壓力容器安全檢測過程中射線檢測的應用分析

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

壓力容器安全檢測過程中射線檢測的應用分析

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

壓力容器是承受各種流體介質(zhì)的密閉設備，廣泛應用于石油化工等工業(yè)領域。隨著溫度的升高、壓力增強，該設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)設備需要有更高的安全要求和更嚴格的生產(chǎn)標準。鑒于以上特點，壓力容器安全檢測技術在保障設備質(zhì)量安全方面具有重要作用。射線檢測是一種重要的無損檢測技術，是眾多無損檢測技術中應用最為廣泛的技術之一。本文就射線檢測的基本工藝原理、技術參數(shù)、應用范圍等方面進行分析，探討其應用前景。

壓力容器；照相；成像；層析；射線；檢測

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

1　射線檢測工藝原理

射線檢測即是指根據(jù)光衍射特性，利用高能X射線或γ射線對材料進行照射，對其晶體結構進行掃描分析的技術。由于材料缺陷處物質(zhì)結構與周圍不一樣，引起射線強度變化，從而可以明確缺陷位置及性質(zhì)。

2　適用范圍

射線檢測方法適用于壓力容器或接管焊接縫內(nèi)部缺陷的檢測，使用的射線探傷設備包括X射線探傷機、γ射線源和高能X射線。主要在現(xiàn)場用于板厚較小的壓力容器對接焊縫內(nèi)部埋藏缺陷的檢測，采用射線檢測的多層包扎壓力容器和球形容器通常采用Lr-192等同位素進行γ射線照相。此外，射線檢測也常用于壓力容器檢驗中對超生檢測發(fā)現(xiàn)缺陷的復驗，以進一步確定缺陷的性質(zhì)，其中射線照相檢驗技術可以得到高質(zhì)量圖像，為缺陷返修提供較為準確的依據(jù)。

射線檢測技術包括照相檢測技術、實時成像檢測技術、層析檢測技術。

（1）焊縫射線檢測-射線照相檢測 照相檢驗即射線透射過被檢測對象，射線能量被成像板吸收儲存，產(chǎn)生陰影，形成圖像，黑度較大的即為缺陷影像。設備包括射線源、膠片、金屬增感屏三個方面。檢測對象針對設備外形、材質(zhì)、壁厚、接頭、焊縫。我們知道，為了得到高質(zhì)量的圖像，對于厚度小于80mm的鋼可采用電壓為450kv的X射線機，兆伏級射線機適用于厚度大于80mm的鋼。目前國內(nèi)γ射線照相檢測技術通常采用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。

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

射線照相應用于壓力容器安全檢測已有較長歷史，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，因為其靈敏度對影像成像質(zhì)量具有重要影響。

（2）X射線實時成像法的應用 為了能夠準確的實時檢測壓力容器的安全隱患，快速動態(tài)的及時確定被檢測對象的質(zhì)量，X射線實時成像法的應用與傳統(tǒng)照相檢測技術相比具有重要優(yōu)勢。隨著小、微焦點X射線技術的發(fā)展，計算機技術的更新?lián)Q代，X射線實時成像系統(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。如圖1所示為目前常用的射線實時成像系統(tǒng)，在鍋爐壓力容器以及氣瓶對接焊縫在線檢測方面應用廣泛，其中直線陣列型和圖像增強型是較為流行的成像檢測系統(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準GB 17925-1999《氣瓶對接焊縫X射線實時成像檢測》可知，一些高能實時成像檢驗系統(tǒng)已經(jīng)普遍應用于大厚度工件檢測。例如圖像增強實時成像系統(tǒng)廣泛應用于蒸汽鍋爐安全、汽車輪軸焊縫以及液化氣鋼瓶焊縫檢測等。

（3）射線層析檢測技術-康普頓散射成像檢測技術 射線層析檢測技術適用于精密構件與特殊構件的檢測，通過計算機輔助成像技術，通過射線掃描成像得到每一層平面的相關物理信息，經(jīng)過轉換成像，實現(xiàn)對層面的檢測。射線層析檢測技術目前研究不如以上兩種技術較為廣泛，通常來講，微焦點實時掃描成像技術可以得到層析圖像。如圖2所示為層析檢測圖像。

圖2　航天工業(yè)部康普頓散射成像圖（1994年）

3　射線檢測值得注意的問題

射線檢測技術的發(fā)展和應用普遍集中在射線照相和實時成像兩方面，在射線照相技術的一些技術參數(shù)方面要根據(jù)目前以及未來科技進步的動態(tài)及時修改和規(guī)定，例如，根據(jù)JB/ T 4730-2005標準可知，國家在射線照相技術等級、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，技術標準要與國際接軌，技術路線主要參考體系以歐美為標準。安全控制方面，如防止輻射污染等，射線檢測相對其他檢測技術具有一定局限性。在具體細節(jié)方面，如對像質(zhì)計和其適用的被測對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標準。

4　結語

本文概述了三種射線檢測技術在壓力容器安全檢測的應用，即射線照相檢測技術、射線實時成像系統(tǒng)和射線層析檢測技術。在未來射線無損檢測發(fā)展趨勢中，新的技術，例如，NDT計算機射線檢測、數(shù)字化X射線實時檢測、小型低成本且靈敏性較高的X射線攝像機將進一步大規(guī)模應用于射線檢測。在壓力容器安全無損檢測技術中，射線檢測是其中應用較為廣泛方法之一，雖然得到實際的檢驗認證，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方法配合使用。就射線檢測自身而言，設備需要不斷完善和更新，以實現(xiàn)更強大的壓力容器安全檢測功能。

［1］關衛(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檢測技術的應用和進展［J］.無損檢測，2010，12（209）：961-965+983.

［2］張萬嶺，祁永剛，嚴宇，楊建龍，王金柱.壓力容器對接焊縫超聲波檢測［J］.煤礦機械，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［J］.制造業(yè)自動化，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、承壓類設備焊接培訓、鍋爐水（介）質(zhì)檢驗。