高温气冷堆换热管焊缝X射线探伤方法与流程

本发明涉及高温气冷堆焊接质量检测方法，具体涉及一种高温气冷堆换热管焊缝x射线探伤方法。

背景技术：

高温气冷堆是国际核能界公认的目前安全性最高的新型核反应堆，热效率高，系统简单，用途广泛，是最有希望成为适应未来能源市场安全和经济需要的先进堆型之一，被称为第四代核电技术。其中，对于高温气冷堆蒸汽发生器换热管的具体要求极其苛刻，导致加工制造极其困难；高温气冷堆蒸发器换热单元长约10米，直径仅半米，内部由几十根所述换热管呈不均匀规则分布组成。

对于一个长十米左右的换热管来说，其上往往具有多个对接焊的焊接接头，而每个焊接接头在不同的工序后都需要进行焊缝射线检测，如焊接后需要射线检测焊缝，热处理后还需要射线检测焊缝，每个换热单元包括35根换热管，每个蒸汽发生器有19个或者更多个换热单元，所以，为了制备装配一个蒸汽发生器的换热管，焊缝照射检测工作需要重复数千甚至上万次；

而且，在一个换热单元内，相邻换热管排布紧凑，操作空间狭小，每个焊接节点还需进行至少两个角度的透照(两个角度互成90°)，由于换热管需要竖直放置，很多射线检测工作需要在离地面较高的高空进行作业，有些待检测的换热管被其他换热管包围，换热管之间的空隙较小，普通便携式x射线探伤仪及普通的探伤方法无法满足现场使用要求；

另外，焊缝处没有任何可固定x射线机及胶片的地方，也不允许对换热管结构造成任何影响和破坏；

并且现有的x射线探伤方法的工作效率还需要大大提高才有可能满足上述特殊的使用要求，同时，由于对换热管的焊接精度要求苛刻，要求在执行探伤作业时必须保证焦距、几何不清晰度等条件满足预定要求，达到极高标准。

由于上述原因，本发明人对现有的x射线探伤方法进行了深入研究，以便设计出一种能够解决上述问题的高温气冷堆换热管焊缝x射线探伤方法。

技术实现要素：

为了克服上述问题，本发明人进行了锐意研究，设计出一种高温气冷堆换热管焊缝x射线探伤方法，该探伤方法是通过特制的探伤仪实现的，该探伤仪包括高压发生器、操作控制台、x射线机头、冷却系统和夹持对位工装；其中，所述冷却系统包括冷却液循环泵、冷却液箱和循环管；所述循环管穿过x射线机头，在循环泵的作用下，冷却介质流动速度快，能够及时地带走x射线机头中的热量，从而使得x射线机头能够连续工作；所述高压发生器通过高压电缆给x射线机头供电，从而x射线机头可以制作的很小，只包括高压缆座、阴极灯丝、真空罩、阳极靶和保护罩等几个部件，并且所述x射线机头可以安放在夹持对位工装上，通过夹持对位工装调节x射线机头与换热管之间的距离，再通过夹持对位工装上的滑块带着x射线机头移动到换热管的不同位置或者不同的换热管上进行x光照射，从而完成本发明。

