CN114720490B - 一种基于数字射线的管道未焊透深度定量检测方法 - Google Patents

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Abstract

一种基于数字射线的管道未焊透深度定量检测方法,属于压力管道未焊透检测技术领域。本发明包括如下步骤:取与被测工件相同材质的对比工件,根据对比文件上两个槽处的壁厚得出该材质的衰减系数,两个槽的槽深不同;根据被测工件上一个槽处的壁厚和衰减系数得出被测工件上另一个槽处的实际厚度;将实际厚度与该处的理论厚度相对比,即可得出该处未焊透深度。本发明不仅适用于未焊透深度测量,同样也适用于腐蚀深度、内凹尺寸测量,对于在役设备具有很好的适用性,通过材料的衰减系数和未减薄部位来确定未焊透深度很有现实意义。

Description

一种基于数字射线的管道未焊透深度定量检测方法
技术领域
本发明属于压力管道未焊透检测技术领域,具体是涉及一种基于数字射线的管道未焊透深度定量检测方法。
背景技术
压力管道是一种具有爆炸危险的特种承压设备,它可作为许多特种设备或者系统的核心设施,担负着高温、高压、易燃、易爆、剧毒、强腐蚀或放射性物料的输送任务,在国民经济建设中占有重要地位。为保障其安全运行,采用适当的方法对其进行定期的检测是十分有必要的。
在压力管道定期检验过程中,由于安装过程中焊接等因素影响,未焊透缺陷较为普遍。根据TSG D7005-2018《压力管道定期检验规则-工业管道》规范要求,关于未焊透的评级,管子的材料为20钢、16Mn或者奥氏体不锈钢时,未焊透按局部减薄定级,除20钢、16Mn或者奥氏体不锈钢以外的其他材料,未焊透按照未熔合定级。局部减薄深度和未焊透自身高度的定量检测尤为关键。质检特函〔2013〕61号《质检总局特种设备局关于氨制冷装置特种设备专项治理工作的指导意见》中对未焊透深度测量也提出了明确的要求。因此未焊透缺陷深度定量检测是开展工业管道安全性能综合评级的基础。
目前,常采用数字射线成像技术(Digital radiography,DR)进行检测,实时成像,曝光时间短,采用了计算机与图像处理,理论上可以实现缺陷的精确测量,但由于DR系统结构和射线束角度等原因,检测图像存在几何放大和边缘变形等问题,若整幅图像采用单一的修正系数计算,会存在误差。对于缺陷检测而言,目前的误差是可以接受的,但不适合于测量精度要求较高的检测。因此,为了达到高精度的检测结果,必须采用与之相匹配的检测方法来提高检测精度。
发明内容
本发明主要是解决上述现有技术所存在的技术问题,提供一种基于数字射线的管道未焊透深度定量检测方法。
本发明的上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的:一种基于数字射线的管道未焊透深度定量检测方法,包括如下步骤:
步骤S1,取与被测工件相同材质的对比工件,根据对比文件上两个槽处的壁厚得出该材质的衰减系数,两个槽的槽深不同;
步骤S2,根据被测工件上一个槽处的壁厚和衰减系数得出被测工件上另一个槽处的实际厚度;
步骤S3,将实际厚度与该处的理论厚度相对比,即可得出该处未焊透深度。
作为优选,所述理论厚度为被测工件另一槽处的壁厚。
作为优选,所述对比工件上至少设置有两个不同槽深的人工缺陷槽,且人工缺陷槽的槽深为已知。
作为优选,所述被测工件上至少设置有两个不同槽深的存在缺陷槽,且存在缺陷槽的槽深为已知。
作为优选,所述对比工件和被测工件采用相同的数字射线透照条件,根据对比工件上两个槽处的灰度、以及两个槽处的壁厚之差,得出衰减系数;根据被测工件上两个槽处的灰度、以及衰减系数,得出实际厚度。
本发明具有的有益效果:本发明采用相同的透照条件,根据对比工件上两个已知点的深度得出衰减系数,再结合被测工件上一个已知点的深度来得出另外点的深度,经对比,即可得出未焊透深度。本发明不仅适用于未焊透深度测量,同样也适用于腐蚀深度、内凹尺寸测量,对于在役设备具有很好的适用性,通过材料的衰减系数和未减薄部位来确定未焊透深度很有现实意义。
附图说明
图1是本发明数字射线检测理论示意图;
图2是本发明实施例碳钢管的一种外部结构示意图;
图3是本发明实施例碳钢管的一种数字射线成像图;
图4是本发明实施例碳钢管内刻槽的一种数字射线成像图;
图5是本发明实施例碳钢管外刻槽的一种数字射线成像图。
具体实施方式
下面通过实施例,并结合附图,对本发明的技术方案作进一步具体的说明。
一种基于数字射线的管道未焊透深度定量检测方法,包括如下步骤:
步骤S1,取与被测工件相同材质的对比工件,根据对比文件上两个槽处的壁厚得出该材质的衰减系数,两个槽的槽深不同;
步骤S2,根据被测工件上一个槽处的壁厚和衰减系数得出被测工件上另一个槽处的实际厚度;
步骤S3,将实际厚度与该处的理论厚度相对比,即可得出该处未焊透深度。
在步骤S3中,所述理论厚度为被测工件另一槽处的壁厚,该壁厚可通过原始出厂资料或测量获取。
在步骤S1中,所述对比工件上至少设置有两个不同槽深的人工缺陷槽,且人工缺陷槽的槽深为已知;在步骤S2中,所述被测工件上至少设置有两个不同槽深的存在缺陷槽,且存在缺陷槽的槽深为已知。
