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JB /T4730与RCC2M在射线底片影像质量控制方面的差异分析
发布时间：2017-09-01
1前言
国内一般承压设备的建造,大多依据JB/T4730《承压设备无损检测》[1]标准。在GB150《钢制压力容器》、JB4708《钢制压力容器焊接工艺评定》、JB/T4709《钢制压力容器焊接规程》中,均以JB/T4730作为焊缝无损检测的标准。作为压力容器质量控制的重要法规,2009年国家质检总局颁发的《固定式压力容器安全技术监察规程》和老容规一样,也以JB/T4730作为无损检测的方法[2]。因此,该标准在国内承压设备无损检测中具有支配地位,设计、制造、安装单位都较为熟悉。目前最新版本为JB/T4730-2005,该标准自2005年11月1日起实施。射线检测是其中的第2个分标准(JB/T4730.2)。
目前国内核工业系统多依据已具有成熟经验的国外规范。二代改进型核电站(已建的秦山二期、大亚湾、岭澳核电站,在建的秦山二期扩建工程、岭澳二期、福清、方家山、宁德、红沿河等)大多依据法国的RCC-M规范。对于从事核承压设备设计、建造、安装的单位来说,需要熟悉和掌握该规范的相应要求。目前在建核电站依据的版本是2000版+2002补遗。本文通过对这两个标准的差异分析,得到其对检验结果影响的较为明确的认识。另外,对比中发现它们的优点和不足,有利于更好地应用这两份标准。本文只探讨其差异,未涉及透照技术规定、验收标准等方面,所以不应以此判断某种标准的优劣。实际上,由于射线检测有关规定内容众多,一些因素无法进行定性和定量地比较,很难得出一个谁优谁劣的综合结论。
2影响底片质量的因素分析
2.1射线能量
从射线的衰减规律可知,射线波长λ越长,在其他条件相同的情况下衰减系数μ越大,底片对比度越高。射线能量E与波长λ有下列关系:E = h・cλ(1)
式中h―普朗克常量;c―光速。
所以在保证射线穿透能力的前提下,使用尽可能低的能量有利于提高影像质量。通常以管电压作为对射线能量的度量。
在RCC-M中,最高允许使用400kV的X射线,其透照工件厚度应小于70mm[4]。而在JB/T4730.2-2005中,使用了和EN 1435相同的曲线规定不同透照厚度允许的X射线最高管电压。最高管电压110kV、400kV和500kV分别对应1mm、38mm和50mm的透照厚度。
另一方面,RCC-M只是简单地规定了400kV以下X射线的透照工件厚度上限,并未像JB/T4730那样给出了可以具体操作的图表,其规定是不严密的。例如对于10mm厚的工件,根据JB/T4730的曲线,其最高允许管电压为180kV。但是根据RCCM,只要不高于400kV都是允许的(虽然实际操作上不会这么做)。所以,无论从规定的严密性或者可操作性,还是从更有利于得到高质量底片的角度来说,JB/T4730更佳。
2.2胶片
射线透过工件后发生的强度变化对人眼是不可见的,在射线照相检测中需要使用胶片产生不同程度的曝光,然后进行暗室处理,形成可以判读的底片,所以胶片质量对底片影像有重大影响。JB/T4730吸收了国外的先进理念,使用了胶片系的概念。胶片系是指胶片、增感屏、暗室处理的药品和程序(方法)结合在一起作为一个整体。根据GB/T19348.1(与ISO 11699等效)将胶片系统按照梯度、颗粒度和梯度/颗粒度划分为T1到T4共4类[5],T1最好,T4最差,见表1。这相对于旧版本中的定性规定有了很大的改进。RCC-M使用了同样的胶片系的概念,它依据EN584将胶片分为C1~C6共6类[6]。由表1可以看出,T1-T4分别对应于C2、C4、C5和C6。JB/T4730规定A级和AB级射线检测应采用不低于T3的胶片,B级应采用不低于T2的胶片。当采用射线对裂纹敏感性大的材料进行检测时,应采用不低于T2的胶片。
而在RCC-M规范中,400kV以下X射线允许使用的胶片不低于C4,对于Ir192、Co60和加速器应使用不低于C2的胶片。可见,对于400kV的X射线,RCC-M的规定与JB/T4730的B级等效,而高于A级和AB级的要求。对于Ir192、Co60等,RCC-M的要求则远高于JB/T4730的规定。所以在其他条件相同时,RCC-M的要求更有利于得到高质量的底片影像。
2.3几何不清晰度
由于实际的射线源或X射线发生器的有效焦点具有一定的尺寸d,会在底片上形成一段宽度为U的黑度渐变区,对缺陷的检出产生不利影响。规范中均以几何不清晰度表示U,并对其大小进行了限制。由几何关系可以得出(按缺陷位于最上端这种最不利的情况考虑):U =d・aF-a(2)
JB/T4730中通过限制射线源到工件表面的距离来控制几何不清晰度的大小,规定射线源到工件表面的距离为:
F-a≥k・d・a2/3(3)
其中,k是与底片质量级别有关的系数,对于A、AB和B级,k分别等于7.5、10和15。整理式(2)和式(3),可得:U≤a1/3k(4)
可见允许的几何不清晰度与工件厚度有关,见图1。
