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射線實時成像技術檢測能力的局限性及其對策
發布時間：2017-09-01
1前言
進入21世紀以來,隨著數字成像技術的進步以及硬件成本的大幅降低,以線陣列、面陣列為代表的數字化RTR系統得到了迅速推廣,逐步淘汰了上世紀中后期發展起來的圖像增強式模擬電視系統。與后者相比,數字成像系統的分辨率和圖像質量均有了顯著的提高,有效提高了焊口中缺陷的檢出能力。本文以鍋爐行業小口徑管機械焊口在線檢測為例介紹了目前RTR技術還存在的局限性,同時討論了對應的補償措施,希望能對RTR技術的推廣和合理應用有所幫助。
2RTR系統的局限性
鍋爐行業一般采用高效率的熱絲TIG焊或TIG/MIG焊進行蛇形管部件的直管對接,由于材質、焊絲以及工藝等原因,焊口中有可能出現裂紋、未熔合等缺陷。由于鍋爐小口徑管的壁厚往往不大,缺陷的自身高度很容易就能達到壁厚的1/3,個別甚至超過1/2,帶有此類缺陷的小徑管投入使用易發生爆管,且裂紋類缺陷的出現有很強的規律,一出現,往往就是批量性的,因此其危害性非常大?，F舉兩個采用RTR系統檢測的實例:a)某省煤器部件200屏4000個焊口( 57×8,SA-210C)在生產流水線上100%RTR合格,超聲波補充檢驗中發現部分焊口中有嚴重超標缺陷,100%擴抽后發現有60%的焊口存在類似的超標缺陷,缺陷長度大多在1/3～1/2周之間。解剖證實缺陷為層間未熔合,位置在第二層與第一層交接處,自身高度2.5mm左右。
b)某焊工號完成 57×9規格的SA213-T91機械焊口600個,在例行100%RTR檢測時,發現其中一個焊口存在可疑影像,對這批焊口100%拍片,發現有68個焊口存在根部裂紋,再對這600個焊口進行100%的超聲波檢測,共發現274個焊口存在嚴重的長條形根部缺陷回波。解剖結果證明:超聲波檢查確認的274個焊口都存在嚴重的根部裂紋,最大開裂深度達3mm。
以上實例表明,雖然RTR對于氣孔類體積型缺陷能很好的檢出,但對于裂紋類面狀缺陷的檢出率卻非常低,特別是當裂紋比較細小時,檢出率甚至接近于0;而RT方法對于這類缺陷的檢出率雖有一定的提高,但受照射角度影響,實際情況表明缺陷檢出率一般也不會超過50%;UT方法最好,其對于面狀缺陷敏感度非常高,只要方法和操作適當,檢出率可以接近100%。
3對應解決措施
為了保證焊口內在質量,防止不合格焊口流入下一道工序,筆者建議在制造廠內對小口徑管直管焊口在RTR合格后立即進行UT或RT抽查,雖然應用全數檢驗可靠性較高,但卻是不現實的,檢驗時間太長,檢測費用太高,完全失去了RTR技術的意義,因此,需先根據概率論[1]估算一下較為合理的UT/RT抽檢數量。設:N―批量。根據管子車間生產模式,以部件為單位組批,一個部件內相同材質、規格和焊接工藝的焊口數即為批量,一般在數百至3000之間;
n―樣本量,即抽查數;
d―樣本中的不合格數;
Ac―接收數,因要求抽檢焊口全部合格,則Ac=0;
p―過程平均,即初次交檢批的平均質量,以不合格品所占比例表示;
Pα―接收概率;
β―使用方風險,即使用方承擔的接收質量不合格批的風險,又稱第二類錯誤的概率。
為便于計算,假設一批焊口中裂紋類缺陷是隨機分布的,根據經驗,這與實際情況不會有太大的出入。同時,由于期望的樣本量(n)較低,而此時批量(N)數值較大,因此n/N<0.1,按抽樣概率計算理論,此時可采用二項分布式計算接收概率:Pa=∑Acd=0ndpd(1 -p)n-d
