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                          淺談閥門鑄鋼件的射線檢測標準及應用

                          淺談閥門鑄鋼件的射線檢測標準及應用

                          原創
                          2021-03-11
                          技術文章
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                          閥門是流體輸送系統中的控制部件,其品種和規格繁多,用途極為廣泛,無論是石油、石化、冶金、電力、國防、核能,還是交通運輸、城市建設、人民生活等。一旦閥門質量不合格,發生泄漏或破裂,極易引起火災、爆炸、中毒、污染等事故,造成重大傷亡和經濟損失。閥門鑄鋼件的射線檢測是鑄鋼閥門質量控制的重要環節,因此,檢測標準的正確理解及應用十分重要。

                          閥門鑄鋼件的射線檢測標準

                          鑄鋼件的射線檢測標準中,國標閥門采用最多的是JB/T6440《閥門受壓鑄鋼件射線照相檢測》,美標閥門采用最多的是ASME B16.34《法蘭、螺紋和焊接端連接的閥門》。

                          ■ 檢測技術等級

                          JB/T6440規定了檢測技術等級,分為A級、AB級和B級。不同的技術等級,其關于膠片類別、增感屏、放射源和高能X射線的透照厚度范圍、射線源到工件表面的最小距離、曝光量、黑度、像質計靈敏度的要求不相同。而ASME B16.34及ASTM E94沒有相關規定。

                          ■ 膠片類別

                          JB/T6440規定,A級或AB級檢測技術最低要求采用T3類膠片,B級檢測技術最低要求采用T2類膠片。利用γ射線檢測裂紋敏感性大的材料時,最低要求采用T2類膠片。而ASME B16.34規定,膠片粒度要等于或細于ASTM E94中的2(II) 型。

                          ■ 增感屏

                          JB/T6440詳細規定了不使用增感屏或使用金屬增感屏時不同能量的X射線和不同的放射源所對應的增感屏材料和厚度。ASME B16.34沒有相關規定,ASME E94僅描述了前后鉛屏的作用,規定了γ射線檢測時前屏的最小厚度,Ir192源為0.13mm,Co60源為0.25mm。

                          ■ 透照厚度范圍

                          JB/T6440規定了常規X射線不同透照厚度時的最高管電壓,及不同檢測技術等級采用γ射線源和不同能量的高能X射線適用的透照厚度范圍。ASME B16.34沒有相關規定,ASME E94僅描述了射線能量對成像質量的影響,即一般情況下能量越低所獲得的圖像對比度越好。

                          ■ 射線源到工件表面的最小距離

                          JB/T6440通過規定射線源到工件表面的最小距離來控制幾何不清晰度。不同檢測技術等級,射線源到工件表面的最小距離不同:
                          A級檢測技術:f≥7.5dt2/3;AB級檢測技術:f≥10dt2/3;B級檢測技術:f≥15dt2/3;

                          式中:f—射線源至工件表面距離;d—有效焦點尺寸;t—透照厚度。
                          只要底片質量符合標準要求,采用中心內透法時,f值可以減小,但減小值不得超過規定值的50%;采用偏心內透法時,f值可以減小,但減小值不得超過規定值的20%。
                          而ASME E94直接規定了幾何不清晰度,其公式為:Ug=Ft/Do;

                          式中:Ug—幾何不清晰度;F—有效焦點尺寸;t—工件射線源一側到膠片的距離;Do—射線源至工件表面距離。

                          ■ 曝光量

                          JB/T6440規定,X射線照相,當焦距為700mm時曝光量的推薦值為:A級和AB級檢測技術不小于15mA.min;B級檢測技術不小于20mA.min。采用γ射線透照時,總的曝光時間不得少于輸送源往返所需時間的10倍。而ASME B16.34及ASTM E94沒有相關規定。

                          ■ 黑度
                          底片黑度的要求的對比請見表1。

                          表1 底片黑度的要求

                           

                          單片觀察

                          雙片疊加觀察

                          JB/T6440,A級

                          1.2~4.0

                          單片的黑度不低于1.3

                          JB/T6440,AB級

                          2.0~4.0

                          不允許

                          JB/T6440,B級

                          2.3~4.0

                          不允許

                          ASME B16.34

                          1.5~4.0

                          每張單片1.0~2.5,雙片疊加時不大于4.0


                          JB/T6440還規定,透照截面厚度變化大的鑄件時,AB級最低允許降至1.5;B級最低可降至2.0。雙片疊加觀察法僅限于A級技術。對于黑度>4.0的底片,如果有檢定報告證明觀片燈的亮度能滿足標準要求,允許進行評片。

                          ■ 像質計靈敏度

                          像質計靈敏度的要求見表2。

                          表2 射線照相靈敏度的要求

                           

                          透照厚度≤19mm

                          19mm<透照厚度≤50mm

                          透照厚度>50mm

                          JB/T6440,A級

                          ≤2.0%

                          ≤2.0%

                          ≤2.0%

                          JB/T6440,AB級

                          ≤2.0%

                          ≤2.0%

                          ≤1.5%

                          JB/T6440,B級

                          ≤1.5%

                          ≤1.5%

                          ≤1.0%

                          ASME B16.34

                          ≤2-4T
                          (等效靈敏度2.8%)

                          ≤2-2T
                          (等效靈敏度2.0%)

                          ≤2-2T
                          (等效靈敏度2.0%)


