用低能X射线透照厚壁容器

姚阳明

（桂林市特种设备监督检验所，广西桂林541004）

2010年11月份，笔者接到一个检测任务：对一台工艺气/液氨换热器的焊缝进行射线检测。该容器的内径为1000 mm，壁厚70 mm，材质为16Mn锻。高压段有2条环焊缝，其中的一条焊缝离管板约50 mm。按设计图纸要求，对容器的这2条环焊缝进行100%超声检测和不少于20%射线检测抽查（即：按照该容器图纸及相关规范的规定，应为每条环焊缝各透照4张片）。超声检测在此不详加叙述。

对于射线检测，我们现有的透照设备只有X射线机，且最大的是300 kVX射线机，其最大穿透能力（按说明书介绍）为：50 mm（焦距600 mm，曝光时间5 min，天津Ⅲ型胶片，双面铅箔增感）。工件厚度超过现有X射线机最大穿透能力的40%，如按常规进行透照（即检测，后同）是无法进行的，有一名射线Ⅲ级人员已断定不能用现有X射线机进行透照。如果使用Co-60或Ir-192γ射线机，当然也不成问题。但在桂林这个工业不发达的旅游城市，极少遇到这种厚度的透照，为了这几张片的透照而购买一台Co-60或Ir-192γ射线机，综合考虑不太现实，也不够经济；如考虑与外省外协，γ源为放射性元素，运输手续办理烦杂，时间上不允许。

所以领导要求我们要从现有的X射线机想办法，完成检测任务。我接到任务后，首先从增加曝光时间上入手，另外在焦距及对焦等方面，采取相应措施，使之得以成功。兹将具体做法阐述如下。

1 射线源至工件的距离f采用最小极限值

从X射线的曝光因子公式

曝光因子=管电流×曝光时间/(焦距)2

可知，曝光因子与焦距平方成反比关系，改变焦距对曝光因子的影响较大。在其他条件相同的情况下，采用较小的焦距，能得到较大的曝光因子，能增大对胶片的曝光量。但焦距也不能太小，过小会影响到底片的几何不清晰度，即影响到检测的灵敏度。相关标准规定了锅炉压力容器应满足

式中，

f为射线源至工件的距离，它与焦距F的关系是

d为射线管焦点尺寸；

b为沿射线束中心测定的工件受检部位射线源侧表面与胶片之间的距离，b等于被检工件母材厚度T再加上一个焊缝余高h

即 b=T+h。

从XXQ3005X射线机使用说明书查得，

射线管焦点尺寸d=3.5 mm；

焊缝余高h取3 mm；

b=70+3=73 mm，则

f≥10 db2/3=10×3.5×732/3=612，取 615 mm；

F=f+b=615+73=688 mm。

2 相关参数的确定及相应措施

f确定后，接着就是相关参数一次透照长度L3和有效长度Leff的计算。

（1）按设计图纸要求，按AB级进行射线检测，所以计算时，按满足这一要求进行计算：

已知：

则一次透照长度

如果定位精确，例如采用超声定位，可以使用300×100的胶片进行透照，否则应使用360×100的胶片进行透照。

（2）相应措施。由于工件厚度大，工件形状为圆形，如果透照时对焦不当，就会造成底片两端黑度不一致，或者说是K值不一致，也就是说很容易造成有一端有效评定范围内K值超标（如图1所示）。

对焦的关键，是要使X射线束中心线与被检部位的对称轴线重合。所以在透照时，先找出工件圆心与被检部位中心的连线，然后调整射线机位置，使将发出的X射线束中心线与之重合（如图2所示）。这样做后，透照出来的底片两端的黑度相差不大，符合标准要求。

图1 对机不当

图2 对机正确

3 增加曝光时间

XXQ3005X射线机的额定管电流为5 mA（设定值，不可调）、管电压为300 kV，管电压可根据需要在170～300 kV范围内选择，为了保险起见，我们不选择最大值，选取285 kV作为透照电压。

从XXQ3005X射线机的曝光曲线表查得F1=600 mm，285 kV，曝光时间5 min，底片黑度为

3.0 时，能透照的厚度为41 mm。

（1）求采用F2=688 mm时得到同样黑度的底片的曝光时间t2。

由曝光因子公式

因mA值为射线机设定不变，得

（2）求T2=70时，得到同样黑度的底片所需的曝光时间。

查得该射线机285 kV时的半价层厚度H=8 mm，设透过T1=41 mm和T2=70 mm后的射线强度分别为I1和I2、吸收系数μ和散射线n假设不变，则

将X射线强度衰减公式代入得

整理后得

XXQ3005X射线机的额定工作时间（开高压时间）为5 min，工作时间和间歇休息时间为1比1，这样透照一张片时间共3 h。

另一条环缝可以放置周向X射线机，所以优先考虑使用周向X射线机。XXH3005周向X射线机焦点尺寸为2.25 mm，这时其最小射线源至工件的距离f为

f≥10 db2/3=10×2.25×732/3=393 mm。

工件内半径500 mm，大于f值（393 mm），所以可以采用中心法透照，一次可以透完一条缝。曝光时间的计算方法与前面相同，在此不再重述。

2 条缝的透照（按要求抽查）第一次共用了13 h，即2个班时间。

4 其他措施

（1）减少散射线。由于曝光时间较长，工件直径小，如果不采取措施减少散射线，会造成因散射线过大，致使底片报废。我们的措施：

一是在射线机窗口加铅光阑，缩小辐射场，以减少散射线；

二是在胶片暗袋背后加盖厚度为2～3 mm的铅板，遮挡散射线。

（2）使用新显影液。显影液的在使用过程中，显影剂浓度逐渐减少，pH值逐渐降低，显影剂氧化物和溶液中卤化物逐渐增加，致使显影作用逐渐减弱。在一定的范围内，可以通过增加一定的曝光量来弥补。在这种情况下，是不宜采用这种方法的。因此，我们在透照这台容器环缝前一天，就备好新显影液。显影时，显影液的温度控制在（20+2）℃范围内。

5 检测结果

由于采取上述措施，使这台容器环焊缝透照得到的底片黑度D值：在两端焊缝评定范围内达到2.1～2.5，在中部母材达到3.8～4.0。能识别像质计丝号为8号，完全符合JB/T4730-2005《承压设备无损检测》标准的要求。底片的清晰度和灵敏度比γ射线机透照的底片好得多（如图3所示）。

图3 未熔合缺陷底片

检测结果是：有7张底片符合JB/T4730.2-2005标准的Ⅱ级要求，有一张片发现有未熔合缺陷评为Ⅳ级 (如图3所示)，扩透2张结果符合JB/T4730.2-2005标准的Ⅱ级要求，返修后复验符合JB/T4730.2-2005标准的Ⅱ级要求，合格。

6 结束语

通过这件事例说明，超过X射线机说明书标称最大透照厚度的工件，在一定范围内，采取相应措施后，也能完成透照，特别是在透照数量不大且时间紧迫、透照设备受限的情况下，用来透照既省时又经济。但对于透照数量大或者检测设备条件允许的情况下，使用更大的能量的射线机进行透照操作，就更简便效果更好。

[1]强天鹏.射线检测[M].北京：中国劳动社会保障出版社，2008.

[2]JB/T4730-2005，承压设备无损检测[S].