復(fù)合陶瓷保溫結(jié)構(gòu)壓力容器CR檢測工藝優(yōu)化

劉會(huì)彬1,2，陸樹華1,2，莫榮明，莫仁江，李福生

(1.浙江省特種設(shè)備科學(xué)研究院，杭州 310020；2.浙江省特種設(shè)備安全檢測技術(shù)研究重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，杭州 310020；3.浙江嘉名染整有限公司，嘉興 314505)

某企業(yè)在高溫染色機(jī)上涂覆了一種新型的陶瓷隔熱涂料，該涂料可顯著提升隔熱效果及降低蒸氣耗用量。因工藝生產(chǎn)的需要，染色車間內(nèi)的染色機(jī)、換熱器及過濾器外表面涂覆的隔熱涂料厚度會(huì)有所不同，為了保證焊接質(zhì)量，部分焊縫會(huì)采用附加墊板結(jié)構(gòu)，墊板材料均為316不銹鋼。

對該類壓力容器結(jié)構(gòu)的無損檢測存在以下問題：① 該類壓力容器材料為316不銹鋼，焊縫厚度為36 mm，材料聲衰減系數(shù)大，散射嚴(yán)重，加之壁厚薄，不適合采用常規(guī)超聲檢測法檢測；② 涂覆的是不同厚度的復(fù)合陶瓷隔熱材料(厚度最大部位達(dá)到80 mm)，受提離效應(yīng)的限制，電磁超聲檢測法也不適用；③ 過濾器設(shè)備直徑小，壁厚薄，封頭與筒體連接的環(huán)焊縫采用附加墊板結(jié)構(gòu)，常規(guī)的無損檢測方法難以滿足該類設(shè)備的檢測要求。CR(計(jì)算機(jī)射線照相)檢測技術(shù)具有檢測速度快、成像質(zhì)量高的優(yōu)點(diǎn)，對上述結(jié)構(gòu)的無損檢測具有良好的應(yīng)用前景。

陳小明等[1]闡述了CR檢測的分辨力、系統(tǒng)分辨率、圖像分辨率、掃描分辨率的內(nèi)在聯(lián)系與區(qū)別;李永君等[2]以含人工裂紋缺陷的精密鑄造平板為對象，研究了管電壓、曝光量、焦距對圖像質(zhì)量的影響;毛國均等[3]研究了管道是否帶料、采用不同射線源和是否考慮介質(zhì)這3種影響因素下CR檢測技術(shù)的可靠性與有效性；陳樂等[4]研究了管電壓、后置防護(hù)鉛板對射線數(shù)字成像檢測質(zhì)量的影響；蔣雪松[5]分析了掃描參數(shù)對CR圖像質(zhì)量的影響；李亞軍等[6]針對不同檢測技術(shù)等級提出了CR檢測的灰度范圍。

筆者研究了復(fù)合陶瓷保溫結(jié)構(gòu)射線檢測時(shí)墊板結(jié)構(gòu)對射線穿透性能的影響，分析了復(fù)合陶瓷保溫層厚度、附加墊板結(jié)構(gòu)及射線透照工藝中管電壓、曝光時(shí)間等關(guān)鍵參數(shù)對檢測圖像質(zhì)量的影響。

1 試驗(yàn)過程與結(jié)果

1.1 不同厚度復(fù)合陶瓷保溫層對圖像質(zhì)量的影響

IP板具有環(huán)保、高效、可重復(fù)使用、可降低成本等優(yōu)點(diǎn)，成像后可以通過圖像處理技術(shù)提高圖像質(zhì)量，但是圖像質(zhì)量會(huì)因操作人員使用習(xí)慣不同而存在差異，即使對同一張數(shù)字射線圖像進(jìn)行圖像處理，數(shù)字射線圖像的缺陷評判結(jié)果也會(huì)不一致。目前，對于圖像質(zhì)量控制，國內(nèi)外相關(guān)CR檢測標(biāo)準(zhǔn)通常規(guī)定采用像質(zhì)計(jì)來測定圖像質(zhì)量，包括對比靈敏度和數(shù)字圖像分辨率，同時(shí)采用系統(tǒng)軟件測量圖像信噪比，即通過采用對比靈敏度、數(shù)字圖像分辨率和歸一化信噪比這3個(gè)技術(shù)參數(shù)來衡量CR圖像的質(zhì)量。相關(guān)術(shù)語和定義取自NB/T 47013.14-2016 《承壓設(shè)備無損檢測 第14部分：X射線計(jì)算機(jī)輔助成像檢測》 標(biāo)準(zhǔn)中。

