華雄飛,李 明,陸錫智,葉 峰,劉 順,劉 森
(中廣核檢測(cè)技術(shù)有限公司,江蘇 蘇州 215021)
核電站壓力管道的焊縫質(zhì)量的優(yōu)劣直接影響了整個(gè)核電站的正常運(yùn)行及服役壽命。核電站在設(shè)備安裝、役前和在役檢查過程中對(duì)管道的射線檢測(cè)是最主要的無損檢測(cè)方法之一,而目前核電無損檢測(cè)領(lǐng)域基本都采用傳統(tǒng)膠片照相檢測(cè)技術(shù)。在工業(yè)化生產(chǎn)和競(jìng)爭(zhēng)日益激烈的現(xiàn)狀下,傳統(tǒng)膠片照相檢測(cè)技術(shù)存在諸多不足,主要表現(xiàn)在:檢測(cè)周期長(zhǎng),膠片成本高,需要大量人力物力,底片保存難度大,查閱不便,難以共享,暗室處理的藥液不利于環(huán)境保護(hù)等。
計(jì)算機(jī)射線照相(CR)技術(shù)是迅速發(fā)展的一種非膠片射線照相新技術(shù),采用存儲(chǔ)熒光成像板代替膠片完成射線照相檢測(cè),能有效地解決目前無損檢測(cè)領(lǐng)域廣泛采用的射線照相所固有的處理時(shí)間長(zhǎng)、重拍率高、膠片保存難、不利于環(huán)境保護(hù)等問題,顯著提高射線檢測(cè)的效率。與傳統(tǒng)膠片照相檢測(cè)技術(shù)相比較,CR 技術(shù)采用成像板(IP)代替膠片,實(shí)現(xiàn)了射線檢測(cè)結(jié)果的圖像數(shù)字化,有希望替代膠片技術(shù)。
隨著國(guó)內(nèi)核電建設(shè)的推廣、發(fā)展和核電結(jié)構(gòu)老化檢測(cè)的迫切需求,射線檢測(cè)還將是核電結(jié)構(gòu)檢測(cè)的重要手段,據(jù)初步估算,每臺(tái)機(jī)組建造過程中就大概需要拍攝二十萬套底片,基于如此龐大的使用需求,鑒于膠片照相法存在的諸多不足,故迫切需要尋求一種全新高質(zhì)量的射線檢測(cè)方法,本研究對(duì)射線CR 技術(shù)在保證射線檢測(cè)質(zhì)量的前提下,在核電無損檢測(cè)中的應(yīng)用開展可行性研究。
(1) 對(duì)國(guó)內(nèi)外射線檢測(cè)數(shù)字化成像技術(shù)使用現(xiàn)狀進(jìn)行充分調(diào)研,掌握CR、DR、CT 等數(shù)字成像技術(shù)的成像原理和技術(shù)特點(diǎn),通過測(cè)試對(duì)比選擇最適合的數(shù)字成像技術(shù)。
(2) 設(shè)計(jì)加工驗(yàn)證性測(cè)試試塊,建立完整的缺陷試樣庫。采用實(shí)踐和理論相結(jié)合的方法,使用CR 技術(shù)和膠片技術(shù)對(duì)帶有典型缺陷的試塊庫和驗(yàn)證性測(cè)試塊進(jìn)行對(duì)比透照,通過對(duì)比、分析,對(duì)CR 圖像質(zhì)量影響因素和工藝特點(diǎn)進(jìn)行測(cè)試和研究,從而制定CR 技術(shù)和膠片技術(shù)透照對(duì)比參數(shù)。
(3) 使用CR 技術(shù)和膠片技術(shù)在核電現(xiàn)場(chǎng)對(duì)管道壁厚10~70 mm 的核級(jí)部件、輔助管道進(jìn)行透照,分析、對(duì)比CR 技術(shù)與膠片技術(shù)的優(yōu)缺點(diǎn),特別是對(duì)比兩種技術(shù)的影像質(zhì)量,總結(jié)CR 技術(shù)運(yùn)用特點(diǎn)。
(4) 從技術(shù)性、經(jīng)濟(jì)性、可操作性和局限性等分析研究CR 技術(shù)在核電現(xiàn)場(chǎng)管道壁厚10~70 mm 的應(yīng)用可行性。
具體技術(shù)路線如圖1所示。
圖1 可行性研究技術(shù)路線Fig.1 Technical route of feasibility research
常見的數(shù)字成像技術(shù)主要有CT、DR 技術(shù)和CR技術(shù)。
