重型煉化設備筒體焊縫射線檢測的準確分區方法

閆 超，宿再春，張倩茹，孟 帥，孫 彪，苗暢穎

(1.青島蘭石重型機械設備有限公司，青島 266555;2.青島神州檢測工程有限公司，青島 266300)

因為重型煉化設備的筒體對接焊縫過長，無法一次透照完，所以需要按照一次透照長度進行分區[1]。同時也為了方便記錄缺陷和定位缺陷，筒體內外都要畫上檢測用的分區線，單壁外透時，外壁的分區線用于射線裝置對位，內壁分區線用于貼片，內外的分區線只有處于同一相對位置上，才能保證射線均勻地透過焊縫。重型煉化設備筒體直徑大(2 000 mm以上)，壁厚較厚(通常為60300 mm)，造成內外壁曲率不一致，內外準確分區較困難。特別是遇到人員只能從人孔進出筒體，筒體內部遍布各種元件，無法直觀了解內外分區情況是否一致，常常造成筒體外部分區線與內部分區線無法處于相對位置的情況(見圖1)。以往該問題的解決方法是從縱縫、接管等位置確定參考點，然后根據焊縫外部的區數，通過內徑計算出環縫內區長，但仍存在誤差，造成底片黑度不均勻，影響射線底片的成片質量。根據2018年某壓力容器制造廠整年的廢片數據，其中因分區不準確造成黑度不合格的廢片占比為13%。因此，找到一種簡單便捷的辦法來解決該問題有重要意義[2]。

圖1 筒體焊縫檢測分區不準確示意

1 設想與設計

筆者設想，通過找到筒體焊縫內外部的最低點，并轉動筒體使最低點和起點分區線重合，就能使焊縫內外分區線處在同一相對位置上。最低點計算方法如圖2所示，參照圖2將激光測距儀放置在水平地面上，并逐漸調整位置，找到數值最低點，這個點就是這個筒體焊縫外部的最低點；沿著焊縫方向找到一條水平線，使水平線的垂直平分線與圓筒的幾何中心相交，該垂直平分線與焊縫的接觸點即內部焊縫的最低點。

圖2 筒體焊縫最低點計算方法示意

根據這個設想，筆者設計了一種水平儀激光分區工裝，其結構如圖3所示，包括小車主體裝置、安裝在主體裝置上的測量裝置、用于穩定主體裝置的支撐桿等；其中測量裝置包括安裝在所述主體裝置上部的水平儀模塊和安裝在所述主體裝置下面的激光發射裝置。水平儀模塊的作用是觀測工裝是否處于水平位置，激光的指向則為工裝的垂直平分線；該工裝采用徠卡(Leica)的DISTO D2型激光測距儀。水平儀激光分區工裝使用方法如圖4所示。

圖3 水平儀激光分區工裝結構示意

圖4 水平儀激光分區工裝使用方法示意

在實際應用中，首先參照圖4將DISTO D2型激光測距儀放置在水平地面上并逐漸調整位置，找到數值最低點，該點即為筒體焊縫外部的最低點，之后經過最低點在外壁上畫一條垂直于焊縫的直線，這條線便是外部焊縫分區線的起點。其次，將水平儀激光分區小車主體裝置水平放置于筒體內部焊縫的正上方，滑動使水平儀模塊中氣泡位于中間位置，于激光所指的位置處劃線，該處即與焊縫外部起始分區線相吻合。最后，找到外部焊縫分區的起始點，以計算好的一次透照長度進行劃線，轉動筒體，不斷循環此過程，完成筒體焊縫內的外分區。

此工裝僅僅是設想，具體分區是否準確還需要進行試驗驗證。因此筆者設計了一個黑度均勻性試驗對其進行驗證。

2 黑度均勻性試驗與數據分析

2.1 工藝和設備參數

黑度是射線照相影像質量的最基本參數,黑度會影響影像的對比度和顆粒度(噪聲),進而影響靈敏度，提高黑度可提高靈敏度和缺陷檢出率[3]。分區不準確會嚴重影響底片黑度的均勻性。底片評定區中對稱點的黑度值越接近，說明射線源所對位置越靠近正中，幾何結構越對稱，分區的準確度就越高。

2.2 試驗方法

選取4條與加氫反應器規格相同，材料為Q345R的對接無余高焊縫進行試驗，試驗所用到的工藝和設備參數如表1所示。

2.3 試驗方案

首先選取其中兩條焊縫用水平儀激光分區工裝進行分區，焊縫編號為1號,2號，另外選取兩條焊縫采用內部找參考點的方法進行分區，焊縫編號為3號，4號。其次設置透照厚度比K為1.1，一次透照長度為300 mm，按表1的工藝參數進行射線透照，每條焊縫得到40張底片，共計160張底片。最后采用圖5所示的選點方式，對不同分區方法下得到的底片，使用TD-210A型黑度計測量并記錄共計12個對稱點的黑度值。

表1 工藝和設備參數

圖5 需要測量黑度值的區位示意

2.4 試驗數據與分析

根據試驗數據，共記錄了1 920個黑度值，按照圖5的分類，求出12個測量點黑度的平均值，整理后的數據如表2所示。

表2 底片12個測量點黑度的平均值

根據表2底片的12個測量點黑度的平均值，分別計算出對稱點的黑度差值的絕對值(見表3)。

表3 對稱位置黑度差值的絕對值

分析試驗數據，當設備、焊縫尺寸、工藝等條件都確定后，可以得出以下結論。

(1)兩種分區方法對底片上下對稱位置的黑度差值的絕對值影響較小，可不做分析。

(2)左右對稱點黑度差值的絕對值變化較大，采用參考點分區方法時，黑度差值的絕對值為0.260.85，而采用設計的工裝分區方法時，黑度差值的絕對值僅為0.010.06，說明設計的方法可使底片黑度更均勻，同時也證明了水平儀激光分區工裝對焊縫的幾何結構分區更準確。

3 應用實例

在驗證完水平儀激光分區工裝方法的有效性后，便將該工裝投入使用，并統計了某廠從2019年1月到2019年7月的廢片率，得出因分區不準確，黑度不符造成的廢片率由原先的13%降低為4%，探傷工評價該系統操作簡便，分區效率高。

隨后又抽查了10條筒體焊縫，對其底片對稱點黑度差值絕對值的最大值進行統計，均小于0.06，證明水平儀激光分區工裝方法的穩定性很好。

4 結語

對于將水平儀和激光測距儀相結合以尋找筒體最低點的設想，筆者設計了黑度均勻性試驗進行驗證，試驗結果表明該方法對重型煉化設備的筒體對接焊縫分區更為準確。后經實際應用，得出了此方法操作簡單便捷、黑度均勻、穩定性高、減少了黑度不符的廢片率的結論，值得在行業范圍內進一步推廣。