具体来说，本发明的目的在于提供一种高温气冷堆换热管焊缝x射线探伤方法，该方法包括如下步骤：

步骤1，将夹持对位工装5夹持在换热管6的预定位置；

步骤2，x射线机头3安装在夹持对位工装5的机头固定环55上；

步骤3，调节x射线机头3的高度和机头固定环55的俯仰角度，使得x射线的辐射角覆盖焊缝；

步骤4，调节滑块54在滑轨51上的相对位置，确保几何不清晰度在预定范围内；

步骤5，将像质计和签字号贴在换热管表面上，

步骤6，将胶片和背屏放置在换热管和胶片固定夹杆56之间；

步骤7，启动操作控制台2，通过操作控制台2设置曝光参数；

步骤8，操作控制台2根据曝光参数控制高压发生器1给x射线机头3供电，进行曝光成像作业。

其中，所述夹持对位工装5包括滑轨51，

在所述滑轨51一端设置有夹持部52和夹紧块53，

在所述滑轨51上还设置有可沿滑轨滑动的滑块54；

所述夹持部52与夹紧块53一起夹紧换热管6；

在所述滑块54上设置有安放x射线机头3的机头固定环55。

其中，所述夹持部52为l形实心件，在其弯曲部上开设有容纳换热管的圆弧缺口，

所述夹紧块53可相对于滑轨旋转，进而可将换热管6夹紧固定在所述圆弧缺口处；

优选地，在所述夹持部52上还有竖直设置的胶片固定夹杆56，所述胶片固定夹杆56与换热管一起夹紧胶片和背屏。

其中，所述冷却系统包括冷却液循环泵41、冷却液箱42、循环管43和空冷风扇44；

其中，所述循环管43穿过x射线机头3，

所述空冷风扇设置在冷却液箱42附近，通过空冷风扇给冷却液箱42降温；

优选地，所述冷却液循环泵41、冷却液箱42和循环管43构成密闭循环系统。

其中，所述x射线机头3包括高压缆座31、阴极灯丝32、真空罩33、阳极靶34和保护罩35；

其中，阴极灯丝32位于真空罩33内，

高压发生器1产生的高压通过高压电缆传递并分成两路，其中一路的负高压接在阴极，阳极接地，形成高压电场；另一路施加在阴极灯丝32上，使得阴极灯丝32产生的电子在高压电场作用下加速撞击阳极靶34产生轫致辐射，产生x射线。

其中，所述高压发生器1通过高压电缆11给x射线机头3供电。

其中，循环管43穿过所述保护罩35，并从阳极靶34附近经过，通过所述循环管43及其内部的冷却液带走x射线机头3中的热量；

优选地，位于保护罩35内的部分循环管43由电解铜制成。

其中，所述高压电缆两端都设置有高压插头，

所述高压电缆上的一个高压插头嵌入到所述高压缆座31中，并与阴极相接触；

在所述高压缆座31上涂有耐高压硅脂层。

其中，所述操作控制台2上还设置有曝光参数存储模块，所述曝光参数存储模块中存储有多组可被调用的曝光参数。

其中，该方法中曝光成像作业采用双壁双影成像方式进行成像。

本发明所具有的有益效果包括：

(1)根据本发明提供的高温气冷堆换热管焊缝x射线探伤方法中使用的x射线机头体积小，便于移动，能够方便地在换热管不同位置和不同换热管上进行x射检测，适用范围广；

(2)根据本发明提供的高温气冷堆换热管焊缝x射线探伤方法中使用的设备具有冷却系统，该系统为水冷系统，能够及时地带走x射线机头中的热量，使得x射线机头可以持续工作，不必1:1间歇休息，从而提高该方法的工作效率；

(3)根据本发明提供的高温气冷堆换热管焊缝x射线探伤方法具有配套的夹持对位工装，能够灵活方便地安放在换热管上，而且便于对焦，便于调节换热管与x射线机头之间的距离，使用方便，效率高。

附图说明

图1示出根据本发明一种优选实施方式的高温气冷堆换热管焊缝x射线探伤方法中使用的x射线探伤仪整体结构示意图；

图2示出根据本发明一种优选实施方式的高温气冷堆换热管焊缝x射线探伤方法中使用的x射线机头结构示意图；

图3示出根据本发明一种优选实施方式的高温气冷堆换热管焊缝x射线探伤方法中使用的夹持对位工装结构示意图；

图4示出根据本发明一种优选实施方式的高温气冷堆换热管焊缝x射线探伤方中射线束侧视图；

图5示出根据本发明一种优选实施方式的高温气冷堆换热管焊缝x射线探伤方法中射线束俯视图；

图6示出根据本发明高温气冷堆换热管焊缝x射线探伤方法获得的x光成像底片图。

附图标号说明：

1-高压发生器

11-高压电缆

2-操作控制台

3-x射线机头

31-高压缆座

32-阴极灯丝

33-真空罩

34-阳极靶

35-保护罩

41-冷却液循环泵

42-冷却液箱

43-循环管

5-夹持对位工装

51-滑轨

52-夹持部

53-夹紧块

54-滑块

55-机头固定环

56-胶片固定夹杆

57-螺栓

58-旋紧扳手

59-顶丝

6-换热管

7-x射线

8-辐射角

具体实施方式

下面通过附图和实施例对本发明进一步详细说明。通过这些说明，本发明的特点和优点将变得更为清楚明确。

在这里专用的词“示例性”意为“用作例子、实施例或说明性”。这里作为“示例性”所说明的任何实施例不必解释为优于或好于其它实施例。尽管在附图中示出了实施例的各种方面，但是除非特别指出，不必按比例绘制附图。

根据本发明提供的高温气冷堆换热管焊缝x射线探伤方法，该方法是通过特制的如图1中所示的x射线探伤仪进行的，所述x射线探伤仪包括高压发生器1、操作控制台2、x射线机头3、冷却系统和夹持对位工装5。