CT(Computed Tomography),即電子計(jì)算機(jī)斷層掃描,是利用精確準(zhǔn)直的射線束與靈敏度極高的探測(cè)器一同圍繞被檢件的某一部位作一個(gè)接一個(gè)的斷面掃描,具有掃描時(shí)間快,圖像清晰等特點(diǎn)。主要用于醫(yī)學(xué)檢查和安保檢測(cè)等環(huán)境,并不適用于核電施工中已安裝的管道。
DR(Direct Radiography)系統(tǒng),即直接數(shù)字化射線攝影系統(tǒng),是由電子暗盒、掃描控制器、系統(tǒng)控制器、影像監(jiān)示器等組成,是直接將射線光子通過電子暗盒轉(zhuǎn)換為數(shù)字化圖像,按照探測(cè)器類型主要分為非晶硅平板DR(主流)、非晶硒平板DR和CCD DR(主流)。
CR(Computed Radiography)成像的基本原理是:射線束經(jīng)過工件衰減后,以不同的強(qiáng)度照射在數(shù)字成像板(IP板)上,IP板中熒光物質(zhì)內(nèi)部晶體的電子被激勵(lì)并被俘獲到一個(gè)較高能帶(半穩(wěn)態(tài)或更高能量的狀態(tài)),形成潛在影像(光激發(fā)熒光中心)。將該IP板置入CR讀出掃描儀內(nèi),用激光束對(duì)IP板進(jìn)行掃描,在激光激發(fā)下(激光能量釋放被俘獲的電子),光激發(fā)熒光中心的電子將返回初始能級(jí),并以發(fā)射可見光的形式輸出不同能量??梢姽馊肷涞紺R掃描儀內(nèi)部拋物面反射鏡或反射層上,發(fā)生全反射,被反射的可見光最終到達(dá)光電倍增管上被接收,同時(shí)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào),送入計(jì)算機(jī)進(jìn)行處理,得到數(shù)字化的射線照相灰度圖像,數(shù)據(jù)儲(chǔ)存在計(jì)算機(jī)內(nèi)。CR成像原理如圖2所示。
圖2 CR成像示意圖Fig.2 Imaging figure of CR
CR系統(tǒng)以IP板為探測(cè)器,利用現(xiàn)有的X射線設(shè)備進(jìn)行X射線信息采集,實(shí)現(xiàn)圖像的獲取。主要結(jié)構(gòu):射線產(chǎn)生裝置、成像板、成像板掃描儀、影像處理工作站、信息記錄系統(tǒng)和顯示器。
膠片射線技術(shù)、CR技術(shù)、DR技術(shù)的相關(guān)參數(shù)對(duì)比列于表1。
表1 膠片射線技術(shù)、CR技術(shù)、DR技術(shù)相關(guān)參數(shù)比較Table 1 The comparison of parameters of the Film, CR and DR
綜合以上3種常見的數(shù)字成像技術(shù)的特點(diǎn),空間分辨率是描述數(shù)字圖像質(zhì)量的重要參數(shù),至今為止,CR技術(shù)的空間分辨率最接近膠片照相。另外,CR技術(shù)具有成像板可彎折,尺寸和膠片類似,厚度小,易攜帶等類似于膠片的特征也是其他數(shù)字成像技術(shù)不能比擬的。在核電施工、役前和在役檢查中,已安裝的核電管道環(huán)境緊湊,CR技術(shù)的便攜性優(yōu)勢(shì)進(jìn)一步得到體現(xiàn)。
根據(jù)核電現(xiàn)場(chǎng)焊縫常見缺陷,設(shè)計(jì)制作了厚度范圍為10~70 mm的缺陷試樣庫,所含缺陷類型齊全,圖3所示為其中Φ880×71.5 mm,弧長(zhǎng)為450 mm帶模擬缺陷的接管安全端試塊。
為驗(yàn)證CR 技術(shù)和膠片技術(shù)對(duì)物體細(xì)節(jié)的顯示能力差別,研究設(shè)計(jì)了驗(yàn)證性測(cè)試專用試塊,驗(yàn)證性測(cè)試塊可對(duì)CR各種工藝參數(shù)進(jìn)行驗(yàn)證測(cè)試,尋求最佳工藝參數(shù)。
