射线检测透照角度对裂纹检出的影响

射线检测透照角度对裂纹检出的影响

朱健强

（江南造船（集团）有限责任公司，上海  201913）

摘  要：主要介绍了如何提高射线检测对裂纹的检出率，分析NB/T 47013.2-2015《承压设备无损检测  第2部分：射线检测》标准对裂纹检出率的控制要求，以及如何结合实际情况确保特殊透照工艺下的裂纹检出率，为工艺编制和现场拍片人员提供了参考。

关键词：裂纹；射线检测；标准；透照工艺

Abstract: This paper mainly introduces how to improve the detection rate of cracks by Radiographic Testing, and analyzes NB/T 47013.2-2015, the control requirements of crack detection rate in the standard, and how to ensure the crack detection rate in the special radiographic process combined with the actual situation, provide a reference for process preparation and operators.

Key words: crack; Radiographic Testing; Standard; testing arrangements

1 焊接接头裂纹产生的原因

裂纹、未熔合和未焊透等是焊接接头最常见的3种危害性缺陷。焊接接头裂纹一般具有尖锐的端口，借助于使用过程中的交变应力环境极易拓展撕裂，会产生重大的质量隐患。根据所产生机理分为：热裂纹、冷裂纹、再热裂纹、层状撕裂等。

焊接裂纹的产生，通常是在焊接应力及其他致脆因素共同作用下，焊接接头中局部地区的金属原子结合力遭到破坏而形成的新界面所产生的缝隙。

2 射线检测透照角度对裂纹的检出的影响

根据中国特种设备检验协会组织编写的《射线检测》[1]3.2.3 缺陷检出试验中分析了不同透照角度对裂纹检出的影响。

对高强度钢平板对接焊缝试板（厚度18.5 mm）进行透照，焊缝中有9条自然裂纹（包括纵向裂纹和横向裂纹）。将试板装在拍片台架上，然后改变台架旋转角度进行射线透照。

对上述方法透照的底片中各条裂纹的识别情况分为5类：

1)能明显识别；

2)一般能识别

3)能识别为缺陷但不能判断为裂纹；

4)不能明显识别为缺陷；

5)不能识别。

这5类情况分别表示不同的裂纹检出率：100%、80%、60%、50%、0%。从而求出不同照射角度下裂纹的平均检出率。归纳结果如图1所示。

图1  照射角度和裂纹平均检出率的关系

3 标准中对裂纹检出率的控制要求

由于射线检测的目的是为了尽可能检出危害性缺陷，因此标准的条款中需要对影响裂纹检出率的因素加以控制，并结合实际情况择优选出最佳的射线检测工艺。

射线检测时，控制射线透照角度即可提高裂纹检出率。NB/T 47013.2-2015 标准5.5.4节以透照厚度比K进行控制一次透照长度。透照厚度比在NB/T 47013.2-2015 标准3.8节定义为一次透照长度范围内射线束穿过母材的最大厚度和最小厚度之比。

3.1 纵向焊接接头射线检测

3.1.1 横向裂纹检出率

对于A级和AB级射线检测技术级别检测纵向焊接接头时，要求透照厚度比，B级纵向焊接接头要求透照厚度比。

为了更加直观，把透照厚度比K换算成照射角度。为透照角度的余弦值的倒数即，可推出；为透照角度的余弦值的倒数即，可推出。结合图1可知，A级和AB级要求最大透照角度约为14°，B级要求最大透照角度约为8°。分别对应约50%和75%以上的裂纹平均检出率。

3.1.2 纵向裂纹检出率

由于纵向焊接接头透照时射线束中心一般要求垂直指向透照区中心，并应于工件表面法线重合。同时，焊接接头检测区域宽度远小于其长度方向上的尺寸，因此对于纵向裂纹检出时的透照角度可以忽略不计。对应于图1的平均检出率可达到80%以上。

3.2 环向焊接接头射线检测

3.2.1 环向焊接接头横向裂纹检出率

对于A级和AB级射线检测技术级别检测环向焊接接头时，要求透照厚度比，B级纵向焊接接头要求透照厚度比。对的环向焊接接头（包括曲率相同的曲面焊接接头），A级和AB级允许采用。

