雙膠片技術(shù)在壓力管道定期檢驗(yàn)中的運(yùn)用

鐘智川

（江西省鍋爐壓力容器檢驗(yàn)檢測(cè)研究院南昌分院，江西 南昌 330000）

0 引言

在TSG D7005-2019《壓力管道定期檢驗(yàn)規(guī)則-工業(yè)管道》（以下簡(jiǎn)稱《定檢規(guī)》），要求對(duì)首次檢驗(yàn)的GC2、GC3管道應(yīng)具有一定的埋藏缺陷檢測(cè)比例，且規(guī)定了埋藏缺陷檢測(cè)的方法為超聲檢測(cè)或者射線檢測(cè)。射線檢測(cè)由于其具有顯示直觀、檢測(cè)結(jié)果能夠永久保存等特點(diǎn)，成為壓力管道定期檢驗(yàn)中埋藏缺陷檢測(cè)最主要的方法[1]。根據(jù)《定檢規(guī)》的要求，對(duì)所抽查的焊接接頭應(yīng)優(yōu)先從重點(diǎn)部位選定，因此，可能存在大量不等厚的對(duì)接焊接接頭或厚壁對(duì)接接頭需要射線檢測(cè)。在用管道的焊接接頭由于無(wú)法進(jìn)入管道內(nèi)部，只能采用源在外的雙壁透照方式，檢測(cè)時(shí)，存在檢測(cè)效率低、拍片難度大、廢片率高等缺點(diǎn)，筆者通過(guò)檢驗(yàn)實(shí)踐，發(fā)現(xiàn)通過(guò)雙膠片技術(shù)，可以快速高效地對(duì)該類對(duì)接接頭進(jìn)行檢測(cè)，效果良好。

1 雙膠片檢測(cè)的技術(shù)優(yōu)勢(shì)

當(dāng)所檢測(cè)部位兩側(cè)存在較大的厚度差時(shí)，由于厚的一側(cè)對(duì)射線的吸收和散射均大于薄側(cè)，因此透射過(guò)厚側(cè)的射線強(qiáng)度較薄的一側(cè)將會(huì)弱很多。如果此時(shí)對(duì)其進(jìn)行射線透照，在同等的曝光量的前提下，將發(fā)生厚側(cè)黑度低，薄側(cè)黑度高的現(xiàn)象。而根據(jù)NB/T47013《承壓設(shè)備無(wú)損檢測(cè)》的規(guī)定，不同檢測(cè)技術(shù)等級(jí)的底片黑度值均應(yīng)控制在一定的范圍，如對(duì)于AB 級(jí)檢測(cè)，單膠片透照時(shí)，其黑度控制在2.0～4.5[2]。如果超過(guò)這個(gè)黑度范圍，除特別規(guī)定外，底片均應(yīng)判作廢片，這將造成極大的浪費(fèi)。而對(duì)于大壁厚焊接接頭，往往要求透照時(shí)間特別長(zhǎng)，或者通過(guò)高參數(shù)的射源進(jìn)行檢測(cè)，才可以到標(biāo)準(zhǔn)要求的黑度值。對(duì)于這類焊縫的檢測(cè)必須采用雙膠片技術(shù)，才能保證焊縫兩側(cè)黑度均滿足標(biāo)準(zhǔn)的要求。