根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定等比數(shù)列像質(zhì)計(jì),其相鄰金屬絲與孔尺寸之比為0.8。驗(yàn)證性測(cè)試的試塊為一系列線型和孔型模擬缺陷,其中相鄰線與孔尺寸之比為0.9。且同樣的線寬有2種不同的深度,同樣的孔徑有3種不同的深度。差異如此細(xì)小的模擬缺陷,具備鑒別更小的靈敏度差異和區(qū)分缺陷顯示能力,能有效對(duì)比CR技術(shù)和膠片技術(shù)對(duì)物體細(xì)節(jié)的顯示。
Φ880×71.5 mm,弧長(zhǎng)450 mm 圖3 接管安全端試塊 Φ880×71.5 mm, the arc length is 450 mmFig.3 The block of safety end
驗(yàn)證性測(cè)試塊為一套,共4 塊,厚度分別為10、10、20、30 mm,可通過疊加組合成10~70 mm,共7 種厚度,結(jié)構(gòu)示于圖4和圖5。
(1) 對(duì)比度
CR 影像的對(duì)比度包括主因?qū)Ρ榷群拖袼氐膶?duì)比度分辨率。在射線數(shù)字成像技術(shù)中,CR 圖像的主因?qū)Ρ榷群偷灼饕驅(qū)Ρ榷纫恢拢硎緢D像識(shí)別厚度差的能力,而用對(duì)比度分辨表示像素值之間的數(shù)量差異。
圖4 驗(yàn)證性測(cè)試塊孔與槽分布設(shè)計(jì)Fig.4 Hole/slot distribution of the sensitivity test block
圖5 驗(yàn)證性測(cè)試塊Fig.5 Visual impact of the block
圖6是經(jīng)HPX-1 CR系統(tǒng)生成的圖像,圖6a圓形區(qū)域中“白點(diǎn)”經(jīng)放大后的圖像示于圖6b,為矩形區(qū)域中16個(gè)像素的灰度值,其中最大像素灰度值和最小像素灰度值差為188,黑分明,很容易識(shí)別,兩個(gè)最小像素灰度值差為33,人眼同樣很好區(qū)分識(shí)別。
(2) 信噪比
在CR 系統(tǒng)中,必須經(jīng)歷兩個(gè)步驟產(chǎn)生影像,第一步是激勵(lì)存儲(chǔ),第二步是激發(fā)過程,從成像板中釋放存儲(chǔ)的能量并將其轉(zhuǎn)換為可見光,這兩步都會(huì)影響到影像的信噪比(SNR)。SNR 指線性的信號(hào)強(qiáng)度平均值與在信號(hào)強(qiáng)度處噪聲(強(qiáng)度分布)標(biāo)準(zhǔn)偏差的比值。CR 系統(tǒng)噪聲來源比膠片更為復(fù)雜,主要包括X(γ)線量子噪聲和內(nèi)在噪聲。
圖6 HPX-1系統(tǒng)“白點(diǎn)”影像灰度值差異顯示Fig.6 Grayscale pictures to “white dot” of HPX-1 system
針對(duì)信噪比,分別使用不同的曝光量對(duì)T=20 mm的驗(yàn)證性測(cè)試塊進(jìn)行透照試驗(yàn),其中焦距為450 mm,掃描精度選定50 μm,PMT取值70。分別從像質(zhì)計(jì)靈敏度顯示、驗(yàn)證性測(cè)試試塊孔、線狀模擬缺陷顯示、灰度值以及信噪比五部分進(jìn)行測(cè)量。測(cè)試結(jié)果顯示,曝光量越大,圖片的灰度值越大,信噪比越高。低曝光量時(shí)的像質(zhì)計(jì)靈敏度明顯低于高曝光量,但是曝光量達(dá)到一定數(shù)值后,靈敏度、灰度值和信噪比均趨于穩(wěn)定。同時(shí)線/孔型模擬缺陷隨著曝光量的不斷增大而顯示出的缺陷更細(xì)微、更清晰,從圖7中可明顯辨別出CR圖像靈敏度的差異,靈敏度隨曝光量增大而升高,模擬孔缺陷的顯示明顯增強(qiáng)。故從降低噪聲的兩種方法(提高設(shè)備系統(tǒng)整體性能或曝光量)上,選擇合理曝光量來降噪更易于操作。
圖7 不同曝光量條件下的模擬孔靈敏度差異Fig.7 The different shows of CR sensitivity at different exposure conditions
(3) 空間分辨率
