浅谈X射线检测在制冷装置壳管式换热器压力容器制造中的应用

【摘 要】制冷装置用壳管式换热器压力容器对接接头是壳体上重要的受控接头，内部缺陷存在超标缺陷会严重影响整个壳体，极端会使整个压力容器报废。制冷装置用壳管式换热器压力容器对接接头的材质都为簿件，在无损检测方法上优先使用射线检测技术。本文通过典型的产品LS1100冷凝器从X射线照相的原理、透照工艺、底片的评定的难点，避免对底片评片的误评、漏评，提高X射线无损检测结果的准确性，保证焊缝质量，使机组正常运转。

【关键词】壳管式换热器；压力容器；原理；透照工艺；评定；无损检测

1.X射线照相法的检测原理

射线在穿透物体中会物质发生相互作用，因吸收和散射使其强度减弱。强度衰减程度取决于物质的衰减系数和射线在物质中穿越的厚度。如果被透照物休的局部存在缺陷，且构成缺陷的物质的衰减系数又不同于试件，该局部区域的透过射线强度就会与周围了生差异。把胶片放在适当位置使其在透过射线的作用下感光，经暗室处理后得到底片。底片上各点的黑化程度取决于射线照射量（射线强度。照射时间），由于缺陷部位和完好部位的透射强度不同，底片上相应部位就会出现黑度差异。底片上相邻区域的黑度差定义为“对比度”。把底片放在观片灯屏上借助透过光线观察，可以看到由对比度构成的不同形状的景象，评片人员据此判断缺陷情况并评价工作质量。

2.用LS1100冷凝器作为典型的制冷装置用壳管式换热器压力容器机型作X射线检测技术的透照工艺

2.1设计参数

材质，Q345R，厚度8mm，外径410mm，壳程设计压力2.1MPa，介质为R22，属于Ⅱ类容器，壳体由两条A缝组合需成，产生1条B缝，另有1条B缝为Φ76弯头与Φ76无缝钢管焊接，要求为100%射线检测，按JB/T4730.2-2005Ⅱ合格。

2.2分折采用的焊接方法

在焊接方法上，手工电弧焊较容易在焊缝中产生气孔缺陷。氩弧焊出现条形缺陷机率很少，最影响焊接质量是氩气的流量，流量不当引起产生气孔缺陷。二氧化碳气体保护焊控制或操作不当容易产生气孔。埋弧焊焊接参数焊接电流过大，形成气孔、夹渣、及裂纹。电弧电压过份增加时会产生焊缝未焊透，而且造成气孔、咬边等缺陷。焊接速度过分增加会产生未焊透、气孔、咬边等缺陷。因为A1、A2、B1材质为低合金钢薄板，在焊接方法上应采用氩弧焊打底手工盖面或埋弧焊自动焊，B2材质为20，故优先采用氩弧焊。

2.3采用的透照方式

在检测上单壁单影影像最为清晰，故A1、A2优先采用C.1透照方式；B1采用C.2透照方式。B2属于小径管对接接头，采用C.7透照方式。

2.4对于透照曝光参数的确定

一般是通过曝光曲线来确定，在这些参数中我们尝试通过阶梯试块用探伤机型号XXG2505通过做试验参数以得到它们之间的关系，以便确定工艺参数：

通过更改时间、焦距的曝光参数可以得到这样一个规律：各参数不变的情况下，增加厚度2mm≈焦距减少100mm≈电压增加12-15KV；反之为减法。

从光化学反应的互易定律中指出，决定光化学反应产物质量的条件，只与总的曝光量相关，即取决于辐射强度和时间的乘积，而与这两个因素的单独作用无关。

3.底片质量

制冷装置用壳管式换热器压力容器射线检测技术等级为AB级，合格的底片质量要有以下要求。

（1）射线检测灵敏度要达到标准规定要求。

（2）黑度D在标准范围；AB级为2.0≤D≤4.0。

（3）标记及摆放位置符合规定。

（4）底片没有影响评定的伪缺陷。

4.缺陷类型区分、原因分析及对焊接接头的影响

内部缺陷的类型有气孔、夹渣、未熔合、未焊透、裂纹。按JB/T4730-2005把长宽比不大于3的气孔、夹渣、和夹钨等缺陷划为圆形缺陷：长宽比大于3的气孔、夹渣、和夹钨等缺陷为条形缺陷。

