小直徑直縫焊管X射線檢測雙壁法的靈敏度比較*

林春明，楊偉芳，史文華，鄧世林，楊 哲，沈 陽，伍安威，潘琪偉，李來忠，談恩慧，陸 思

（1.浙江金洲管道工業(yè)有限公司，浙江 湖州 313000；2.上海申仕展覽服務(wù)有限公司，上海201700；3.湖州市質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督檢測研究院，湖州313000）

小直徑直縫焊管X射線檢測雙壁法的靈敏度比較*

林春明1，楊偉芳1，史文華1，鄧世林1，楊 哲2，沈 陽1，伍安威3，潘琪偉1，李來忠1，談恩慧1，陸 思1

（1.浙江金洲管道工業(yè)有限公司，浙江 湖州 313000；2.上海申仕展覽服務(wù)有限公司，上海201700；3.湖州市質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督檢測研究院，湖州313000）

由于檢測設(shè)備結(jié)構(gòu)和管徑等原因，采用X射線對小直徑直縫焊管檢測時無法實現(xiàn)單壁透照而要進行雙壁透照檢測，但不同標準中雙壁透照技術(shù)對不同透照厚度像質(zhì)計相對靈敏度的要求有所不同。為了能更準確地應(yīng)用相關(guān)標準，對API SPEC 5L（第45版）和GB/T 9711—2011，NB/T 47013.11—2015，SY/T 4109—2013，ISO 17636-2： 2013，ISO 10893-7： 2011 和 2013 ASME Code Sec V NDE等標準中單壁透照和雙壁透照的像質(zhì)計（IQI）指數(shù)和靈敏度進行了比較，對比結(jié)果對焊管設(shè)計及直縫焊管制造廠家有一定的借鑒作用。

焊管；檢測；X射線實時成像；雙壁透照；像質(zhì)計靈敏度

小直徑直縫焊管在X射線實時成像檢測時，由于檢測設(shè)備結(jié)構(gòu)和焊管直徑等原因，無法采用單壁透照技術(shù)，一般508mm直徑以下的直縫焊管就考慮采用雙壁透照技術(shù)。焊管檢測時常用的標準有 API SPEC 5L《管線鋼管規(guī)范》第 45版（以下簡稱 API SPEC 5L（第 45版））和 GB/T 9711—2011《石油天然氣工業(yè)管線輸送系統(tǒng)用管》（以下簡稱GB/T 9711—2011）等，這兩個標準中只對射線檢測單壁透照技術(shù)的像質(zhì)計指數(shù)給出了要求，而沒有對射線雙壁透照時的像質(zhì)計靈敏度指數(shù)給出要求。

本研究通過對國內(nèi)外相關(guān)標準規(guī)范中的雙壁透照像質(zhì)計指數(shù)以及像質(zhì)計靈敏度值進行比較分析，結(jié)論可以為X射線實時成像設(shè)備對小直徑直縫焊管的雙壁透照檢測提供一定的參考。

1 內(nèi)外單壁單影成像的像質(zhì)計指數(shù)

射線透照工藝是指為達到一定要求而對射線透照過程規(guī)定的方法、程序、技術(shù)參數(shù)和技術(shù)措施等。像質(zhì)計指數(shù)是其中重要的一環(huán)，它在膠片和平板等上面的影像，可以作為一種永久性的證據(jù)，表明射線透照檢驗是在適當?shù)臈l件下進行的。焊管的射線實時成像透照檢驗工藝，一般是選擇單壁內(nèi)透法，射線膠片法采用內(nèi)外壁透照法。螺旋埋弧焊管X射線實時成像內(nèi)壁單透和內(nèi)外壁單透工藝如圖1所示。

圖1 螺旋埋弧焊管X射線實時成像內(nèi)壁單透和內(nèi)外壁單透工藝

API SPEC 5L（第 45版）和 GB/T 9711—2011對焊管X射線檢測單壁單影的靈敏度指數(shù)有具體要求。標準中射線檢驗用ISO線型像質(zhì)計和ASTM型像質(zhì)計的指數(shù)要求見表1和表2。

表1 射線檢驗用ISO線型像質(zhì)計（IQI）

表2 射線檢驗用ASTM線型像質(zhì)計（IQI）

X射線檢測單壁透照技術(shù)線像型像質(zhì)計的選擇比較簡單，無論是膠片法，還是實時成像法，只要按照表1和表2中的焊縫厚度，直接選擇指定的金屬絲號碼即可，兩者都使用同樣的像質(zhì)計指數(shù)。目前，國內(nèi)焊管廠的射線設(shè)備基本上都能滿足API SPEC 5L（第 45版）和 GB/T 9711—2011的像質(zhì)靈敏度指數(shù)要求。

