CN114624262A - 一种管子-管板焊缝射线检测分辨率测量方法及试片 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种管子‑管板焊缝射线检测分辨率测量方法及试片。本发明提供的分辨率测量用试片尺寸小巧、加工成本低、通用性强、使用方便。按本发明提供的方法使用该试片，可以测量管子‑管板焊缝射线检测的系统分辨率和不同位置的图像分辨率。经简单的数学变换，还可计算出管子‑管板焊缝射线检测不同位置处的不清晰度和分辨力。

Description

一种管子-管板焊缝射线检测分辨率测量方法及试片
技术领域
本发明涉及无损检验领域，具体涉及一种管子-管板焊缝射线检测分辨率测量用试片及利用该试片测量射线检测分辨率的方法。
背景技术
在换热装置、蒸汽发生器和加热器等领域中，多涉及管子和管板焊接结构，并且是制造过程的关键工序。这种焊接接头数量大、焊接位置苛刻，管口接头长期承受高温、高压等对管子产生的负荷、反复加热、反复冷却和介质腐蚀疲劳强度破坏的作用，因此，对焊缝的致密性及力学性能要求严格。因此，对管口焊接质量的考核极为重要。管子-管板焊缝的焊接质量在很大程度上影响着换热装置的使用寿命。尤其是在核电领域中，蒸汽发生器的应用条件更为苛刻，对管子-管板的焊接要求更高，需要对焊缝进行全面的检测，保证蒸汽发生器能够在高温高压下正常工作。
为验证管子-管板焊缝的焊接质量，目前多采用渗透检测和射线检测的方式。以目前的生产实践经验，采用灵敏度鉴定试验来保证射线检测的灵敏度满足检测要求。在灵敏度鉴定试验时，多采用在管子-管板焊缝焊接试样的焊缝表面上加工不同规格小孔的方式来代表不同的灵敏度等级。这种方式成本高，效率低，通用性差，只能验证工件表面的气孔类体积型缺陷检测灵敏度，无法测量管子-管板焊缝射线检测的系统分辨率、不同位置的图像分辨率、不清晰度和分辨力。
因此，急需一种射线检测分辨率测量方法，以确保蒸汽发生器等列管式换热装置的管子-管板焊缝射线检测的系统分辨率、不同位置的图像分辨率、不清晰度和分辨力等性能满足检测要求。
发明内容
为了解决上述问题，本发明人进行了锐意研究，提供了一种分辨率试片，用来测量管子-管板焊缝射线检测的分辨率。该分辨率试片使用方便，通用性强，能够测量射线检测系统的系统分辨率以及多个不同检测位置的图像分辨率、不清晰度和分辨力，从而完成本发明。
本发明第一方面的目的在于提供一种用于测量管子-管板焊缝射线检测的分辨率试片，所述分辨率试片带有多个槽对。
本发明第二方面的目的在于提供一种管子-管板焊缝射线检测分辨率测量方法。所述方法利用分辨率试片进行测量，具体包括以下步骤：
步骤1、根据射线检测工装管端直径，选择分辨率试片；
步骤2、对分辨率试片实施透照；
步骤3、分析检测结果，计算分辨率。
本发明的有益效果包括：
(1)本发明中的分辨率试片尺寸小巧、通用性强、加工成本低、方便使用、拆装灵活，还可以调整位置，从而可以测量多个不同检测位置的分辨率。
(2)本发明提供的管子-管板焊缝射线检测分辨率测量方法，容易操作和实现，便于快速确定射线检测分辨率。
(3)本发明提供的管子-管板焊缝射线检测分辨率测量方法，不仅可以测量系统分辨率，还可以测量多个不同位置的图像分辨率、不清晰度和分辨力。
附图说明
图1示出本发明一种实施方式中分辨率试片示意图；
图2示出本发明一种实施方式中分辨率试片上的一个槽对的细节示意图；
图3示出本发明一种实施方式中检测工装示意图；
图4示出本发明一种实施方式中射线检测系统分辨率测量示意图；
