首頁>技術中心>技術資訊>JB /T4730與RCC2M在射線底片影像質量控制方面的差異分析
JB /T4730與RCC2M在射線底片影像質量控制方面的差異分析
發布時間：2017-09-01
1前言
國內一般承壓設備的建造,大多依據JB/T4730《承壓設備無損檢測》[1]標準。在GB150《鋼制壓力容器》、JB4708《鋼制壓力容器焊接工藝評定》、JB/T4709《鋼制壓力容器焊接規程》中,均以JB/T4730作為焊縫無損檢測的標準。作為壓力容器質量控制的重要法規,2009年國家質檢總局頒發的《固定式壓力容器安全技術監察規程》和老容規一樣,也以JB/T4730作為無損檢測的方法[2]。因此,該標準在國內承壓設備無損檢測中具有支配地位,設計、制造、安裝單位都較為熟悉。目前最新版本為JB/T4730-2005,該標準自2005年11月1日起實施。射線檢測是其中的第2個分標準(JB/T4730.2)。
目前國內核工業系統多依據已具有成熟經驗的國外規范。二代改進型核電站(已建的秦山二期、大亞灣、嶺澳核電站,在建的秦山二期擴建工程、嶺澳二期、福清、方家山、寧德、紅沿河等)大多依據法國的RCC-M規范。對于從事核承壓設備設計、建造、安裝的單位來說,需要熟悉和掌握該規范的相應要求。目前在建核電站依據的版本是2000版+2002補遺。本文通過對這兩個標準的差異分析,得到其對檢驗結果影響的較為明確的認識。另外,對比中發現它們的優點和不足,有利于更好地應用這兩份標準。本文只探討其差異,未涉及透照技術規定、驗收標準等方面,所以不應以此判斷某種標準的優劣。實際上,由于射線檢測有關規定內容眾多,一些因素無法進行定性和定量地比較,很難得出一個誰優誰劣的綜合結論。
2影響底片質量的因素分析
2.1射線能量
從射線的衰減規律可知,射線波長λ越長,在其他條件相同的情況下衰減系數μ越大,底片對比度越高。射線能量E與波長λ有下列關系:E = h?cλ(1)
式中h―普朗克常量;c―光速。
所以在保證射線穿透能力的前提下,使用盡可能低的能量有利于提高影像質量。通常以管電壓作為對射線能量的度量。
在RCC-M中,最高允許使用400kV的X射線,其透照工件厚度應小于70mm[4]。而在JB/T4730.2-2005中,使用了和EN 1435相同的曲線規定不同透照厚度允許的X射線最高管電壓。最高管電壓110kV、400kV和500kV分別對應1mm、38mm和50mm的透照厚度。
另一方面,RCC-M只是簡單地規定了400kV以下X射線的透照工件厚度上限,并未像JB/T4730那樣給出了可以具體操作的圖表,其規定是不嚴密的。例如對于10mm厚的工件,根據JB/T4730的曲線,其最高允許管電壓為180kV。但是根據RCCM,只要不高于400kV都是允許的(雖然實際操作上不會這么做)。所以,無論從規定的嚴密性或者可操作性,還是從更有利于得到高質量底片的角度來說,JB/T4730更佳。
2.2膠片
射線透過工件后發生的強度變化對人眼是不可見的,在射線照相檢測中需要使用膠片產生不同程度的曝光,然后進行暗室處理,形成可以判讀的底片,所以膠片質量對底片影像有重大影響。JB/T4730吸收了國外的先進理念,使用了膠片系的概念。膠片系是指膠片、增感屏、暗室處理的藥品和程序(方法)結合在一起作為一個整體。根據GB/T19348.1(與ISO 11699等效)將膠片系統按照梯度、顆粒度和梯度/顆粒度劃分為T1到T4共4類[5],T1最好,T4最差,見表1。這相對于舊版本中的定性規定有了很大的改進。RCC-M使用了同樣的膠片系的概念,它依據EN584將膠片分為C1~C6共6類[6]。由表1可以看出,T1-T4分別對應于C2、C4、C5和C6。JB/T4730規定A級和AB級射線檢測應采用不低于T3的膠片,B級應采用不低于T2的膠片。當采用射線對裂紋敏感性大的材料進行檢測時,應采用不低于T2的膠片。
而在RCC-M規范中,400kV以下X射線允許使用的膠片不低于C4,對于Ir192、Co60和加速器應使用不低于C2的膠片。可見,對于400kV的X射線,RCC-M的規定與JB/T4730的B級等效,而高于A級和AB級的要求。對于Ir192、Co60等,RCC-M的要求則遠高于JB/T4730的規定。所以在其他條件相同時,RCC-M的要求更有利于得到高質量的底片影像。
2.3幾何不清晰度
由于實際的射線源或X射線發生器的有效焦點具有一定的尺寸d,會在底片上形成一段寬度為U的黑度漸變區,對缺陷的檢出產生不利影響。規范中均以幾何不清晰度表示U,并對其大小進行了限制。由幾何關系可以得出(按缺陷位于最上端這種最不利的情況考慮):U =d?aF-a(2)
JB/T4730中通過限制射線源到工件表面的距離來控制幾何不清晰度的大小,規定射線源到工件表面的距離為:
F-a≥k?d?a2/3(3)
其中,k是與底片質量級別有關的系數,對于A、AB和B級,k分別等于7.5、10和15。整理式(2)和式(3),可得:U≤a1/3k(4)
可見允許的幾何不清晰度與工件厚度有關,見圖1。