不同過程平均(p)不同樣本量(n)下的接收概率(Pα)的計算結果如表1所示:
裂紋類缺陷的產生有其明顯的內在規律性,一旦發生,往往就是批量性的,不妨設過程平均即存在裂紋焊口所占比例達到30%,即p=0.3 ,此時不管批量(N)有多大,如2000個焊口,只需抽檢10個焊口,即樣本量n= 10 ,則這批焊口一次接收概率Pα僅為0.0282(2.82%),而拒收概率為1-0.0282=0.9718(97.18%)。可見,即使數量很少的抽查量,當不合格品所占比例較高時,接受概率也是非常低的。
如上所述,雖然一批焊口的數量很大,但RTR后的UT/RT抽檢并不需要太大的樣本量(抽檢數),綜合考慮各種因素,筆者建議:對于規格、材質和焊接工藝相同的焊口,一個批號UT抽查20個焊口。為避免和減少可能會發生的質量損失,宜在部件投產第1天就進行抽查。抽查20個焊口的批接收概率Pα如表2所示。
表2說明只要不合格焊口比例p大于0.1時,抽查20個焊口不合格批的一次接收概率是非常小的,完全能夠達到質量控制的目的。對不銹鋼和鐵素體-奧氏體異種鋼等粗晶材料焊口及內鏜坡口形式檢測時,只能采用RT方法進行抽查,需要指出的是,由于此時裂紋類缺陷檢出率約為50%,則在估計接收概率時過程平均(p)應減半后計算。對于抽查過程中發現的不合格焊口,應進行二次抽檢,建議每個不合格焊口擴抽(10～20)頭,還需要注意幾點:
1)RTR發現裂紋等面狀缺陷也應按這一規則擴抽;
2)若發現超標缺陷屬于氣孔類體積性缺陷,由于RTR能夠有效控制,因而無需擴抽;
3)二次抽檢發現的不合格焊口繼續按這一規則擴抽。
實踐證明,采用和堅持上述抽查制度在防止焊口批量危害性缺陷漏檢、控制小口徑管焊口質量方面效果非常顯著,能有效彌補RTR檢測方法對裂紋不敏感的局限性。
4特殊的小口徑管UT檢測工藝
小口徑管UT檢測在國內早有開展,但目前普及程度仍不如RT(RTR)方法,這主要是因為小口徑管內外表面都有余高,入射超聲波在余高上會產生較強的形狀反射,而且這一反射離缺陷信號非常近,嚴重干擾了檢測人員對缺陷波的判別。為與RTR方法配合,滿足小口徑管焊口抽檢需求,筆者在此介紹一種特殊的基于定位掃查的小口徑管UT檢測方法[2],該方法已在本廠應用逾20年,效果較好,其技術特點是:
①對于氣孔缺陷探傷靈敏度稍低,但對于裂紋、未熔合等面狀缺陷非常有效。
②檢測速度快,據實際測算,該方法比常規方法的檢測速度提高5倍以上。
●柱孔對比試塊使用與工件同規格、同材質的管材加工制作內外表面的柱孔,作為儀器校驗和缺陷評定的對比試塊。
●探頭:5P9×9K2.5(不要求短前沿)
●以定位掃查為主的掃查方式
定位掃查指以焊口中心到探頭前沿的某一距離為基準,探頭沿這一基準線只進行周向移動,而不進行前后(軸向)移動的掃查方式。檢測人員只考慮探頭側焊口半側的回波信號,這樣一來,由于焊口余高反射總是比缺陷信號來得遲,很容易排除其干擾。因為聲束擴散的原因,一般一個焊口只需將探頭放置在1P(P:跨距)和1.5P的位置上定位各掃查一周即能覆蓋本半側焊口,見圖1;但對于壁厚大于8mm的焊口,考慮到焊口中部區域聲束覆蓋的問題,應增加一次0.75P跨距的掃查。發現缺陷信號后,再
結合前后掃查找到缺陷波最大幅度位置,以此進行定位和定量評定。為了定位準確和掃查方便,在探傷過程中使用定位環可以大幅提高檢測速度。
摘自：中國計量測控網