為了分析涂覆不同厚度復(fù)合陶瓷保溫層對圖像質(zhì)量的影響，依據(jù)現(xiàn)場復(fù)合陶瓷保溫層的厚度(10～80 mm)，依次對鋪設(shè)復(fù)合陶瓷保溫層厚度為18，30，50，70，88 mm的壓力容器用鋼板對接焊縫(厚度為12 mm,材料為316L不銹鋼)進(jìn)行CR透照試驗(yàn)，以統(tǒng)一的透照工藝(單壁透照，管電壓為180 kV，曝光時(shí)間為3 min，管電流為3 mA，焦距為700 mm)透照成像后，對CR數(shù)字圖像進(jìn)行圖像質(zhì)量評定。復(fù)合陶瓷材料厚度與CR圖像質(zhì)量的關(guān)系曲線如圖1所示。

圖1 復(fù)合陶瓷材料厚度與CR圖像質(zhì)量的關(guān)系曲線

從圖1可以看出，復(fù)合陶瓷保溫層鋪設(shè)厚度小于88 mm時(shí)，隨著復(fù)合陶瓷鋪設(shè)厚度的增加，總體上可識(shí)別的最小絲號(hào)減小，在一定程度上對比靈敏度降低；不鋪設(shè)陶瓷保溫材料時(shí)可分辨出第9對線號(hào)，鋪設(shè)陶瓷保溫材料厚度為15 mm時(shí)，可分辨出第8對線號(hào)，鋪設(shè)厚度為3070 mm時(shí)，可分辨出第7對線號(hào)，鋪設(shè)厚度達(dá)到88 mm時(shí)，可分辨第6對線號(hào)，數(shù)字圖像分辨率呈現(xiàn)出隨著復(fù)合陶瓷保溫層鋪設(shè)厚度的增加而下降的趨勢；在熱影響區(qū)測量的歸一化信噪比隨著復(fù)合陶瓷保溫層鋪設(shè)厚度的增加呈現(xiàn)出下降的趨勢。

1.2 CR透照工藝對圖像質(zhì)量的影響

以鋪設(shè)了一定厚度(29.5 mm)復(fù)合陶瓷材料的過濾器縱縫(厚度為4 mm)為研究對象，通過改變管電壓和曝光時(shí)間，研究了管電壓及曝光時(shí)間對圖像質(zhì)量的影響。采用雙壁單影透照方式，以170 kV為初始管電壓，以10 kV為增量逐級增加至200 kV，最后以220 kV管電壓進(jìn)行透照，保持曝光時(shí)間為110 s，管電流為5 mA，焦距為350 mm不變，得到管電壓與CR圖像質(zhì)量的關(guān)系曲線(見圖2)。

圖2 管電壓與CR圖像質(zhì)量的關(guān)系曲線

從圖2可以看出，隨著管電壓的升高，在170 kV200 kV時(shí)，圖像能分辨出第15號(hào)絲，在200 kV時(shí)，能分辨出第14號(hào)絲，對比靈敏度降低。隨著管電壓的升高，數(shù)字圖像分辨率從管電壓170 kV時(shí)可分辨出第9對線號(hào)過渡到管電壓190 kV時(shí)可分辨出第11對線號(hào)，管電壓繼續(xù)升高時(shí)，可分辨的線號(hào)又逐步降低至第9對線號(hào)，在管電壓為190 kV時(shí)，數(shù)字圖像分辨率呈現(xiàn)出最佳值；在電壓為170 kV190 kV時(shí)，歸一化信噪比呈現(xiàn)單調(diào)遞增的規(guī)律。

采用雙壁單影透照方式，由圖3可知，管電壓為190 kV時(shí)，數(shù)字圖像分辨率最佳，選取管電流為5 mA，焦距為350 mm，通過改變曝光時(shí)間，分別采集不同曝光時(shí)間的CR圖像，得到曝光時(shí)間與CR圖像質(zhì)量的關(guān)系曲線(見圖3)。