图5示出本发明一种实施方式中射线检测不同位置图像分辨率测量示意图。
附图标号说明
1-分辨率试片；
101-槽对；
102-中心孔；
103-试片中心孔圆心；
104-槽对末端圆周；
105-径向扇环形槽；
106-径向扇环形槽的圆心角；
107-槽对中两个径向扇环形槽间隔的圆心角；
2-射线检测工装管端；
3-射线检测工装成像元件；
4-射线检测工装接口端；
5-射线源焦点；
501-射线束；
6-垫片；
7-垫块。
具体实施方式
下面通过具体实施方式对本发明进行详细说明，本发明的特点和优点将随着这些说明而变得更为清楚、明确。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“垂直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或零件必须具有特定的方位，以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
本发明提供了用于测量管子-管板焊缝射线检测分辨率的分辨率试片1。
所述分辨率试片1为上、下表面平行的薄片，其外形轮廓可为多边形或圆形，其中心设有与表面垂直的中心孔102。分辨率试片1上有多个槽对101。所述分辨率试片1的一种典型实施方式如图1所示。
所述分辨率试片1的上、下表面应平行且平整，优选地，分辨率试片1上、下表面平面度和平行度公差宜不超过±0.05mm。
所述分辨率试片1的外形轮廓为多边形或圆形，可根据需要任意定值，但不得影响槽对101发挥其功能。经研究发现，轮廓边界距离槽对末端圆周104的距离不小于5mm即可满足要求。
所述分辨率试片1的中心孔102，其圆柱面应与分辨率试片1的上、下表面垂直，其形状应与射线检测工装管端2相同，其直径应与射线检测工装管端2相匹配，优选大于射线检测工装管端2的直径，且差值不超过1mm。
所述分辨率试片1上有多个槽对101。所述槽对101的细节如图2所示，每一个槽对101由两个几何尺寸相同的径向扇环形槽105组成。所述径向扇环形槽105的俯视图为扇环形或其水平截面呈扇环形，其所对圆心即为试片中心孔圆心103，其顶圆弧在中心孔102的圆周上，其底圆弧在与试片中心孔102同心的槽对末端圆周104上，其两个侧边沿分辨率试片1中心孔102的径向。每一个槽对101中的两个径向扇环形槽105有间隔，槽对101中两个径向扇环形槽间隔的圆心角107与槽对101中的两个径向扇环形槽的圆心角106相等。所述径向扇环形槽105为贯穿分辨率试片1上、下表面的通槽，其表面与分辨率试片1上、下表面垂直，可采用线切割或其他合适的加工方式制成。在使用时，为防止分辨率试片1上的槽对101中两个径向扇环形槽105之间的间隔变形，可以在径向扇环形槽105中填充硬质塑料或树脂等射线吸收系数远低于钢的非吸收性材料。
分辨率试片1上所有径向扇环形槽105的顶圆弧均在试片中心孔102的圆周上，底圆弧均在与分辨率试片1中心孔102同心的同一个槽对末端圆周104上。不同槽对101的径向扇环形槽的圆心角106不同。径向扇环形槽的圆心角106的取值为0.1°～10°，角度公差优选为不超过所取数值的±10％。优选的，圆心角取值为0.5°～5°。分辨率试片1上的径向扇环形槽的圆心角106有多个数值时，优选有公比数的等比数列的数值。进一步优选的，公比数小于槽对末端圆周104直径与分辨率试片1中心孔102直径的比值。径向扇环形槽的圆心角106相同的槽对101，即视为相同规格的槽对101。相同规格的槽对101在分辨率试片1上以试片中心孔圆心103为对称中心呈中心对称分布。一个分辨率试片1上至少有1种规格的两个槽对101。当分辨率试片1上有两种或两种以上规格槽对101时，不同规格槽对101间距应足够大，以免槽对101在成像元件上的影像相互干扰；不同规格槽对101根据其径向扇环形槽的圆心角106的大小顺序，呈顺时针或逆时针排列，以便于槽对101在成像元件上的影像识别。
