呂印奇 呂軍華（ 河南省鍋爐壓力容器安全檢測(cè)研究院新鄉(xiāng)分院， 河南 新鄉(xiāng) 453000）

壓力容器安全檢測(cè)過程中射線檢測(cè)的應(yīng)用分析

呂印奇 呂軍華（ 河南省鍋爐壓力容器安全檢測(cè)研究院新鄉(xiāng)分院， 河南 新鄉(xiāng) 453000）

壓力容器是承受各種流體介質(zhì)的密閉設(shè)備，廣泛應(yīng)用于石油化工等工業(yè)領(lǐng)域。隨著溫度的升高、壓力增強(qiáng)，該設(shè)備往往引起爆炸或泄漏等較大事故，因此壓力容器較一般工業(yè)設(shè)備需要有更高的安全要求和更嚴(yán)格的生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)。鑒于以上特點(diǎn)，壓力容器安全檢測(cè)技術(shù)在保障設(shè)備質(zhì)量安全方面具有重要作用。射線檢測(cè)是一種重要的無損檢測(cè)技術(shù)，是眾多無損檢測(cè)技術(shù)中應(yīng)用最為廣泛的技術(shù)之一。本文就射線檢測(cè)的基本工藝原理、技術(shù)參數(shù)、應(yīng)用范圍等方面進(jìn)行分析，探討其應(yīng)用前景。

壓力容器；照相；成像；層析；射線；檢測(cè)

壓力容器安全檢測(cè)主要是針對(duì)容器焊接質(zhì)量方面，包括材料坡口、焊接接頭內(nèi)部、表面開口等方面。常采用的無損檢測(cè)方法包括：紅外線檢測(cè)、磁記憶檢測(cè)、磁粉檢測(cè)、漏磁檢測(cè)、渦流檢測(cè)、超聲檢測(cè)和射線檢測(cè)。其中，對(duì)焊接接頭內(nèi)部缺陷以及對(duì)于熱交換器類焊縫無損探測(cè)往往采用射線檢測(cè)技術(shù)。射線無損檢測(cè)技術(shù)是指利用容器材料內(nèi)部因存在缺陷而產(chǎn)生對(duì)光電反應(yīng)的物理變化，在不損傷被測(cè)對(duì)象前提下，達(dá)到探測(cè)部件內(nèi)部及表面的質(zhì)量缺陷的目的。

1　射線檢測(cè)工藝原理

射線檢測(cè)即是指根據(jù)光衍射特性，利用高能X射線或γ射線對(duì)材料進(jìn)行照射，對(duì)其晶體結(jié)構(gòu)進(jìn)行掃描分析的技術(shù)。由于材料缺陷處物質(zhì)結(jié)構(gòu)與周圍不一樣，引起射線強(qiáng)度變化，從而可以明確缺陷位置及性質(zhì)。

2　適用范圍

射線檢測(cè)方法適用于壓力容器或接管焊接縫內(nèi)部缺陷的檢測(cè)，使用的射線探傷設(shè)備包括X射線探傷機(jī)、γ射線源和高能X射線。主要在現(xiàn)場(chǎng)用于板厚較小的壓力容器對(duì)接焊縫內(nèi)部埋藏缺陷的檢測(cè)，采用射線檢測(cè)的多層包扎壓力容器和球形容器通常采用Lr-192等同位素進(jìn)行γ射線照相。此外，射線檢測(cè)也常用于壓力容器檢驗(yàn)中對(duì)超生檢測(cè)發(fā)現(xiàn)缺陷的復(fù)驗(yàn)，以進(jìn)一步確定缺陷的性質(zhì)，其中射線照相檢驗(yàn)技術(shù)可以得到高質(zhì)量圖像，為缺陷返修提供較為準(zhǔn)確的依據(jù)。