而在RCC-M中,規定對于400 kV以下X射線以及Ir192,允許的最大U為0.3mm,對于Co60,允許的最大幾何不清晰度可達0.6mm。可見,對于400kV以下X射線以及Ir192,RCC-M規定的幾何不清晰度基本與JB/T4730的B級相當,而高于A和AB級的要求。但是對于Co60來說(此時工件厚度大于70mm[4]),RCC-M對于幾何不清晰度的要求則較寬。
需要指出,a的增加意味著透照工件厚度的增加,此時將需要更高的射線能量來保證穿透性,這會降低對于小尺寸缺陷的檢出能力。另一方面,大厚度的工件也意味著可以容許較大尺寸缺陷的存在而不影響結構安全。所以,隨著a的增加,允許使用較大的幾何不清晰度有其合理性。
2.4黑度
在膠片的工作區域內,黑度隨著曝光量的提高而增加。黑度越大,意味著透過強度差別相同的射線,曝光量差別越大,從而提高影像的對比度。另外,在膠片特性曲線的黑度較大區域,往往具有更大的梯度。所以,規范標準對于底片的黑度都有一定的要求。
JB/T4730和RCC-M對于黑度的規定見表2。RCC-M的單片與JB/T4730的AB級相當,高于A級而低于B級。但是當采用雙片技術時,則高于JB/T4730的各個級別要求。
需要說明的是,RCC-M中規定除了對于電壓小于100kV的X射線可采用單片外,其他均應采用雙片或多片技術,并對于前、中、后增感屏都有詳細的規定。這與JB/T4730中規定以單片為主,雙片技術僅僅限于A級有很大的不同。
2.5散射線控制
當射線穿過工件或其他物體時,由于康普頓散射效應,會產生能量較低的散射線。散射線的分布與缺陷是否存在無關,它對射線底片的影響類似白噪聲,降低了圖像的對比度和清晰度,需要采取措施加以控制。
JB/T4730和RCC-M對來自工件后面的物體(例如混凝土)的背散射線的控制是類似的,都是在暗盒背面貼鉛制標記,通過底片上該標記的影像來判斷背散射是否得到控制。除了背散射外,工件本身也是一個散射源,也需要控制其散射線。JB/T4730提出了使用濾光板,但沒有具體規定,可操作性不好。而在RCC-M中,規定400kV以下X射線,不強制要求使用濾光板,而對于γ射線,則必須使用,并且根據透照厚度的不同,規定了濾光板的厚度。這種規定非常合理并具有良好的可操作性。濾光板的原理是阻礙能量較低的射線(如散射線)而允許較高能量射線通過。對于400kV以下X射線,由于入射射線能量從低到高連續分布,使用濾光板會在過濾散射線的同時,阻礙有用的低能量入射射線。而對于單一入射能量的γ射線則不存在此問題。此外,對于更高能量的加速器,射線效應以電子對為主,散射線情況不嚴重,所以RCC-M規定不強制要求使用濾光板。
2.6像質計和靈敏度要求
作為底片缺陷檢出能力的綜合評價,射線檢測標準均使用像質計來衡量底片的靈敏度。JB/T4730使用的像質計是滿足JB/T7902規定的線型像質計。RCC-M中使用了兩種像質計,EN462-1線型和EN462-2階梯孔型,前者有關線徑、材質等的規定與JB/T7902是等效的。在2000版的RCC-M中,已經取消了對于線型像質計的應用限制,因而,可以直接比較它們對底片射線照相靈敏度的要求(圖2)。
(a)厚度≤10mm
(b) 10mm<厚度≤100mm
可以看出,在底片的像質計靈敏度要求上,總體上RCC-M較JB/T4730的A級和AB級要高,但是在厚度≤3.5mm時,小于AB級的要求。而與JB/T4730的B級相比,除在65mm~80mm厚度范圍外,與后者相同或低于后者。
3結論
(1)在射線能量方面, JB/T4730較RCC-M更有利于得到高質量的底片,且規定的嚴密性或者可操作性更佳。
(2)在膠片選用上,對于400kV的X射線,RCC-M的規定與JB/T4730的B級基本等效,而高于A級和AB級的要求。而對于Ir192、Co60等,RCC-M則遠高于JB/T4730各等級的要求。
(3)在幾何不清晰度方面,對于400kV以下X射線以及Ir192,RCC-M基本與JB/T4730的B級相當,而高于A和AB級的要求。但是對于Co60,RCC-M對于幾何不清晰度的要求則較寬。
(4)在黑度方面,RCC-M的單片與JB/T4730的AB級相當,高于A級而低于B級。當采用雙片技術時,則高于JB/T4730各等級的要求。
(5)散射線控制方面,對于來自工件的散射線,JB/T4730沒有詳細規定。而RCC-M則進行了充分合理的規定。
(6)在底片像質計靈敏度要求上,總體上RCC-M較JB/T4730的A級和AB級要高,但是在厚度3.5mm時,小于AB級的要求。與JB/T4730的B級相比,除在65mm~80mm厚度范圍外,與后者相同或低于后者。
綜合考慮射線能量、膠片、幾何不清晰度、黑度和散射線控制等影響膠片質量的因素,可以認為RCC-M的要求要嚴于JB/T4730的A級和AB級,基本等效或略嚴于JB/T4730的B級。而在最終檢驗底片影像質量的像質計靈敏度上,RCC-M的要求要嚴于JB/T4730的A級和AB級(厚度≤
3.5mm除外),但是低于JB/T4730的B級。這或許反映了對于質量文化理解的差異,即國內更重視對最終結果的要求,而國外核電規范中對于影響最終結果的各個環節的控制則更為嚴格。
摘自：中國計量測控網