2 不同標準中雙壁透照像質(zhì)計靈敏度指數(shù)

對焊管進行X射線檢測時，無論是膠片法還是實時成像法，原則上都采用的是內(nèi)透單壁法。但有時由于檢測設(shè)備的結(jié)構(gòu)和焊管直徑或者其他原因，導(dǎo)致射線機無法深入焊管內(nèi)部，或者成像介質(zhì)無法在焊管內(nèi)壁工作等，就必須采用外壁雙面透照法，小直徑直縫焊管的X射線檢測就存在這樣的問題。小直徑直縫焊管X射線實時成像雙壁透照法工藝如圖2所示。

圖2 小直徑直縫焊管X射線雙壁透照法工藝

采用雙壁透照法，即意味著X射線將透過雙層鋼管壁厚（另一層是焊縫厚度）而到達成像介質(zhì)，即膠片或者平板等，像質(zhì)計靈敏度指數(shù)自然不同于單壁單影。這種變化，對于X射線檢測普遍使用膠片法的廠家來說，可能影響并不大，因為膠片法靈敏度相對較高，而且膠片法還可以通過選擇膠片種類，即使用小顆粒度膠片或其他工藝手段增加靈敏度。但對于普遍采用X射線數(shù)字實時成像的焊管制造廠家來說，這種影響就會較大，因為平板成像的靈敏度低于膠片法，且平板本身影像數(shù)據(jù)也是受自身條件的制約，不如膠片法靈活。

下面對國內(nèi)外射線檢測標準中的雙壁透照靈敏度指數(shù)和靈敏度進行分析和比較。

2.1 ISO 17636：2013標準

ISO 17636：2013可分為ISO 17636-1：2013《焊縫無損檢測·射線照相檢測 第1部分：X射線和γ射線照相膠片技術(shù)》和ISO 17636-2：2013《焊縫無損檢測·放射線檢驗 第2部分：帶數(shù)字探測器的X射線和γ射線技術(shù)》。ISO 17636：2013把射線照相技術(shù)分為兩個等級，A為普通級，B為較高級。技術(shù)的選擇應(yīng)在檢測前規(guī)定，當?shù)燃堿的靈敏度無法達到要求時，才應(yīng)用等級B的檢驗技術(shù)。

ISO 17636-2：2013中雙壁單影透照像質(zhì)計在檢測器（平板）側(cè)的A級和B級參數(shù)要求見表3。

表3 ISO 17636－2：2013雙透技術(shù)雙影或單影最低像質(zhì)指數(shù)（A級和B級）

采用雙壁透照時，像質(zhì)計置放在平板一側(cè)，無論選擇A級還是B級，靈敏度指數(shù)相對于本應(yīng)置放在射線源側(cè)來說都是比較寬松的。把像質(zhì)計置放在平板一側(cè)，應(yīng)該是不得已的做法，對焊管而言，把像質(zhì)計置放在焊管內(nèi)管端兩側(cè)也是可行的。ISO 17636-2：2013規(guī)定了像質(zhì)計置放在平板一側(cè)的像質(zhì)計指數(shù)，照此做也是標準所允許的。筆者建議，在此狀態(tài)下調(diào)節(jié)靈敏度時，不必拘泥于表3的A級像質(zhì)計指數(shù)，如果內(nèi)控可行的話，應(yīng)相應(yīng)增高靈敏度級別，及執(zhí)行表3的B級或更高的靈敏度。

2.2 NB/T 47013.11—2015標準

NB/T 47013.11—2015《承壓設(shè)備無損檢測 第11部分：X射線數(shù)字成像檢測》是2015年9月才開始實施的新標準。NB/T 47013.11—2015中雙壁透照像質(zhì)計置于X射線機測的圖像靈敏度要求見表4。該標準參考了歐洲標準，并結(jié)合我國射線檢測的實際情況，設(shè)置了AB級 （中靈敏度技術(shù)）和B級（高靈敏度技術(shù)），但標準中沒有明確何種情況下選用AB級或B級。

表4 NB/T 47013.11—2015雙壁透照像質(zhì)計置于X射線機測的圖像靈敏度要求

NB/T 47013—2015是國內(nèi)使用比較成熟和普遍的承壓設(shè)備無損檢測標準，NB/T 47013.11—2015中增加了X射線數(shù)字成像檢測，設(shè)置了AB級和B級。在對小直徑直縫埋弧焊管進行X射線檢測時，不同標準對像質(zhì)計靈敏度指數(shù)和靈敏度的要求有所不同。API SPEC 5L（第45版），GB/T 9711—2011單透的像質(zhì)計靈敏度指數(shù)和NB/T 47013.11—2015小直徑焊管AB級和B級雙壁透照時常用的像質(zhì)計靈敏度指數(shù)和靈敏度對比見表5。表5中靈敏度相對值S=基本線徑（mm）/透照厚度（mm）。