研究已經(jīng)過(guò)驗(yàn)證檢驗(yàn)實(shí)例，對(duì)于該技術(shù)在壓力管道定期檢驗(yàn)中的推廣使用具有重要意義，因此，在對(duì)過(guò)往經(jīng)驗(yàn)總結(jié)分析的過(guò)程中，可以發(fā)現(xiàn)雙膠片技術(shù)在石油煉化公司的承壓設(shè)備的角焊縫中得到了廣泛運(yùn)用，石化企業(yè)的承壓設(shè)備的其壓力參數(shù)高、介質(zhì)復(fù)雜，經(jīng)常由于泄露等原因而給企業(yè)造成極大的損失。例如，在大量的承壓設(shè)備中，不可避免地會(huì)遇到板-板角焊縫（見(jiàn)圖1）和搭接焊縫（見(jiàn)圖2）。在這兩類焊縫中，由于透照厚度比變化往往較常規(guī)的厚度比要大。在NB/T47013《承壓設(shè)備無(wú)損檢測(cè)》標(biāo)準(zhǔn)中，對(duì)射線透照的K值進(jìn)行了規(guī)定，標(biāo)準(zhǔn)控制K值的目的有兩個(gè)，一是為了盡可能地減少透射線強(qiáng)度在有效透照?qǐng)鰞?nèi)，使底片黑度變化不大；二是使射線檢出率盡可能高。實(shí)測(cè)得知，射線束中心所對(duì)焊縫橫截面兩側(cè)厚度比H2/H1（H1為缺陷處射線最小穿透厚度，H2為缺陷處最大穿透厚度，下同）為1.6～1.9，遠(yuǎn)大于NB/T47013 標(biāo)準(zhǔn)中的要求。在實(shí)踐檢測(cè)過(guò)程中，對(duì)底片的黑度進(jìn)行測(cè)量，焊縫部分的黑度在0.5～3.5 變化，黑度值小于2.0 往往導(dǎo)致缺陷難以識(shí)別，甚至無(wú)法評(píng)定，因此較大的透照厚度比是角焊縫雙膠片直接透照法難以實(shí)施的一個(gè)重要原因。

圖1 板-板角焊縫

圖2 搭接焊縫

2 雙膠片技術(shù)的實(shí)施

雙膠片技術(shù)是將2 張膠片同時(shí)放在同一個(gè)暗袋中，膠片中間使用增感屏的射線檢測(cè)技術(shù)。暗袋中所放置的2 張膠片，根據(jù)其感光速度的不同，可以有不同的選擇：如果兩張膠片的感光速度相同，則稱之為同速雙膠片法；如果其感光速度不同，則稱之為異速雙膠片法。

為了減少雙膠片技術(shù)的厚度變化差，常采用厚度補(bǔ)償法以減少因?yàn)橥刚蘸穸茸兓瘞?lái)的黑度差異。根據(jù)透照厚度的不同，補(bǔ)償方法也有區(qū)別，如焊縫高度高的，需要采用全補(bǔ)償法（圖3），焊縫高度一般的，可以采用局部補(bǔ)償法。采用補(bǔ)償后，在一定程度上可以緩解由于厚度差異大而造成的黑度差，因此，在工程實(shí)踐中經(jīng)常使用。

圖3 上表面全補(bǔ)償法透照示意圖

根據(jù)工程實(shí)踐，雙膠片技術(shù)主要運(yùn)用在截面突變或者厚度差異較大部位的射線檢測(cè)，比如余高較高的薄板對(duì)接焊縫、小徑管環(huán)向焊接接頭和壓力容器封頭厚度與筒體厚度差較大的情況。綜上所述，該類型的檢驗(yàn)工件，往往透照的厚度比較大，在標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的評(píng)定區(qū)域內(nèi)，其黑度差值可能會(huì)超出標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定值。此時(shí)，如果采用雙膠片射線檢測(cè)技術(shù)，在厚側(cè)采用雙膠片疊加的方式進(jìn)行觀察，此時(shí)2 個(gè)膠片黑度疊加，將能達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的值，而對(duì)于薄側(cè)工件，采用單片觀察即可，這樣完美地解決了黑度差較大而導(dǎo)致的射線檢測(cè)靈敏度下降的問(wèn)題[3]。

在NB/T47013.2-2015標(biāo)準(zhǔn)第5.16.1.2 條中對(duì)于雙膠片其黑度值的范圍作了規(guī)定，而且對(duì)于每張底片的黑度下限值也做了規(guī)定。如用于雙底片疊加評(píng)定的任何單底片的黑度應(yīng)不低于1.3，雙膠片技術(shù)的黑度值應(yīng)在2.7～4.5，而當(dāng)疊加時(shí)黑度超過(guò)了4.5，也規(guī)定可以用單底片繼續(xù)評(píng)定。諸如此類規(guī)定，黑度要求實(shí)際上降低了很多，也就是說(shuō)使用更少的曝光時(shí)間或曝光量就可以獲得滿足標(biāo)準(zhǔn)要求的黑度，可以提高檢測(cè)效率。

