包括X射线机、透照底片和刻度尺，所述X射线机的射线焦点置于管子内，所述透照底片、刻度尺依次置于待测焊缝外，当管子射线焦点照射待测焊缝时，待测焊缝上的未焊透缺陷可在透照底片上形成影像，而所述刻度尺则可读取影像刻度值。
具体的说，所述X射线机为棒阳极射线机，所述射线焦点即位于X射线机的阳极棒上，该阳极棒伸入管子内且棒阳极的轴线与管子的轴线重合。
进一步的，还包括透照补偿块，所述透照补偿块环绕射线焦点设置并固定在X射线机上；所述透照补偿块上设有内斜槽，该内斜槽环绕射线焦点设置。
进一步的，所述内斜槽的上表面为倾斜面，且该倾斜面位于射线焦点与待测焊缝之间；所述倾斜面的倾斜角度及方向均与待测焊缝的外表面相对应。
更进一步的，所述透照补偿块螺纹连接在X射线机的阳极棒上。
作为一种优选方案，所述刻度尺上均匀设有刻度，且刻度尺上均匀设有刻度一面朝向透照底片。
本发明的另一个目的是为了提供一种使用上述系统测量管子-管板角焊缝未焊透缺陷高度的方法，测量操作简单快速，测量结果真实、可靠、一致性好。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
测量系统测量管子-管板角焊缝未焊透缺陷高度的方法，包括以下步骤：
A、安装测量系统，并使透照底片和刻度尺重叠后平行于管板设置，测量所需的计算数据：管子的外径R、透照底片与管板之间的间距D、管板上待测焊缝的最大深度D0；
B、启动X射线机照射待测焊缝，对透照底片进行曝光，待测焊缝上的未焊透缺陷会在透照底片上形成影像，通过刻度尺上的刻度值读取影像距离管子中轴线之间的最小间距L值；
C、计算为焊透缺陷高度h：h＝d0-F×L-LR；其中，d0＝D+D0。
作为一种优选方案，所述步骤B中，所述X射线机对透照底片曝光的条件为：电流0.5mA，时间60S，电压值选择依据考角缝加补偿块的穿透厚度，达到满足透照底片上影像位置黑度值2.0～2.7即可。
作为一种优选方案，需重复步骤B3次以上，最终L值则取所有次数测量值的平均值。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
(1)鉴于目前相关规范和用户对管子-管板角焊缝未焊透缺陷提出了缺陷高度控制要求，但国内外标准和规范并没有提出如何定量测量未焊透高的方法，本发明特提出一种能够测量管子-管板角缝未焊透缺陷的高度的系统及使用该系统进行测量的方法，旨在填补国内外的空白。
(2)本发明检测条件和布置方式采用与实际工件完全相同的检测条件和布置方式，能够有效、正确、真实测量管子-管板角缝未焊透缺陷的高度，特别在标准允许的临界高度尺寸的测量，既能达到满足标准用户关于未焊透高度尺寸的限值要求，又能提高检测评定人员的评定精准度。
(3)本方法采用的系统部件结构简单，加工方便，操作简单，可简单快速达到测量管子-管板角缝未焊透缺陷的高度的目的，且测量结果真实、可靠、一致性好。
附图说明
图1为实施例1的测量示意图；
图2为刻度尺结构示意图；
图3为实施例2的管子-管板角焊缝结构示意图。
其中，附图标记对应的名称为：
1-管板，2-管子，3-待测焊缝，4-未焊透缺陷，5-X射线机，6-透照底片，7-刻度尺，8-透照补偿块，9-螺纹，10-阳极棒，11-刻度，12-安装圆孔，13-射线焦点。
具体实施方式
下面结合附图说明和实施例对本发明作进一步说明，本发明的方式包括但不仅限于以下实施例。
由于相关规范对未焊透缺陷高度限值提出了量值要求，但国内外标准并没有提出如何定量测量未焊透高的方法，本发明特提供了一种用于测量管子-管板角焊缝未焊透缺陷高度的测量系统及方法，以填补空白。本发明的测量系统包括X射线机5、透照底片6、刻度尺7和透照补偿块8，其中，X射线机5选用棒阳极射线机，所述射线焦点13即位于X射线机的阳极棒10上。为使本技术更清楚，以下以几个具体的实施例来对其进行详细介绍。
实施例1
