承壓設備射線檢測透照長度計算及相關影響因素的研究

祖 寧 段 瑞 劉子方 劉懌歡

（天津市特種設備監(jiān)督檢驗技術研究院 天津 300192）

承壓設備射線檢測透照長度計算及相關影響因素的研究

祖 寧 段 瑞 劉子方 劉懌歡

（天津市特種設備監(jiān)督檢驗技術研究院 天津 300192）

承壓設備射線檢測中，應保證需檢測的部位得到完全覆蓋。本文根據(jù)《承壓設備無損檢測》標準的相關要求，通過公式推導計算分析并總結了在射線檢測中，不同的透照方式以及透照距離布置等參數(shù)對一次透照長度和有效評定長度之間差異與關系的影響，找出一個系數(shù)E，有效避免局部漏檢造成安全隱患，為射線檢測透照長度和次數(shù)計算的便捷準確提供依據(jù)。

承壓設備 射線檢測 透照長度 影響

在承壓設備制造及檢驗過程中，相關規(guī)范和標準（標注：固定式容規(guī)，GB 150）對射線檢測的比例均有要求，這就需要按照NB/T 47013《承壓設備無損檢測》標準中規(guī)定的尺寸比例要求，計算出的所需的射線檢測長度和透照次數(shù)[1]，從而進行實際射線檢測。

在實際射線檢測中，每次透照所檢測的長度稱為一次透照長度，多次透照的一次透照長度之和與總的焊縫長度的比值，即為射線透照的實際檢測比例。在對射線檢測底片進行評定時，應識別的底片長度區(qū)域稱為有效評定長度，其與一次透照長度為兩個不同的概念，但又有一定的關系。

有效評定長度和一次透照長度之間關系如圖1所示，計算透照長度時應將各底片對應的一次透照長度相加進行計算，而實際檢驗過程中，常常出現(xiàn)錯誤的將底片長度或有效評定長度直接視為射線一次透照長度進行計算的情況，這種計算方法會導致漏檢區(qū)的存在（見圖1）。計算時各底片上存在的最大漏檢長度，即搭接長度ΔL，直接影響總體檢測比例計算的正確性，實際中需要根據(jù)底片及標記情況及其相關參數(shù)計算正確的一次透照長度。

本文根據(jù)承壓設備無損檢測執(zhí)行的NB/T 47013—2015《承壓設備無損檢測》標準（以下簡稱“標準”）的相關要求，通過公式推導計算分析在射線檢測中，不同的透照方式以及透照距離布置等參數(shù)對一次透照長度和有效評定長度之間關系的影響，并將有效評定長度Leff與一次透照長度L3的比值定義為E，以便于在今后的射線檢測比例計算過程中，檢測人員能夠直接通過圖表查詢某一透照布置條件下的E值，便捷的計算所需要的膠片長度和透照次數(shù)，為射線檢測比例計算的便捷準確提供依據(jù)。

圖1 透照布置參數(shù)示意圖

1 透照分類

根據(jù)射線源與工件之間位置布置的不同，可將透照方式分為如下幾類進行分析計算。

圖2 射線透照布置分類

2 各透照方式的計算

“標準”中5．8項規(guī)定膠片一般應緊貼于工件[2]，又由于底片厚度一般較薄，本文在計算中不再具體考慮底片厚度尺寸對相關參數(shù)的影響。為便于后面計算說明，現(xiàn)對各參數(shù)規(guī)定如下：透照厚度比K，射線源到工件表面的距離L1，工件表面到膠片的距離L2，一次透照長度L3，搭接長度ΔL，環(huán)縫外徑Do，環(huán)縫內徑Di，環(huán)縫外半徑Ro，環(huán)縫內半徑Ri，有效評定長度Leff，有效評定長度與一次透照長度比值E。

2.1 直縫透照法

直縫透照法的結構形式如圖3所示，其參數(shù)間的計算公式如下：

圖3 直縫透照法結構形式

根據(jù)公式推導，得出有效評定長度與一次透照長度的比例系數(shù)E與射線源到工件表面的距離L1、板厚T之間的關系如圖4（a）所示，標準中K值大小與射線源到工件表面的距離L1和一次透照長度L3之間的關系如圖4（b）所示。圖中顯示，在板厚一定情況下，隨著射線源到工件表面的距離增大，比例系數(shù)E逐漸減小；射線源到工件表面的距離一定情況下，隨著板厚增加，比例系數(shù)E逐漸增大。從圖4（b）中可以直觀體現(xiàn)在滿足透照厚度比K的標準要求下，可選取的其他參數(shù)范圍，如射線源到工件表面的距離為100mm時，當一次透照長度大于50mm時，就無法滿足標準中對縱縫A和AB級K值不大于1．03的要求；而且從圖中看出隨著射線源到工件表面的距離變大，能滿足透照厚度比要求的一次透照長度越大。