3 試驗(yàn)過(guò)程

采用單底片觀察的時(shí)候，NB/T47013.2-2015 中放寬了對(duì)黑度限值的規(guī)定，即允許單底片的最小黑度值降至1.3。根據(jù)射線檢測(cè)理論，與底片的黑度值關(guān)系最密切的是曝光量，筆者為了獲得可靠的透照參數(shù)，開(kāi)展了一系列對(duì)比試驗(yàn)，即對(duì)于既定的工件（有較大厚度差，符合需要采用雙膠片透照技術(shù)條件的），分別采用雙膠片技術(shù)和單膠片技術(shù)進(jìn)行透照，單膠片黑度范圍1.3～4.5 的要求來(lái)計(jì)算透照時(shí)間，雙膠片檢測(cè)技術(shù)按照單片最低黑度1.5 的要求計(jì)算透照時(shí)間。

為了增加2 種工藝的可對(duì)比性，本次試驗(yàn)將底片黑度、靈敏度及所需要的曝光時(shí)間進(jìn)行對(duì)比。試驗(yàn)過(guò)程如下：采用“同速法”，即同一暗袋內(nèi)的兩張膠片其感光速度完全相同，使用兩組鉛增感屏，增感屏和膠片的疊放順序：增感屏－膠片－增感屏－增感屏－膠片－增感屏[4]。在整個(gè)試驗(yàn)過(guò)程中，針對(duì)的是同一個(gè)焊縫工件，其他檢測(cè)參數(shù)諸如膠片類型，射線源，焦距，暗室處理?xiàng)l件等完全一致，根據(jù)管徑的大小不同，按NB/T47013 的要求采取雙壁單影或者雙壁雙影進(jìn)行透照，由于本次檢測(cè)中，透照厚度比不大，在標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的范圍內(nèi)，因此本次檢測(cè)未做補(bǔ)償，透照的示意圖如圖4 所示。

圖4 透照布置圖

單膠片透照時(shí)按照黑度2.0 計(jì)算曝光時(shí)間，雙膠片透照時(shí)按照單張底片1.5 的黑度計(jì)算曝光時(shí)間，采用JB/T7902-2015 像質(zhì)計(jì)。通過(guò)對(duì)5 組焊縫的透照，得到透照數(shù)據(jù)和結(jié)果如表1所示。

表1 透照試驗(yàn)數(shù)據(jù)

4 測(cè)試結(jié)果分析

本次所用試件均是工程實(shí)踐中常見(jiàn)的大壁厚管子環(huán)向焊接接頭，一般X 射線機(jī)較難穿透此類工件，因此本次研究采用射線源進(jìn)行檢測(cè)，選用的Ir192，活度50Ci，選用的膠片類型為AGFA D5（C4 類膠片）。從上述測(cè)試結(jié)果可以看出，采用雙膠片技術(shù)透照時(shí)，其像質(zhì)計(jì)靈敏度普遍優(yōu)于單膠片透照技術(shù)；其黑度范圍在NB/T47013.2-2015 標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的范圍內(nèi)。在其他方面看，雙膠片透照技術(shù)，其單膠片的黑度完全符合黑度不低于1.5 的規(guī)定，而重疊觀察時(shí)，其黑度不高于4.5 的規(guī)定；而且兩者相互配合，其黑度值的調(diào)整范圍較大，這對(duì)于工程實(shí)踐中一些疑難問(wèn)題提供了較大的操作空間。通過(guò)本次試驗(yàn)研究，可以考慮進(jìn)一步通過(guò)降低黑度值來(lái)減少曝光時(shí)間，進(jìn)而提高工作效率。從曝光時(shí)間上看，雙膠片技術(shù)比單膠片技術(shù)節(jié)約了40%～50%。

當(dāng)使用雙膠片技術(shù)透照時(shí)，大大地提高了效率：1）雙膠片技術(shù)黑度下限值低。通過(guò)上文可知，NB/T47013.2-2015 對(duì)雙膠片技術(shù)其黑度的下限值可以下降到1.3，這遠(yuǎn)低于當(dāng)膠片透照技術(shù)的2.0。根據(jù)射線透照理論，在其他參數(shù)保持布標(biāo)的情況下，底片的黑度與其曝光量存在近似正比例的關(guān)系，因此黑度低其曝光量相應(yīng)減少，而曝光量與時(shí)間成正比，因此，透照時(shí)間大幅下降。2）增感屏的影響。增感屏的作用在射線檢測(cè)曝光量一定的前提下，使膠片最大限度地對(duì)射線劑量進(jìn)行吸收，其直接效果是使用較少的時(shí)間達(dá)到檢測(cè)所要求的黑度值。在使用雙膠片透照技術(shù)時(shí)，膠片中能夠?qū)ι渚€劑量進(jìn)行吸收的藥膜厚度是單膠片的兩倍，在其他因素不變的前提下，雙膠片系統(tǒng)對(duì)射線的總吸收量也是單膠片的兩倍，因此時(shí)間縮短為原來(lái)的一半。

