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嘉峪檢測(cè)網(wǎng) 2024-12-23 12:49
導(dǎo)讀
LNG儲(chǔ)罐常用材料有9Ni鋼、5Ni鋼、奧氏體不銹鋼和鋁鎂合金鋼等，而9Ni鋼因具有優(yōu)異的低溫韌性、高可焊性和高強(qiáng)度等特點(diǎn)，經(jīng)常被用于液化天然氣儲(chǔ)罐的制造。
9Ni鋼儲(chǔ)罐的焊接質(zhì)量是低溫儲(chǔ)罐建造的關(guān)鍵因素，直接決定了整臺(tái)儲(chǔ)罐能否安全運(yùn)行，因此對(duì)儲(chǔ)罐焊接接頭進(jìn)行質(zhì)量監(jiān)督尤為重要。無(wú)損檢測(cè)作為儲(chǔ)罐焊接接頭質(zhì)量把控的重要方法之一，貫穿于儲(chǔ)罐的制造、安裝和檢驗(yàn)等環(huán)節(jié)。
由于9Ni鋼材料的磁性較弱，焊縫材料的鎳含量又遠(yuǎn)高于母材，使焊縫處幾乎沒(méi)有磁性，同時(shí)，9Ni鋼材料焊接過(guò)程中容易產(chǎn)生電弧的磁偏吹，要求鋼材的剩磁不超過(guò)50Gauss，因此，9Ni鋼儲(chǔ)罐現(xiàn)場(chǎng)安裝過(guò)程中的表面無(wú)損檢測(cè)不允許采用磁粉檢測(cè)。
而針對(duì) 9Ni鋼焊接接頭的超聲檢測(cè)技術(shù)需要克服材料晶粒粗大和各項(xiàng)異性的困難，因此，9Ni鋼焊接接頭的超聲檢測(cè)一直以來(lái)都是超聲檢測(cè)領(lǐng)域的難點(diǎn)。
鑒于此，LNG儲(chǔ)罐對(duì)接焊縫的無(wú)損檢測(cè)常采用滲透檢測(cè)和射線檢測(cè)方法。
其中，滲透方法用于焊接接頭表面缺陷的檢測(cè)，射線方法主要用于焊接接頭埋藏缺陷的檢測(cè)。但滲透檢測(cè)的靈敏度不如磁粉檢測(cè),缺陷檢出率會(huì)有所下降。
9Ni鋼焊接接頭的射線檢測(cè)方法主要有單膠片二次透照技術(shù)、雙膠片一次透照技術(shù)和數(shù)字射線技術(shù)3種方法。
單膠片技術(shù)無(wú)法通過(guò)一次透照獲得滿足標(biāo)準(zhǔn)要求的底片(母材及焊縫金屬的黑度難以同時(shí)滿足標(biāo)準(zhǔn)要求)，而通過(guò)單膠片二次透照技術(shù)，采用不同的曝光工藝對(duì)同一區(qū)域進(jìn)行二次透照，可獲得兩張底片，一張針對(duì)焊縫，另一張針對(duì)母材和熱影響區(qū)，這樣即可使底片黑度滿足標(biāo)準(zhǔn)要求。
但該方法曝光次數(shù)多、底片數(shù)量多、檢測(cè)時(shí)間久，不便在現(xiàn)場(chǎng)工程中應(yīng)用。
為了提高檢測(cè)儲(chǔ)罐的工作效率,常采用雙膠片一次透照技術(shù)，一張底片針對(duì)焊縫，另一張底片針對(duì)母材和熱影響區(qū)，使底片黑度滿足標(biāo)準(zhǔn)要求。
該方法雖然通過(guò)減少曝光次數(shù)提升了檢測(cè)效率，但并沒(méi)有減少片子的數(shù)量，仍需要洗片和評(píng)片等過(guò)程。
為了解決上述難點(diǎn)，在保證焊縫檢測(cè)質(zhì)量的前提下盡可能地提高檢測(cè)效率，數(shù)字射線成像技術(shù)(DR)應(yīng)運(yùn)而生。
數(shù)字射線檢測(cè)技術(shù)具有寬廣的曝光寬容度和較強(qiáng)的降噪能力，通過(guò)選擇合適的曝光參數(shù),使圖像的灰度、靈敏度、分辨率和信噪比均滿足標(biāo)準(zhǔn)要求，因此非常適用于9Ni鋼焊接接頭的檢測(cè)。
