核電小徑管對接焊縫的數(shù)字射線成像檢測

王 東，代淮北，李付良，高杰宗

(1.中廣核工程有限公司，深圳 518124；2.中國特種設(shè)備檢測研究院，北京 100029；3.國家市場監(jiān)督管理總局無損檢測與評價重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100029)

焊接技術(shù)是核電設(shè)備建造過程中必不可少的關(guān)鍵技術(shù)之一，焊接質(zhì)量是評定核電設(shè)備質(zhì)量的重要指標(biāo)，如何可靠、精準(zhǔn)、高效地檢測焊縫損傷是風(fēng)險防控的重點(diǎn)。在核電工程中，根據(jù)建造規(guī)范的要求，大量核級管道焊縫需要進(jìn)行射線檢測,但這種方法依賴于操作人員的水平和經(jīng)驗(yàn)，存在環(huán)境污染、效率低、結(jié)果評判主觀性強(qiáng)等問題。筆者以核電廠輔助管道小徑管典型結(jié)構(gòu)對接焊縫為研究對象，開展了射線檢測技術(shù)對比試驗(yàn)，分析數(shù)字射線成像檢測技術(shù)應(yīng)用于核電小徑管檢測的可行性。

1 數(shù)字射線成像檢測技術(shù)概述

數(shù)字射線成像檢測技術(shù)基于射線檢測原理，射線透照物體后衰減的射線光子由成像器件接收，把射線光子轉(zhuǎn)換成電信號，經(jīng)過一系列的轉(zhuǎn)換變成數(shù)字信號，通過計算機(jī)處理，以數(shù)字圖像的形式輸出在顯示器上。因此，數(shù)字射線成像技術(shù)采用數(shù)字探測器或成像板代替膠片接收穿透物體后衰減的射線，并通過光學(xué)及電子電路方法以數(shù)字信號顯示圖像。

數(shù)字射線成像與膠片照相在射線透照原理上是一致的，不同點(diǎn)在于探測器對接收到信息的處理技術(shù)。膠片照相是射線光子在膠片中形成潛影，通過暗室的處理，利用觀片燈來觀察；數(shù)字射線成像則是利用計算機(jī)軟件控制探測器，實(shí)現(xiàn)射線光子到數(shù)字信號，再到數(shù)字圖像的轉(zhuǎn)換，最終在顯示器上進(jìn)行顯示。

2 小徑管檢測的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)對比

由于RCC-M 2007標(biāo)準(zhǔn)中無數(shù)字射線成像檢測標(biāo)準(zhǔn)，而NB/T 47013.11-2015標(biāo)準(zhǔn)與RCC-M 2007標(biāo)準(zhǔn)同樣是針對焊接缺陷的檢測方法標(biāo)準(zhǔn)，同時考慮到NB/T 47013.11-2015和NB/T 47013.2-2015標(biāo)準(zhǔn)在透照方式和成像要求上一致,因此,對RCC-M 2007和NB/T 47013.11-2015標(biāo)準(zhǔn)在透照方式、透照條件以及黑度要求和靈敏度要求等方面進(jìn)行了分析對比，以確定文中研究對象的數(shù)字射線成像質(zhì)量評價指標(biāo)。

射線膠片照相圖像質(zhì)量評價的主要指標(biāo)是圖像靈敏度。NB/T 47013.11-2015標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的技術(shù)等級分為AB級和B級，驗(yàn)收常用的技術(shù)等級為AB級，B級為特殊用途的驗(yàn)收等級，而RCC-M 2007中沒有設(shè)定技術(shù)等級，因此分別按照試件對應(yīng)的RCC-M 2007標(biāo)準(zhǔn)對線型像質(zhì)計靈敏度的要求與NB/T 47013.11-2015標(biāo)準(zhǔn)中AB級的要求進(jìn)行比較。結(jié)果表明，就線型像質(zhì)計表征的圖像靈敏度指標(biāo)而言，NB/T 47013.11-2015標(biāo)準(zhǔn)中AB級要求的技術(shù)等級不低于標(biāo)準(zhǔn)RCC-M 2007的要求，具體數(shù)據(jù)見表1(表中靈敏度用最小可見絲徑表征)。

表1 不同標(biāo)準(zhǔn)對小徑管試件射線膠片照相圖像質(zhì)量要求對比(源側(cè))

數(shù)字射線成像質(zhì)量評價指標(biāo)主要包括圖像靈敏度、圖像分辨率和歸一化信噪比等?；谏鲜龅谋葘Y(jié)果，按照NB/T 47013.11-2015標(biāo)準(zhǔn)AB級的要求來控制檢測對象的圖像質(zhì)量，表2為不同透照厚度對應(yīng)的數(shù)字射線成像質(zhì)量的要求。

表2 NB/T 47013.11-2015標(biāo)準(zhǔn)對不同透照厚度小徑管試件的數(shù)字射線成像質(zhì)量要求(源側(cè))

3 檢測對象

依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)RCC-M 2007和設(shè)計文件中對小徑管焊接坡口的設(shè)計要求，保證試件的材料、規(guī)格和剖口形式、焊接工藝與核電廠制造情況一致。