圖4 直縫透照法各參數(shù)關系

2.2 環(huán)縫單壁外透照法

環(huán)縫單壁外透照法的結構形式如圖5所示[3]，其參數(shù)間的計算公式如下：

圖5 環(huán)縫單壁外透照法結構形式

根據(jù)公式推導，得出有效評定長度與一次透照長度的比例系數(shù)E與射線源到工件表面的距離L1、板厚T、環(huán)縫外徑Do、透照厚度比K之間的關系如圖6所示。圖6（a）為射線源到工件表面的距離固定為L1=300mm，環(huán)縫內徑固定為300mm時，板厚、透照厚度比K與比例系數(shù)E之間關系。透照厚度比K一定時，比例系數(shù)E隨板厚的增大按固定比例系數(shù)直線增加；當板厚固定時隨著透照厚度比K增大，比例系數(shù)E也增大。圖6（b）為透照厚度比固定為K=1．1，板厚為10mm時環(huán)縫內徑、射線源到工件表面的距離與比例系數(shù)E之間關系。射線源到工件表面的距離一定時，隨著內徑增大比例系數(shù)逐漸減小；當外徑值固定時，隨著射線源到工件表面的距離變小，比例系數(shù)逐漸增大，且增大的速率變快。

圖6 環(huán)縫單壁外透照法各參數(shù)關系

2.3 環(huán)縫單壁內透照法

環(huán)縫內透照法分為內透中心法（F=R）、內透偏心法（F＜R）和內透偏心法（F＞R）三種布置形式，當采用內透中心法時，射源或焦點位于容器或圓筒或管道中心，膠片或整條或逐張連接覆蓋在整圈環(huán)縫外壁上，射線對焊縫做一次性的周向曝光。這種透照布置，透照厚度K=1，有效評定長度與一次透照長度的比例系數(shù)E為固定值，即環(huán)縫外徑與內徑之比內，一次透照長度為整條環(huán)縫長度，其計算起來較為簡便，本文就不再進行詳細討論。

●2.3.1 環(huán)縫單壁內透偏心法（F＜R）

對于環(huán)縫內透偏心法（F＜R）時（見圖7），其參數(shù)間的計算公式如下：

圖7 環(huán)縫單壁內透偏心法（F＜R）結構形式

根據(jù)公式推導，得出有效評定長度與一次透照長度的比例系數(shù)E與射線源到工件表面的距離L1、板厚T、環(huán)縫內徑Di，透照厚度比K之間的關系見圖7。圖8（a）為透照厚度比固定為K=1．1，內徑為400mm時板厚、射線源到工件表面的距離與比例系數(shù)E之間關系。板厚一定時，隨著射線源到工件表面的距離增大比例系數(shù)逐漸減小；當射線源到工件表面的距離值固定時，隨著板厚變小，比例系數(shù)逐漸減小。圖8（b）為射線源到工件表面的距離固定為100mm，板厚固定為10mm時，環(huán)縫內徑、透照厚度比K與比例系數(shù)E之間關系。透照厚度比K一定時，比例系數(shù)E隨環(huán)縫內徑的增大逐漸增加并趨于平穩(wěn)；當環(huán)縫內徑固定時，隨著透照厚度比K增大，比例系數(shù)E也增大。計算中發(fā)現(xiàn)在規(guī)定K值一定的條件下，其射線源到工件表面的距離L1、板厚T及環(huán)縫內徑Di存在一定的閥值限制，即超過此閥值（即圖8（b）中各K值條件下的左下角起始點所示），則無法滿足對透照厚度比K的要求，即得不到計算結果。

