用低能X射線透照厚壁容器

姚陽明

（桂林市特種設(shè)備監(jiān)督檢驗所，廣西桂林541004）

2010年11月份，筆者接到一個檢測任務(wù)：對一臺工藝氣/液氨換熱器的焊縫進(jìn)行射線檢測。該容器的內(nèi)徑為1000 mm，壁厚70 mm，材質(zhì)為16Mn鍛。高壓段有2條環(huán)焊縫，其中的一條焊縫離管板約50 mm。按設(shè)計圖紙要求，對容器的這2條環(huán)焊縫進(jìn)行100%超聲檢測和不少于20%射線檢測抽查（即：按照該容器圖紙及相關(guān)規(guī)范的規(guī)定，應(yīng)為每條環(huán)焊縫各透照4張片）。超聲檢測在此不詳加敘述。

對于射線檢測，我們現(xiàn)有的透照設(shè)備只有X射線機(jī)，且最大的是300 kVX射線機(jī)，其最大穿透能力（按說明書介紹）為：50 mm（焦距600 mm，曝光時間5 min，天津Ⅲ型膠片，雙面鉛箔增感）。工件厚度超過現(xiàn)有X射線機(jī)最大穿透能力的40%，如按常規(guī)進(jìn)行透照（即檢測，后同）是無法進(jìn)行的，有一名射線Ⅲ級人員已斷定不能用現(xiàn)有X射線機(jī)進(jìn)行透照。如果使用Co-60或Ir-192γ射線機(jī)，當(dāng)然也不成問題。但在桂林這個工業(yè)不發(fā)達(dá)的旅游城市，極少遇到這種厚度的透照，為了這幾張片的透照而購買一臺Co-60或Ir-192γ射線機(jī)，綜合考慮不太現(xiàn)實，也不夠經(jīng)濟(jì)；如考慮與外省外協(xié)，γ源為放射性元素，運輸手續(xù)辦理煩雜，時間上不允許。

所以領(lǐng)導(dǎo)要求我們要從現(xiàn)有的X射線機(jī)想辦法，完成檢測任務(wù)。我接到任務(wù)后，首先從增加曝光時間上入手，另外在焦距及對焦等方面，采取相應(yīng)措施，使之得以成功。茲將具體做法闡述如下。

1 射線源至工件的距離f采用最小極限值

從X射線的曝光因子公式

曝光因子=管電流×曝光時間/(焦距)2

可知，曝光因子與焦距平方成反比關(guān)系，改變焦距對曝光因子的影響較大。在其他條件相同的情況下，采用較小的焦距，能得到較大的曝光因子，能增大對膠片的曝光量。但焦距也不能太小，過小會影響到底片的幾何不清晰度，即影響到檢測的靈敏度。相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了鍋爐壓力容器應(yīng)滿足

式中，

f為射線源至工件的距離，它與焦距F的關(guān)系是

d為射線管焦點尺寸；

b為沿射線束中心測定的工件受檢部位射線源側(cè)表面與膠片之間的距離，b等于被檢工件母材厚度T再加上一個焊縫余高h(yuǎn)

即 b=T+h。

從XXQ3005X射線機(jī)使用說明書查得，

射線管焦點尺寸d=3.5 mm；

焊縫余高h(yuǎn)取3 mm；

b=70+3=73 mm，則

f≥10 db2/3=10×3.5×732/3=612，取 615 mm；

F=f+b=615+73=688 mm。

2 相關(guān)參數(shù)的確定及相應(yīng)措施

f確定后，接著就是相關(guān)參數(shù)一次透照長度L3和有效長度Leff的計算。

（1）按設(shè)計圖紙要求，按AB級進(jìn)行射線檢測，所以計算時，按滿足這一要求進(jìn)行計算：

已知：

則一次透照長度

如果定位精確，例如采用超聲定位，可以使用300×100的膠片進(jìn)行透照，否則應(yīng)使用360×100的膠片進(jìn)行透照。

（2）相應(yīng)措施。由于工件厚度大，工件形狀為圓形，如果透照時對焦不當(dāng)，就會造成底片兩端黑度不一致，或者說是K值不一致，也就是說很容易造成有一端有效評定范圍內(nèi)K值超標(biāo)（如圖1所示）。

對焦的關(guān)鍵，是要使X射線束中心線與被檢部位的對稱軸線重合。所以在透照時，先找出工件圓心與被檢部位中心的連線，然后調(diào)整射線機(jī)位置，使將發(fā)出的X射線束中心線與之重合（如圖2所示）。這樣做后，透照出來的底片兩端的黑度相差不大，符合標(biāo)準(zhǔn)要求。

