thinkcentre m7100z
屈义森;宋品玲;张成;魏侃
【摘 要】介绍了钛合金材料Ti-35的X射线检测技术.在保证检测灵敏度的前提下,综合了检测设备、材质、能量等要素,实现了对高密度、高熔点新型材料Ti-35的X射线检测. 【期刊名称】《化工装备技术》
【年(卷),期】2016(037)006
【总页数】5页(P32-35,39)
【关键词】X射线检测;蒸发器;核乏燃料;后处理设备;钛合金;射线能量
【作 者】屈义森;宋品玲;张成;魏侃
【作者单位】西安优耐特容器制造有限公司;西安优耐特容器制造有限公司;西安优耐特容器制造有限公司;西安优耐特容器制造有限公司
【正文语种】中 文
【中图分类】TQ050.6
乏燃料又称辐照核燃料，是经受过辐射照射、使用过的核燃料，通常是由核电站的核反应堆产生的，包含有大量的放射性元素，因此具有放射性。乏燃料如果不加以妥善处理，会严重影响环境以及与其接触的人的健康。最近，西安优耐特容器制造有限公司承制了中国核工业集团旗下某单位乏燃料后处理设备“高放废液蒸发器”，该设备的主要功能为储存和处理核电站的核废料——乏燃料。该设备材料选用一种特殊的钛材料Ti-35合金。Ti-35材料是由西北有金属研究院针对乏燃料后处理关键设备而研发的新材料。通过对Ti-Ta系两元素钛合金长期系统的研究，优化出了具有优异耐沸腾高浓度硝酸腐蚀的Ti-35钛合金（即Ti-6%Ta）。由于Ta在硝酸中的溶解度较低且可生成稳定的氧化膜，Ta离子大小也与Ti接近，因此在Ti中加入了少量的Ta，来改善钛合金在沸腾硝酸中的抗腐蚀性能[1]。目前国际上普遍应用的是Ti-5%Ta材料。而Ti－35材料（Ti-6%Ta）是一种新型材料，这就对其焊接接头的射线检测提出了新的要求，主要是对检测灵敏度、胶片选取、射线能量、几何不清晰度、检测设备焦点尺寸大小的选定和胶片暗室处理等提出了更高的要求。
1.1 对射线检测质量的要求
Ti－35材料是一种a型钛合金，具有良好的工艺成型性能(如较高的塑性、韧性)、焊接性能和耐蚀性能，其合金中含有关键性的元素——钽，从而使该材料密度比普通钛材料大，相应地其对射线检测技术的要求更高，难度也更大。目前国内还没有关于Ti-35材料射线检测技术的公开资料可借鉴。要掌握该材料的射线检测技术，只有通过自主研究试验才能达到。对于高放废液蒸发器设备，其焊缝采用X射线进行检测，有关技术要求如表1所示。
1.2 像质计的选取
像质计是用来检查和定量评价射线底片影像质量的工具。评价射线照相影像质量最重要的指标是射线照相灵敏度。射线照相灵敏度从定量方面来说，是反映了在射线底片上能观察到的最小缺陷的尺寸或最小细节的尺寸，而从定性方面来讲，是反映了发现和识别细小影像的难易程度。像质计是底片影像质量的监测工具。在底片上显示出的检测区域像质计中的孔或最小金属丝直径，并不等于就是工件中所能发现的最小缺陷尺寸。像质计灵敏度越高，表示底片的像质水平也相应地越高，因而其射线照相对最小缺陷检出的能力也就越高[2]。
该Ti－35材料含有重要元素Ta。Ta的原子序数为73，它是一种高密度（16.68 g/cm3）、高熔点(2996℃)、高沸点(5425℃)材料，也是一种具有硬质、延性和耐腐蚀特性的金属材料。Ti－35中的主要元素是Ti，其密度4.5 g/cm3，熔点小于1678℃，沸点3287℃，原子序数22，是一种硬度高、耐腐蚀的金属。有资料提出：照相时像质计材质应与试件相同，当缺少同材质像质计时，也可用原子序数低的材料制作的像质计代替[2]。根据产品材质特性以及图纸技术要求，提出底片有效评定范围内每100 mm不能有3点圆形缺陷，且圆形缺陷直径＜
0.8 mm。因此，像质计的选取就显得尤为重要。
双馈风力发电机组通过大量试验，我们采用常规Ti材质像质计在Ti－35焊接试件上进行X射线检测，观察曝光的射线底片，将常规Ti材像质计的灵敏度丝径在底片上所得到的影像与标准要求相比，发现丝径发虚模糊，不能有效地反映最小缺陷尺寸。由于目前国内没有Ta材质的专用像质计，因此西北有金属研究院通过实验研究解决了0.100～0.050 mm直径拉丝技术，并与缙云克力尔检测器材公司合作，从而解决了像质计的技术问题。
1.3 射线胶片