本发明提供的高温气冷堆换热管焊缝x射线探伤方法包括如下步骤，

步骤1，将夹持对位工装5夹持在换热管6的预定位置，调节夹持对位工装5上滑轨51的伸出方向；避免其他换热管对该换热管的探伤作业造成影响；其中，通过夹持对位工装5上的夹持部52和夹紧块53夹紧换热管，具体是将换热管6夹紧固定在所述圆弧缺口处，从而实现换热管与夹持对位工装5之间的夹紧固定；

步骤2，x射线机头3安装在夹持对位工装5的机头固定环55上；调整好高度及射线束角度后将顶丝锁紧；

步骤3，调节x射线机头3的高度和机头固定环55的俯仰角度，使得x射线7的辐射角8覆盖焊缝；x射线机头3的射线束辐射角为45°，以中心为基线，向两侧各有22.5°的扇形辐射区域，如图4和图5中所示，确保覆盖整个焊缝，即x光照射的区域/辐射角8覆盖整个焊缝，图5中附图标记8指代的两条x射线之间的区域即为辐射角8；射线束中心向工装侧偏斜相应的角度确保x光管射线束中心对准换热管轴线，同时可调整x射线机头的俯仰角度来调节焊缝在底片的影像开口大小，确保其有利于缺陷的显示；

步骤4，调节滑块54在滑轨51上的相对位置，确保几何不清晰度在预定范围内；调节滑块在滑轨的位置来确保其焦距满足几何不清晰度的要求，确定后锁死滑块上的快速锁紧装置；

步骤5，将像质计和签字号贴在换热管表面上，

步骤6，将胶片和背屏放置在换热管和胶片固定夹杆56之间；依靠其间隙的过盈配合来确保胶片的位置固定；

步骤7，启动操作控制台2，通过操作控制台2设置曝光参数；

步骤8，操作控制台2根据曝光参数控制高压发生器1给x射线机头3供电，进行曝光成像作业。

优选地，该方法中多个步骤之间的顺序可以调整，如步骤3、4、5之间的顺序关系可以根据实际情况任意设置。

优选地，在启动操作控制台2前，或者启动时，冷却系统自行启动，冷却液循环泵和空冷风扇启动工作，冷却x射线机头3。

优选地，该方法中曝光成像作业采用双壁双影椭圆成像方式进行成像。

本发明中所述像质计是测定射线照片的射线照相灵敏度的器件，根据在底片上显示的像质计的影像，可以判断底片影像的质量，并可评定透照技术、胶片暗室处理情况、缺陷检验能力等。像质计应用与被检验工件相同或对射线吸收性能相似的材料制做。各种像质计设计了自己特定的结构和细节形式，规定了自己的测定射线照相灵敏度的方法。

所述签字号为书写的数字编号，优选地为“0”和“1”两种，用于区分每个换热管两个角度的透照，其他管号等信息等由印号灯印上去。

优选地，如图1中所示，所述冷却系统包括冷却液循环泵41、冷却液箱42和循环管43；

所述循环管43穿过x射线机头3，

所述冷却液循环泵41、冷却液箱42和循环管43构成密闭循环系统，其内部的冷却液快速流动，并且可以发生相变，从而能够大量吸收热量，并且将吸收的热量从x射线机头中带出，在此过程中冷却液总量没有损失，优选地，本发明中所述的冷却液为蒸馏水。

通过上述冷却系统可以及时带走x射线机头3中的热量，使得x射线机头3能够持续工作；

所述高压发生器1通过高压电缆给11x射线机头3供电，所述高压电缆给11的质量较轻，尽量减小作用在射线机头3上的重力。

在一个优选的实施方式中，如图1中所示，所述冷却系统4还包括空冷风扇44，

所述空冷风扇设置在冷却液箱42附近，通过空冷风扇给冷却液箱42降温，从而使得从x射线机头中带出来的热量可以快速溢散在空气中，确保整个冷却系统的温度在安全温度范围内。

在一个优选的实施方式中，操作控制台2与高压发生器1电连接，在所述高压发生器上部的集成电源中集成所有的控制电路，该控制电路根据操作控制台2发出的控制指令(曝光参数)执行/控制曝光作业。