按照標(biāo)準(zhǔn)RCC-M 2007的驗(yàn)收要求，分析、整理標(biāo)準(zhǔn)中“S7700產(chǎn)品焊縫的無損檢測”給出的滿足驗(yàn)收等級的檢測缺陷的尺寸和類型，開展試件的設(shè)計及加工。每種試件包含裂紋、未焊透、未熔合、氣孔、密集型氣孔、夾渣、密集型夾渣、咬邊等8種缺陷，缺陷分布在近表面、中間、下表面3個位置。試件中缺陷位置如圖1所示。

圖1 試件中缺陷位置示意

4 檢測系統(tǒng)

采用同一射線源分別與膠片和探測器組成膠片照相檢測系統(tǒng)和數(shù)字射線成像檢測系統(tǒng)，表3為檢測系統(tǒng)的主要參數(shù)。

表3 檢測系統(tǒng)主要參數(shù)

試驗(yàn)用輔助器材主要包括：雙線型像質(zhì)計，用于測量圖像質(zhì)量；濾波板(僅數(shù)字射線成像)，置于射線機(jī)出口，用于射束硬化，減少散射線成像；準(zhǔn)直器，置于射線機(jī)出口，用于控制射線束大小，保證只有小徑管成像，防止小徑管之外區(qū)域接收射線，使探測器過度飽和；膠片照相用前后屏，功能為吸收試件的散射線，增加感光度。

5 檢測條件與結(jié)果

5.1 透照條件

結(jié)合上述小徑管規(guī)格(管徑和壁厚)，按照標(biāo)準(zhǔn)RCC-M 2007的相關(guān)規(guī)定，分別選擇傾斜透照橢圓成像和垂直透照重疊成像兩種雙壁雙影透照成像方式。垂直透照 60°，透照3次；傾斜透照90°，透照2次。在透照前，對透照位置和透照角度做出標(biāo)記，保證兩種技術(shù)對同樣的位置采用同樣的透照角度透照。

通過優(yōu)化透照條件，使膠片照相圖像質(zhì)量滿足標(biāo)準(zhǔn)RCC-M 2007的相關(guān)要求，數(shù)字射線成像圖像質(zhì)量滿足標(biāo)準(zhǔn)NB/T 47013.11-2015的相關(guān)要求，表4為兩種檢測方法的透照參數(shù)，其中放大倍數(shù)約為1.28。

從表4可以看出,在焦距相近的前提下，數(shù)字射線成像所需管電壓和曝光量均低于膠片照相的。

表4 兩種檢測方法的透照參數(shù)

5.2 檢測結(jié)果

采用專用底片掃描儀對膠片照相檢測圖像進(jìn)行數(shù)字化，圖2，3分別為數(shù)字射線成像和膠片照相成像質(zhì)量圖例。利用觀片燈和放大鏡對膠片照相的圖像質(zhì)量進(jìn)行人工評定，利用軟件對數(shù)字射線成像的圖像質(zhì)量進(jìn)行測定，結(jié)果表明：在圖像靈敏度方面，二者均高于標(biāo)準(zhǔn)的最低要求，且數(shù)字射線成像比膠片照相的檢測結(jié)果多見1～2根絲；在圖像分辨率方面,膠片照相可見D8對絲，數(shù)字射線成像和膠片照相基本一致，可見D7和D8對絲。兩種檢測技術(shù)的圖像靈敏度如圖4所示，數(shù)字射線成像圖像分辨率如圖5所示。

圖2 數(shù)字射線成像圖像質(zhì)量示例

圖3 膠片照相圖像質(zhì)量示例

圖4 兩種檢測技術(shù)圖像靈敏度

圖5 數(shù)字射線成像圖像分辨率

表5為缺陷實(shí)際數(shù)量與檢出數(shù)量，其中膠片照相缺陷檢出率達(dá)86.27%，數(shù)字射線成像缺陷檢出率達(dá)98.04%。

表5 缺陷實(shí)際數(shù)量和檢出數(shù)量

6 結(jié)語

(1) 在透照焦距相近的前提下，數(shù)字射線成像管電壓和透照時間明顯低于膠片照相的，因此數(shù)字射線成像與膠片照相相比具有檢測所需劑量低、檢測效率高的特點(diǎn)。

(2) 數(shù)字射線成像的圖像靈敏度略高于膠片照相的，數(shù)字射線成像的信噪比高于膠片照相的。數(shù)字射線成像與膠片照相的成像質(zhì)量相當(dāng)。

(3) 除裂紋的檢出存在偏差外，其他缺陷均檢出。由于特殊方向細(xì)小裂紋的檢出對透照角度有很高的要求，射線透照角度稍有偏差檢測結(jié)果就會不同。因此，透照角度是小徑管缺陷檢出的關(guān)鍵影響因素，對于數(shù)字射線成像技術(shù)，可以利用探測器具有高采集幀頻的特點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)短時間內(nèi)連續(xù)、多角度成像。