而在RCC-M中,规定对于400 kV以下X射线以及Ir192,允许的最大U为0.3mm,对于Co60,允许的最大几何不清晰度可达0.6mm。可见,对于400kV以下X射线以及Ir192,RCC-M规定的几何不清晰度基本与JB/T4730的B级相当,而高于A和AB级的要求。但是对于Co60来说(此时工件厚度大于70mm[4]),RCC-M对于几何不清晰度的要求则较宽。
需要指出,a的增加意味着透照工件厚度的增加,此时将需要更高的射线能量来保证穿透性,这会降低对于小尺寸缺陷的检出能力。另一方面,大厚度的工件也意味着可以容许较大尺寸缺陷的存在而不影响结构安全。所以,随着a的增加,允许使用较大的几何不清晰度有其合理性。
2.4黑度
在胶片的工作区域内,黑度随着曝光量的提高而增加。黑度越大,意味着透过强度差别相同的射线,曝光量差别越大,从而提高影像的对比度。另外,在胶片特性曲线的黑度较大区域,往往具有更大的梯度。所以,规范标准对于底片的黑度都有一定的要求。
JB/T4730和RCC-M对于黑度的规定见表2。RCC-M的单片与JB/T4730的AB级相当,高于A级而低于B级。但是当采用双片技术时,则高于JB/T4730的各个级别要求。
需要说明的是,RCC-M中规定除了对于电压小于100kV的X射线可采用单片外,其他均应采用双片或多片技术,并对于前、中、后增感屏都有详细的规定。这与JB/T4730中规定以单片为主,双片技术仅仅限于A级有很大的不同。
2.5散射线控制
当射线穿过工件或其他物体时,由于康普顿散射效应,会产生能量较低的散射线。散射线的分布与缺陷是否存在无关,它对射线底片的影响类似白噪声,降低了图像的对比度和清晰度,需要采取措施加以控制。
JB/T4730和RCC-M对来自工件后面的物体(例如混凝土)的背散射线的控制是类似的,都是在暗盒背面贴铅制标记,通过底片上该标记的影像来判断背散射是否得到控制。除了背散射外,工件本身也是一个散射源,也需要控制其散射线。JB/T4730提出了使用滤光板,但没有具体规定,可操作性不好。而在RCC-M中,规定400kV以下X射线,不强制要求使用滤光板,而对于γ射线,则必须使用,并且根据透照厚度的不同,规定了滤光板的厚度。这种规定非常合理并具有良好的可操作性。滤光板的原理是阻碍能量较低的射线(如散射线)而允许较高能量射线通过。对于400kV以下X射线,由于入射射线能量从低到高连续分布,使用滤光板会在过滤散射线的同时,阻碍有用的低能量入射射线。而对于单一入射能量的γ射线则不存在此问题。此外,对于更高能量的加速器,射线效应以电子对为主,散射线情况不严重,所以RCC-M规定不强制要求使用滤光板。
2.6像质计和灵敏度要求
作为底片缺陷检出能力的综合评价,射线检测标准均使用像质计来衡量底片的灵敏度。JB/T4730使用的像质计是满足JB/T7902规定的线型像质计。RCC-M中使用了两种像质计,EN462-1线型和EN462-2阶梯孔型,前者有关线径、材质等的规定与JB/T7902是等效的。在2000版的RCC-M中,已经取消了对于线型像质计的应用限制,因而,可以直接比较它们对底片射线照相灵敏度的要求(图2)。
(a)厚度≤10mm
(b) 10mm<厚度≤100mm
可以看出,在底片的像质计灵敏度要求上,总体上RCC-M较JB/T4730的A级和AB级要高,但是在厚度≤3.5mm时,小于AB级的要求。而与JB/T4730的B级相比,除在65mm~80mm厚度范围外,与后者相同或低于后者。
3结论
(1)在射线能量方面, JB/T4730较RCC-M更有利于得到高质量的底片,且规定的严密性或者可操作性更佳。
(2)在胶片选用上,对于400kV的X射线,RCC-M的规定与JB/T4730的B级基本等效,而高于A级和AB级的要求。而对于Ir192、Co60等,RCC-M则远高于JB/T4730各等级的要求。
(3)在几何不清晰度方面,对于400kV以下X射线以及Ir192,RCC-M基本与JB/T4730的B级相当,而高于A和AB级的要求。但是对于Co60,RCC-M对于几何不清晰度的要求则较宽。
(4)在黑度方面,RCC-M的单片与JB/T4730的AB级相当,高于A级而低于B级。当采用双片技术时,则高于JB/T4730各等级的要求。
(5)散射线控制方面,对于来自工件的散射线,JB/T4730没有详细规定。而RCC-M则进行了充分合理的规定。
(6)在底片像质计灵敏度要求上,总体上RCC-M较JB/T4730的A级和AB级要高,但是在厚度3.5mm时,小于AB级的要求。与JB/T4730的B级相比,除在65mm~80mm厚度范围外,与后者相同或低于后者。
综合考虑射线能量、胶片、几何不清晰度、黑度和散射线控制等影响胶片质量的因素,可以认为RCC-M的要求要严于JB/T4730的A级和AB级,基本等效或略严于JB/T4730的B级。而在最终检验底片影像质量的像质计灵敏度上,RCC-M的要求要严于JB/T4730的A级和AB级(厚度≤
3.5mm除外),但是低于JB/T4730的B级。这或许反映了对于质量文化理解的差异,即国内更重视对最终结果的要求,而国外核电规范中对于影响最终结果的各个环节的控制则更为严格。
摘自：中国计量测控网