                          閥門鑄鋼件的射線透照工藝

                          JB/T6440和ASME B16.34都規定,在可以實施的情況下應選用單壁透照方式。只有在單壁透照無法實施的情況下,才允許采用雙壁透照方式。

                          選擇透照方式時,除了必須考慮上述檢測標準及技術等級、透照厚度、射線源到工件表面的最小距離、黑度、像質計類型及靈敏度等因素外,還應綜合考慮:客戶要求、閥門結構及檢測部位、內徑及壁厚、操作可行性及檢測設備的情況等。因此,閥門鑄鋼件選擇透照方式時應遵循以下原則:

                          1. 當閥門內徑較大、源到工件的距離和檢測靈敏度滿足標準中心內透的要求時應優先選用中心內透法,這時透照厚度差最小、缺陷檢出率較高,而且周向曝光的檢測效率也最高;
                          2. 當上述條件不滿足標準中心內透但滿足偏心內透的要求時應選用偏心內透法;
                          3. 內透法無法實施時應選用單壁外透法,這時應通過增大焦距來減小透照厚度差;
                          4. 對于法蘭根部缺陷的檢測,考慮到內透法可能造成的漏檢,宜采用單壁外透法來檢測;
                          5. 對于難以實施單壁透照法的3in.以下的小口徑閥門,允許使用雙壁透照法,且至少應在相互垂直的方向上各照一次;
                          6. 對于某些常規透照方式可能漏檢的部位,經合同各方商定后,可適當增加透照次數或透照方向。

                          閥門鑄鋼件的射線底片評定

                          射線底片評定應包括底片質量的評定和鑄件缺陷的評定。只要在底片本身的質量滿足標準的前提下才能進行鑄件缺陷評定。

                          ■ 底片質量的評定

                          底片上的識別和定位標記影像應顯示完整、位置正確。定位標記應與透照工藝的示意圖核對,確保檢測區域全覆蓋。底片黑度應滿足1.7條的規定。像質計靈敏度應滿足1.8條的規定。底片有效評定區內不應有機械、化學或其它的污損,以避免產生遮蔽或混淆任何缺陷的影像。

                          ■ 
                          鑄件缺陷的評定

                          JB/T6440評片時根據檢測厚度來確定一個評定區的大小,用評定區來選取最嚴重的部位,測量不連續尺寸,將不同尺寸的缺陷換算成不同的點數,再根據點數或長度或面積來評定缺陷等級。ASME B16.34則是用ASTM E446/E186/E280等標準來評定,將底片與參考圖譜對比,進而判定缺陷類型和級別。

                          相較而言,JB/T6440盡管比較繁瑣,但只要評片人員能大致區分不同缺陷的類型,然后測量和換算,就能根據標準來定性和定級,對評片人員的經驗要求不高。而ASTM E446/E186/E280等標準和參考圖譜盡管看起來比較直觀,但由于沒有規定具體缺陷的大小、數量和面積等的限值,評片人員如果經驗不足就很容易定性錯誤、評定級別不準確。嚴重時可能同一個缺陷的評定等級相差2個級別或以上。

                          以最常用的ASTM E446標準為例,評片時應注意:

                          a. ASTM E446適用厚度范圍不大于2in.[8mm],有3卷圖譜,分別適用于不同的射線源:(I) 中等電壓(標稱250kV)的X射線;(II) 1MV的X射線和Ir192源;(III) 2 MV~4MV的X射線和Co60源。缺陷分為7大類,分別是A類-氣孔、B類-夾砂和夾渣、C類-疏松(C類又分為4 種,分別用CA、CB、CC、CD表示)、D 類-裂紋、E 類-熱撕裂、F類-內冷鐵、G 類-斑點。其中A、B、C 類缺陷是分級的,嚴重程度從輕到重分為1~5共5個級別,而D、E、F、G 類沒有分級,所以每卷圖譜各有34張底片。每套圖譜只能與相近能量的射線源得到的底片進行比較。
                          b. 評定時應先定性、后定級。將厚度范圍、能量范圍大致相同的底片與參考圖譜相比較,同面積大小的情況下如果底片缺陷嚴重程度低于圖譜則合格,反之則不合格;如果底片面積相對較小,則需要按比例縮放。如果有2 種或更多類型缺陷呈現在同一底片上,其主要部分如果不合格,則該產品即為不合格;如果2 種或更多類型的缺陷都達到最大允許等級,則該產品也不合格;如果存在2 種或更多類型的缺陷,但沒有達到最大允許等級時,應綜合考慮。
                          c. 缺陷定性時應注意,實際評片工作中遇到的缺陷形狀和特征不一定能完全準確地歸類到標準給出的缺陷類型中。不同材質、不同工藝的鑄件,其缺陷形狀和特征往往有一定差距,對于不同的缺陷,應參照最有代表性的圖譜來判斷。不同的檢測工藝,對結果會有一定的影響。
                          d. 確定缺陷類別后評級時應注意,應依據缺陷的危害性,即缺陷的數量、大小、方向和分布所決定的對工件性能的損害等,準確歸類到標準規定的級別上。

                          此外,評片時還應注意辨別鑄件表面缺陷在底片上的影像,必要時底片應與鑄件表面進行對比,避免誤判。影響底片評定的表面缺陷應進行適當修整,處理不了的應進行記錄或拍照并在報告中說明。

                          結束語

                          閥門鑄鋼件射線檢測的常用標準中,JB/T6440標準使用起來比較容易上手,而ASME B16.34引用標準多,應用起來較復雜。所以在執行檢測時應充分考慮到兩種標準的特點,首先要確認委托方要求的檢測部位和比例、檢測標準和驗收標準,然后制定合理的透照工藝。執行檢測時如果發現有不合理的地方,應對工藝及時修正。底片評定時應正確識別是內部缺陷還是外部缺陷,合理定性評級??傊?,應根據標準和閥門的特點,選用合適的檢測技術,避免漏檢誤判,為閥門質量提供保障。

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