ASME射线实时成像检测标准中的亮点(节选)
Some Highlights of Real-Time Radioscopy in ASME Code

李衍 Li Yan 江苏太湖锅炉股份有限公司Jiangsu Taihu Boiler Co., Ltd
黄文大Huang Wenda
浙江省特种设备检测中心Zhejiang Special Equipment Inspection Center

凸现ASME法规(2004)中有关射线实时成像检测(RTR)的一些技术亮点,如系统特性、校验测试、工艺规程和参数量化等基本要求,并结合射线成像基本原理和工业生产应用实践,作简要评析。意在为国内相关承压设备实施RTR与国际接轨提供借鉴。
In respect of real-time radioscopy (RTR) inspection specified in ASME Code (2004),some highlights of technology, such as the requirements of system components, calibration,written procedure,parameters quantification and so on,are shown.Integrating with the basic principles of radioscopic imaging and application practices in industry,a brief analysis and evaluation is given,so as to offer advice for contacting with the international standards.
射线检测;实时成像;ASME法规;技术亮点;国际接轨
Radioscopy;Real-time imaging;ASME Code;Highlights of technology; Contact with the international standards

        目前,国内电站锅炉制造行业广泛采用X射线实时成像(RTR)技术对锅炉小口径直管对接环焊缝进行在线快速100%检测,所依据的标准是GB/T 19293-2003《对接焊缝X射线实时成像检测法》及其附录B。但一般操作者对RTR图像的质量评价,依然停留在单靠金属丝像质计灵敏度的认识水平上,实际上忽略了RTR有别于胶片法射线照相的技术特性和特殊要求。在天津每年一期的射线检测级人员初试取证学习班上,在江苏、浙江历年的射线检测级人员复试换证学习班上,总有不少学员问及有关RTR实施过程中的种种技术细节问题,且十分关注在国际上有重大影响的美ASME标准中的相关要求,迫切希望国内RTR检测能迅速与国际接轨。为此,本文欲对ASME标准中有关内容作一简介,展示其技术亮点和关键性要求,并结合成像理论和应用实践作简要评述。
        ASMEBPVC第五卷(2004A分卷第2章《射线照相检测》规范性附录2,对RTR检测精当地规定了若干重要导则,并指明有关技术细节应遵循B分卷中列出的两标准,即:SE-1255《射线实时成像操作细则》和SE-1416《焊件射线实时成像检测方法》。

1.RTR系统组成要求
        ASME
标准建议根据检测要求选用最佳RTR系统。RTR系统组成及基本要求简述如下:
1.1射线源涉及射线穿透力的管电压和左右空间分辨率与投影放大率的焦点尺寸是重要参数。透检不同钢材厚度许用的X射线最高管电压见1,X射线焦点尺寸df与适用的投影放大倍数M2
1.2 检测系统这是RTR关键单元。其功能是将含被检试件信息的射线输出信号,变换为相应的光学或电子输出信号,并保持最大的试件信息量。检测器通常为两维面积检测器——图像增强器 + 闭路电视摄像机(CCTV)。
1 透检不同钢材厚度许用的X射线最高管电压

穿透钢厚度/ ㎜

1.2-2.0

2.0-3.5

3.5-5.0

5.0-7.0

7.0-10.0

10.0-15.0

15.0-25.0

许用X射线最高管电压/ kV

90

100

110

120

135

160

210

表2 X射线焦点尺寸df 与适用的投影放大倍数M

焦点尺寸df / ㎜

≥1.0(大)

0.4-1.0(中)

0.1-0.4(小)

0.01-0.1(微)