所述分辨率试片1上槽对末端圆周104的直径和径向扇环形槽的圆心角106的最大值共同决定了分辨率试片1的分辨率测量范围的下限值。所述分辨率试片1上径向扇环形槽105顶圆弧的直径和径向扇环形槽的圆心角106的最小值共同决定了分辨率试片1的分辨率测量范围的上限值。应合理安排槽对末端圆周104的直径及径向扇环形槽的圆心角106的最大值和最小值以满足使用需求。经大量试验研究，一种可以普遍应用的典型实施方案为，槽对末端圆周104的直径为分辨率试片1中心孔102直径的2.5倍，分辨率试片1上有3种规格的槽对101，共计6个，不同规格槽对101中径向扇环形槽的圆心角106分别为1°、2°和4°。
在本发明中，分辨率试片1的厚度与所用材料的射线吸收系数相关，其材质的射线吸收系数越大，其厚度就可以越小。当分辨率试片1材质为铅、钨或其他射线吸收系数相当的材料时，其厚度可为0.1mm。当分辨率试片1材质为Inconel合金、黄铜或其他射线吸收系数相当的材料时，其厚度可为1mm。当分辨率试片1厚度较小，或所用材料硬度、刚度较小时，为了防止分辨率试片1在使用中变形，可将分辨率试片1封装在硬质塑料或树脂等射线吸收系数远小于钢的非吸收性材料中。无论采用何种材料，分辨率试片1的厚度不超过2mm。
本发明中提供的管子-管板焊缝射线检测分辨率测量方法利用分辨率试片1进行测量计算，具体包括以下步骤：
步骤1、根据射线检测工装管端2直径，选择分辨率试片1。
一种典型的管子-管板焊缝射线检测工装如图3所示。大体上，该检测工装由三部分组成，包括射线检测工装管端2、射线检测工装成像元件3和射线检测工装接口端4。在对管子-管板焊缝实施射线检测时，通常将射线检测工装管端2插入管子-管板焊缝的管子中。在实施透照时，射线源焦点5在射线检测工装管端2中发出射线束501。其中，有效射线束501为能够穿透检测区并在射线检测工装成像元件3上成像的部分。根据所用射线检测技术不同，射线检测工装成像元件3可大体分为三类：射线胶片系统、数字成像系统和磷光成像系统。当使用射线胶片照相技术(RT技术)时，射线检测工装成像元件3通常为射线胶片系统，包括滤光板、增感屏、射线胶片、遮挡板等，透照后需经暗室处理形成射线底片，在观片灯上观察测量。当使用射线数字成像技术(DR技术)时，射线检测工装成像元件3通常为数字成像器件(数字探测器)，透照后经计算机处理可直接在显示器上观察测量。当使用射线计算机辅助成像技术(CR技术)时，射线检测工装成像元件3通常为磷光成像板(IP板)，透照后经专用激光扫描仪后再经计算机处理可直接在显示器上观察测量。根据所用射线种类不同，射线检测工装接口端4可接电源或源导管。当使用X射线时，射线检测工装接口端4装有X射线机，透照时需接通电源，使射线检测工装管端2中射线源焦点5处可以产生X射线。当使用γ射线时，射线检测工装接口端4连接源导管形成通路，透照时将γ射线源经源导管输送到射线检测工装管端2中射线源焦点5处。
本发明中的分辨率试片1的中心孔102的形状应与射线检测工装管端2相同，中心孔102的直径应与射线检测工装管端2相匹配，优选略大于射线检测工装管端2的直径，且差值不超过1mm。根据欲测量分辨率的射线检测工装管端2的直径，确定分辨率试片1的中心孔102的直径。保证分辨率试片1可以顺利套在射线检测工装管端2上，且间隙小于1mm。