参见图1和图2，本实施例以以本单位某化工换热器强度焊管子-管板角焊缝按照ASME标准射线检测应用为例进行说明，其检测流程及检测步骤按以下顺序进行：
一、按以下条件制作刻度尺7：
(1)刻度尺采用不锈钢材料，具有一定的刚性，不易变形；
(2)刻度尺上均匀设置刻度，的刻度分度精度至少0.5mm；
(3)刻度尺的厚度不大于1mm，刻度深度不超过0.2mm,宽度不超过0.15mm；
(4)刻度尺开安装圆孔12，圆孔应与补偿块和X射线机的棒阳极同心；
(5)刻度尺“0”位设置在圆孔中心。
二、按以下条件制作与管子2匹配的透照补偿块8：在透照补偿块8上对应射线焦点13的位置设置内斜槽，参见图1，该内斜槽的截面呈直角梯形状，其上表面设置为倾斜面。
三、透照底片6准备：采用工业射线检测用透照底片，透照底片为AGFA D4或KODAXMX125，透照底片开孔，孔直径大于棒阳极外径2mm，透照底片采用薄型黑色塑料暗袋封装(或透照底片暗袋)，防止透照底片感光；透照底片清洗时，洗片时间6分钟，显影温度20±2°，定影温度20±2°，水冲洗时间至少30分钟。
四、测量得到管子外径R＝15.89mm，精度0.02mm。
五、安装测量系统：
(1)管子与管板装配：保证管子与管控同心，然后再焊接角缝(本步骤也可以在测量系统装配之前进行)；
(2)透照底片上的开孔、刻度尺的安装圆孔依次穿过X射线机的棒阳极，且刻度尺上有刻度的一面朝向透照底片；
(3)将透照补偿块与阳极棒通过螺纹9螺纹连接，连接好后内斜槽位置与射线焦点位置相匹配，且内斜槽的倾斜面位于射线焦点照射待测焊缝时候的射线束路径上；其中，安装好之后，还应当满足：倾斜面的倾斜角度及方向均与待测焊缝3的外表面相对应、倾斜面的宽度也要满足射线束通过，以实现减小角缝透照厚度差，使底片曝光后黑度均匀，便于观察缺陷边缘，便于清晰读出与缺陷边缘位置的刻度值；透照补偿块的上部与刻度尺贴合紧密，以实现透照底片和刻度尺的锁紧；
(4)将带有透照补偿块的阳极棒插入管子管孔内，使棒阳极与管子同心，管子顶部也与刻度尺贴合精密。在此，可以采用必要的固定方式(如夹持、支撑架等常规支撑固定方式)将X射线机固定，以维持系统的安装稳定。
六、测量数据：
(1)测量射线焦点到透照底片之间的垂直距离(焦距)“F”值，得F＝35.16mm，精度0.02mm；
(2)测量透照底片与管板表面之间的间距D，得D＝4.52mm；
(3)测量管板上待测焊缝的最大深度D0，得D0＝2.50mm(即焊高)；(其可通过数控机床直接测量数值读数)
(4)启动X射线机5照射待测焊缝3，对透照底片6进行曝光，待测焊缝上的未焊透缺陷4会在透照底片6上形成影像，通过刻度尺11上的刻度值11读取影像距离管子中轴线之间的最小间距L值；重复该步骤三次以上，取L平均值；
其中，所述X射线机5对透照底片6曝光的条件为：电流0.5mA，时间60S，电压值选择依据考角缝加补偿块的穿透厚度，达到满足透照底片上影像位置黑度值2.0～2.7即可。刻度值读取时，采用白光冷光源观片灯，采用眼睛目视观察(必要时使用用10～50倍放大镜)，确定缺陷边缘与刻度重合的位置，读出该位置的数值L，并估读1位。
七、计算为焊透缺陷高度h：
Figure BDA0002247359530000061
带入数据计算，得到h＝0.51mm。
其中，d0＝D+D0。
h＝0.51mm，标准值0.5mm(产品样品)，与用户要求的实际值基本接近，偏差绝对值0.01mm。达到实际要求控制的临界值能有效评价；当L>19.5mm时，产品需要返修，当L≤19.5mm产品不需要返修，评定合格产品。
实施例2
本实施例对如图3所示的化工换热器强度焊管子-管板角焊缝结构进行测量，其中，该管子的规格为Φ31.75×3.4mm(R＝12.47mm)，管板表面焊接有8mm厚的堆焊层，堆焊层材质为ALLOY 625，焊接方式为带极电渣堆焊；角焊缝坡口为半径2.5的圆弧坡口，焊高要求2.5mm，焊接方法为自动钨极氩弧焊。管板两侧压差＞6Mpa，且接管子外壁为化学反应介质，因此换热器管子-管板角焊缝的密封性和内部质量要求较高。