掃描分辨率決定像素的尺寸,像素尺寸對(duì)細(xì)節(jié)顯示的影響是顯而易見的,像素尺寸越小,成像系統(tǒng)生成的圖像越能更真實(shí)表現(xiàn)出物體的細(xì)節(jié)。為測(cè)試掃描分辨率對(duì)CR成像圖像質(zhì)量的影像,分別使用HXP-1 CR系統(tǒng)25 μm和50 μm的掃描分辨率對(duì)驗(yàn)證性測(cè)試試塊厚度20 mm,結(jié)果顯示掃描分辨率25 μm時(shí)的圖像像素?cái)?shù)值是50 μm時(shí)圖像像素的4倍。CR系統(tǒng)的“能識(shí)別的物體細(xì)節(jié)”和“需識(shí)別的物體細(xì)節(jié)”決定了需要選擇的掃描分辨率,所以掃描分辨率的選擇還受系統(tǒng)最高靈敏度的限制,即需根據(jù)CR系統(tǒng)可達(dá)的最高靈敏度選擇合適的掃描分辨率。
采用HXP-1 CR系統(tǒng)及其配套的IP板,EN462-5標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的雙絲像質(zhì)計(jì),射線源裝置為XXG-3005固定式X射線機(jī),焦距1 m,IP板前后均采用0.1 mm厚的鉛質(zhì)增感屏,掃描精度為25 μm,控制曝光量以使CR圖像達(dá)到合理的灰度值范圍,對(duì)CR系統(tǒng)空間分辨率進(jìn)行測(cè)試,測(cè)試結(jié)果如圖8所示。
圖8a為從HXP-1系統(tǒng)透照成像后裁剪的CR圖像,圖8b為圖8a對(duì)應(yīng)的整體信號(hào)幅值漲落,圖8c、d為圖8a中截取的最后3組雙絲像質(zhì)計(jì)線對(duì)放大圖及對(duì)應(yīng)的信號(hào)幅值漲落,從圖8d中可觀察到3組線對(duì)兩絲信號(hào)峰值間有很明顯的下沉點(diǎn),即線對(duì)均可識(shí)別,識(shí)別值為第13號(hào)線對(duì),該線對(duì)的線徑為0.5 mm,則對(duì)應(yīng)的空間分辨率為10 LP/mm,不清晰度為0.1 mm。
(4) 膠片技術(shù)和CR技術(shù)像質(zhì)影像因素對(duì)比
膠片技術(shù)和CR技術(shù)的基本成像原理相通,由于探測(cè)器不同,以及曝光結(jié)束后處理方法的不同,兩種技術(shù)的圖像質(zhì)量影像因素有一定差異。提高系統(tǒng)設(shè)備的配置水平、選用合適的射線能量、適當(dāng)提高曝光量、優(yōu)化透照系統(tǒng)和減少散射線的影響均有利于提高CR的圖像質(zhì)量。
(1) PMT 值
PMT是指光電倍增管放大增益。HPX-1CR 系統(tǒng)可供40~100七種放大增益值選擇。使用相同的曝光參數(shù)對(duì)7 張IP 板進(jìn)行曝光,驗(yàn)證性測(cè)試塊厚度20 mm,焦距450 mm,曝光量400 Ci·min,掃描精度為50 μm。曝光后的IP板分別對(duì)7種放大增益值(PMT)進(jìn)行掃描。試驗(yàn)的CR 圖像質(zhì)量從像質(zhì)計(jì)靈敏度、驗(yàn)證性測(cè)試塊孔/線狀模擬缺陷顯示、灰度值和信噪比進(jìn)行評(píng)定。
圖8 HXP-1系統(tǒng)空間分辨率測(cè)試CR圖像及信號(hào)幅值漲落Fig.8 CR images of spatial resolution testing witn HXP-1 system and figures of signal amplitude fluctuations
測(cè)試結(jié)果顯示,隨著PMT 值的增大,像質(zhì)計(jì)靈敏度均沒有變化,驗(yàn)證性測(cè)試塊孔/線狀模擬缺陷無明顯變化規(guī)律,信噪比基本不變。灰度值隨PMT 值增大而增大,兩者成線性正比關(guān)系,如圖9所示。由此可知,灰度值不僅取決于曝光量,也取決于掃描參數(shù),曝光量相同時(shí),增益放大系數(shù)越大,灰度值越大,但影響像質(zhì)的信噪比并沒有發(fā)生變化,像質(zhì)計(jì)靈敏度也無變化。故灰度值并不直接影響圖像像質(zhì),標(biāo)準(zhǔn)中也沒有規(guī)定CR圖像的灰度值范圍。PMT 值的選擇對(duì)圖像質(zhì)量沒有明顯的影響,較適合的選擇范圍為70~90。
