硝酸装置中管子管板内孔对接焊的射线检测

硝酸装置中管子管板内孔对接焊的射线检测 RT for inside hole butt welded joint of tube to tubesheet for nitric acid unit

摘要： 硝酸装置中管子管板采用胀焊接连接法导致管接头失效的事故时有发生，为了确保设备的安全运行，塔内冷却盘管中管子与管板的连接要求采用新型内孔焊结构。而对该种结构的焊缝的内部质量检测成为质量关键。对常规的管子管板的射线检测，是针对其角焊缝进行拍片，而对内孔焊的RT，在国内尚属首次，开创了该领域的先河。

Abstract : The failure accident of tube to tubesheet joint of nitric acid unit attached by welding be expanging happened sometimes,in order to equipment safety operation,tube to tubesheet joint used a new yupe are welded inside holes.and key point is the inner weld quality inspection .Normally,fillet welds of tube to tubesheet joint shell be performed by RT,whereas RT for butt welded joint of tube to tubesheet inside hole use new technique,it’s the first time in china & starts off before the others in this field.

关键词：吸收塔、换热器、管子管板、硝酸、腐蚀、泄漏、射线检测、 对接焊缝、沧州欧谱放射源、曝光参数、底片、评定、焊接、内孔焊、 质量控制。

一、前言

公司日前承制的一台低压硝酸吸收塔，塔内介质为60％的HNO3，具有很强的腐蚀性，塔内设置有层冷却盘管，存在管子与管板的连接。其中管子及管板用材均为00Cr19Ni9，管孔排列呈长方形，近千根管头（如图二）。如采用常规焊接连接，则会产生间隙腐蚀；而采用胀焊接连接法，则又会产生应力腐蚀。硝酸装置中因此导致管接头失效的事故时有发生，为了确保设备的安全运行，塔内冷却盘管中管子与管板的连接要求采用新型内孔焊结构。 对于内孔焊，国外早已研究。研究表明它是一种全焊透结构，连接可靠性高；换热管无须伸出管板，结构紧凑；且无间隙腐蚀。

国内外内孔焊最初是应用在具有高致密性和高强度要求的核电设备上，但随着化工生产的发展和生产条件的愈加苛刻，高温、高压、强腐蚀性要求，使一些重要的化工换热器上也有应用。但在质量检验方面，国内仅限于外观、气密性、强度试验，未对内孔焊内部质量提出任何要求，指定内孔焊接头100％射线检测，国内尚属首次，因此，在无损检测领域，完成该项技术，即开创了又一技术先河。

二、检测要求 按照工艺技术要求，内孔焊焊缝的检测要求如下： （1） 100％RT检验，Ⅰ级合格 （2） 表面100％PT检验，Ⅰ级合格 （3） 氨渗透检验 （4） 水压试验 三、内孔焊的结构型式（对比常规角焊缝） 对管子管板焊接的检测，多年来都是采用渗透检测，近年，许多家单位采用国外的技术，用射线检测对焊接质量进行控制，常见的是对管子管板的外角焊缝的射线检测。见图一，对这类角焊缝的拍片，我们也实施过很多次，从对源到贴片，相对来说，操作起来还是比较方便的，只是在获得较好的拍片质量上有一定的技术要求。 图一：管子管板外角焊缝示意图、实物图 对于这种结构，如果容器的介质特殊，腐蚀性很强的话，设备经过一定时间的运行，介质就会通过图中“间隙”的位置，慢慢地渗透到管头的焊根处，通过腐蚀作用，管头焊缝逐渐被穿透，就会出现腐蚀泄漏，这种现象已经成为交换器的一个难题。

