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微辐射伽玛射线技术检测焊缝的应用研究

伽马射线 射线探伤 射线检测
发布:2020-10-26 11:14:59     来源: SGS工业服务

射线探伤是用X射线或γ射线来检测工件的内部缺陷。一般用X射线探伤机或γ射线源作为射线源。射线穿透工件到达胶片,透照后的胶片经过胶片处理得到底片,把底片放在观片灯上观察,可以看到不同黑度构成的不同形状的影像。由于射线探伤图像直观,能确定缺陷平面投影的位置、尺寸和分布情况,容易判定缺陷的性质;底片或数字图像能长期保存;对检测对象既不破坏也不污染;所以射线探伤已成为现代工业中一种必不可少的无损检测方法。

近年来,各种石化装置、海工模块、电厂、钢厂等项目的工期要求越来越紧,经常是同一场地内相邻的多个模块或装置同时施工。再加上施工现场环境复杂,人员众多,导致常规射线探伤的安全防护距离很难得到保证,探伤作业时间不够,对工程进度造成严重的影响。由于射线具有生物效应,超辐射剂量可能对人体造成放射性损伤。国外一些发达国家为了降低射线辐射、减小防护距离、提高检测效率,已经陆续开发出一些微辐射伽玛射线探伤技术,如SCAR(Small Controlled Area Radiography) 技术、CPR (Closed Proximity Radiography) 技术、SAFER(Small Area For Exposure Radiography) 技术等。国内个别厂家也参考国外经验对常规伽玛射线探伤机进行了改进,研制出微辐射伽玛射线探伤机并开发相关应用。

1、微辐射伽玛射线探伤技术原理

微辐射伽玛射线探伤技术主要是利用屏蔽防护的原理改造常规伽玛射线探伤机,限制辐射场、减少漏射线,在工件背部施以铅板防护,再用铅橡胶整体包覆,将安全防护距离减小到几米甚至是1米内的技术。微辐射伽玛射线探伤机的放射源置于探伤机机体内,只能在极短的封闭腔体内移动。探伤时放射源在机体内被推到曝光窗口位置,其它方向没有漏射线,只在透照方向上有极窄的射线束,该射线束穿过工件时会产生一定衰减,穿过工件后会被背部的铅板屏蔽掉,散射线会被整体包覆的铅橡胶屏蔽。探伤完毕后,放射源由窗口被推回到安全位置,整个操作过程基本没有大剂量射线外泄。

2、射线源的选择

微辐射伽玛射线探伤技术主要用于壁厚不大于15mm的薄壁管焊缝检测。硒75射线源是一种能量较低的伽玛射线源,其能量范围为66~401 keV,由九条谱线构成,平均能量为206 keV,相当于200 kV 左右的X 射线机,透照厚度范围是10~40mm,条件允许时最小可降至5mm。而铱192源的能量范围在206~612keV,其平均能量为355keV,射线的线质较硬,多用于透照厚度20mm以上的工件。因此,具有较低能量范围的硒75源更适合微辐射伽玛射线探伤技术。而且,硒75源比铱192源的成像质量更好、清晰度和灵敏度更高,其较低的能量范围也使得屏蔽防护更容易实现。

3、微辐射伽玛射线探伤机

微辐射伽玛射线探伤机由机体、控制部件和源辫等部分组成,具体见图1。国产的DL-VA型微辐射伽玛射线探伤机的主要技术参数如下:额定装载量:硒75≤100Ci;泄漏剂量率:表面<20mR/h;距离容器1m处≤2mR/h;操作距离: 1-12m;射线源焦点:φ2.5×2.5mm、φ3×3mm;透照厚度(Fe):5~40mm;容器尺寸:180×110×180mm(长×宽×高);主机重量:11.6 kg。该设备既可用于微辐射伽玛射线探伤,也可改装为常规伽玛射线探伤模式,不同模式的对比情况如表1。

3.1探伤机机体

DL-VA型微辐射伽玛射线探伤机具有多层闭锁机构,只有按照一定程序完成各项透照准备工作后,放射源才能输送出去,从而防止误操作产生,具体内部结构请见图2。

3.2 控制系统

DL-VA型微辐射伽玛射线探伤机控制系统由手动推杆、0.5m长控制导管、驱动缆(软轴)组成,驱动缆(软轴)和控制推杆连接,驱动缆(软轴)的阳接头和源辫的阴接头连接,控制部件传输软管快速接头用来与机体输入端连接,当向前推动和拉回推杆即可将硒75源送到窗口曝光位置和收到安全位置。