圖9 CR圖像灰度值隨PMT值變化曲線Fig.9 Changing curve of the CR image grayscale value with the PMT
(2) IP板動(dòng)態(tài)范圍
相對(duì)于膠片-增感屏系統(tǒng)而言,成像板是一種具有更寬動(dòng)態(tài)范圍的線性探測(cè)器。CR 成像板的入射曝光感度一般在0.01~100 mR(范圍為104倍)。CR 技術(shù)圖像采集和顯示不同時(shí)發(fā)生,IP 板中儲(chǔ)存的熒光物質(zhì)具有非常大的動(dòng)態(tài)范圍,且用于數(shù)字化數(shù)據(jù)的算法可以對(duì)曝光過度或不足進(jìn)行補(bǔ)償,在曝光量選擇上擁有更多的自由度,能有效減少重拍的次數(shù)。使用6 組不同的曝光參數(shù)對(duì)18 張(每組3 張)IP 板進(jìn)行曝光,驗(yàn)證性測(cè)試塊厚度20 mm,焦距500 mm,PMT 值選定70,掃描分辨率為25 μm,管電壓170 kV,管電流5 mA。CR 圖像質(zhì)量仍從像質(zhì)計(jì)靈敏度、驗(yàn)證性測(cè)試塊孔/線狀模擬缺陷顯示、灰度值和信噪比進(jìn)行評(píng)定,實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖10所示。
測(cè)試結(jié)果顯示,曝光量越大,圖片的灰度值越大,信噪比越高,圖像質(zhì)量越好,同時(shí),圖片靈敏度增高,圖片缺陷識(shí)別能力提高,當(dāng)曝光量高到一定程度后測(cè)試結(jié)果趨于穩(wěn)定,灰度值隨曝光量增加約為3 000后趨于平緩,圖像靈敏度和信噪比也趨于穩(wěn)定。
(3) IP板退化特性
CR成像是基于光激勵(lì)發(fā)光的原理。已曝光的IP板中存儲(chǔ)的潛影,隨著時(shí)間的推移會(huì)由于磷光的產(chǎn)生而自然消退,即圖像強(qiáng)度在放置超過一定時(shí)間后會(huì)逐漸退化,從而影響圖像的質(zhì)量。為測(cè)定IP板的退化特征,使用相同的曝光參數(shù)對(duì)6張IP板進(jìn)行曝光。驗(yàn)證性測(cè)試塊厚度20 mm,焦距450 mm,曝光量400 Ci·min,掃描精度50 μm,PMT值為70。曝光后的IP板分別經(jīng)過10~270 min后進(jìn)行掃描,根據(jù)測(cè)試結(jié)果,在所測(cè)試的時(shí)間段(10~270 min)內(nèi),灰度值和像質(zhì)計(jì)靈敏度均沒有明顯變化,驗(yàn)證性測(cè)試塊孔/線狀模擬缺陷顯示也沒有明顯變化規(guī)律,在本實(shí)驗(yàn)的IP板掃描滯時(shí)間范圍內(nèi),IP板的退化特性影響可以忽略。
圖10 HXP-1系統(tǒng)IP板動(dòng)態(tài)范圍測(cè)試結(jié)果Fig.10 The test results to IP board dynamic range of HXP-1 system
在對(duì)CR技術(shù)特性及參數(shù)進(jìn)行系列測(cè)試研究的基礎(chǔ)上,制定了運(yùn)用于試樣庫和核電現(xiàn)場(chǎng)管道焊縫CR技術(shù)和膠片技術(shù)系列對(duì)比測(cè)試參數(shù),并進(jìn)行系列系統(tǒng)測(cè)試,為CR技術(shù)在核電運(yùn)用的可行性分析提供充足依據(jù)。
圖11 192Ir 透照55 mm厚度試塊 CR 圖像缺陷顯示Fig.11 CR image defect display, exposure with 192Ir The thickness of the block is 55 mm
