螺旋焊管双面埋弧焊焊偏在X射线成像中的判别

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1、螺旋焊管双面埋弧焊焊偏在X射线成像中的判别摘要:由于内外螺旋焊缝在空间位置分布的不同,可引起在X射线照射下投影位置的不同。若按判别一般平板双面焊缝焊偏的常规方法来判别螺旋焊管双面埋弧焊缝的焊偏,将与实际情况存在较大偏差。通过理论分析与计算,得出偏差的原因,提出注意事项及防止偏差的对策。该研究对准确判断螺旋焊管双面埋弧焊焊偏具有实际参考价值。 在螺旋双面埋弧焊管的生产中,由于焊接工艺参数的偏离,可能造成局部或连续的内外焊缝焊偏现象,产生根部未焊透等危害性缺陷。为防止此类缺陷的出现,将焊偏量限制在一定范围内是比较有效的控制手段,因此现在越来越多的钢管标准及交货技术条件都趋向将焊偏量的控制列为技术要

2、求之一,如GB/T 9711.2 1999石油天然气工业输送钢管交货技术条件第2部分:B级钢管标准就对此作出了明确的规定。利用X射线检测法可以较方便、快速地判别双面焊中内外焊缝的偏移量。常用方法有X射线工业电视实时成像与X射线拍片法。在实际工作中,许多检验人员判别、测量螺旋焊管双面埋弧焊的焊偏时,通常照搬检验一般平板双面焊焊偏的方法,而不考虑两者之间因焊缝所处空间位置的不同而产生的偏差,因此容易产生误判或漏检。笔者就此问题进行了理论分析与探讨。1平板双面焊缝的焊偏判别方法 在平板双面焊缝透照成像中,按检验工艺要求,一般内外焊缝的两侧在整个透照长度上与X射线源所成的角度对称相等。在内外焊缝不存在

3、焊偏时,经X射线透照后内外焊缝的成像沿焊缝中心线对称分布;当存在焊偏时,焊缝影像的偏移与焊缝实际偏移成比例。当透照焦距远远大于透照壁厚时(放大倍数近似等于1),可认为焊缝影像的偏移等于焊缝实际偏移。以采用内透法,外焊缝宽度大于内焊缝宽度为例,焊缝的焊偏量根据内外焊缝边缘投影的位置按以下两种情况进行计算1。(1)如图1所示,当外焊缝两侧边缘影像将内焊缝两侧边缘影像包含在内时,焊偏量一般较小,计算公式为:图1内焊缝影像完全包含于外焊缝影像中(2)当内焊缝一侧边缘影像包含于外焊缝两侧边缘影像内,而另一侧边缘影像在外焊缝两侧边缘影像外时,焊偏量一般较大。如图2所示,计算公式为:2螺旋焊管双面埋弧焊中按

4、常规方法判别焊偏时存在的问题及分析2.1检测现象及初步分析 我公司2003年4月生产苏丹管线时,要求对焊缝采用拍片检验,评片时发现大部分胶片在胶片两端的位置上内外焊缝影像产生较大的偏移,而位于胶片中间的内外焊缝影像则无此现象。如按平板透照焊偏量的计算方法,最大焊偏量为56 mm,远超过技术条件要求的3 mm。在X射线工业电视上也有此现象,但由于图像增强器接受场范围小于拍片范围,观测计算到的最大焊偏量为34 mm。在对上述钢管取焊缝酸蚀样与做金相样分析测量时发现,最严重处的实际焊偏量不到2 mm。通过对螺旋焊管双面埋弧焊缝X射线透照工艺分析发现,产生如此大的偏差根源在于透照时的空间位置不同于一般

5、平板双面焊缝。现以820 mm*10 mm螺旋焊钢管的X射线拍片透照工艺为例,分析产生偏差的根源。2.2偏差分析820 mm*10 mm螺旋焊钢管的成型角=45度10,X射线透照时焦距F=410 mm,胶片上有效评片长度L=250 mm,透照布置见图3。 假设内外焊缝不存在焊偏,此时由于空间螺旋线的复杂性,将很难计算X射线源相对于胶片最端部处(距胶片中心为250/2=125 mm)的焊缝沿法线方向的照射角。考虑实际管径的大小与拍片的长度,采用将曲面平面化、曲线直线化的方式进行近似计算。如将内外焊缝视为等宽时,按一般平板双面焊缝透照,将在胶片上出现两对重合的内外焊缝边缘的轮廓线,在胶片上出现如图

6、4所示情形,其中最大偏差$L可由图5计算得出: 射线源O点与距胶片中心x处的A点所成的照射角度为:tg=R/x=OC/AC A=arctgOC/AC=arctg410/125 当内外焊缝不存在实际焊偏时,在胶片最端部产生的偏差$L1为:$L=T*AC/OC=10*125/410=3.0 mm 同理,胶片的另一端产生的偏差L1同样也为3.0 m m,只是方向相反。由此可见,即使在内外焊缝不存在焊偏的情况下,因螺旋线上各点与射线源空间相对角度的不同,将由胶片中心向端部产生逐渐增大的偏差。 当焊缝实际存在焊偏时,在胶片上产生的影像焊偏量的大小$L是实际焊偏量$L2与因空间相对角度产生偏差量$L1的叠

7、加,即$L=$L1+$L2。$L1是一个随距离中心位置不同而变化的变量,只是在透照中心到胶片的中心位置,因为射线是垂直透照,观察到的影像焊偏量才代表实际的焊偏量,其它各点实际的焊偏量应是把从胶片上测得的焊偏量减去因距离中心位置不同而产生的偏差量。该评判方法同样适用于X射线工业电视检查。 为了对以上结论进行验证,在上述规格的钢管生产检验中,按同样的透照条件进行拍片检查,发现一螺旋焊缝距透照中心125 mm处底片上测得的焊偏量$L=4.1 mm,按以上方法计算得实际焊偏量$L2=1.1 m m,金相解剖测得焊偏量为1.0 m m,计算值与实际情况基本吻合。.3 结论 螺旋焊管双面埋弧焊在实际X射线

8、拍片与工业电视实时成像检验中,根据内外焊缝形状、性质和走向,正确辨别出内外焊缝在X射线影像上的轮廓,是判断是否存在焊偏的前提。在此前提下不能以胶片或屏幕视场上能观察到的最大焊偏量作为评价焊偏的依据,应以垂直于射线方向的辐射场中心部位来进行评价。因此在实际操作中需要根据射线源方向校准胶片或屏幕的辐射场中心部位。在工业电视实时成像检验中对发现的焊缝部位焊偏量产生疑问时,可在可疑焊缝部位的边缘贴上一铅标志,将其移动到辐射场中心部位即可快速判别。对X射线拍片产生的疑问部位,可观察底片上可疑部位关于中心点的对称部位,这两点因关于中心点相对称所以产生的偏差也是相同的。在工艺条件允许的前提下增大焦距或减小焊缝透照长度也可降低因空间位置产生的偏差而减小误差。