陕西省宝鸡市宝鸡石油钢管有限责任公司 陕西宝鸡 721008
摘要：本文根据双壁双投影射线成像中小径管焊口的投影特点，分析了不同缺陷在不同部位的变化情况及其规律，提出了正确评定缺陷的方法。
1.概述
小径管焊口射线检验，常常由于位置等各种原因，往往只能采取双壁双投影椭圆一次成像的方法进行检验。按照施工及验收技术规范《钢制承压管道对接焊接接头射线检验篇》规定外径小于或等于76mm的管子采用双壁双投影法透照时，允许一次透照椭圆成像。其具体方法是射线源置于钢管外，胶片放置在远离射线源一侧钢管外表面相应对接接头区域上，使射线的透照方向与环缝平面成适当的夹角，使上下两焊缝在底片上的影像呈现出椭圆形显示，其椭圆短轴一般3-10mm为宜。
在小径管焊口双壁双投影法照椭圆一次成像中，由于存在透照厚度和曲率变化大的特点，底片上不同部位黑度大小和缺陷畸变程度也不相同，分析总结这些变化的特点，找出成像后的椭圆影像与实际焊缝之间的对应关系，可以正确的评定底片中的缺陷，使得对焊口的评定尽可能的准确无误。
2.双壁双投影法透照椭圆一次成像的特点
双壁双投影法椭圆一次成像透照小径管焊口，由于透照角度和曲率的影响，射线在焊缝及管子各部位的穿透厚度（t）差异较大，根据射线的衰减规律I=I ，射线透过焊缝各部位到达胶片的衰减大小不一，强度变化不一，因而底片上黑度不一，且变化较大。同时焊口不同部位到达胶片的距离变化大，所以底片上几何不清晰度也不一样。
椭圆一次成像后其椭圆长轴为焊口截面的外径（D）加上两倍余高（2h），（忽略投影放大因素）。而椭圆短轴却随透照角度的变化而改变，这样造成焊缝体积堆积收缩。
由此可见，小管径焊口双壁双投影法椭圆一次成像透照与平板对接焊缝透照特点不同，焊口中不同部位的缺陷在底片上的形变不一。
椭圆成像后的条形缺陷，在底片上影像长度要小于实际焊缝中长度，越远离短轴，条形缺陷收缩越严重，管子曲率越大，管径越小，收缩变形越大。
椭圆成像后的圆形缺陷，在底片上影像点与点之间的距离，越远离短轴，收缩越严重，管子曲率越大，管径越小，分散圆形缺陷的聚集程度就越严重。
3.椭圆影像与实际焊缝的对应关系
在实际透照中，按标准要求焦距较大，投影放大可忽略不计，因而垂直于透照方向平行于长轴的水平距离基本不变。
设管子的内半径为r，外半径为R，设管子内壁一点至中心连线与椭圆短轴的夹角为α，至短轴的距离为l，该点至短轴弧长为L。
sinα=l/r α=sin-1l/r L=（2πr/360）×（πr/180）×sin-1l/r
只要从底片上量出某点至椭圆短袖的距离为l。同时得知该点至管子中心的距离就能算出该点至短袖的实际弧长L。
例如：该点为外壁某点，其至椭圆短轴的距离为 。
则L=（2πr/360）×α=（πr/180）×sin-1l/r
当有未焊透或内凹等根部缺陷时，只要量出缺陷两端点至椭圆短轴的距离l1、l2，就可由下面①、②、③式得到长度N。
根据未焊透或内凹的位置，可分为三种情况：
①短轴与长轴之间
N=L2-L1=（πr/180）×（sin-1 l2/r－sin-1l1/r）
②跨短轴
N=L2＋L1=（πr/180）×（sin-1 l2/r＋sin-1l1/r）
③跨长轴
N=πr－（L2＋L1）=πr－（πr/180）×（sin-1 l2/r＋sin-1l1/r）
当焊缝表面边缘有咬边缺陷时，可将以上公式中的内半径r变成外半径R来计算其弧长。我们在实际评片时可以从底片焊缝轮廓上找到焊缝与外壁的交接线，此交接线对应的实际弧长可将公式中内半径r变成外半径R来计算得到。
4.焊缝影响区域的划分
从以上分析可见，小径管焊口椭圆一次成像与平板对接焊缝成像不同，焊口中不同部位的缺陷在底片上形变不一，因此可将焊缝影像分成三个区，区域划分如下：
Ⅰ区：此区黑度较均匀，底片灵敏度容易达到规定要求，射线穿透厚度比较一致，这部分约占椭圆长轴方向内径的1/2，此区域缺陷变化不大，与实际焊口中缺陷大小基本一致。
Ⅱ区：此区域黑度有所变化，透照厚度变化较大，黑度与灵敏度仍能达到要求。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆缺陷畸变程度由近短轴向远短轴方向逐渐增大，在底片上条形缺陷与点状缺陷密集区均存在一定的收缩。这使本来分散密集点数合格的圆形缺陷由于收缩而可能达到不合格的评定结果，而条状缺陷长度本来已超标，由于收缩长度变小而可能变成合格。这一区域约占椭圆长轴方向上内径的1/2。