适用的投影放大倍数M

≈1

≈2

≈6

10-100


1.3 机械驱动系统控制试件多向运转或射线源转向布置的机械操纵系统,可通过手控对试件作动态全体积检测,或通过自动编程控制作动态检测。机械系统能夹持试件,提供必要的自由度和移动范围,能传送试件到位,使RTR检测系统响应最大。视需要,可令试件移动而射线源不动,也可令射线源移动而试件不动,或者令试件和射线源两者互动。如检测锅炉小径管时,一般是使射线源与检测器输入屏中心连线与被检管子环向焊缝所在平面成一夹角,保持不变,而通过机械传动装置使被检焊口送到给定位置,并令管子绕自身轴线缓慢转动,以对整圈环缝的斜投影图像,分段依次作多方位动态观测。
1.4 数据处理系统通常由计算机组成,其效能是采集检测系统的输出,为显示器显示和操作者观测或自动评定,提供有用图像。数据处理系统可采用许多不同形式,可处理模拟或数字信息,或两者组合信息。图像处理方法有帧累加(图像积分)降噪,对比度增强,勾边,空间滤波等技术。注意,对具体对象,要考虑选用哪种图像处理技术最有益。如选用定向空间滤波时,可能会增强某些方向上的细节特征,而抑制其它方向上的细节特征。由于图像处理需采集足够图像,要有处理时间,故一般仅适用于静态图像处理。
1.5 图像显示系统对手控评定系统来说,显示图像是操作者对试件判定合格与否的依据。图像显示的参数、部位及尺寸范围是重要问题。应注意视频图像显示亮度、对比度、聚焦和线性等标准化技术。还应注意使用电视图像显示时,垂直和水平分辨率往往不同。因此必须考虑光栅方向对RTR检测系统检测微小细节的能力的影响。
1.6 记录存档系统为使RTR检测结果有可追踪性,有可信度和再现性,对记录存档方式的择优选定和存档质量应予高度重视。RTR检测有许多记录存档方式,ASME SE-1255标准列出了以下11种可采用的方式:
        (1) 用射线底片或照片,摄片条件与RTR同;
        (2) 用照相机直接从X射线图像增强器拍摄检测图像,无需加入电视通道;
        (3) 用数码相机拍摄实物照片;
        (4) 用多格式相机由视频信号拍摄检测图像照片;
        (5) 用视频硬拷贝装置,从视频信号在记录纸上获取传真图像;
        (6) 用激光硬拷贝装置,从扫描式检测器输出获取胶片图像;
        (7) 用录像机将视频信号录制到磁带上,能以电视帧速率长时记录,对捕捉试件动态图像很有用;
        (8) 用磁盘记录数字数据,因受电视帧速率限制,其存储容量较小,也使动态检测图像捕捉能力削弱;
        (9) 用光盘刻录数字化图像,存储容量大,分两种:一种是磁光盘,即1次写入,多次读出光盘(WORM),RTR数据可抹去或更换,另一种是只读光盘(CD-ROM),光盘启用后,RTR数据不能抹去或更换;
        (10) 用电子数字存储器,如ROM(只读存储器)或EPROM(可擦除可编程只读存储器),缺点是存储能力有限;
        (11) 用全息摄影,可用胶片以高信息密度存储高密度的数字图像数据。
        以上11种方式中,用CD-ROD刻录RTR结果是目前最常用的记录存档方式。每张CD-ROD可存储约3000幅数字化图像,保存期长达30a(年)以上。

2.RTR校验测试要求
2.1 校验测试器具
2.1.1校验试样(略)

2.1.2阶梯试块(略)
2.1.3线对测试卡(略)
2.1.4校验测试结果评价(略)
2.2 校验测试注意点
2.2.1状态和条件(略)
2.2.2时机和要点(略)


3.RTR工艺规程要求(略)

4.RTR 特性参数量化要求(略)

5.RTR工作环境要求

        适当的检测环境有助于提高检测效率和可靠性,应考虑温度、湿度、清洁、光照、通道、及噪声等因素。RTR图像评价宜在光线暗淡的室内,在监视器荧屏上进行。要求室内照明落在荧屏上的无用光亮度(对不工作的检测器测出)Bs不大于0.5 cd/m2,背景亮度(画面后面)Bb 不大于8 cd/m2。

6 小结
        (1)ASME标准对RTR的六个组成系统—— 射线源、检测系统、机械驱动系统、数据处理系统、图像显示系统、及记录存档系统,一一规定了具体要求,并强调了系统的最优组合。
        (2)ASME规定了RTR系统特性和成像质量的三大校验器具:校验试样、阶梯试块和线对测试卡,规定了RTR系统特性和像质评价的具体方法。由此可见,相关于面状缺陷最小可检尺寸的像质 “三维”评价(Z向对比灵敏度和X-Y向空间分辨率或总不清晰度)是RTR特性和像质评价的“重中之重”,也是ASME RTR标准中的“最亮点”。另外,对校验测试还提出了“静动合一”的特殊要求,以及“三器并用”的有关注意点。
        (3)对RTR检测特别强调工艺规程的制定和验证,规定了工艺规程中必须包含的七项内容。其中对主要素的改变,必须通过对含缺陷试样的RTR实际检测,由演示验证予以确认。
        (4)列出了RTR有关特性参数量化表示的十项重要公式,充分理解,灵活应用,有助于RTR工艺制定、参数选定、条件界定和缺陷评定。
        (5)对一般易忽视的RTR环境条件,也提出了不同于通常胶片法射线照相的特殊要求。
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