为了更加直观，把透照厚度比K换算成照射角度。同理，可推出对应的最大透照角度，对应的最大透照角度，对应的最大透照角度。结合图1可知，分别对应约50%、25%和20%以上的裂纹平均检出率。

非小径管环向焊接接头射线检测按照NB/T 47013.2-2015标准附录F 环向对接接头焊缝透照次数确定方法为控制最大照射角度来确保横向裂纹检出率的资料性附录。

对于小径管环向焊接接头射线检测，如果采用上述方法通过控制K值来确保横向裂纹检出率，会导致拍片张数的大幅度增加。笔者认为，从辐射防护和人力资源成本等角度考虑并不是最优方案。

3.2.2 环向焊接接头纵向裂纹检出率

非小径管透照时，由于采用双壁单影透照布置。环向焊接接头未采用双壁双影透照布置椭圆成像，纵向裂纹检测时的透照角度普遍较小，裂纹检出率较高。

小径管透照时，推荐采用双壁双影透照布置椭圆成像。椭圆成像时，应控制影像的开口宽度（上下焊缝投影最大间距）在1倍焊缝宽度左右。例如，对于某壁厚为Φ40×8mm，焊缝宽度为的小径管环向焊接接头采用双壁双影透照布置椭圆成像时，对于AB级射线检测技术，射线源至工件表面的距离f应满足，当焦点尺寸d为2mm时，。则最大透照角度约为30°，结合图1可知，裂纹平均检出率不足30%。

3.3 曲率变化等特殊结构焊缝的射线检测

NB/T 47013.2-2015标准5.5.4 c）条款规定，管座角焊缝、椭圆形封头、碟形封头小r区的焊缝，以及其他曲率连续变化的焊缝可不采用以K值确定一次透照长度的方法，允许用黑度范围来确定一次透照长度，底片黑度满足5.16.1的长度范围即为允许采用的一次透照长度。

通过该条款可知，对于一些K值控制难度较大的焊接接头，可以不控制K值（即最大透照角度）。当不控制K值时，这意味着无法确保裂纹（尤其是横向裂纹）的有效检出率。遗憾的是，从无损检测质量控制体系的角度来说该标准并未采取相应的措施弥补射线检测对裂纹检出率无法保证的影响因素，比如增加其他无损检测检测方法等措施。

4 射线检测对裂纹检出率控制的特殊应用案例

NB/T 47013.2-2015标准规定附录F 环向对接接头焊缝透照次数确定方法仅适用于外径的环向焊接接头射线检测。对于外径的环向焊接接头射线检测，从成本和辐射防护（笔者认为，标准中并未说明原因）等因素考虑，采用相隔90°透照2次或相隔120°/60°透照3次的方式。

但是，当现场条件受限对于一些外径接近100mm的非小径管环向焊接接头（例如Φ108×4mm）透照无法满足标准要求的拍片数量时，是否可以采用小径管的透照方式减少拍片数量？笔者认为并非不可以，只需要考虑标准中相应的质量稳定性控制条款、现场条件和焊接接头具体参数等即可。

本公司有一批规格为Φ108×4mm的环向焊接接头，材质为316L不锈钢。根据NB/T47013.2-2015 AB级要求标准要求每道焊缝需要拍片6张，由于现场结构受限，无法满足相应的拍片数量。经综合考虑采取如下射线检测工艺：

1）对于316L不锈钢环向焊接接头与设计单位沟通及参考之前已拍的大量底片，裂纹（尤其是横向裂纹）焊接时不容易产生且底片上未发现此类缺陷，认为可以降低对透照角度（即K值）的控制。与此同时，从无损检测体系对焊接接头质量控制角度出发增加在环向焊接接头表面增加渗透检测；

2）对该规格Φ108×4mm无法满足标准拍片数量的环向焊接接头，采用小径管透照布置，工件至胶片距离b取外径；

3）不再采用以K值确定一次透照长度的方法，采用黑度范围来确定一次透照长度。

参考文献：

[1] NB/T 47013.2-2015 承压设备无损检测  第2部分：射线检测[S]

[2] 强天鹏著， 射线检测，北京：中国劳动社会保障出版社， 2007