Ⅲ区：此区为黑度与灵敏度均不能达到要求的区域，射线穿透厚度变化最大，在底片上焊口很大一部分重叠在一起，很难分清某一缺陷的具体位置，反映的条状缺陷是实际缺陷在水平方向的投影，由于严重的投影收缩，圆形缺陷发生了聚集，此区内的条状缺陷只能发现长度方向与透照方向相一致的缺陷，而圆形缺陷一旦发现说明其直径较大。此区域内与长轴相接的焊缝近表面圆形缺陷由于射线穿透厚度较小可以发现。Ⅲ区的总长度约占椭圆长轴方向两倍壁厚（2T）加两倍余高（2h）。
5.评定方法的改进
综上所述，对于一次椭圆成像方法检验的小口径焊口与平板焊缝相比，由Ⅰ区向Ⅱ、Ⅲ区方向底片上的焊缝长度逐渐减小，点状分散缺陷密集程度加剧，用标准评定区尺寸去评定将造成过严，处于Ⅱ、Ⅲ区的条状缺陷缩短，按标准评定又显得过松，为此采用下述方法改进。
a.条状缺陷的评定
Ⅰ区条状缺陷：变形较小，可以忽略不计，直接按标准评定。
Ⅱ区条状缺陷：变形较大，评级时要严格进行。其长度接近标准长度，即可评为不合格。如为根部未焊透或内凹，按公式L= L2-L1=（πr/180）×（sin-1 l2/r－sin-1l1/r）计算出近似实际长度进行评定。如果为咬边可用公式L=（πR/180）×（sin-1 l2/R－sin-1l1/R）计算出近似实际长度进行评定。
如果为层间条状缺陷可估计出其在焊缝中的埋藏深度，从而估计出其至管子的大致距离M，其范围为r＜M＜R＋h(h—焊缝余高）。用公式L= （πM/180）×（sin-1 l2/M－sin-1l1/M）计算出近似实际长度进行评定。
Ⅲ区条状缺陷：
这一区域内的缺陷变形最大，检验人员如能辨认出条状缺陷应根据缺陷在焊缝中的位置、形状及长度在脑海中进行立体还原，把底片中的图像还原成焊缝中的缺陷，然后做出决定，如果一时无法确定，可以利用作图法还原，根据几何关系还其本来尺寸。如果为根部未焊透或内凹，可用公式L=πr－（L2＋L1）=πr－（πr/180）×（sin-1 l2/r＋sin-1l1/r）计算出近似实际长度进行评定，达到正确的评定结果。
跨Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ区的条状缺陷：
未焊透或内凹缺陷的出现常常会跨区，通过公式①、②、③可计算出其长度，从而进行正确的评定，同时也可标出返修的准确长度。
b.圆形缺陷的评定
Ⅰ区圆形缺陷：变形较小，可直接评定。
Ⅱ区圆形缺陷：
由于焊缝宽度与标准规定的评定区宽度10mm接近故评定范围可用实际评定长度L来估算，L为存在圆形缺陷的实际焊缝弧长，在底片上我们可以看到焊缝外表面边缘，其至管子中心的距离为外半径R，我们可以框出存在圆形缺陷的区域，找到与焊缝外表面边缘的两个交点，此两点的弧长即为实际焊缝弧长L。按公式L= L2-L1=（πR/180）×（sin-1 l2/R－sin-1l1/R）即可计算出。
当L小于标准中规定的评定区长度时可直接按标准评定。
当L大于标准中规定的评定区长度时可用比例折算的方法进行评定。算出L长焊缝所对应的点数X：
X=（Y/H）×L
Y为标准中规定的该评定区某一级别允许的点数
H为标准中规定的该小径管评定区长度
当缺陷点数小于X时即可判为某一对应级别。
Ⅲ区圆形缺陷：
Ⅲ区圆形缺陷很难发现，一但发现时如不是近表面缺陷即可判为不合格，如为近表面缺陷可按标准直接评定
6.结束语
根据上面的这些方法对小径管焊口椭圆一次成像结果进行评定分级可使评定的工作误差降至最低水平。
在评片时我们只需量出椭圆焊缝影像的最长距离便可确定其为椭圆长轴，在长轴的中心作垂线与影像交点，即可确定椭圆短轴，因而可确定缺陷两端至短轴的水平距离。同时，在评定中应该首先注意椭圆影像的放大情况，如果焦距较小，影像放大会较大，则用公式计算出的结果误差会增大，因此必须保证底片上的影像的长轴大小与实际焊口的外径（D）加两倍余高（2h）相一致方可进行。在底片上我们可以测量管子影像的外径而知其放大情况。再按标准要求正常透照椭圆影像的放大相当微小可以忽略不计。
如果由于位置影响只能用短焦距透照而出现影像放大，则不应采用上述公式。如采用应将量得的水平距离除以放大倍数。放大倍数可用底片上管子影像外径除以管子外径得到。
在实际工作中通过小径管焊口检验评定分级，取得了非常好的效果，经过对部分焊口进行解剖对照，结果基本相近，对保证工程质量和焊接质量起到了良好的作用。
论文作者:强会明
论文发表刊物:《电力设备》2019年第9期
论文发表时间:2019/10/16
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