圖8 環(huán)縫單壁內透偏心法（F＜R）各參數(shù)關系

●2.3.2 環(huán)縫單壁內透偏心法（F＞R）

對于環(huán)縫單壁內透偏心法（F＞R）時（見圖9），其參數(shù)間的計算公式如下：

圖9 環(huán)縫單壁內透偏心法（F＞R）結構形式

根據(jù)公式推導，得出有效評定長度與一次透照長度的比例系數(shù)E與射線源到工件表面的距離L1、板厚T、環(huán)縫內徑Di，透照厚度比K之間的關系見圖9，根據(jù)公式推導，得出有效評定長度與一次透照長度的比例系數(shù)E與射線源到工件表面的距離L1、板厚T、環(huán)縫內徑Di，透照厚度比K之間的關系如圖10所示。圖10（a）為透照厚度比固定為K=1．1，內徑為400mm時板厚、射線源到工件表面的距離與比例系數(shù)E之間關系。板厚一定時，隨著射線源到工件表面的距離增大比例系數(shù)逐漸減小；當射線源到工件表面的距離值固定時，隨著板厚變小，比例系數(shù)逐漸減小。圖10（b）為射線源到工件表面的距離固定為350mm，板厚固定為10mm時，環(huán)縫內徑、透照厚度比K與比例系數(shù)E之間關系。透照厚度比K一定時，比例系數(shù)E隨環(huán)縫內徑的增大逐漸增加且增長速率逐漸加快；當環(huán)縫內徑固定時，隨著透照厚度比K增大，比例系數(shù)E也增大。計算中同樣存在規(guī)定K值一定的條件下，其射線源到工件表面的距離L1、板厚T及環(huán)縫內徑Di存在一定的閥值限制（截止于圖10（b）中各K值條件下右上角結束點），即超過此閥值則無法滿足對透照厚度比K的要求，即得不到計算結果。

圖10 環(huán)縫單壁內透偏心法（F＞R）各參數(shù)關系

2.4 環(huán)縫雙壁透照法

環(huán)縫雙壁透照法的結構形式如圖11所示[3]，其參數(shù)間的計算公式如下：

圖11 環(huán)縫雙壁外透照法結構形式

根據(jù)公式推導，得出有效評定長度與一次透照長度的比例系數(shù)E與射線源到工件表面的距離L1、板厚T、環(huán)縫內徑Di，透照厚度比K之間的關系見圖5。圖12（a）為射線源到工件表面的距離固定為L1=200mm，環(huán)縫內徑固定為100mm時，板厚、透照厚度比K與比例系數(shù)E之間關系。透照厚度比K一定時，比例系數(shù)E隨板厚的增大按固定比例系數(shù)直線增加；當板厚固定時隨著透照厚度比K增大，比例系數(shù)E減小。圖12（b）為透照厚度比固定為K=1．1，板厚為5mm時環(huán)縫內徑、射線源到工件表面的距離與比例系數(shù)E之間關系。射線源到工件表面的距離一定時，隨著內徑增大比例系數(shù)逐漸增大；當內徑值固定時，隨著射線源到工件表面的距離變小，比例系數(shù)逐漸增大，且增大的速率變快。

圖12 環(huán)縫雙壁透照法各參數(shù)關系

3 結束語

綜上所述，射線底片上的有效評定長度與射線照相的一次透照長度是不同的概念，錯誤的混用會導致實際檢測達不到相關技術法規(guī)和標準的要求[4-6]，兩者間的比例系數(shù)E可作為簡潔的換算工具。從上述分析和計算可知，比例系數(shù)E在不同透照結構形式下采用不同的計算方式，其各參數(shù)間變化趨勢可參見表1。根據(jù)相關參數(shù)進行理論計算，可快速確定該透照布置形式是否滿足相關標準要求。在實際檢測時，也可參考文中計算出的圖表確定透照時所需采用的透照射線源到工件表面的距離。該結論可有效的避免漏檢情況的出現(xiàn)，對承壓設備縱焊縫和環(huán)焊縫的射線透照參數(shù)選取具有參考價值。

表1 透照布置各參數(shù)對比例系數(shù)E的影響

[1] TSG 21—2016 固定式壓力容器安全技術監(jiān)察規(guī)程[S].

[2] NB/T 47013.2—2015 承壓設備無損檢測 第2部分：射線檢測[S].

[3] 強天鵬．射線檢測[M]．北京：中國勞動社會保障出版社，2007.

[4] GB 150—2011 壓力容器[S].

[5] TSG G0001—2012 鍋爐安全技術監(jiān)察規(guī)程[S].

Research on the Detection Length Calculation and Its Related Factors of Pressure Equipments Radiographic Testing

Zu Ning Duan Rui Liu Zifang Liu Yihuan
(Tianjin Special Equipment Inspection Institute Tianjin 300192)

In radiographic testing for pressure equipment, it should be ensured that the detected part is fully covered. According to "Nondestructive Testing of Pressure Equipment" standard, through the formula calculation analysis, this paper summed up the different transillumination mode and transillumination distances layout on the infuenced of once-through penetration length and effective evaluation length. A coeffcient E was found to describe the infuence. The results can be used to avoid the local residual which could cause potential safety hazard effectively, and provide the basis for convenient detection length and the frequency calculating.

Pressure equipment Radiographic testing Detection length Infuence

X924

B

1673-257X（2017）03-0055-06

10．3969/j．issn．1673-257X．2017．03．010

祖寧(1986～)，女，碩士，工程師，從事承壓類特種設備檢驗與研究工作。

2016-11-09）