在所述操作控制台2上设置有调节/控制按键；

优选地，所述操作控制台2可调节/控制电压、电流和曝光时间，优选地，在所述操作控制台2上同时配有相应的报警标识灯。

所述操作控制台2上与集成电源连接，优选该集成电源输入为380v电源，该输入电源经过逆变、斩波、整流等方式后处理后分别输送给冷却液循环泵41、空冷风扇44和高压发生器1，并通过操作控制台2控制冷却液循环泵41、空冷风扇44和高压发生器1的工作状态。

在一个优选的实施方式中，如图1中所示，所述操作控制台2上还设置有曝光参数存储模块，所述曝光参数存储模块中存储有多组可被调用的曝光参数。

优选地，所述曝光参数存储模块为可拆卸的存储芯片，可以根据需要选择相应的芯片，从芯片中调取曝光参数，根据曝光参数对所述线探伤仪的工作状态进行控制。

优选地，所述曝光参数存储模块还可以是计算机系统中的一个存储空间，不仅仅能够从中调取曝光参数，还可以存储所述探伤仪应用过的曝光参数，以便于后续调取。

在一个优选的实施方式中，所述高压发生器包括高压变压器、电压调节系统、电流调节系统、斩波逆变系统、过压保护电路系统、过流保护电路系统、冷却系统几部分组成。其中高压变压器周围注入变压器油进行高压绝缘，其他保护电路置于调制电源中，信号反馈点均引至箱体外侧通过快速接头进行连接，确保信号传输可靠；

优选地，高压发生器外表面的箱体外壁上安放所述冷却液循环泵和冷却液箱，所述空冷风扇也设置在高压发生器箱体外壁上，从而使得高压发生器和冷却液循环泵能够一同移动，使得设备整体构造更为简洁，使用更为方便。

优选地，本申请中所述的高压是指电压在130kv左右的电压，为了确保系统的长时间安全工作，优选地实际高电压为110kv-120kv。

在一个优选的实施方式中，x射线机头3包括高压缆座31、阴极灯丝32、真空罩33、阳极靶34、保护罩35和阴极；其中，阴极灯丝32位于真空罩33内，固定在阴极上，高压发生器1产生的高压通过高压电缆传递并分成两路，其中一路的负高压接在阴极，阳极接地，形成高压电场；另一路施加在阴极灯丝32上，使得阴极灯丝32产生的电子在高压电场作用下加速撞击阳极靶34产生轫致辐射，产生x射线。

在一个优选的实施方式中，如图2中所示，循环管43穿过所述保护罩35，并从阳极靶34附近经过，通过所述循环管43及其内部的冷却液带走x射线机头3中的热量；

优选地，循环管43由至少两种材料制成，位于保护罩35内的循环管43由电解铜制成，从而保证循环管43可以在高温下持续工作，确保稳定的换热作业。

在一个优选的实施方式中，所述x射线机头3的的焦点为1×1mm，由于采用密闭循环冷却，故在检测过程中可连续作业，同时由于其焦点小，可选用更近的焦距对换热管进行射线检测，同时也可满足其几何不清晰度要求，大大提高了检测效率。

在一个优选的实施方式中，所述x射线机头呈圆柱状，其外部保护罩直径为80mm左右，其内部的真空罩直径为60mm左右。

在一个优选的实施方式中，如图2中所示，所述高压电缆两端都设置有高压插头，从而方便于快速插接；所述高压电缆上的一个高压插头嵌入到所述高压缆座31中，并与阴极相接触；

优选地，在所述高压缆座31上涂有耐高压硅脂层。

在一个优选的实施方式中，如图3中所示，所述夹持对位工装5包括滑轨51，

在所述滑轨51一端设置有夹持部52和夹紧块53，

在所述滑轨51上还设置有可沿滑轨滑动的滑块54；

所述夹持部52与夹紧块53一起夹紧换热管6；

在所述滑块54上设置有安放x射线机头3的机头固定环55。

在一个优选的实施方式中，如图3中所示，所述夹持部52为l形实心件，在其弯曲部上开设有容纳换热管的圆弧缺口，

所述夹紧块53可相对于滑轨旋转，进而可将换热管夹紧固定在所述圆弧缺口处；优选地，圆弧缺口的内径尺寸较换热管外径尺寸大0.3-1.5mm，最优选大于0.5-1.0mm，所述圆弧缺口能够使得夹持部2充分与换热管接触，同时便于检测时夹持部2较为方便的放置在待检测的工位上，起到了良好的稳固作用。