使用CR技術(shù)和膠片技術(shù)對(duì)缺陷試樣庫進(jìn)行對(duì)比透照,射線源包括192Ir γ源和X射線。測(cè)試結(jié)果顯示,CR 圖片的靈敏度均能達(dá)到或超過RCCM標(biāo)準(zhǔn)MC3000 的要求,在透照厚度超過20 mm 后均超過MC3000 標(biāo)準(zhǔn)要求,一般超過1~2 個(gè)等級(jí),但CR 圖片靈敏度、空間分辨率和底片相比,普遍等同或低一個(gè)等級(jí)。在CR 圖片和底片上顯示的缺陷基本一致,少部分底片顯示的缺陷比CR 圖片更為清晰,如圖11所示。圖11中,CR圖像靈敏度均達(dá)到底片水平,線型像質(zhì)計(jì)靈敏度W=11/0.32 mm,孔型像質(zhì)計(jì)靈敏度H=9/0.8 mm,均超過標(biāo)準(zhǔn)2個(gè)等級(jí),雙絲像質(zhì)計(jì)可識(shí)別第5對(duì)線對(duì), 而CR圖像所顯示的缺陷也和底片一致。
橫向?qū)Ρ?,X 射線條件下的CR 圖片靈敏度要優(yōu)于192Ir γ源條件下的CR 圖片靈敏度,如圖12所示。圖12中,線型像質(zhì)計(jì)靈敏度W=14/0.16 mm,孔型像質(zhì)計(jì)靈敏度H=6/0.4 mm,均超過標(biāo)準(zhǔn)2個(gè)等級(jí),雙絲像質(zhì)計(jì)可識(shí)別第9對(duì)線對(duì), CR圖像所顯示的缺陷也和底片一致。
圖12 X射線透照20 mm厚度試塊 CR 圖像缺陷顯示Fig.12 CR image defect display, exposure with X-ray The thickness of the block is 20 mm
根據(jù)對(duì)缺陷試樣庫所做的對(duì)比測(cè)試,結(jié)合核電現(xiàn)場(chǎng)透照的具體性和特殊性,參照標(biāo)準(zhǔn)RCCM-MC3000和GB/T 26642—2011,分別編制了CR技術(shù)和膠片技術(shù)的192Ir源對(duì)比透照工藝參數(shù)。為使對(duì)比測(cè)試的范圍有較高的涵蓋性,在寧德核電站2#、3#機(jī)組選取了多個(gè)具有代表性規(guī)格的核電現(xiàn)場(chǎng)管道進(jìn)行測(cè)試,包括RCP、ASG、VVP、ARE、GCT、RRA和PRZ系統(tǒng),透照厚度范圍在17.2~76 mm之內(nèi)。
測(cè)試結(jié)果顯示,在透照焦距相同的情況下,兩種方法均能達(dá)到理想的測(cè)試結(jié)果,如圖13所示。圖13中線型像質(zhì)計(jì)靈敏度W=13/0.20 mm, 孔型像質(zhì)計(jì)靈敏度H=7/0.5 mm,均超過標(biāo)準(zhǔn)1個(gè)等級(jí),缺陷顯示也和底片一致。和缺陷試樣庫的測(cè)試類似,CR 圖片的靈敏度均能達(dá)到或超過MC3000 標(biāo)準(zhǔn)的要求,普遍等同或低于底片一個(gè)等級(jí),CR 圖片和底片上的缺陷顯示也基本一致。
圖13 核電現(xiàn)場(chǎng)ARE系統(tǒng) (406.4 mm×21.41 mm)CR圖像顯示Fig.13 CR image display of nuclear power ARE system The specifications of the pipes is 406.4 mm×21.41 mm
通過對(duì)數(shù)字成像方法的針對(duì)性選擇,對(duì)選定的CR技術(shù)工藝特性進(jìn)行的大量研究測(cè)試,以及在核電現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際應(yīng)用測(cè)試,對(duì)數(shù)字成像技術(shù)在核電現(xiàn)場(chǎng)管道中的應(yīng)用可行性進(jìn)行綜合分析,具體如下。