圖3 曝光時(shí)間與CR圖像質(zhì)量的關(guān)系曲線

從圖3可以看出，對比靈敏度從曝光時(shí)間為60 s時(shí)的14號(hào)絲過渡到曝光時(shí)間為110180 s時(shí)的第15號(hào)絲，可看出曝光時(shí)間的延長可提高對比靈敏度；數(shù)字圖像分辨率從曝光時(shí)間為60 s的第10對線號(hào)過渡為曝光時(shí)間為110 s時(shí)的第11對線號(hào)，再下降至曝光時(shí)間為120 s時(shí)的第9對線號(hào)，最后依次上升至曝光時(shí)間為180 s時(shí)的第12對線號(hào)；在60180 s時(shí)，歸一化信噪比總體上隨曝光時(shí)間的延長呈現(xiàn)遞增的規(guī)律。

1.3 附加墊板結(jié)構(gòu)對圖像質(zhì)量的影響

在染色機(jī)及過濾器的封頭與筒體連接的環(huán)焊縫中，至少有一道環(huán)焊縫采用附加墊板結(jié)構(gòu)，此結(jié)構(gòu)的焊接接頭會(huì)產(chǎn)生射線透照的厚度，同時(shí)會(huì)產(chǎn)生散射線而在一定程度上影響圖像質(zhì)量。將附加墊板結(jié)構(gòu)與同設(shè)備上無墊板結(jié)構(gòu)的同類型焊縫進(jìn)行射線透照對比試驗(yàn)，分析墊板對圖像質(zhì)量的影響。

現(xiàn)場透照的染色筒體壁厚為5 mm，墊板厚度為5 mm，容器外部涂覆一定厚度的復(fù)合陶瓷保溫層，對附加墊板結(jié)構(gòu)的容器環(huán)焊縫分兩次進(jìn)行透照，透照參數(shù)分別為：① 管電壓為200 kV，曝光時(shí)間為2 min，焦距為700 mm；② 管電壓為220 kV，曝光時(shí)間為2 min，焦距為700 mm。對該容器無墊板結(jié)構(gòu)的同類環(huán)焊縫采用透照參數(shù)①進(jìn)行透照，試驗(yàn)結(jié)果如表1所示。附加墊板結(jié)構(gòu)及無墊板結(jié)構(gòu)都以透照參數(shù)①進(jìn)行透照時(shí)，附加墊板獲得的對比靈敏度、數(shù)字圖像分辨率、歸一化信噪比均比無墊板時(shí)的要低，墊板結(jié)構(gòu)降低了圖像質(zhì)量；當(dāng)提高管電壓，以透照參數(shù)②進(jìn)行透照時(shí)，其圖像質(zhì)量均可達(dá)到甚至超過無墊板時(shí)的，可見提高管電壓能彌補(bǔ)附加墊板結(jié)構(gòu)對圖像質(zhì)量產(chǎn)生的影響。

表1 附加墊板結(jié)構(gòu)與無墊板結(jié)構(gòu)的CR圖像質(zhì)量

2 結(jié)語

(1) 附加墊板與壓力容器筒材料均為316不銹鋼，從射線檢測理論可知，墊板結(jié)構(gòu)對壓力容器焊縫射線檢測的影響可歸類為不同厚度壓力容器焊縫對射線檢測的影響，按照NB/T 47013.14-2016標(biāo)準(zhǔn)中表57可知，隨著透照厚度的增加其可識(shí)別的單絲像質(zhì)計(jì)絲號(hào)減小，其對比靈敏度降低，按照NB/T 47013.14-2016標(biāo)準(zhǔn)中表8可知，隨著透照厚度的增加,其可識(shí)別的雙絲像質(zhì)計(jì)絲號(hào)減小，數(shù)字圖像分辨率也呈下降趨勢。

(2) 復(fù)合陶瓷與鋼材的射線衰減系數(shù)存在差異，復(fù)合陶瓷與附加墊板對壓力容器焊縫射線檢測的影響類似，都會(huì)降低對比靈敏度與圖像分辨率。

(3) 以復(fù)合陶瓷層厚度為29.5 mm，壓力容器焊縫厚度為4 mm為例，隨著管電壓的升高，圖像對比靈敏度下降，當(dāng)管電壓為190 kV時(shí)，圖像分辨率達(dá)到最佳值。

(4) 曝光時(shí)間的延長可以提高對比靈敏度和歸一化信噪比，能改善圖像質(zhì)量。