优选地，在所述夹持部52上还有竖直设置的胶片固定夹杆56，所述胶片固定夹杆56与换热管一起夹紧胶片和背屏。

优选地，胶片固定夹杆56通过螺栓与夹持部52相连，在夹持部52上远离滑轨的一侧设置与换热管轴心平行的2根胶片固定夹杆56，所述2根胶片固定夹杆相距一定距离，能够提供适当的支撑力；2根胶片固定夹杆形成平面，将胶片和背屏放置在所述平面和换热管之间，依靠自身过盈配合夹紧固定，并正常实施射线检测作业。

在一个优选的实施方式中，所述夹紧块53通过销轴固定在滑轨上，在所述销轴上还设置有贯穿销轴并顶在夹紧块53上的螺栓57，所述螺栓可在旋紧扳手58的作用下旋转，进而压迫或者放松夹紧块53，使得夹持部52与夹紧块53一起夹紧换热管6或者松开换热管6。

在一个优选的实施方式中，夹持部52的尺寸可以根据待检测换热管直径和长度的不同而分别设置，以适应不同的作业情况，还可以通过改变夹持部52上圆弧缺口的尺寸使得夹持部52能够适应多种型号的换热管。

在一个优选的实施方式中，对滑轨51进行长方体中间镂空设计，减小滑轨的重量，避免因总量过大致使换热管变形；由于滑轨51的设置，不必在地面或其它物体上架设支撑，因此占用空间小，同时由于滑轨较窄，还可以避开空间内其它换热管的影响；

在一个优选的实施方式中，所述滑轨51通身刻有与x射线探伤仪机头焦距相对应的刻度，当滑块54在滑轨51上移动时，能够通过滑轨51上刻度的读数精确地确定滑块54在滑轨51上移动的距离和位置，进而调节x射线探伤仪机头的焦距，满足快速检测和几何不清晰度的要求。优选地，通过调节焦距和相对位置，使得几何不清晰度控制在0.51以下。本申请中所述的几何不清晰度是无损检测学，特别是x射线无损检测领域的常用术语，其概念定义为:由半影造成的不清晰度，半影取决于焦点尺寸，焦距和工件厚度。所谓半影(softshadow)，就是受光源(射源)部分直射，形成的阴影中边缘色较浅的部分。

在一个优选的实施方式中，机头固定环55位于滑轨的一侧，呈圆环状，所述x射线机头3竖直插入到所述圆环状的机头固定环55中，在机头固定环55的壁上设置有可向内凸出的顶丝59，通过旋紧所述顶丝59，使得顶丝夹紧x射线机头3，从而将x射线机头3固定在机头固定环55上，松开所述顶丝59后可以上下调节x射线机头3，进而调节x射线的照射区域，满足不同条件下的拍照要求。

优选地，所述机头固定环55通过螺栓与滑块连接，该螺栓可以相对于滑块旋转，从而使得机头固定环55可以适当旋转，通过旋转来调节x射线在俯仰方向的角度，即实现x射线机头的俯仰调节，并且可以在角度满足要求后锁死固定，所述俯仰调节即为调节x射线的辐照区域，。

实验例：

对高温气冷堆中换热管对接焊焊缝进行x射线探伤检测，该换热管尺寸为φ19×3mm；在检测过程中应用图1、图2、图3中所示的x射线探伤仪，该方法包括如下步骤，

1、将夹持对位工装5夹持在换热管6上，位于焊缝下方；

2、将x射线机头3安装在夹持对位工装5的机头固定环55上；

3、调节x射线机头3的高度和机头固定环55的俯仰角度，使得x射线的辐射角覆盖焊缝；

4、调节滑块54在滑轨51上的相对位置，确保几何不清晰度在0.51以下；

5、将像质计和签字号贴在换热管表面上，

6、将胶片和背屏放置在换热管和胶片固定夹杆56之间，通过过盈配合固定；

7、启动操作控制台2，通过操作控制台2设置曝光参数；

8、操作控制台2根据曝光参数控制高压发生器1给x射线机头3供电，进行曝光成像作业；

9、获得焊缝的成像底片后，旋转夹持对位工装5，旋转角度为90度，或者将夹持对位工装5固定在另一个焊缝下方继续重复上述2-8。

如图6中所示，示出通过上述方法得到的x光成像底片图，该底片图的质量好，焊缝区域的椭圆清晰可见，能够从该底片中可以看焊缝的焊接质量，满足焊缝检测要求。

以上结合了优选的实施方式对本发明进行了说明，不过这些实施方式仅是范例性的，仅起到说明性的作用。在此基础上，可以对本发明进行多种替换和改进，这些均落入本发明的保护范围内。