虽然在制造过程中，工艺上采用了又涨又焊，但涨管只涨了靠近管头的部位，而沿着容器内部顺着间隙进来的腐蚀介质，却会慢慢地渗入进来，随着时间的延长而慢慢地起着化学作用。 针对这一难题，国内外都在想办法，目前比较成熟的一种设计是这样的，见图二。它是在管板上开通孔，不锈钢管不穿管板，而在内部设计对接接头进行焊接，焊接采用特殊的焊接工艺、特殊的焊接设备的自动焊完成，保证焊接接头的各项性能。 对于这种特殊的结构，进行射线检测，也是个难题，从布片、贴片、对源、曝光、洗片、韦氏硬度计http://www.weishiyingduji.cn 评定等各个方面都有一定的技术难度。 图二：管子管板内孔焊焊缝图片

四、透照参数的选择 对于本设备管板孔直径小，仅有30mm，厚度薄、管桥小、仅有10mm。因此，每个管孔处的凹槽的设计一方面要考虑管板的强度和安全性，另一方面还要考虑贴片的要求、便于进行γ射线探伤的检测。凹槽深度过大，强度削弱大，则管板强度下降。凹槽过小，则无法贴片探伤。综合两方面的因素，凹槽尺寸设计如图三所示 图三： 管板与管子内对接的示意图 射线检测有针对性的采用如下的控制对策：

（一） 射线源：由于管子的直径很小，又是陷入式，X射线显然是无法进行拍片的，只有使用Ir192源，沧州欧谱而且要使用微焦点源，因此，我们选择了直径小于1mm的Ir192放射源。

（二） 射线束方向：针对这种特殊的结构，射线的入射方向就不能用常规的直射法，而应采用偏心斜射法，具体的偏心距离，需要根据管径大小焊缝位置通过实践来确定。

（三） 胶片的选择、放置：由于凹槽的空间有限，普通胶片袋由于压边有一定的宽度，故不能使用，采用自制的暗袋，来减少边缘的宽度，使得胶片能够紧贴着边缘，便于焊缝在胶片上成像，同时胶片的大小也要根据实际的部位来裁剪，相对应的暗室的洗片也需要使用特殊的工具进行操作。

（四） 标记的摆放：由于焦距很近，在加上贴片本身很困难，如果再把识别标记同时放在工件上曝光，很不现实。因此，我们采用二次曝光法，将所有标记同时且永久地显现在底片上。

（五） 散射线的防护：管子的直径小厚度薄，故射线源的曝光时间也就很短，沧州欧谱而源从源壶中被摇出来却相对曝光时间来说就算长的了，因此，必须在管板处加散射防护，减少从源壶到拍片位置这段时间射线对胶片的影响。

五、技术难点

（一） 使用微焦点放射源

（二） 放射源的曝光点位置确定

（三） 定位标记、识别标记的二次曝光技术

（四） 胶片的装袋、贴片方法、冲洗方法

（五） 源头与管子配合的工装制作

（六） 散射线的控制

（七） 焊接与拍片顺序的计划

（八） 底片的评定

六、结束语

这次的焊接是采用国产WZM1-××型管子---管板全位置数控脉冲钨极氩弧焊机，沧州欧谱通过改制机头和正确的施焊工艺，在高级技师认真的操作下，成功地完成了所有工艺要求的技术参数的实施，制造出设备，近千根管头，经过射线检测，100％合格，实现了管子---管板高质量的连接。制造、无损检测检测都是一个新的突破。

长期以来，硝酸装置中因管接头腐蚀泄漏失效问题有望得到解决，大大延长设备的使用寿命，减少了因停车堵管造成的经济损失，带来了很大的社会效益。其间，射线检测保证最终焊接质量，是控制泄漏源的一个关键点，为提高产品的质量做出了保障。

七、参考文献 强天鹏 《射线检测》 全国锅炉压力容器无损检测考委会 郑世才 《射线照相检验技术的基础》 《无损检测》杂志 全国压力容器标准化技术委员会 GB150－1998 《钢制压力容器》 全国压力容器标准化技术委员会 GB/T4730－2005《承压设备无损检测》 中华人民共和国劳动部 《在用压力容器检验规程》