检测要求：(制造方和用户商定)要求根部未焊透高度限值0.5mm。
除透照补偿块中的内斜槽结构外，检测系统的安装及测量方法均与实施例1相同。本实施例的内斜槽倾斜面满足：减小角缝透照厚度差异，使底片曝光后黑度均匀即可(即平面状内斜面与焊缝外表面基本大致平行即可)。
某一未焊透，测得的数据平均值分别是：D＝6.04；D0＝25.00；L＝20.5mm；R＝15.89mm，F＝35.26。
计算未焊透缺陷高度h＝0.6108mm。
可见，h＝0.6108>0.5mm，不满足要求值，需要返修。
由此可见，采用本发明的测量系统及测量方法，能够有效、正确、真实测量管子-管板角缝未焊透缺陷的高度，特别在标准允许的临界高度尺寸的测量，既能达到满足标准用户关于未焊透高度尺寸的限值要求，又能提高检测评定人员的评定精准度，对于评价未焊透类缺陷是否超标具有重要意义。

Claims (8)

1.测量管子-管板角焊缝未焊透缺陷高度的方法，包括以下步骤：
A、安装测量系统，测量系统包括X射线机(5)、透照底片(6)和刻度尺(7)，刻度尺(7)上均匀设有刻度(11)，所述X射线机的射线焦点(13)置于管子(2)内，所述透照底片(6)、刻度尺(7)依次置于待测焊缝(3)外，并使透照底片(6)和刻度尺(7)重叠后平行于管板设置，刻度尺(7)上均匀设有刻度一面朝向透照底片(6)，当管子射线焦点照射待测焊缝时，待测焊缝上的未焊透缺陷(4)可在透照底片(6)上形成影像，而所述刻度尺(7)则可读取影像刻度值，测量所需的计算数据：管子(2)的外径R、透照底片(6)与管板(1)之间的间距D、管板上待测焊缝的最大深度D0；
B、启动X射线机(5)照射待测焊缝(3)，对透照底片(6)进行曝光，待测焊缝上的未焊透缺陷(4)会在透照底片(6)上形成影像，通过刻度尺(11)上的刻度值(11)读取影像距离管子中轴线之间的最小间距L值；
C、计算为焊透缺陷高度h：
Figure FDA0003551112860000011
其中，d0＝D+D0，F为射线焦点到透照底片(6)之间的垂直距离，即焦距。
2.根据权利要求1所述的测量管子-管板角焊缝未焊透缺陷高度的方法，其特征在于：所述步骤B中，所述X射线机(5)对透照底片(6)曝光的条件为：电流0.5mA，时间60S，电压值选择依据为角缝加补偿块的穿透厚度，达到满足透照底片上影像位置黑度值2.0～2.7即可。
3.根据权利要求1或2所述的测量管子-管板角焊缝未焊透缺陷高度的方法，其特征在于：需重复步骤B3次以上，最终L值则取所有次数测量值的平均值。
4.根据权利要求1或2所述的测量管子-管板角焊缝未焊透缺陷高度的方法，其特征在于：所述X射线机(5)为棒阳极射线机，所述射线焦点(13)即位于X射线机的阳极棒(10)上，该阳极棒(10)伸入管子(2)内且阳极棒(10)的轴线与管子(2)的轴线重合。
5.根据权利要求4所述的测量管子-管板角焊缝未焊透缺陷高度的方法，其特征在于：还包括透照补偿块(8)，所述透照补偿块环绕射线焦点(13)设置并固定在X射线机(5)上；所述透照补偿块(8)上设有内斜槽，该内斜槽环绕射线焦点设置。
6.根据权利要求5所述的测量管子-管板角焊缝未焊透缺陷高度的方法，其特征在于：所述内斜槽的上表面为倾斜面，且该倾斜面位于射线焦点(13)与待测焊缝(3)之间；所述倾斜面的倾斜角度及方向均与待测焊缝(3)的外表面相对应。
7.根据权利要求5所述的测量管子-管板角焊缝未焊透缺陷高度的方法，其特征在于：所述透照补偿块(8)螺纹连接在X射线机(5)的阳极棒(10)上。
8.根据权利要求5所述的测量管子-管板角焊缝未焊透缺陷高度的方法，其特征在于：所述透照补偿块(8)螺纹连接在X射线机(5)的阳极棒(10)上。
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