同時(shí)，該技術(shù)不產(chǎn)生膠片，不需要洗片過(guò)程，通過(guò)一次透照便能實(shí)現(xiàn)母材和焊接接頭的檢測(cè)，大大提高了工作效率，在現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)中得到了越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。
1、9Ni鋼焊縫射線檢測(cè)方法介紹
受9Ni鋼焊縫金屬與母材對(duì)射線吸收差異性以及存在焊縫余高的影響，通過(guò)單膠片技術(shù)一次透照不能同時(shí)滿足同一張射線底片中焊縫區(qū)域與母材區(qū)域的黑度在標(biāo)準(zhǔn)要求范圍之內(nèi)。
相同厚度(T=12mm)的碳鋼對(duì)接焊縫和9Ni鋼對(duì)接焊縫的射線成像質(zhì)量比對(duì)情況分別如圖1(a)和圖1(b)所示。
采用一定的透照工藝，圖1(a)所示的Q345對(duì)接焊縫成像質(zhì)量明顯優(yōu)于圖1(b)所示的9Ni鋼對(duì)接焊縫。
從黑度測(cè)量數(shù)值方面比較Q345對(duì)接焊縫和母材的黑度經(jīng)測(cè)量均滿足標(biāo)準(zhǔn)要求，而9Ni鋼僅母材的黑度滿足標(biāo)準(zhǔn)要求，焊縫的黑度低于標(biāo)準(zhǔn)要求。
從黑度差異方面比較Q345對(duì)接焊縫和母材的黑度差為1.1，而9Ni鋼對(duì)接焊縫和母材的黑度差達(dá)到了1.9。
因此，9Ni鋼焊縫金屬與母材難以通過(guò)單膠片技術(shù)一次透照方法同時(shí)滿足標(biāo)準(zhǔn)要求。
為了克服上述難題，本文針對(duì)9Ni鋼焊接接頭，提出了3種射線檢測(cè)方法，下面進(jìn)行詳細(xì)介紹。
1.1單膠片二次透照技術(shù)
采用兩組曝光工藝對(duì)同一區(qū)域進(jìn)行透照。
第一組采用高參數(shù)曝光工藝對(duì)焊縫區(qū)進(jìn)行透照，獲得一張底片，該底片專用于觀察焊縫區(qū)域的缺陷影像，此時(shí)該底片的母材和熱影響區(qū)的黑度值因超過(guò)標(biāo)準(zhǔn)要求而無(wú)法觀察。
第二組采用低參數(shù)曝光工藝對(duì)母材和熱影響區(qū)進(jìn)行透照，獲得另一張底片，該底片專用于觀察母材和熱影響區(qū)的缺陷影像，此時(shí)該底片焊縫區(qū)的黑度值因低于標(biāo)準(zhǔn)要求而無(wú)法觀察。
只有結(jié)合兩種曝光工藝，才能使焊縫母材和熱影響區(qū)的底片同時(shí)滿足標(biāo)準(zhǔn)中的黑度要求。
該方法因曝光次數(shù)多、檢測(cè)工期長(zhǎng)等原因，不利于工程現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用，主要適用于實(shí)驗(yàn)室研究以及工程量少的射線檢測(cè)。
1.2 雙膠片一次透照技術(shù)
雙膠片技術(shù)就是對(duì)同一道焊縫通過(guò)一次透照工藝拍攝兩張射線底片，其中一張底片針對(duì)焊縫，另一張底片針對(duì)熱影響區(qū)和母材，使兩張底片均達(dá)到黑度及靈敏度要求。為了提高儲(chǔ)罐檢測(cè)的工作效率,常采用雙膠片一次透照技術(shù)。
雙膠片一次透照技術(shù)又可分為有中屏的雙片曝光技術(shù)和無(wú)中屏的雙片曝光技術(shù)。
