核電小徑管對(duì)接焊縫的數(shù)字射線成像檢測(cè)

焊接技術(shù)是核電設(shè)備建造過(guò)程中必不可少的關(guān)鍵技術(shù)之一，焊接質(zhì)量是評(píng)定核電設(shè)備質(zhì)量的重要指標(biāo)，如何可靠、精準(zhǔn)、高效地檢測(cè)焊縫損傷是風(fēng)險(xiǎn)防控的重點(diǎn)。在核電工程中，根據(jù)建造規(guī)范的要求，大量核級(jí)管道焊縫需要進(jìn)行射線檢測(cè)，但這種方法依賴于操作人員的水平和經(jīng)驗(yàn)，存在環(huán)境污染、效率低、結(jié)果評(píng)判主觀性強(qiáng)等問(wèn)題。為此，技術(shù)人員以核電廠輔助管道小徑管典型結(jié)構(gòu)對(duì)接焊縫為研究對(duì)象，開(kāi)展了射線檢測(cè)技術(shù)對(duì)比試驗(yàn)，分析數(shù)字射線成像檢測(cè)技術(shù)應(yīng)用于核電小徑管檢測(cè)的可行性。小徑管射線檢測(cè)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)比數(shù)字射線成像與膠片照相在射線透照原理上是一致的，不同點(diǎn)在于探測(cè)器對(duì)接收到信息的處理技術(shù)。膠片照相是射線光子在膠片中形成潛影，通過(guò)暗室的處理，利用觀片燈來(lái)觀察；數(shù)字射線成像則是利用計(jì)算機(jī)軟件控制探測(cè)器，實(shí)現(xiàn)射線光子到數(shù)字信號(hào)，再到數(shù)字圖像的轉(zhuǎn)換，最終在顯示器上進(jìn)行顯示。

由于RCC-M2007標(biāo)準(zhǔn)中無(wú)數(shù)字射線成像檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)，而NB/T47013.11-2015標(biāo)準(zhǔn)與RCC-M2007標(biāo)準(zhǔn)同樣是針對(duì)焊接缺陷的檢測(cè)方法標(biāo)準(zhǔn)，同時(shí)考慮到NB/T47013.11-2015和NB/T47013.2-2015標(biāo)準(zhǔn)在透照方式和成像要求上一致，因此對(duì)RCC-M2007和NB/T47013.11-2015標(biāo)準(zhǔn)在透照方式、透照條件以及黑度要求和靈敏度要求等方面進(jìn)行了分析對(duì)比，以確定研究對(duì)象的數(shù)字射線成像質(zhì)量評(píng)價(jià)指標(biāo)。射線膠片照相圖像質(zhì)量評(píng)價(jià)的主要指標(biāo)是圖像靈敏度。NB/T47013.11-2015標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的技術(shù)等級(jí)分為AB級(jí)和B級(jí)，驗(yàn)收常用的技術(shù)等級(jí)為AB級(jí)，B級(jí)為特殊用途的驗(yàn)收等級(jí)，而RCC-M2007中沒(méi)有設(shè)定技術(shù)等級(jí)，因此分別按照試件對(duì)應(yīng)的RCC-M2007標(biāo)準(zhǔn)對(duì)線型像質(zhì)計(jì)靈敏度的要求與NB/T47013.11-2015標(biāo)準(zhǔn)中AB級(jí)的要求進(jìn)行比較。結(jié)果表明，就線型像質(zhì)計(jì)表征的圖像靈敏度指標(biāo)而言，NB/T47013.11-2015標(biāo)準(zhǔn)中AB級(jí)要求的技術(shù)等級(jí)不低于標(biāo)準(zhǔn)RCC-M2007的要求，具體數(shù)據(jù)見(jiàn)表1（表中靈敏度用最小可見(jiàn)絲徑表征）。表1不同標(biāo)準(zhǔn)對(duì)小徑管試件射線膠片照相圖像質(zhì)量要求對(duì)比（源側(cè)）數(shù)字射線成像質(zhì)量評(píng)價(jià)指標(biāo)主要包括圖像靈敏度、圖像分辨率和歸一化信噪比等?；谏鲜龅谋葘?duì)結(jié)果，按照NB/T47013.11-2015標(biāo)準(zhǔn)AB級(jí)的要求來(lái)控制檢測(cè)對(duì)象的圖像質(zhì)量，表2為不同透照厚度對(duì)應(yīng)的數(shù)字射線成像質(zhì)量的要求。