4.1气孔

焊接时熔池的气体未在金属凝固前逸出，残存在焊缝之中所形成的空穴，其气体是熔池从外界吸收的。气孔的危害是减小了焊缝的有效面积，降低接头的强度，降低塑性，引起泄漏。气孔是引起应力集中的因素。这种缺陷多因焊剂或药皮烘烤不够，母材或填充金属表面有锈、油污等。气孔垂直焊缝表面，在底片上多呈现为较大的黑度，轮廓清晰、外形不规正的圆形影像，并出现在焊缝的轴线上或附近区域。

4.2夹渣

焊后熔渣残存在焊缝中的现象。产生的原因多为手工焊时，焊条摆动不正确，不利于夹渣的上浮；氩弧焊时，电源极性不当，电流密度大，钨极熔化脱落于熔池中。二氧化碳及埋弧焊接线能量小，焊接参数不当。点状夹渣的危害与气孔相似，带有尖角的夹渣会产生尖端应力集中，尖端还为发展为裂纹源，危害较大。

4.3未焊透

母材金属未熔化，焊缝金属没有进入接头根部的现象。对于焊缝的危害是减少焊缝的有效面积，使接头强度下降，还因未焊透引起的应力集中严重降低焊缝的疲劳强度，比强度下降的危害大得多。还可难成为裂纹源，是造成焊缝破坏的重要因素质。产生的原因多为焊接电流小，熔深浅；坡口和间隙尺寸不合理，钝边太大；层间及焊根清不良。按其焊接方法可分为单面焊根部未焊透、双面焊X型坡口中心根部未焊透。

4.4未熔合

焊缝金属与母材金属，或焊缝金属之间未熔化结合在一起的缺陷。未熔合是一种面积性缺陷，坡口未熔合、单面焊根部未熔合会使承载面积明显减小，使应力集中变得比较严重，其危害性仅次于裂纹。产生原因多为焊接电流小；焊接速度过快；焊条角度不对；氩弧焊时产生的弧偏吹现象。

4.5裂纹

金属原子的结合遭到破坏，形成新的界面而产生的缝隙。是焊接缺陷中危害性最大的一种。具有快速脆性破坏特性，带来的危害是灾难性的。热裂纹产生的原因有合金原素和杂质的影响；冷却速度的影响，结晶应力与拘束应力的影响。

5.在评定中容易错评与漏评的内容

（1）对重要缺陷性质评定有误，根部未熔合经常评定为根部咬边或条形缺陷。

（2）评定忽略深孔缺陷，这种缺陷是承压设备焊接接头一种潜在性危害缺陷，严重影响焊接接头的致密性，在评定经常按圆形缺陷直径来评定，未评定为Ⅳ级，因没有对深孔缺陷返修，给设备安全运行留下事故隐患。

（3）对缺陷定量不准确，圆形缺陷长径大于壁厚的1/2时，未评定为Ⅳ级，底片存在多处缺陷时，评定级别选的位置不是最严重部位，圆形缺陷与条形缺陷综合评级时，没有按各自缺陷评级之和再减一作为综合评级最终等级，条形缺陷组综合评定时，计量条形缺陷组不准确，形成误判。

6.结论

通过对X射线检测在制冷装置壳管式换热器压力容器制造中典型机型的应用总结，对焊接接头产生内部缺陷的分类分析及影响，掌握好焊接方法对材质产生可能内部缺陷，选择合理的焊接方法与焊接参数，并用射线检测技术得到焊缝的内部质量情况，从底片中准确评定缺陷的性质，保证制冷装置壳管式换热器压力容器焊接接头的质量，消除机组运行后的质量隐患。

【参考文献】

[1]JB/T4730—2005 《承压设备无损检测》.

[2]《射线检测》—全国锅炉压力容器无损检测人员资格鉴定考核委员会委托编写，1998.

[3]NB/T47012—2010 《制冷装置用压力容器》.