圖1 對機(jī)不當(dāng)

圖2 對機(jī)正確

3 增加曝光時間

XXQ3005X射線機(jī)的額定管電流為5 mA（設(shè)定值，不可調(diào)）、管電壓為300 kV，管電壓可根據(jù)需要在170～300 kV范圍內(nèi)選擇，為了保險起見，我們不選擇最大值，選取285 kV作為透照電壓。

從XXQ3005X射線機(jī)的曝光曲線表查得F1=600 mm，285 kV，曝光時間5 min，底片黑度為

3.0 時，能透照的厚度為41 mm。

（1）求采用F2=688 mm時得到同樣黑度的底片的曝光時間t2。

由曝光因子公式

因mA值為射線機(jī)設(shè)定不變，得

（2）求T2=70時，得到同樣黑度的底片所需的曝光時間。

查得該射線機(jī)285 kV時的半價層厚度H=8 mm，設(shè)透過T1=41 mm和T2=70 mm后的射線強度分別為I1和I2、吸收系數(shù)μ和散射線n假設(shè)不變，則

將X射線強度衰減公式代入得

整理后得

XXQ3005X射線機(jī)的額定工作時間（開高壓時間）為5 min，工作時間和間歇休息時間為1比1，這樣透照一張片時間共3 h。

另一條環(huán)縫可以放置周向X射線機(jī)，所以優(yōu)先考慮使用周向X射線機(jī)。XXH3005周向X射線機(jī)焦點尺寸為2.25 mm，這時其最小射線源至工件的距離f為

f≥10 db2/3=10×2.25×732/3=393 mm。

工件內(nèi)半徑500 mm，大于f值（393 mm），所以可以采用中心法透照，一次可以透完一條縫。曝光時間的計算方法與前面相同，在此不再重述。

2 條縫的透照（按要求抽查）第一次共用了13 h，即2個班時間。

4 其他措施

（1）減少散射線。由于曝光時間較長，工件直徑小，如果不采取措施減少散射線，會造成因散射線過大，致使底片報廢。我們的措施：

一是在射線機(jī)窗口加鉛光闌，縮小輻射場，以減少散射線；

二是在膠片暗袋背后加蓋厚度為2～3 mm的鉛板，遮擋散射線。

（2）使用新顯影液。顯影液的在使用過程中，顯影劑濃度逐漸減少，pH值逐漸降低，顯影劑氧化物和溶液中鹵化物逐漸增加，致使顯影作用逐漸減弱。在一定的范圍內(nèi)，可以通過增加一定的曝光量來彌補。在這種情況下，是不宜采用這種方法的。因此，我們在透照這臺容器環(huán)縫前一天，就備好新顯影液。顯影時，顯影液的溫度控制在（20+2）℃范圍內(nèi)。

5 檢測結(jié)果

由于采取上述措施，使這臺容器環(huán)焊縫透照得到的底片黑度D值：在兩端焊縫評定范圍內(nèi)達(dá)到2.1～2.5，在中部母材達(dá)到3.8～4.0。能識別像質(zhì)計絲號為8號，完全符合JB/T4730-2005《承壓設(shè)備無損檢測》標(biāo)準(zhǔn)的要求。底片的清晰度和靈敏度比γ射線機(jī)透照的底片好得多（如圖3所示）。

圖3 未熔合缺陷底片

檢測結(jié)果是：有7張底片符合JB/T4730.2-2005標(biāo)準(zhǔn)的Ⅱ級要求，有一張片發(fā)現(xiàn)有未熔合缺陷評為Ⅳ級 (如圖3所示)，擴(kuò)透2張結(jié)果符合JB/T4730.2-2005標(biāo)準(zhǔn)的Ⅱ級要求，返修后復(fù)驗符合JB/T4730.2-2005標(biāo)準(zhǔn)的Ⅱ級要求，合格。

6 結(jié)束語

通過這件事例說明，超過X射線機(jī)說明書標(biāo)稱最大透照厚度的工件，在一定范圍內(nèi)，采取相應(yīng)措施后，也能完成透照，特別是在透照數(shù)量不大且時間緊迫、透照設(shè)備受限的情況下，用來透照既省時又經(jīng)濟(jì)。但對于透照數(shù)量大或者檢測設(shè)備條件允許的情況下，使用更大的能量的射線機(jī)進(jìn)行透照操作，就更簡便效果更好。

[1]強天鵬.射線檢測[M].北京：中國勞動社會保障出版社，2008.

[2]JB/T4730-2005，承壓設(shè)備無損檢測[S].