表2NB/T47013.11-2015標(biāo)準(zhǔn)對(duì)不同透照厚度小徑管試件的數(shù)字射線成像質(zhì)量要求（源側(cè)）檢測(cè)對(duì)象依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)RCC-M2007和設(shè)計(jì)文件中對(duì)小徑管焊接坡口的設(shè)計(jì)要求，保證試件的材料、規(guī)格和坡口形式、焊接工藝與核電廠制造情況一致。按照標(biāo)準(zhǔn)RCC-M2007的驗(yàn)收要求，分析、整理標(biāo)準(zhǔn)中“S7700產(chǎn)品焊縫的無(wú)損檢測(cè)”給出的滿足驗(yàn)收等級(jí)的檢測(cè)缺陷的尺寸和類型，開(kāi)展試件的設(shè)計(jì)及加工。每種試件包含裂紋、未焊透、未熔合、氣孔、密集型氣孔、夾渣、密集型夾渣、咬邊等8種缺陷，缺陷分布在近表面、中間、下表面3個(gè)位置。試件中缺陷位置如圖1所示。圖1試件中缺陷位置示意檢測(cè)系統(tǒng)采用同一射線源分別與膠片和探測(cè)器組成膠片照相檢測(cè)系統(tǒng)和數(shù)字射線成像檢測(cè)系統(tǒng)，具體檢測(cè)參數(shù)如下：X射線機(jī)：型號(hào)：MG452；焦點(diǎn)尺寸：0.4/1.0mm；管電壓：20~450kV；管電流：0~15mA；輻射角：40°。膠片：型號(hào)：MX125，C3。探測(cè)器：型號(hào)：XRD1621；像素大小：200μm；16bit；采集幀頻：15(1×1)，30(2×2)幀/s；成像面積：409.6mm×409.6mm。試驗(yàn)用輔助器材主要包括：雙線型像質(zhì)計(jì)，用于測(cè)量圖像質(zhì)量；濾波板（僅數(shù)字射線成像），置于射線機(jī)出口，用于射束硬化，減少散射線成像；準(zhǔn)直器，置于射線機(jī)出口，用于控制射線束大小，保證只有小徑管成像，防止小徑管之外區(qū)域接收射線，使探測(cè)器過(guò)度飽和；膠片照相用前后屏，功能為吸收試件的散射線，增加感光度。透照條件結(jié)合上述小徑管規(guī)格（管徑和壁厚），按照標(biāo)準(zhǔn)RCC-M2007的相關(guān)規(guī)定，分別選擇傾斜透照橢圓成像和垂直透照重疊成像兩種雙壁雙影透照成像方式。垂直透照60°，透照3次；傾斜透照90°，透照2次。在透照前，對(duì)透照位置和透照角度做出標(biāo)記，保證兩種技術(shù)對(duì)同樣的位置采用同樣的透照角度透照。通過(guò)優(yōu)化透照條件，使膠片照相圖像質(zhì)量滿足標(biāo)準(zhǔn)RCC-M2007的相關(guān)要求，數(shù)字射線成像圖像質(zhì)量滿足標(biāo)準(zhǔn)NB/T47013.11-2015的相關(guān)要求，表3為兩種檢測(cè)方法的透照參數(shù)，其中放大倍數(shù)約為1.28。表3兩種檢測(cè)方法的透照參數(shù)從表3可以看出，在焦距相近的前提下，數(shù)字射線成像所需管電壓和曝光量均低于膠片照相。檢測(cè)結(jié)果采用專用底片掃描儀對(duì)膠片照相檢測(cè)圖像進(jìn)行數(shù)字化，圖2和圖3分別為數(shù)字射線成像和膠片照相成像質(zhì)量圖例。圖2數(shù)字射線成像圖像質(zhì)量示例圖3膠片照相圖像質(zhì)量示例利用觀片燈和放大鏡對(duì)膠片照相的圖像質(zhì)量進(jìn)行人工評(píng)定，利用軟件對(duì)數(shù)字射線成像的圖像質(zhì)量進(jìn)行測(cè)定，結(jié)果表明：在圖像靈敏度方面，二者均高于標(biāo)準(zhǔn)的最低要求，且數(shù)字射線成像比膠片照相的檢測(cè)結(jié)果多見(jiàn)1～2根絲；在圖像分辨率方面，膠片照相可見(jiàn)D8對(duì)絲，數(shù)字射線成像和膠片照相基本一致，可見(jiàn)D7和D8對(duì)絲。兩種檢測(cè)技術(shù)的圖像靈敏度如圖4所示，數(shù)字射線成像圖像分辨率如圖5所示。圖4兩種檢測(cè)技術(shù)圖像靈敏度圖5數(shù)字射線成像圖像分辨率表4給出了缺陷實(shí)際數(shù)量與檢出數(shù)量，其中膠片照相缺陷檢出率達(dá)86.27%，數(shù)字射線成像缺陷檢出率達(dá)98.04%。表4缺陷實(shí)際數(shù)量和檢出數(shù)量結(jié)語(yǔ)1在透照焦距相近的前提下，數(shù)字射線成像管電壓和透照時(shí)間明顯低于膠片照相，因此數(shù)字射線成像與膠片照相相比具有檢測(cè)所需劑量低、檢測(cè)效率高的特點(diǎn)。2數(shù)字射線成像的圖像靈敏度略高于膠片照相，數(shù)字射線成像的信噪比高于膠片照相。數(shù)字射線成像與膠片照相的成像質(zhì)量相當(dāng)。3除裂紋