射線檢測(cè)技術(shù)包括照相檢測(cè)技術(shù)、實(shí)時(shí)成像檢測(cè)技術(shù)、層析檢測(cè)技術(shù)。

（1）焊縫射線檢測(cè)-射線照相檢測(cè) 照相檢驗(yàn)即射線透射過被檢測(cè)對(duì)象，射線能量被成像板吸收儲(chǔ)存，產(chǎn)生陰影，形成圖像，黑度較大的即為缺陷影像。設(shè)備包括射線源、膠片、金屬增感屏三個(gè)方面。檢測(cè)對(duì)象針對(duì)設(shè)備外形、材質(zhì)、壁厚、接頭、焊縫。我們知道，為了得到高質(zhì)量的圖像，對(duì)于厚度小于80mm的鋼可采用電壓為450kv的X射線機(jī)，兆伏級(jí)射線機(jī)適用于厚度大于80mm的鋼。目前國內(nèi)γ射線照相檢測(cè)技術(shù)通常采用Yb、Ir、Co、Se四種同位素放射源。使用材料厚度具體參數(shù)見表1：

表1　容器γ射線照相常用同位素源

在射線膠片方面，應(yīng)按照具體膠片系統(tǒng)參數(shù)分類。金屬增感屏常采用銅屏或者不銹鋼材料。

焊縫射線照相檢測(cè)技術(shù)的靈敏性和準(zhǔn)確性受到工藝參數(shù)和圖像質(zhì)量參數(shù)兩方面的影響。當(dāng)然射線照相本身具有局限性，例如對(duì)于交叉部位焊縫，對(duì)壓力容器易產(chǎn)生裂紋缺陷，而射線照相檢測(cè)圖像質(zhì)量不高，效果不明顯，故存在漏洞。目前數(shù)字成像技術(shù)（非膠片射線照相技術(shù)）的應(yīng)用在一定程度上對(duì)此有所彌補(bǔ)。

射線照相應(yīng)用于壓力容器安全檢測(cè)已有較長歷史，一般來說較為可靠。但是，在靈敏度等方面依然需要提升和完善，因?yàn)槠潇`敏度對(duì)影像成像質(zhì)量具有重要影響。

（2）X射線實(shí)時(shí)成像法的應(yīng)用 為了能夠準(zhǔn)確的實(shí)時(shí)檢測(cè)壓力容器的安全隱患，快速動(dòng)態(tài)的及時(shí)確定被檢測(cè)對(duì)象的質(zhì)量，X射線實(shí)時(shí)成像法的應(yīng)用與傳統(tǒng)照相檢測(cè)技術(shù)相比具有重要優(yōu)勢(shì)。隨著小、微焦點(diǎn)X射線技術(shù)的發(fā)展，計(jì)算機(jī)技術(shù)的更新?lián)Q代，X射線實(shí)時(shí)成像系統(tǒng)呈現(xiàn)數(shù)字化，靈敏性和可靠性都有較大提高，在某些方面，取代傳統(tǒng)膠片照相法似乎已成必然趨勢(shì)。如圖1所示為目前常用的射線實(shí)時(shí)成像系統(tǒng)，在鍋爐壓力容器以及氣瓶對(duì)接焊縫在線檢測(cè)方面應(yīng)用廣泛，其中直線陣列型和圖像增強(qiáng)型是較為流行的成像檢測(cè)系統(tǒng)。

圖1　直線陣列型射線成像系統(tǒng)

根據(jù)目前我國制定的國家標(biāo)準(zhǔn)GB 17925-1999《氣瓶對(duì)接焊縫X射線實(shí)時(shí)成像檢測(cè)》可知，一些高能實(shí)時(shí)成像檢驗(yàn)系統(tǒng)已經(jīng)普遍應(yīng)用于大厚度工件檢測(cè)。例如圖像增強(qiáng)實(shí)時(shí)成像系統(tǒng)廣泛應(yīng)用于蒸汽鍋爐安全、汽車輪軸焊縫以及液化氣鋼瓶焊縫檢測(cè)等。

