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分院， 河南 新鄉 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分院， 河南 新鄉 453000）

壓力容器是承受各種流體介質的密閉設備，廣泛應用于石油化工等工業領域。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設備需要有更高的安全要求和更嚴格的生產標準。鑒于以上特點，壓力容器安全檢測技術在保障設備質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、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量方面，包括材料坡口、焊接接頭內部、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部因存在缺陷而產生對光電反應的物理變化，在不損傷被測對象前提下，達到探測部件內部及表面的質量缺陷的目的。

1　射線檢測工藝原理

射線檢測即是指根據光衍射特性，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。

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。主要在現場用于板厚較小的壓力容器對接焊縫內部埋藏缺陷的檢測，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現缺陷的復驗，以進一步確定缺陷的性質，其中射線照相檢驗技術可以得到高質量圖像，為缺陷返修提供較為準確的依據。

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、壁厚、接頭、焊縫。我們知道，為了得到高質量的圖像，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參數分類。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和圖像質量參數兩方面的影響。當然射線照相本身具有局限性，例如對于交叉部位焊縫，對壓力容器易產生裂紋缺陷，而射線照相檢測圖像質量不高，效果不明顯，故存在漏洞。目前數字成像技術（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，快速動態的及時確定被檢測對象的質量，X射線實時成像法的應用與傳統照相檢測技術相比具有重要優勢。隨著小、微焦點X射線技術的發展，計算機技術的更新換代，X射線實時成像系統呈現數字化，靈敏性和可靠性都有較大提高，在某些方面，取代傳統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，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。

圖1　直線陣列型射線成像系統

根據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已經普遍應用于大厚度工件檢測。例如圖像增強實時成像系統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，經過轉換成像，實現對層面的檢測。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方面要根據目前以及未來科技進步的動態及時修改和規定，例如，根據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。在具體細節方面，如對像質計和其適用的被測對象材料范圍都需根據需要靈活調整，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、射線實時成像系統和射線層析檢測技術。在未來射線無損檢測發展趨勢中，新的技術，例如，NDT計算機射線檢測、數字化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，以實現更強大的壓力容器安全檢測功能。

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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）質檢驗。