表5 不同標準中像質(zhì)計靈敏度指數(shù)和靈敏度的對比

由表5可以看出，API SPEC 5L（第45版）和GB/T 9711—2011單壁單影靈敏度指數(shù)和靈敏度，與NB/T 47013.11—2015雙壁透照像質(zhì)計置放于X射線機側(cè)的AB級和B級的靈敏度指數(shù)和靈敏度，存在一定的交集，且相互接近，但到了B級，也就是高靈敏度技術(shù)上，差距就拉大了。比如某國外著名品牌數(shù)字平板探測器設(shè)備是這樣描述其靈敏度的：對于移動速度4～8 m/min的動態(tài)成像，對比靈敏度可達到2%～2.5%，靜態(tài)成像靈敏度達到1%。表5中NB/T 47013.11—2015的AB級像質(zhì)計靈敏度大多數(shù)都能滿足設(shè)備要求，個別接近于1%。對于B級高靈敏度技術(shù)而言，則不少靈敏度是低于1%的。無論是設(shè)計單位，還是制造單位，對焊管X射線實時成像檢測時，均面臨檢測靈敏度是否能滿足標準要求的問題。

2.3 ISO 10893-7：2011標準

ISO 10893-7：2011《鋼管的無損檢測 第7部分：用于缺陷探測的焊接鋼管的焊縫數(shù)字射線探傷》中6.6標明 “應(yīng)采用單壁透照技術(shù)。若因尺寸，實際上不能采用此技術(shù)時，買賣雙方同意，允許采用雙壁透照技術(shù)?！蓖瑫r又在7.3標明“對于雙壁透照技術(shù)，所用的圖像質(zhì)量應(yīng)為用壁厚的兩倍來執(zhí)行?！笨梢娺@種做法除了增加焊管直徑上的距離外，透照兩倍的壁厚執(zhí)行的就是兩厚度值的單壁透照像質(zhì)計靈敏度值。該標準對于焊管外雙壁單影實時成像檢測來說，應(yīng)該說是相當寬容的，可操作性較強。

另外，SY/T 4109—2013《石油天然氣鋼質(zhì)管道無損檢測》中絲徑的選取方法是根據(jù)透照厚度w來決定的，見表6。

表6 SY/T 4109—2013透照厚度的確定

表6中關(guān)于透照厚度的選擇是沿襲舊版標準JB/T 4730和舊版GB/T 3323的做法，即雙層透照（含雙壁單影）的透照厚度也是在母材厚度上乘以2倍，焊縫每個單面有余高時則加2mm。根據(jù)筆者多年的經(jīng)驗，SY/T 4109常被用在焊管和無縫鋼管現(xiàn)場對接焊縫檢測的射線膠片法上，而焊管制造廠家使用相對較少。但隨著便攜式X射線實時成像技術(shù)在現(xiàn)場對接的使用越來越普遍，這種現(xiàn)象將會有所改變。

2.4 ASME Code Sec V NDE標準

2013 ASME Code Sec V NDE中在射線源側(cè)和膠片側(cè)的像質(zhì)計選用和靈敏度S見表7。ASME Code Sec V NDE在射線檢測中的權(quán)威性是一致公認的。2013 ASME Code Sec V NDE中“第二章射線照相檢驗”中T276.2中明確說明：有余高的焊縫，像質(zhì)計放置處的厚度是工件的公稱單壁厚度加上不超過《規(guī)范》允許的焊縫余高估計值；沒有余高的焊縫，像質(zhì)計放置處的厚度是單壁公稱厚度。ASME Code Sec V NDE含義很明確，射線雙壁單影的像質(zhì)指示和單壁單影是一樣的，即射線檢測雙壁單影執(zhí)行的是單壁單影的靈敏度。