（3）射線層析檢測(cè)技術(shù)-康普頓散射成像檢測(cè)技術(shù) 射線層析檢測(cè)技術(shù)適用于精密構(gòu)件與特殊構(gòu)件的檢測(cè)，通過計(jì)算機(jī)輔助成像技術(shù)，通過射線掃描成像得到每一層平面的相關(guān)物理信息，經(jīng)過轉(zhuǎn)換成像，實(shí)現(xiàn)對(duì)層面的檢測(cè)。射線層析檢測(cè)技術(shù)目前研究不如以上兩種技術(shù)較為廣泛，通常來講，微焦點(diǎn)實(shí)時(shí)掃描成像技術(shù)可以得到層析圖像。如圖2所示為層析檢測(cè)圖像。

圖2　航天工業(yè)部康普頓散射成像圖（1994年）

3　射線檢測(cè)值得注意的問題

射線檢測(cè)技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用普遍集中在射線照相和實(shí)時(shí)成像兩方面，在射線照相技術(shù)的一些技術(shù)參數(shù)方面要根據(jù)目前以及未來科技進(jìn)步的動(dòng)態(tài)及時(shí)修改和規(guī)定，例如，根據(jù)JB/ T 4730-2005標(biāo)準(zhǔn)可知，國家在射線照相技術(shù)等級(jí)、黑度接受范圍、K值范圍等方面又做重新規(guī)定。隨著我國制造水平提高，技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)要與國際接軌，技術(shù)路線主要參考體系以歐美為標(biāo)準(zhǔn)。安全控制方面，如防止輻射污染等，射線檢測(cè)相對(duì)其他檢測(cè)技術(shù)具有一定局限性。在具體細(xì)節(jié)方面，如對(duì)像質(zhì)計(jì)和其適用的被測(cè)對(duì)象材料范圍都需根據(jù)需要靈活調(diào)整，具體可參見JB/ T4730.2-2005標(biāo)準(zhǔn)。

4　結(jié)語

本文概述了三種射線檢測(cè)技術(shù)在壓力容器安全檢測(cè)的應(yīng)用，即射線照相檢測(cè)技術(shù)、射線實(shí)時(shí)成像系統(tǒng)和射線層析檢測(cè)技術(shù)。在未來射線無損檢測(cè)發(fā)展趨勢(shì)中，新的技術(shù)，例如，NDT計(jì)算機(jī)射線檢測(cè)、數(shù)字化X射線實(shí)時(shí)檢測(cè)、小型低成本且靈敏性較高的X射線攝像機(jī)將進(jìn)一步大規(guī)模應(yīng)用于射線檢測(cè)。在壓力容器安全無損檢測(cè)技術(shù)中，射線檢測(cè)是其中應(yīng)用較為廣泛方法之一，雖然得到實(shí)際的檢驗(yàn)認(rèn)證，具有較好的靈敏性和可靠性，但是依然存在自身局限性，需要和其他無損檢測(cè)方法配合使用。就射線檢測(cè)自身而言，設(shè)備需要不斷完善和更新，以實(shí)現(xiàn)更強(qiáng)大的壓力容器安全檢測(cè)功能。

［1］關(guān)衛(wèi)和，閻長周，張保中，齊杰，陳建玉，谷杰.我國壓力容器行業(yè)TOFD檢測(cè)技術(shù)的應(yīng)用和進(jìn)展［J］.無損檢測(cè)，2010，12（209）：961-965+983.

［2］張萬嶺，祁永剛，嚴(yán)宇，楊建龍，王金柱.壓力容器對(duì)接焊縫超聲波檢測(cè)［J］.煤礦機(jī)械，2013，2（34）：241-243.

［3］楊國軍.壓力容器焊縫及其附近微裂紋的檢測(cè)［J］.制造業(yè)自動(dòng)化，2010，14，（32）17-18+22.

呂印奇（1987- ），男，漢族，本科，主要從事鍋爐、壓力容器、壓力管道、承壓類設(shè)備焊接培訓(xùn)、鍋爐水（介）質(zhì)檢驗(yàn)。