步骤2、对分辨率试片1实施透照。
需要测量管子-管板焊缝射线检测系统分辨率时，将分辨率试片1直接套射线检测工装管端2上，如图4所示。调整射线透照工艺参数，使射线检测工装成像元件3上可以得到分辨率试片1清晰的射线影像。
需要测量管子-管板焊缝射线检测不同位置处的分辨率时，通过在分辨率试片1下面增加垫片6的方式调整分辨率试片1与射线检测工装成像元件3的距离，如图5所示。为了消除射线穿透厚度不同引起的分辨率差异，还需在分辨率试片1上加垫块7。所述垫片6为带中心通孔的上下表面平行且平整的薄片，其材质可为碳钢、低合金钢或不锈钢，其外形轮廓不小于分辨率试片1，其中心通孔与上下表面垂直，中心通孔的形状和直径优选与分辨率试片1相同。为方便使用，垫片6厚度可为0.5mm或1mm，以便通过层层叠加的方式调节分辨率试片1与射线检测工装成像元件3的距离。所述垫块7上下表面平行且平整，其中心带有与表面垂直的中心通孔，通孔的形状和直径优选与分辨率试片1相同。垫块7的外形保证可以覆盖所有从射线源焦点5发出的能穿透分辨率试片1并在成像元件3上成像的有效射线束501的范围即可。调整射线透照工艺参数，使射线检测工装成像元件3上可以得到分辨率试片1清晰的射线影像。
步骤3、分析检测结果，计算分辨率。
观察从射线检测工装成像元件3中得到的分辨率试片1的射线透照影像。观察刚刚可以清晰分辨两个径向扇环形槽105影像的最小槽对101的点，此点即为最大分辨率点。此点对应到分辨率试片1上槽对101中两个径向扇环形槽105的间隔的弧长，即为分辨力值，单位mm。分辨力值的2倍，即为不清晰度值，单位mm。不清晰度值的倒数，即为分辨率值，单位lp/mm(线对/毫米)。
下面利用简单的三角关系，求出最大分辨率点对应到分辨率试片1上槽对101中两个径向扇环形槽105的间隔的弧长。
因同规格槽对101在分辨率试片1上以试片中心孔圆心103为对称中心呈中心对称分布，所以最大分辨率点也应以试片中心孔圆心103为对称中心呈中心对称分布。测量两点间距L(单位mm)。
根据分辨率试片1的制作方案和试片上槽对101的影像可识别情况，易知最大分辨率点所在槽对101的径向扇环形槽的圆心角106为θ(单位度)。
根据所用射线检测工装，可知射线源焦点5距离射线检测工装成像元件3中成像单元的距离F(单位mm)。当使用射线胶片照相技术(RT技术)时，成像单元为射线胶片；当使用射线数字成像技术(DR技术)时，成像单元为数字成像板(数字探测器)；当使用射线计算机辅助成像技术(CR技术)时，成像单元为IP板。
根据分辨率试片1放置位置，可知分辨率试片1与射线检测工装成像元件3中成像单元的距离H(单位mm)。通常成像元件在射线检测工装成像元件3内部，即使采用图4所示的透照方式，H也大于0。
将以上数值带入下列公式中，可计算出分辨力d(单位mm)。
Figure BDA0002803483290000091
其中，π为圆周率。
不清晰度值为d的2倍，单位mm。
分辨率值为不清晰度值的倒数，单位lp/mm，即线对/毫米。
当使用图4所示的透照布置时，测得的分辨率为射线检测系统分辨率，此分辨率与待检件无关。
当使用图5所示的透照布置时，测得的分辨率是射线检测不同位置的图像分辨率。
实施例
测量某管子-管板焊缝γ射线检测的系统分辨率和2mm处图像分辨率。
某压水堆核电厂蒸汽发生器管子-管板焊缝射线检测，采用Ir192射线源进行γ射线胶片照相技术检测。
(1)根据射线检测工装管端2直径，选择分辨率试片1。
