筒体环缝射线探伤中内透偏心法

筒体环缝射线探伤中内透偏心法的探讨摘要：本文主要探讨了环缝内透偏心法（f＜r）可以周向曝光的问题
关键词：射线透照偏心法周向曝光 k值
压力容器在我厂静设备中占有举足轻重的地位，93.1.1脱馏罐的爆炸就证明了压力容器安全运行的重要性。

而压力容器制造过程中的无损检测也是绝不容忽视的，无损检测是把好压力容器安全关口的最后也是最重要的一道防线。

渤海公司自97年取得劳动部门颁发的一、二类压力容器制造资格以来，首先为七三五工程立下了汗马功劳，预制了近二十台容器，近百米的二催油气大管、烟道。

在近几年的聚丙烯三、四、五套装置、二甲基桠枫一、二期工程中，无损检测更是起到了重要的作用，承揽了整个工程的检测任务。

压力容器无损检测是一项非常细致而严肃的工作，检测前我们首先制定工艺卡,初步设定工艺过程。

但在设制工艺卡是，我们却经常遇到非常困惑棘手的问题，就是对容器环缝内透偏心法(f＜r)探伤时，
图1
有时计算不出最少透照次数和一次透照长度，例如对气分改造工程中脱丙烷塔、二催改造油汽大管、烟道等等的检测。

下面以脱丙烷塔为例，脱丙烷塔的规格为φ2400×26mm由于筒
径较大、壁厚也较厚，而检测比例为20％，就其而言，最佳检测方法为周向曝光，但当时我们的设备为周向250kv的x光机，在焦距f=1200mm的情况下，其透照能力不够，于是我们采用（f＜r）即焦距小于半径的偏心透照，这样在筒体能转动的情况下，我们能很方便地把其完成，这样不仅减少射线辐射，还避免了全方位的排片，减少劳动强度和危险系数。

在制定检测丙烷塔的探伤工艺时，我们按照标准中给出的公式进行计算(参照图1)，其公式为：
图2
θ=cos-1［{1+（k2-1）t/d}/k］
η=sin-1［d0sinθ/（d0-2f）］
α=η-θ
n=180/α
公式中：
α——一次透照半中心角；
θ——影像最大失真角；
η——有效半辐射角；
t ——工件厚度；
d ——容器外直径；
k ——透照厚度比，即k=t`/t（参照图2）。

它是评价射线透照影象是否失真的最主要因素，在射线透照过程中要首先考虑k值的要求，在标准jb-4730中：环缝 a级和ab级透照k值取1.1。

针对丙烷塔，我们取f=1000mm；小于r=1200mm；
即：
θ=cos-1［（1+（k2-1）t/d）/k］
=cos-1［1+（1.12-1）26/2400/1.1］
=24.30
η=sin-1［d0sinθ/（d0-2f）］
=sin-1［2400sin24.30/（2400-2×1000）］
=sin-12.47（没有意义）
由于η角没有意义，也就无法计算最少透照次数n和一次透照长度l3了。

当时我们百思不得其解，问了几位检测专家也得不出说服力的答复。

在上述公式中，要想使η角有意义，必须使
d0sin24.30/（d0-2f）≤1，
即2400sin24.30/（2400-2f）≤1
得出f≤708 mm
为什么f必须小于等于708mm，而在708 ~ 1200mm之间不存在呢？我对此做了详细的研究和探讨。

发现教材中给出的公式为f远小于r的情况，而我们实际工作中所用的f在708 ~ 1200mm之间、即焦点离圆心较近的这种情况，没有考虑到。

焦点离圆心较近的情况，既然无法计算出一次透照长度，那么是否可以用偏心法达到周向曝光的效果呢？下面就讨论射线源与
圆心的距离在什么范围时，才能保证k值符合标准要求，获得质量
符合要求的底片。

图3
如图3所示，当射线源置于p点时，只要各透照部位k值满足标准要求，则射线源置于以o为圆心，以op为半径的圆的范围内进行透照，均可满足标准对k值的要求。

下面证明射线源置于p点时，pa（或pd）透照方向的k值为最大。

此处k1=ab/t，只要pa透照方向的k值满足标准要求，则此透照布置就满足标准对k值的要求。

过p点任意作一条直线eh，则pe（或ph）透照方向上的k值为k2=ef/t，只要证明ab＞ef，即可证明k1＞k2。

ab =（r2-op2）1/2-（r2-op2）1/2
ef=(r2-oi2)1/2-（r2-oi2）1/2
因为oi＜op，可以证明ab＞ef（只要证明函数 y =（r2-x2）1/2-（r2-x2）1/2为单调递增函数即可，这里证明从略）。

因为
θ=cos-1［（1+（k12-1）t/d0）/k1］
当d＞＞t时，取k=1.1，则
op=rsinθ=rsin［cos-1（1+（k12-1）t/d0）/k1］
=rsin［cos-1（1/1.1）］
=0.417r
所以，当op≤0.417r时，可采用周向曝光，而满足k≤1.1的要求。

这个结论与我们实际工作中的疑问，即f在708 ~ 1200mm
的情况基本符合，（1-0.417）×1200=700mm≈708mm，此时fmax=r+op=r+0.417r=1.417r
fmin=r-op=r-0.417r=0.583r
设周向曝光时o1处的实际曝光量及底片黑度分别为e1和d1，o2处的实际曝光量及底片黑度分别为e2和d2，胶片的平均对比度为r。

r =（d2-d1）/（lge2-lge1）
d2-d1= r（lge2-lge1）=r lg（e2/e1）
= r lg（fmax2/fmin2）
=0.77 r
取r =3.0则
d2-d1=0.77 r =0.77×3.0
=2.31
jb4730-94标准中对ab级x射线探伤规定的底片黑度范围为1.2 ~ 3.5。

δd=3.5-1.2=2.3＜d2-d1
由于一般工业探伤用非增感型胶片的r ＞3.0，所以在实际探伤中，若射线源置于op=0.417r的p处，用相同的曝光时间，虽然满足标准对k值的要求，但底片中黑度难以满足标准的要求。

换句话
说，只要底片黑度满足标准要求，则这种透照布置一般均满足k≤1.1的要求。

采用源置于圆心的周向曝光法透照筒体环缝是一种最佳的透照方法，此时，各处的曝光量相同，横向裂纹检出角θ=0，既能得到黑度均匀的底片，也便于发现垂直于表面的裂纹，但在实际工作中，不可能保证射线源正好处于圆心，通过本次推导可以得出，只要射线源置于以o为圆心，以0.417r为半径的圆的范围内透照，均可满足标准对k值的要求。

这样，无论是周向x光机，还是定向x光机都不用再通过公式计算最少透照次数和一次透照长度，因为在偏心距≤0.417r的范围内，无论怎样放置都能满足k值的要求。

如果为定向x光机，只考虑透照场的大小，如果为周向x光机，只考虑各处曝光量的差异，而不用再挪移x光机。

通过这次对筒体环缝内透偏心法（f＜r）的探讨，为我们以后的工作带来了更多的方便和更充分的技术根据。

注：文章内所有公式及图表请用pdf形式查看。