T型焊缝的射线检测技术

T 型焊缝的射线检测技术

王星辰，赵飞，胡丰丰，俞科明

中国能源建设集团安徽电力建设第二工程有限公司，合肥 236000

摘要：T型焊缝广泛应用于电力和化工领域，其结构特殊较进行难射线检测，通过对T型焊缝的结构分析和对射线检测方式特点的分析，研究了T型焊缝射线检测时的技术特点和应对措施，结果表明在进行了优化措施后可以较好的检测出T型焊缝中存在的缺陷。

关键词：T型焊缝，射线透照，双片透照

一、背景

无损检测在承压设备和重要结构中的检测已经十分成熟，常用的检测方式有射线、超声、磁粉、渗透、涡流、泄露、声发射等，新型技术有TOFD（超声衍射时差法）、PAUT（相控阵超声检测）^[1]、冷阴极X射线^[2]等。射线检测方式是传统的检测方式，也是比较成熟的检测方式，通常检测的部件有中大径薄壁管焊缝、小径管焊缝、钢板焊缝^[3]等，T型焊缝因为结构特殊，导致其缺陷检容易漏检，且检测过程费时费力，所以，国内外学者研究的比较少。

二、T型焊缝射线检测的特点

（一）T型焊缝的概述

T型焊缝是由两块板相互垂直或呈一定角度焊接而成，焊接后的焊缝铺满两块板的夹角。这种结构在工程中应用十分广泛，结构形式多样灵活，应用于各类支撑件和承压件的附件。通常分为打磨坡口和不打磨坡口两种，不打磨坡口为堆焊形式，母材较少进入熔池，焊材直接覆盖在夹角处，两个工件不紧密相连，强度小，多为临时工件和不承压工件，研究没有意义。打磨坡口的的T型焊缝需要将平行板和垂直板分别进行预处理，平行板打磨成V型凹槽，垂直板打磨成尖角形状，焊接时垂直板尖角插入平行板凹槽中，焊材在两者之间的缝隙起弧，焊材和部分母材相熔，这类焊缝熔深和熔宽较大，结构强度高，用于重要部件，是本次研究的方向。

（二）射线检测的原理

射线检测是通过使用X射线或伽马射线透照工件的无损检测方式，X射线又称伦琴射线德国物理学家W.K.伦琴于1895年发现，故又称伦琴射线。伽马射线是原子核能级跃迁蜕变时释放出的射线，是波长短于0.2埃的电磁波。两者都是电离辐射，就是指让不带电的原子或分子（物质）在辐射的作用下变成带电物质的过程。电离磁辐射具有一定的穿透性，在穿透不同厚度和材质的介质时强度会有不同的减弱，并使胶片上的溴化银（AgBr）感光程度出现区别，在显影后会因感光程度的不同呈现出一定对比度，观察底片评定检测结果。焊接接头常见的缺陷有裂纹、未熔合、未焊透、气孔、条孔、内凹等缺陷，缺陷并不是规律的出现，而是具有不同的大小和方向，当缺陷的方向和射线束的方向垂直时，缺陷易于检出，反之则难以检出。

（三）射线检测T型焊缝的影响因素

T型焊缝的熔深方向和底板的厚度方向并不平行，垂直于底板透照时射线束不能垂直透照T型焊缝截面，容易漏检根部未熔合、未焊透和裂纹，危害性缺陷是不允许漏检的。T型焊缝的板材较薄而焊缝很厚，在焊缝和母材的交界处形成较大的厚度差，T焊缝的焊缝区域厚度明显大于其母材区域，射线穿过厚度差较大的工件时，强度衰减也会有较大的区别，影响观察与评定。根据射线穿过不等厚匀质工件衰减计算公式（公式1）可以看出，壁厚的差异对射线强度的影响起到决定性作用。

公式1

式中I：射线强度，e：无线不循环自然常数（2.71828...），μ：线衰减系数，T：厚度

3. 射线检测T型焊缝的对策

（一）射线束方向垂直于焊缝截面

T型焊缝的危害性缺陷通常有根部未熔合、未焊透、裂纹等，缺陷的检出率跟其检测方向有较大关系，国内外学者研究了偏差角度的检出率，当偏差在10°以内时，检出率没有影响。当偏差在10°至35°时，检出率随偏差角的增大而降低，当偏差角大于35°时，缺陷检出率严重降低。所以应当调整射线透照方向，使射线束垂直于工件焊缝横截面方向，如图1所示。放射源调整角度，使射线束垂直于焊缝截面，投影到工件背面的胶片上。

图1.T型焊缝射线检测透照示意图

（二）透照厚度的计算应考虑焊缝和母材厚度差异

T型焊缝部分的余高和对接焊缝的透照厚度有显著的不同，对接焊缝的透照厚度是母材加上余高，余高一般2mm左右，而T型焊缝中焊缝区域很高，从4mm到10mm不等，需要使用焊缝尺进行测量，倾斜透照时，计算透照厚度应是其倾斜的射线束实际穿过金属部分的厚度，根据公式2计算：

公式2

式中t：透照厚度,d：工件厚度，θ：入射角

（三）采用高电压短时间检测

由于透照厚度差异较大，相应的效果是，在同一曝光参数下，可分辨的检测区域变小，即可以评定的有效范围变小。针对这一现象，为使底片黑度能保持在标准规定的范围内，可适当提高管电压以提高宽容度。宽容度提高后，在同一张底片上所能分辨的不同厚度工件的能力就变大。

（四）采用双片透照，单片观察和双片观察共同评定

为了增大厚度宽容度，也可以采用等速双片透照或者采用异速双片进行透照，等速双片是指两张感光速度相同的胶片，异速双片是指两张感光能力不同的胶片。当采用等速双片时，采用单片对较薄区域的工件进行评定，双片叠加评定厚度较厚区域的工件。当采用异速双片时，感光速度快的胶片评定厚度较大的区域，感光速度较慢的胶片评定厚度较薄的区域。当双片叠加观察时，评定范围内的黑度D应符合2.7≤D≤4.5，黑度超过4.5的区域，如果单片黑度D的范围在2.0≤D≤4.5，可以对其进行单片评定，采用同类型胶片时，在有效评定区内每张底片上相同点测量的黑度误差不得大于0.5，且每张单片的黑度不能低于1.3^[4]。

3. 总结

在对T型焊缝进行射线检测时，应使射线束方向垂直于焊缝截面，透照厚度的计算应考虑焊缝和母材厚度差异，采用高电压短时间检测，采用双片透照。采取了有效措施后，可以较好的检测出T型焊缝中存在的缺陷。

参考文献

1. 杨晶，张文泽，王波等. 热电厂薄壁小径管相控阵检测[J]．无损检测．2021,43（1），P12-P13.

2. 王俊龙，朱序东，周杰. 小径管对接焊缝冷阴极数字X射线检测[J]．无损检测．2021,43（8），P21-P22.

[3] TSG11-2020,锅炉安全技术规程[S].

[4] NB/T47013-2015,承压设备 无损检测[S].