本实施例中射线检测工装管端2直径为15.5mm。选用的分辨率试片1使用Inconel合金(材料牌号N06690)制作，分辨率试片1外形轮廓为直径50mm圆片，分辨率试片1中心孔102为直径16mm圆，分辨率试片1厚度1mm。分辨率试片1上有6个槽对101，其规格有3种，对应的径向扇环形槽圆心角106分别为1°、2°和4°。槽对101按其径向扇环形槽的圆心角106从小到大呈逆时针排列。槽对末端圆周104直径为40mm。任意两个相邻槽对101中心线所夹圆心角为60°。任意同规格槽对101在试片上呈中心对成分布，其中心线所夹圆心角为180°。
(2)对分辨率试片实施透照。
采用如图4所示的透照布置，将分辨率试片1直接套射线检测工装管端2上，进行管子-管板焊缝射线检测系统分辨率测量。此时分辨率试片1与射线检测工装成像元件3中成像单元的距离H1为3mm。
采用如图5所示的透照布置，在分辨率试片1下面放两个垫片6，在分辨率试片1上放一个垫块7，进行管子-管板焊缝射线检测2mm处图像分辨率测量。此时分辨率试片1与射线检测工装成像元件3中成像单元的距离H2为5mm。
垫片6为直径60mm圆形薄片，厚度1.0mm，其中心有与上下表面垂直的通孔，通孔直径16mm，材质为奥氏体不锈钢(材料牌号304)。垫块7为直径45mm圆环，厚度15mm，其中心有与上下表面垂直的通孔，通孔直径16mm，材质为奥氏体不锈钢(材料牌号304)。
射线检测工装成像元件3中成像单元为Carestream M100胶片(按GB/T 19348.1，胶片系统类别为C2级)。
射线检测工装接口端4接源导管形成通路，透照时将焦点尺寸为Φ0.5mm的Ir192γ射线源经源导管输送到射线检测工装管端2中射线源焦点5处。射线源焦点5距离射线检测工装成像元件3中成像单元的距离F为30mm。射线源活度0.51Ci。
调节曝光时间，使射线底片上得到分辨率试片1清晰的射线影像。采用图4所示的透照布置进行管子-管板焊缝射线检测系统分辨率测量时，曝光时间60s。采用图5所示的透照布置进行管子-管板焊缝射线检测2mm处图像分辨率测量时，曝光时间150s。
(3)分析检测结果，计算分辨率。
将曝光后的射线胶片从暗室冲洗，使用自动洗片机，使用Carestream机洗套药，显影时间3分钟，显影温度28℃，定影时间5分钟，定影温度28℃。冲洗后的底片黑度在2.2～3.7之间，满足评定要求。
观察分辨率测试底片，找到最大分辨率点，即刚刚可以清晰分辨两个径向扇环形槽105影像的最小槽对101的点。测量两点之间的距离L(单位mm)。
经观察，在系统分辨率测试底片上，最大分辨率点所在槽对101的径向扇环形槽圆心角106为1°，即θ为1°。测得距离L1为37.5mm。带入公式(1)中计算，得到分辨力d1为0.294mm，不清晰度为0.588mm，系统分辨率为1.70lp/mm。
经观察，在2mm处图像分辨率测试底片上，最大分辨率点所在槽对101的径向扇环形槽圆心角106为2°，即θ为2°。测得距离L2为31.0mm，带入公式(1)中计算，得到分辨力d2为0.451mm，不清晰度为0.902mm，图像分辨率为1.11lp/mm。
以上结合具体实施方式和/或范例性实例以及附图对本发明进行了详细说明，不过这些说明并不能理解为对本发明的限制。本领域技术人员理解，在不偏离本发明精神和范围的情况下，可以对本发明技术方案及其实施方式进行多种等价替换、修饰或改进，这些均落入本发明的范围内。本发明的保护范围以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种管子-管板焊缝射线检测的分辨率试片，其特征在于，所述分辨率试片(1)上有多个槽对(101)。