有中屏的雙片曝光技術(shù)采用兩張相同感光速度的膠片，通過(guò)調(diào)整鉛箔中屏的厚度控制底片黑度，以滿足標(biāo)準(zhǔn)要求。
無(wú)中屏的雙片曝光技術(shù)采用兩張具有不同感光速度的膠片，評(píng)片時(shí)用感光速度快的膠片觀察焊縫處的成像情況，用感光速度慢的膠片觀察母材和熱影響區(qū)的成像情況。
雙膠片一次透照技術(shù)的曝光次數(shù)比單膠片技術(shù)少了一半，解決了單膠片二次透照技術(shù)現(xiàn)場(chǎng)拍片時(shí)間長(zhǎng)的短板，但該方法仍然需要大量的片子，且需要洗片和評(píng)片過(guò)程，而在大型LNG低溫儲(chǔ)罐罐體施工過(guò)程中，射線檢測(cè)結(jié)果出具的時(shí)間直接關(guān)系到罐內(nèi)焊接平臺(tái)上升的進(jìn)度，進(jìn)而影響總工期。
因此，該方法仍然不是9Ni鋼焊縫射線檢測(cè)的最佳選擇。
1.3數(shù)字射線技術(shù)
射線成像技術(shù)采用探測(cè)器(DR成像板)代替常規(guī)膠片完成對(duì)射線的探測(cè)和光電轉(zhuǎn)換，通過(guò)射線穿透工件完好部位和缺陷部位的強(qiáng)度變化，獲得數(shù)字化圖像，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)缺陷的檢測(cè)。
數(shù)字射線(DR)檢測(cè)和常規(guī)膠片射線檢測(cè)獲得圖像的過(guò)程不同，其對(duì)比示意如圖2所示。
數(shù)字射線檢測(cè)技術(shù)(DR技術(shù))作為近年來(lái)發(fā)展迅速的一種新型檢測(cè)技術(shù)，具有以下幾個(gè)特點(diǎn)。
1) 傳統(tǒng)的膠片射線檢測(cè)需要經(jīng)過(guò)拍攝、暗室處理、烘干、評(píng)定過(guò)程，而數(shù)字射線可以現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)成像，省略了暗室處理和烘干過(guò)程，直接進(jìn)入評(píng)定過(guò)程，成像速度快，檢測(cè)效率有極大的提高；
2) 數(shù)字射線檢測(cè)圖像質(zhì)量好，信噪比高，檢測(cè)靈敏度比膠片技術(shù)高；
3) 不需要膠片，極大地降低了材料成本，且不會(huì)產(chǎn)生化學(xué)廢液污染環(huán)境；
4) 可以通過(guò)計(jì)算機(jī)軟件處理提高數(shù)字化圖像質(zhì)量，改善觀察條件,提高缺陷的檢出率。
本文進(jìn)一步對(duì)9Ni鋼對(duì)接焊縫的檢測(cè)工藝進(jìn)行研究,通過(guò)對(duì)曝光參數(shù)和設(shè)備進(jìn)行合理布置，使成像的灰度、靈敏度、分辨率和歸一化信噪比等參數(shù)滿足標(biāo)準(zhǔn)要求，并確立最優(yōu)檢測(cè)工藝。
2、試驗(yàn)研究
對(duì)比試板的設(shè)計(jì)如圖3所示。在試板上加工了一系列平底孔和線槽，用于模擬焊縫和母材上的圓形和條形缺陷。
采用厚度為22mm的9Ni鋼焊接試板，焊縫余高為1.0mm。
試板上加工5 組缺陷：
①為焊縫上的4個(gè)平底孔，直徑均為4.0mm，孔深從左至右分別為1.5，1.0，0.5，0.3 mm；
②為母材平底孔，直徑均為4.0mm，孔深分別為1.5，1.0，0.5，0.3mm；
③為橫向表面雙槽，橫跨焊縫和母材區(qū)域，長(zhǎng)度為30mm，雙槽夾角4°；