4、微辐射伽玛射线检测应用工艺

在正式探伤作业前,应按照检测申请单中的管子规格制定检测工艺及作业指导书,选择合适的曝光窗口。不同活度的放射源、不同管径、壁厚的焊缝所需的主屏蔽铅板厚度是不同的,应按指定的安全防护距离(半径2m或更小)先计算出主屏蔽铅板厚度,然后通过试验来验证是否符合标准要求。应急物资就位和准备工作完成后,在试验区域四周拉好警戒线,设置电离辐射警示标志,安排好监护及射线巡测人员,然后按以下步骤进行工艺验证试验:

a) 旋紧微辐射伽玛射线探伤机前封罩;

b) 连接控制系统和探伤机;

c) 根据管径及作业指导书选择合适的窗口并固定到主机窗口位置;

d) 待检管子焊缝划线分段,放置标记带、像质计和胶片等;

e) 在胶片后侧放置主屏蔽铅板,然后用捆绑器固定;

f) 主机置于胶片对侧并固定,使V形槽骑跨在焊缝上,调整主机窗口对准被检区;

g) 使用铅橡胶把主机与管子严密包裹,使散射线不外泄;

h) 打开闭锁开关,操作人员离开探伤机,推动驱动器推杆,开始曝光;

i) 剂量率监测:为避免意外照射、确保防护安全,必须使用剂量率巡测仪在探伤区域周围连续监测,直至探伤结束,如发现异常情况应立即停止曝光;

j) 当一次曝光结束后,拉动驱动器拉杆回到刻度“0”位置,听到“啪”一声开关复位声,此时伽玛探伤机闭锁开关自动关闭;

k) 验证闭锁是否关闭:用手将驱动器推杆向前推动,如推不动则证明闭锁已经关闭;如还能向前推动,必须再次向后拉动推杆,将闭锁关闭后进行下一道工序;

l) 改变曝光位置,再次曝光时操作步骤按照a~k条的规定进行;

m) 探伤结束后,将窗口换上0号窗口。

试验时应约请安全管理人员及相关技术人员进行见证,当实测的监督区边界外空气比释动能率不大于2.5μGy/h时方可进行探伤作业,否则应调整防护方案,直到满足标准要求。检测工艺及防护措施经验证且符合标准及各方要求后,方可执行探伤任务。所有探伤人员应经过培训并考核合格,熟练操作微辐射伽玛探伤机,熟悉探伤工艺。探伤作业前应进行技术交底和安全交底,制定应急预案、准备应急物资,申请射线探伤作业许可。作业许可经批准后,在指定时间和地点内进行探伤作业并严格按照经验证和批复的工艺执行。探伤过程中应对边界剂量率实时监测,如有异常应立即停工检查。探伤完成后,应做到工完场清,放射源运回源库储存。

5、微辐射伽玛射线探伤技术的现场应用及特点

5.1 微辐射伽玛射线探伤技术的应用安全性

在实践中,对某大型液化天然气工程模块制造项目的管道焊缝采用微辐射伽玛射线探伤技术进行了探伤。该项目共76个模块总计70000多吨,焊缝拍片总计15万3千多张。任务重、工期紧,高峰期有20多个模块同时施工,应业主要求引入了微辐射伽玛射线探伤技术,为确保工期提供了保障。微辐射伽玛射线探伤技术,其防护距离远小于常规射线探伤技术,只需几米或不到1米;业内俗称2m源、1m源就是因为该技术能将辐射安全防护距离控制在2m甚至1m之内。微辐射伽玛射线探伤时对探伤人员健康影响较小,甚至没有影响。又因微辐射伽玛射线探伤机的放射源只能在极短的封闭腔体内移动,所以避免了放射源丢失或收不回来等事故的发生,安全系数远高于常规伽玛射线探伤技术。微辐射伽玛射线探伤技术应用后,白天也可以工作,降低了夜间探伤的风险;作业区域小,风险易管控,可以与其它工作同时进行而不影响人员健康;屏蔽了大部分散射线,底片质量更好,清晰度更高。

5.2 微辐射伽玛射线检测技术的应用多样性

微辐射伽玛射线探伤技术的适用范围广:适用于透照厚度小于40mm的碳钢、合金钢、不锈钢以及其它材质的直管、弯头、三通、法兰的对接焊缝射线探伤。微辐射伽玛射线探伤机既可以实现微辐射伽玛射线探伤,也可改装后进行常规伽玛射线探伤。高空探伤作业时,微辐射伽玛射线检测技术的应用避免了探伤人员为躲避射线而反复地在高空和地面之间来回移动,而且可在白天进行作业,节约了人力,保证了安全。

5.3 缩短检测工期,确保工程进度和质量

在以往的工程项目中,为避免对公众或其他作业人员的意外辐射,射线探伤通常是安排在夜间进行。而微辐射伽玛射线探伤技术应用后,作业时间不再局限于夜晚,可以24小时工作,人员轮换设备不停;可以与其他工种同时作业,不需要为了射线防护而清场,可以灵活安排施工时间,保证项目的进度和质量。

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