在本次試驗(yàn)研究中，筆者選取的是管徑較小的工件，對(duì)于單個(gè)焊口而言，拍片時(shí)間縮短并不是很明顯，但是根據(jù)射線透照理論，射線強(qiáng)度與距離呈平方反比的關(guān)系，如果管徑比較大，此時(shí)焦距也較大，曝光時(shí)間將會(huì)呈幾十上百倍的速率增加，此時(shí)如果采用雙膠片透照技術(shù)，會(huì)大大減少拍片時(shí)間。

筆者在某工程檢測(cè)中，檢測(cè)的是電站鍋爐的鍋爐范圍內(nèi)管道，很多焊口是φ273mm、φ330mm 的管道環(huán)向?qū)咏宇^，按照特種設(shè)備相關(guān)法規(guī)規(guī)范的要求，在定期檢驗(yàn)時(shí)要對(duì)這些焊口進(jìn)行無(wú)損檢測(cè)抽查，例如φ273mm×22mm 的主蒸汽管道焊接接頭。由于存在高空檢測(cè)，工件壁厚相對(duì)較大，且只能采用源在外單壁透照的方式，檢測(cè)時(shí)采用γ 源進(jìn)行檢測(cè)，檢測(cè)前根據(jù)計(jì)算，如果采用活度為50Ci 的γ 源進(jìn)行檢測(cè)，使用單膠片法，每個(gè)焊口透照5 次所需的檢測(cè)時(shí)間之和約為850min；而如果采用雙膠片法，節(jié)約的時(shí)間就非常明顯。在本次檢測(cè)活動(dòng)中，共對(duì)132 道焊口采用了雙膠片透照技術(shù)，節(jié)約時(shí)間320h，具體見(jiàn)表2。

表2 透照試驗(yàn)數(shù)據(jù)

5 結(jié)論

通過(guò)該文理論介紹和試驗(yàn)研究以及工程實(shí)踐，可以得出以下結(jié)論：首先，在使用相同的照射參數(shù)達(dá)到NB/T47013.2-2015《承壓設(shè)備無(wú)損檢測(cè)》標(biāo)準(zhǔn)要求的底片質(zhì)量的情況下，雙膠片檢測(cè)技術(shù)能節(jié)約40%～50%的曝光時(shí)間，該方法為大管徑大壁厚的壓力管道環(huán)向、不等厚對(duì)接焊接接頭提供了比較高效而可靠的檢驗(yàn)方式。其次，兩張膠片處于完全相同的透照參數(shù)和暗室處理?xiàng)l件中，在底片評(píng)定時(shí)，可以減少因?yàn)榈灼砻鎰潅鴮?dǎo)致的膠片浪費(fèi)。

為了提高雙膠片檢測(cè)技術(shù)的可靠性，筆者通過(guò)大量的工作實(shí)踐，提出如下建議：1）雙膠片檢測(cè)時(shí)，應(yīng)使用同一個(gè)暗袋，最大限度地縮小兩張膠片的間隙，保證膠片上的影像相互重疊，這可以降低評(píng)片難度。2）對(duì)于雙膠片透照技術(shù)，雖然標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定單膠片的底片黑度下限值為1.3，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，在查閱曝光曲線時(shí)，可以按黑度值為1.5 來(lái)查閱，這樣暗室處理沖洗出的底片黑度尚有一定的浮動(dòng)空間，這樣可以確保黑度符合標(biāo)準(zhǔn)要求。3）合理使用增感屏。實(shí)踐中可以使用1 副增感屏，也可以兩副，根據(jù)增感理論，使用兩副，增感屏的曝光時(shí)間可以相對(duì)減少，實(shí)踐中應(yīng)根據(jù)透照工件的具體參數(shù)靈活選擇，如大厚度選擇兩副，中小厚度選擇一副等。