④為縱向焊縫雙槽，長(zhǎng)度為15mm，雙槽夾角 4°；
⑤為縱向母材雙槽，長(zhǎng)度為15mm，雙槽夾角 4°。
由于單膠片二次透照技術(shù)和雙膠片一次透照技術(shù)檢測(cè)的底片圖像質(zhì)量差異性不大，其主要區(qū)別在于曝光次數(shù)的不同，因此本文僅討論雙膠片一次透照技術(shù)和數(shù)字射線技術(shù)的成像結(jié)果。
按NB/T47013.2-2015《承壓設(shè)備無(wú)損檢測(cè)第2部分：射線檢測(cè)》標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定，采用AB級(jí)檢測(cè)，其中，單膠片技術(shù)采用單底片觀察評(píng)定，底片黑度D應(yīng)在2.0~4.5范圍內(nèi)，雙膠片技術(shù)采用雙底片善加觀察評(píng)定，底片黑度D應(yīng)在2.7~4.5范圍內(nèi)。
工件厚度為22mm，采用單壁透照工藝，像質(zhì)計(jì)置于射線源側(cè)，靈敏度要求不低于W11(0.32 mm)。
2.1 雙膠片一次透照技術(shù)測(cè)試
雙膠片一次透照技術(shù)的底片如圖4(a)和圖4(b)所示，其中，通過(guò)圖4(a)底片觀察母材，通過(guò)圖 4(b)底片觀察焊縫。
經(jīng)黑度計(jì)測(cè)量，圖4(a)母材底片黑度為3.57，焊縫底片黑度為1.53~1.90，圖4(b)母材底片黑度超過(guò)4.5，焊縫底片黑度為2.46~2.87。
因此，采用AB級(jí)進(jìn)行檢測(cè)時(shí)，圖4(a)母材底片和圖4(b)焊縫底片滿足NB/T47013.2-2015 中規(guī)定的黑度在2.0~4.5之間的要求。
另外，圖4(a)母材底片的圖像靈敏度和圖4(b)焊縫底片靈敏度均為W11，滿足標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的不小于 W11 的要求。
從圖4(a)母材底片中可以發(fā)現(xiàn)②、③、⑤缺陷,從圖4(b)焊縫底片中可以發(fā)現(xiàn)①、③、④缺陷,其中①缺陷中未能發(fā)現(xiàn)0.3mm的孔，④缺陷中未能發(fā)現(xiàn)靠近焊縫中心的單槽。
2.2 數(shù)字射線技術(shù)測(cè)試
數(shù)字射線檢測(cè)僅產(chǎn)生一張數(shù)字底片就可以同時(shí)觀察9Ni鋼對(duì)接焊縫的母材和焊縫區(qū)域。
如圖5所示，該底片可以發(fā)現(xiàn)所有加工的缺陷，且成像質(zhì)量比膠片技術(shù)更高。
同樣采用AB級(jí)進(jìn)行檢測(cè),經(jīng)測(cè)量,母材和焊縫的靈敏度均為W12(0.25mm)，比雙膠片技術(shù)高了1個(gè)等級(jí)。
利用雙線型像質(zhì)計(jì)測(cè)量圖像分辨率為D8(0.16 mm)，滿足NB/T47013.11-2015《承壓設(shè)備無(wú)損檢測(cè)第11部分X射線數(shù)字成像檢測(cè)》的要求。
經(jīng)計(jì)算機(jī)軟件測(cè)量，焊縫和母材區(qū)域的圖像灰度均控制在滿量程的20%~80%，滿足NB/T47013.11-2015的要求。
圖像中焊縫和母材的歸一化信噪比經(jīng)計(jì)算機(jī)軟件測(cè)量均高于100，滿足標(biāo)準(zhǔn)要求。
3、工程應(yīng)用
射線檢測(cè)作為L(zhǎng)NG低溫儲(chǔ)罐質(zhì)量控制的重要手段之一，在LNG低溫儲(chǔ)罐建造過(guò)程中不可或缺。
