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JB /T4730與RCC2M在射線底片影像質(zhì)量控制方面的差異分析
發(fā)布時間：2017-09-01
1前言
國內(nèi)一般承壓設備的建造,大多依據(jù)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(guī)程》中,均以JB/T4730作為焊縫無損檢測的標準。作為壓力容器質(zhì)量控制的重要法規(guī),2009年國家質(zhì)檢總局頒發(fā)的《固定式壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程》和老容規(guī)一樣,也以JB/T4730作為無損檢測的方法[2]。因此,該標準在國內(nèi)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(nèi)核工業(yè)系統(tǒng)多依據(jù)已具有成熟經(jīng)驗的國外規(guī)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(jù)法國的RCC-M規(guī)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(guī)范的相應要求。目前在建核電站依據(jù)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(jié)果影響的較為明確的認識。另外,對比中發(fā)現(xiàn)它們的優(yōu)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(shù)規(guī)定、驗收標準等方面,所以不應以此判斷某種標準的優(yōu)劣。實際上,由于射線檢測有關規(guī)定內(nèi)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(yōu)誰劣的綜合結(jié)論。
2影響底片質(zhì)量的因素分析
2.1射線能量
從射線的衰減規(guī)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(shù)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(zhì)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(guī)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(guī)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(guī)定是不嚴密的。例如對于10mm厚的工件,根據(jù)JB/T4730的曲線,其最高允許管電壓為180kV。但是根據(jù)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(guī)定的嚴密性或者可操作性,還是從更有利于得到高質(zhì)量底片的角度來說,JB/T4730更佳。
2.2膠片
射線透過工件后發(fā)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(chǎn)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(zhì)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(jié)合在一起作為一個整體。根據(jù)GB/T19348.1(與ISO 11699等效)將膠片系統(tǒng)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(guī)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(jù)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(guī)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(guī)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(guī)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(guī)定。所以在其他條件相同時,RCC-M的要求更有利于得到高質(zhì)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(fā)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(qū),對缺陷的檢出產(chǎn)生不利影響。規(guī)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(guī)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(zhì)量級別有關的系數(shù),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(guī)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(guī)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(jié)構(gòu)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(qū)域內(nèi),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(qū)域,往往具有更大的梯度。所以,規(guī)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(guī)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(shù)時,則高于JB/T4730的各個級別要求。
需要說明的是,RCC-M中規(guī)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(shù),并對于前、中、后增感屏都有詳細的規(guī)定。這與JB/T4730中規(guī)定以單片為主,雙片技術(shù)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(chǎn)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(guī)定,可操作性不好。而在RCC-M中,規(guī)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(jù)透照厚度的不同,規(guī)定了濾光板的厚度。這種規(guī)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(xù)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(guī)定不強制要求使用濾光板。
2.6像質(zhì)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(zhì)計來衡量底片的靈敏度。JB/T4730使用的像質(zhì)計是滿足JB/T7902規(guī)定的線型像質(zhì)計。RCC-M中使用了兩種像質(zhì)計,EN462-1線型和EN462-2階梯孔型,前者有關線徑、材質(zhì)等的規(guī)定與JB/T7902是等效的。在2000版的RCC-M中,已經(jīng)取消了對于線型像質(zhì)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(zhì)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(jié)論
(1)在射線能量方面, JB/T4730較RCC-M更有利于得到高質(zhì)量的底片,且規(guī)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(guī)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(shù)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(guī)定。而RCC-M則進行了充分合理的規(guī)定。
(6)在底片像質(zhì)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(zhì)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(zhì)量的像質(zhì)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(zhì)量文化理解的差異,即國內(nèi)更重視對最終結(jié)果的要求,而國外核電規(guī)范中對于影響最終結(jié)果的各個環(huán)節(jié)的控制則更為嚴格。
摘自：中國計量測控網(wǎng)