2.根据权利要求1所述的试片，其特征在于，
所述分辨率试片(1)设置中心孔(102)，中心孔(102)与分辨率试片(1)上下表面垂直，其形状与射线检测工装管端(2)相同，中心孔(102)直径大于射线检测工装管端(2)直径，且相差不超过1mm；
所述分辨率试片(1)的外形轮廓为多边形或圆形。
3.根据权利要求1所述的试片，其特征在于，
当分辨率试片(1)材质为铅或钨时，其厚度为0.1mm，当分辨率试片(1)材质为Inconel合金或黄铜时，其厚度可为1mm；
为了防止分辨率试片(1)在使用中变形，将分辨率试片(1)封装在硬质塑料或树脂材料中；
分辨率试片(1)的厚度不超过2mm。
4.根据权利要求1至3之一所述的试片，其特征在于，
所述分辨率试片(1)上设有若干个槽对(101)，所述槽对(101)由两个几何尺寸相同的径向扇环形槽(105)组成；
所述槽对(101)中的两个径向扇环形槽(105)有间隔，槽对(101)中两个径向扇环形槽间隔的圆心角(107)与槽对(101)中的两个径向扇环形槽的圆心角(106)相等。
5.根据权利要求4所述的试片，其特征在于，
所述径向扇环形槽(105)的水平截面呈扇环形，其所对圆心即为试片中心孔圆心(103)，其顶圆弧在中心孔(102)的圆周上，其底圆弧在与试片中心孔(102)同心的同一个槽对末端圆周(104)上，其两个侧边沿分辨率试片(1)中心孔(102)的径向；
所述径向扇环槽(105)为贯穿分辨率试片(1)上、下表面的通槽，其表面与分辨率试片(1)上、下表面垂直。
6.根据权利要求4所述的试片，其特征在于，
所述分辨率试片(1)上不同槽对(101)的径向扇环形槽的圆心角(106)不同；
所述径向扇环形槽的圆心角(106)的取值为0.1°～10°，优选的，圆心角取值为0.5°～5°；
分辨率试片(1)上的径向扇环形槽的圆心角(106)有多个数值时，优选有公比数的等比数列的数值，进一步优选的，公比数小于槽对末端圆周(104)直径与分辨率试片(1)中心孔(102)直径的比值。
7.根据权利要求4所述的试片，其特征在于，
径向扇环形槽的圆心角(106)相同的槽对(101)为相同规格的槽对(101)；
相同规格的槽对(101)在分辨率试片(1)上以试片中心孔圆心(103)为对称中心呈中心对称分布；
一个分辨率试片(1)上至少有1种规格两个槽对(101)；
当分辨率试片(1)上有两种或两种以上规格槽对(101)时，不同规格槽对(101)根据其径向扇环形槽的圆心角(106)的大小顺序，呈顺时针或逆时针排列。
8.根据权利要求1至4之一所述的试片，其特征在于，
槽对末端圆周(104)的直径为分辨率试片(1)中心孔(102)直径的2.5倍；
分辨率试片(1)上有3种规格的槽对(101)，不同规格槽对(101)中径向扇环形槽的圆心角(106)分别为1°、2°和4°。
9.一种管子-管板焊缝射线检测分辨率测量方法，其特征在于，所述方法利用分辨率试片(1)进行测量。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述方法具体包括以下步骤：
步骤1、根据射线检测工装管端(2)直径，选择分辨率试片(1)；
步骤2、对分辨率试片(1)实施透照；
步骤3、分析检测结果，计算分辨率。
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