该设备射线检测的技术级别要求为高灵敏度B级检测，而B级标准要求采用C4类（高灵敏度胶片）或更高类别的胶片。常见工业射线胶片的分类如表2所示。
由表2可见，Agfa D4、C4类胶片都属于高灵敏度胶片。通过比对Agfa D4与Agfa C4，发现C4胶片对比度不如D4胶片，它们的颗粒度都较细，无明显区别；但D4胶片曝光量高于C4胶片，伪缺陷相对较少，有利于保证底片质量。对于Ti－35这种高密度、高熔点、高原子序数材料，更应该选用伪缺陷相对较少的Agfa D4胶片。
1.4 射线能量
射线能量的选择取决于透照工件厚度及材料种类，有时也根据设备条件而定。通常情况下，随着射线能量的降低，透照图像的对比度增加。因此，在曝光时间许可的情况下，应尽量采用低射线能量。在采用较高管电压时，应保证适当的曝光量。图1规定了不同材料、不同透照厚度允许采用的最高X射线管电压[3]。
由图1曲线3可以看出，该高放废液蒸发器设备对接接头透照厚度为6～7 mm时，允许的最高管电压不超过95～100 kV。按图1曲线3，当6 mm厚的焊缝选用的管电压为90 kV、焦距
为700 mm时，曝光量为48 mA·min；当7 mm厚的焊缝选用的管电压为100 kV、焦距为700 mm时，曝光量为48 mA·min。由于Ti－35材料为高密度、高熔点、高原子序数钛合金材料，为了满足符合要求的检测灵敏度以及检测工作效率要求，在保证底片黑度和检测灵敏度的前提下，采用逐步递增管电压进行试验。管电压每次提高5 kV，曝光时间缩短20%。通过5次电压递增，当管电压增至25 kV时，曝光时间缩短1半，从而减少了曝光时间，提高了检测工作效率。将管电压在图1允许不同透照厚度采用的最高X射线管电压的基础上增加25 kV时，检测曝光量相应减少为原来的1/2，能够满足该设备射线检测灵敏度和检测工作效率的要求，见表3。
表3中，Y.SMART 300PC探伤机管电压在50～200 kV时，管电流为3 mA；管电压在200～300 kV时，管电流为2～3 mA；管电流随管电压自动默认设置。
1.5 检测设备和几何不清晰度影响的因素
1.5.1 X射线探伤机技术性能
X射线探伤机技术性能如表4所示。
1.5.2 焦点尺寸与几何不清晰度管锥编
焦点尺寸过大时，探伤图像不清晰度会增大。根据图2，几何不清晰度可用下式计算：
式中Ug——几何不清晰度；
df——射线源焦点尺寸；
b——缺陷至胶片距离；
F——射线源到胶片的距离。
由式（1）可知，几何不清晰度与焦点尺寸和工件厚度成正比，而与焦点至工件表面的距离成反比。由式（1）可看出，df越大，Ug越大，则图像不清晰度增大，成像质量降低[2]。
1.5.3 焦点尺寸过大无法检测出小缺陷分析
正常情况下，底片上缺陷影像由本影和半影组成，如图3（a）所示。随着df的增大，缺陷影像的本影区将缩小，半影区将扩大，图3（b）表示一种临界状态，本影缩小为一个点。精氨酸
如果df继续增大，缺陷的本影将消失，如图3（c）所示，其影像只由半影构成，对比度将显著下降，从而使小缺陷无法被检出[2]。
需要注意的是，焦点尺寸减小可以使放大倍数增大，有利于改善图像质量。但焦点尺寸不可无限制地减小，若焦点尺寸过度减小，则检测图像亮度和对比度下降，不利于图像观察[3]。同时，焦点尺寸过小还不利于散热，有可能因管电压过高烧掉阳极靶。
通过现有设备试验对比和理论几何不清晰度计算，最终选用Y.SMART 300PC、焦点尺寸0.5 mm×5.5 mm的探伤机，作为Ti－35材料高放废液蒸发器对接接头的X射线检测仪器。
对于Ti－35材料高放废液蒸发器的X射线检测，从立项到制定检测工艺，就明确规定暗室处理由专人负责，采用专用胶片（Agfa D4）和专用配套的显定影药液（Agfa G128）等，对暗室处理的每道环节都进行了严格要求。
七台河市高级中学
2.1 对暗室环境和暗室处理设备的要求
（1）暗室环境要求：暗室内应保持整齐清洁，器具布置恰当，干、湿操作区分开，以方便操作，减少化学污染的机会。暗室应密闭不漏光，需要有良好的通风设备。暗室温度宜保爱去情来
持在23±5℃，相对湿度宜保持在50%±20%。显、定影液药水应保存得当，要防止药水外泄，以免人员受到腐蚀伤害或造成环境污染。