(1) CR成像技術(shù)特點(diǎn)明顯,檢驗(yàn)結(jié)果數(shù)字化,可在計(jì)算機(jī)上觀察評(píng)定,無暗室處理過程,整個(gè)過程包括曝光、掃描、讀取、IP 板擦除和圖片存儲(chǔ),速度快,效率高,基本不受溫度影響,省去暗室處理產(chǎn)生的藥液,利于環(huán)境保護(hù)。
(2) CR技術(shù)的IP成像板具有較大的動(dòng)態(tài)范圍,成像板隨入射曝光量變化呈線性、大寬容度響應(yīng)的特征,透照過程和原理基本與膠片技術(shù)一致,IP板的退化特性在允許的時(shí)間范圍內(nèi)影響不明顯;即靈敏度和缺陷顯示的能力滿足規(guī)定要求的程度。
(3) 和底片靈敏度相比,CR 圖片靈敏度、空間分辨率普遍等同或低一個(gè)等級(jí),但對(duì)比RCCM標(biāo)準(zhǔn)而言,CR 圖片的靈敏度均能達(dá)到或超過MC3000 標(biāo)準(zhǔn)要求。
(4) 核電現(xiàn)場(chǎng)管道測(cè)試結(jié)果顯示,CR技術(shù)缺陷顯示的能力基本達(dá)到膠片水平,核電施工中常見的缺陷如裂紋、未熔合、未焊透、氣孔、夾渣等缺陷均能顯示。
(5) 對(duì)于應(yīng)用經(jīng)濟(jì)性而言,硬件成本方面,CR 掃描儀,如HPX-1CR 系統(tǒng)價(jià)格約為150 萬元人民幣,單張430 mm×350 mm的IP 藍(lán)板價(jià)格約為1.2 萬元,CR 技術(shù)的一次性投資要比膠片大,但運(yùn)行成本比膠片低,一張IP 板大約可重復(fù)使用5 000次,如透照規(guī)格為430 mm×118 mm圖像,CR成本僅需要2 元,膠片成本需要40 元以上。人力及時(shí)間成本方面,能減少暗室處理人員以及大量降低存檔管理人員的工作量,CR 技術(shù)中掃描時(shí)間一般為1~3 min,整個(gè)掃描、讀取、IP 板擦除和圖片存儲(chǔ)、評(píng)定過程約為15 min,曝光量允許有較大的動(dòng)態(tài)范圍,能有效減少了重拍的次數(shù),明顯減少人力及時(shí)間成本。
(6) 核電現(xiàn)場(chǎng)操作的適用性和便利性,CR技術(shù)工藝與膠片技術(shù)基本相同,均有裝片準(zhǔn)備過程、透照方式選擇、暗袋布置、散射線防護(hù)和曝光過程等,CR特有的掃描過程對(duì)無塵環(huán)境有一定要求。
通過對(duì)各類數(shù)字化成像技術(shù)的調(diào)研及測(cè)試分析,選定CR技術(shù)為核電施工中運(yùn)用可行性分析研究的主體,進(jìn)而利用研發(fā)制造的整套驗(yàn)證性測(cè)試先進(jìn)試塊,對(duì)CR圖像質(zhì)量影響因素和CR技術(shù)特征進(jìn)行了大量的測(cè)試研究,并制定了系列的測(cè)試透照參數(shù),建立并使用缺陷試樣庫,對(duì)CR技術(shù)和膠片技術(shù)進(jìn)行了對(duì)比測(cè)試,進(jìn)一步完善了可運(yùn)用于核電現(xiàn)場(chǎng)管道焊縫對(duì)比測(cè)試的工藝參數(shù),在大量前提條件均完備的情況下,通過在核電現(xiàn)場(chǎng)各系統(tǒng)管道焊縫進(jìn)行的CR技術(shù)和膠片技術(shù)的對(duì)比透照,進(jìn)而從CR技術(shù)特點(diǎn)、技術(shù)可行性、應(yīng)用經(jīng)濟(jì)性、 操作適應(yīng)性和便利性等角度對(duì)CR技術(shù)在核電施工中的應(yīng)用進(jìn)行可行性分析。驗(yàn)證了CR技術(shù)在核電施工中初步應(yīng)用為可行,為數(shù)字成像技術(shù)在核電現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際應(yīng)用奠定基礎(chǔ)。
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