表7 2013 ASME Code Sec V NDE中在射線源側(cè)和膠片側(cè)的像質(zhì)計的選用及其靈敏度

由表7可見，2013 ASME Code Sec V NDE中單壁單影在射線源一側(cè)的靈敏度要求與上述標準相比并不高，但是雙壁單影若采用單壁單影的像質(zhì)計靈敏度，這個要求相對較高。也就是說，透照厚度在加倍的狀況下，依舊使用原來的像質(zhì)計靈敏度，而且該參數(shù)還受到管壁厚度﹑直徑和管電壓等諸多因素影響，此種情況下的靈敏度參數(shù)是否可靠是值得考慮的問題?；蛟S有人會利用2013 ASME Code Sec V NDE中單壁單影的在膠片一側(cè)的靈敏度來滿足此項靈敏度，但是業(yè)內(nèi)人士都知道，膠片側(cè)的像質(zhì)計不能反映幾何條件劣化時因清晰度受影響而造成的靈敏度損失，而焊縫中裂紋類平面狀缺陷的檢出在很大程度上受清晰度的影響，所以膠片側(cè)像質(zhì)計靈敏度只是一種不得已的像質(zhì)評價方法。而小直徑焊管不同于許多鍋爐壓力容器產(chǎn)品有封口入孔等限制，盡管是實時成像雙壁單影，但在焊管口還是能把像質(zhì)計放在射線源一側(cè)的，依據(jù)ASME Code Sec V NDE規(guī)則，只有內(nèi)壁不可進入，像質(zhì)計方可放在膠片側(cè)。所以在這種前提下，若還是把像質(zhì)計放在膠片一側(cè)，顯然不是妥當?shù)摹?/p>

2013 ASME Code Sec V NDE在強制性附錄的附錄Ⅱ?qū)崟r射線透視檢驗法II-260校驗指出，系統(tǒng)校驗應(yīng)在靜態(tài)下進行，應(yīng)滿足T-276中對像質(zhì)計（IQI）的要求，也就是滿足射線膠片法對于像質(zhì)計指數(shù)的要求。

3 結(jié) 語

本研究通過對國內(nèi)外相關(guān)標準規(guī)范中的雙壁透照像質(zhì)計指數(shù)及像質(zhì)計靈敏度值的分析和比較，可以看出，API SPEC 5L（第45版）和GB/T 9711—2011中只有對單壁單影像質(zhì)計靈敏度的要求，而沒有對雙壁單影像質(zhì)計靈敏度的要求。NB/T 47013.11—2015﹑ SY/T 4109—2013﹑ ISO 17636-2： 2013﹑ ISO 10893-7： 2011 和 2013 ASME Code Sec V NDE等國內(nèi)外標準的覆蓋面比較廣，其中雙壁透照技術(shù)對不同透照厚度像質(zhì)計相對靈敏度的要求不一，各有特色。

焊管射線實時成像檢測技術(shù)運用雙壁法的現(xiàn)象并不普遍，目前主要應(yīng)用于小直徑直縫焊管。隨著復(fù)合管等技術(shù)的發(fā)展，小直徑直縫焊管在品種和質(zhì)量上度會再上新臺階，其用途和市場將會更為廣闊。射線檢測在這方面具有獨特的優(yōu)勢，但采用X射線實時成像雙壁法檢測時會涉及到不同標準及靈敏度的選擇，希望本研究能對焊管設(shè)計及直縫焊管制造廠家有一定的借鑒作用。

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Sensitivity Comparison of Double-wall X-ray Detection for Small Diameter Longitudinal Welded Pipe

LIN Chunming1,YANG Weifang1,SHI Wenhua1,DENG Shilin1,YANG Zhe2,SHEN Yang1,WU Anwei3,PAN Qiwei1,LI Laizhong1,TAN Enhui1,LU Si1
（1.Zhejiang Jingzhou Pipe Co.,Ltd.,Huzhou 31300,Zhejiang,China;2.Shanghai Shenshi Exhibition Service Co.,ltd.,Shanghai 201700,China;3.Huzhou Quality and technical supervision inspection institute,Huzhou 313000,Zhejiang,China）

During smalldiameterlongitudinalwelded pipe detection,adopting X-ray cannotrealize single-wall transillumination because of detection equipment structure and pipe diameter,so double-wall transillumination should be conducted.In different standard,the sensitivity requirements of different transillumination thickness image quality indicator(IQI)for double-wall transillumination are different,in order to accurately apply the relevant standards,the index and sensitivity of single-wall transillumination and double-wall transillumination IQI were compared in some standards,such as API SPEC 5L(45th edition),GB/T 9711—2011，NB/T 47013.11—2015，SY/T 4109—2013，ISO 17636-2：2013，ISO 10893-7：2011 and 2013 ASME Code Sec V NDE,the contrast results will provide certain reference for welded pipe design and longitudinal welded pipe manufacturers.

welded pipe;detection;X-ray real-time imaging;double-wall transillumination;IQI sensitivity

TE973.6 文獻標志碼：B DOI:10.19291/j.cnki.1001-3938.2016.03.007

浙江省重大科技專項重點工業(yè)項目“油氣井用高性能實體膨脹套管及檢測技術(shù)研究”（項目號2013C01084）。

林春明（1963—），男，上海市人，無損檢測責(zé)任工程師，無損檢測技師，現(xiàn)主要從事焊管無損檢測質(zhì)量和設(shè)備的管理工作。

2016-01-13

羅 剛