根据数字射线检测理论,在相同条件下,随着射线穿透厚度的减少,灰度增加。因此,可利用未焊透部位的灰度增加值来计算未焊透深度。
如图1所示,以具有一定厚度差的阶梯块进行透照为例;
设:μ为阶梯块的线衰减系数;I0为入射射线强度;ID、I′D分别为阶梯块上不同部位透射的一次射线强度;Is、I′S分别为阶梯块上不同部位透射的散射射线强度;I、I′分别为阶梯块上不同部位透射射线总强度。
由于I=ID+IS;I′=I′D+I′S
并由于ΔT<<T,因此可认为IS=I′S
所以有ΔI=I′-I=I′D-ID
在宽束射线衰减规律中有散射线比n
则有,
按单色窄束射线衰减规律有
ID=I0e-μT;I′D=I0e-μ(T+ΔT)
式中μ为工件的线衰减系数;
I0为入射射线强度;
因此有,
根据近似公式,ex=1+x,(|x|<1);
则有,e-μΔT=1-μΔT;
代入式(1),得到
图像灰度与射线强度成线性关系,即:G=K*I (3);
其中G为灰度,I为射线强度,K为常系数;
由式(2)和式(3)得到,对于由一小厚度差引起的灰度对比度
对于相同的透照条件,相同的材质,应该是常系数,在此令/>
式(4)变成
由上述可知,对于对比工件,可根据不同位置的灰度、以及相应的厚度差,利用公式(6)求出衰减系数μn,即根据两个已知的人工缺陷槽处的灰度、以及人工缺陷槽处的壁厚之差,可求出衰减系数μn
然后在相同的透照条件、相同的材质下,在被测工件上进行检测,可根据两处位置的灰度和衰减系数μn,利用公式(7)求出ΔT,即根据两个已知的存在缺陷槽处的灰度、以及衰减系数μn,可求出ΔT。利用上述方法可以求出母材和焊缝处的厚度差,再结合焊缝余高即可得到焊缝的未焊透深度。
实施例:取¢89×4碳钢管,在工件左侧内壁刻三道槽以模拟未焊透缺陷,槽深分别为1.0mm、1.5mm和3.5mm;在工件右侧外壁刻三道槽以模拟未焊透缺陷,槽深分别为1.0mm、1.5mm和3.5mm,如图2所示。如图3所示,采用数字射线对碳钢管进行双壁双影透照;图4为工件左侧内壁刻槽的影像放大图,图5为工件右侧外壁刻槽的影像放大图;经计算,得出衰减系数为μ=0.1639,此处只是模拟未焊透缺陷,故不考虑焊缝余高。
以衰减系数和碳钢筒筒体厚度为已知条件,求得各内刻槽处的实际壁厚,数据见表2。
表2为内壁刻槽各点实际壁厚结果表
测量点编号
槽深 1.5mm 3.5mm 1.0mm 1.5mm 3.5mm
理论厚度 6.5mm 4.5mm 7.0mm 6.5mm 4.5mm
实际厚度 6.38mm 4.48mm 6.92mm 6.35mm 4.54mm
偏差 0.12mm 0.02mm 0.08mm 0.15mm -0.04mm
偏差百分比 8.00% 0.57% 8.00% 10.00% -1.14%
以衰减系数和碳钢筒筒体厚度为已知条件,求得各外刻槽处的实际壁厚,数据见表3。
表3为外壁刻槽各点实际壁厚结果表
测量点编号
槽深 3.5mm 1.5mm 1.0mm 3.5mm 1.5mm 1.0mm
理论厚度 4.5mm 6.5mm 7.0mm 4.5mm 6.5mm 7.0mm
实际厚度 4.525mm 6.437mm 6.946mm 4.547mm 6.483mm 7.074mm
偏差 -0.025 0.063 0.054 -0.047 0.017 -0.074
偏差百分比 -0.71% 4.20% 5.40% -1.34% 1.13% -7.40%
由上述可知,根据本发明定量检测方法在管件上的测量效果,不仅验证了本方法的可行性,可适用于未焊透深度测量,同样也适用于腐蚀深度、内凹尺寸测量,对于在役设备具有很好的适用性,通过材料的衰减系数和未减薄部位来确定未焊透深度很有现实意义,同时本发明检测方法的最低检测精确度不低于90%,具有较优的检测精确度,可靠性高。
最后,应当指出,以上实施例仅是本发明较有代表性的例子。显然,本发明不限于上述实施例,还可以有许多变形。凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰,均应认为属于本发明的保护范围。

Claims (2)

1.一种基于数字射线的管道未焊透深度定量检测方法,其特征在于,包括如下步骤:
步骤S1,取与被测工件相同材质的对比工件,根据对比文件上两个槽处的壁厚得出该材质的衰减系数,两个槽的槽深不同;
步骤S2,根据被测工件上一个槽处的壁厚和衰减系数得出被测工件上另一个槽处的实际厚度;
步骤S3,将实际厚度与该处的理论厚度相对比,即可得出该处未焊透深度;
所述对比工件的内壁和外壁上至少设置有两个不同槽深的人工缺陷槽,且人工缺陷槽的槽深为已知;
所述被测工件上至少设置有两个不同槽深的存在缺陷槽,且存在缺陷槽的槽深为已知;
所述对比工件和被测工件采用相同的数字射线透照条件,根据对比工件上两个槽处的灰度、以及两个槽处的壁厚之差,利用得出衰减系数;根据被测工件上两个槽处的灰度、以及衰减系数,利用/>得出实际厚度;
式中,µ为衰减系数,G为灰度,n为散射比,T为槽的壁厚。
2.根据权利要求1所述一种基于数字射线的管道未焊透深度定量检测方法,其特征在于,所述理论厚度为被测工件另一槽处的壁厚。
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