現(xiàn)有設(shè)計(jì)規(guī)范要求其射線檢測(cè)比例為100%，采用雙膠片一次透照技術(shù)進(jìn)行檢測(cè)。
按現(xiàn)有射線檢測(cè)技術(shù)，1臺(tái)20萬(wàn)m3的處于現(xiàn)場(chǎng)安裝完成階段的LNG低溫儲(chǔ)罐，通常需要的拍片數(shù)量為17000個(gè)片位、34000張底片。
因此，采用數(shù)字射線技術(shù)對(duì)該臺(tái)超大型LNG低溫儲(chǔ)罐進(jìn)行檢測(cè)。
該LNG低溫儲(chǔ)罐內(nèi)壁材質(zhì)為06Ni9DR焊縫采用ENiCrMo-6系焊條進(jìn)行焊接，外壁為混凝土結(jié)構(gòu)。
將探測(cè)器放在罐內(nèi)，攝射線機(jī)置于罐外進(jìn)行透照。
在曝光室人工試板檢測(cè)工藝研究的基礎(chǔ)之上,利用該LNG低溫儲(chǔ)罐對(duì)數(shù)字射線技術(shù)進(jìn)行了工程應(yīng)用，所得的數(shù)字底片如圖6所示，其灰度、靈敏度、分辨率和歸一化信噪比等參數(shù)均滿足標(biāo)準(zhǔn)要求。
此外，對(duì)儲(chǔ)罐同一道環(huán)焊縫進(jìn)行了數(shù)字射線技術(shù)和雙膠片技術(shù)的檢測(cè)比對(duì)，比對(duì)內(nèi)容包括底片質(zhì)量和檢測(cè)工時(shí)兩個(gè)方面。
結(jié)果發(fā)現(xiàn):
這兩方面均是數(shù)字射線技術(shù)占優(yōu)勢(shì)，特別是數(shù)字射線技術(shù)可以實(shí)時(shí)成像，實(shí)時(shí)給出檢測(cè)結(jié)果，為儲(chǔ)罐安裝工程中的平臺(tái)向上搭建爭(zhēng)取了時(shí)間，因此有望得到進(jìn)一步推廣應(yīng)用。
結(jié)語(yǔ)
本文采用膠片射線技術(shù)和數(shù)字射線技術(shù)，通過(guò)進(jìn)行合理的工藝設(shè)置，成功解決了LNG儲(chǔ)罐9Ni鋼焊接接頭檢測(cè)難題，并在LNG儲(chǔ)罐安裝工程項(xiàng)目中進(jìn)行了工程應(yīng)用，總結(jié)如下：
1) 單膠片二次透照技術(shù)、雙膠片一次透照技術(shù)和數(shù)字射線技術(shù)均可實(shí)現(xiàn)對(duì) 9Ni鋼焊接接頭的檢測(cè)，均可使底片滿足標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定要求；
2) 試驗(yàn)結(jié)果表明，數(shù)字射線技術(shù)的成像質(zhì)量明顯優(yōu)于膠片技術(shù)，能發(fā)現(xiàn)更多的缺陷信息，推薦優(yōu)先采用；
3) 經(jīng)工程應(yīng)用發(fā)現(xiàn)，數(shù)字射線技術(shù)的檢測(cè)時(shí)間比膠片技術(shù)短,且能實(shí)時(shí)成像，可大大提高工程效率。
本文來(lái)源：人工智能工業(yè)影像（微信公眾號(hào)）-《石油化工設(shè)備技術(shù)》2024年第45卷第1期
本文作者：錢盛杰1，王三軍2，周鑫1，張 亮2，王 磊3，張 亮3
（1.寧波市特種設(shè)備檢驗(yàn)研究院；2.寧波恒信工程檢測(cè)有限公司；3.國(guó)家管網(wǎng)集團(tuán)天津液化天然氣有限公司）
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