復合陶瓷保溫結構壓力容器CR檢測工藝優化

劉會彬1,2，陸樹華1,2，莫榮明，莫仁江，李福生

(1.浙江省特種設備科學研究院，杭州 310020；2.浙江省特種設備安全檢測技術研究重點實驗室，杭州 310020；3.浙江嘉名染整有限公司，嘉興 314505)

某企業在高溫染色機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。因工藝生產的需要，染色車間內的染色機、換熱器及過濾器外表面涂覆的隔熱涂料厚度會有所不同，為了保證焊接質量，部分焊縫會采用附加墊板結構，墊板材料均為316不銹鋼。

對該類壓力容器結構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，材料聲衰減系數大，散射嚴重，加之壁厚薄，不適合采用常規超聲檢測法檢測；② 涂覆的是不同厚度的復合陶瓷隔熱材料(厚度最大部位達到80 mm)，受提離效應的限制，電磁超聲檢測法也不適用；③ 過濾器設備直徑小，壁厚薄，封頭與筒體連接的環焊縫采用附加墊板結構，常規的無損檢測方法難以滿足該類設備的檢測要求。CR(計算機射線照相)檢測技術具有檢測速度快、成像質量高的優點，對上述結構的無損檢測具有良好的應用前景。

陳小明等[1]闡述了CR檢測的分辨力、系統分辨率、圖像分辨率、掃描分辨率的內在聯系與區別;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這3種影響因素下CR檢測技術的可靠性與有效性；陳樂等[4]研究了管電壓、后置防護鉛板對射線數字成像檢測質量的影響；蔣雪松[5]分析了掃描參數對CR圖像質量的影響；李亞軍等[6]針對不同檢測技術等級提出了CR檢測的灰度范圍。

筆者研究了復合陶瓷保溫結構射線檢測時墊板結構對射線穿透性能的影響，分析了復合陶瓷保溫層厚度、附加墊板結構及射線透照工藝中管電壓、曝光時間等關鍵參數對檢測圖像質量的影響。

1 試驗過程與結果

1.1 不同厚度復合陶瓷保溫層對圖像質量的影響

IP板具有環保、高效、可重復使用、可降低成本等優點，成像后可以通過圖像處理技術提高圖像質量，但是圖像質量會因操作人員使用習慣不同而存在差異，即使對同一張數字射線圖像進行圖像處理，數字射線圖像的缺陷評判結果也會不一致。目前，對于圖像質量控制，國內外相關CR檢測標準通常規定采用像質計來測定圖像質量，包括對比靈敏度和數字圖像分辨率，同時采用系統軟件測量圖像信噪比，即通過采用對比靈敏度、數字圖像分辨率和歸一化信噪比這3個技術參數來衡量CR圖像的質量。相關術語和定義取自NB/T 47013.14-2016 《承壓設備無損檢測 第14部分：X射線計算機輔助成像檢測》 標準中。

為了分析涂覆不同厚度復合陶瓷保溫層對圖像質量的影響，依據現場復合陶瓷保溫層的厚度(10～80 mm)，依次對鋪設復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)進行CR透照試驗，以統一的透照工藝(單壁透照，管電壓為180 kV，曝光時間為3 min，管電流為3 mA，焦距為700 mm)透照成像后，對CR數字圖像進行圖像質量評定。復合陶瓷材料厚度與CR圖像質量的關系曲線如圖1所示。

圖1 復合陶瓷材料厚度與CR圖像質量的關系曲線

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

1.2 CR透照工藝對圖像質量的影響

以鋪設了一定厚度(29.5 mm)復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間，研究了管電壓及曝光時間對圖像質量的影響。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管電壓進行透照，保持曝光時間為110 s，管電流為5 mA，焦距為350 mm不變，得到管電壓與CR圖像質量的關系曲線(見圖2)。

圖2 管電壓與CR圖像質量的關系曲線

從圖2可以看出，隨著管電壓的升高，在170 kV200 kV時，圖像能分辨出第15號絲，在200 kV時，能分辨出第14號絲，對比靈敏度降低。隨著管電壓的升高，數字圖像分辨率從管電壓170 kV時可分辨出第9對線號過渡到管電壓190 kV時可分辨出第11對線號，管電壓繼續升高時，可分辨的線號又逐步降低至第9對線號，在管電壓為190 kV時，數字圖像分辨率呈現出最佳值；在電壓為170 kV190 kV時，歸一化信噪比呈現單調遞增的規律。

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

圖3 曝光時間與CR圖像質量的關系曲線

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

1.3 附加墊板結構對圖像質量的影響

在染色機及過濾器的封頭與筒體連接的環焊縫中，至少有一道環焊縫采用附加墊板結構，此結構的焊接接頭會產生射線透照的厚度，同時會產生散射線而在一定程度上影響圖像質量。將附加墊板結構與同設備上無墊板結構的同類型焊縫進行射線透照對比試驗，分析墊板對圖像質量的影響。

現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合陶瓷保溫層，對附加墊板結構的容器環焊縫分兩次進行透照，透照參數分別為：① 管電壓為200 kV，曝光時間為2 min，焦距為700 mm；② 管電壓為220 kV，曝光時間為2 min，焦距為700 mm。對該容器無墊板結構的同類環焊縫采用透照參數①進行透照，試驗結果如表1所示。附加墊板結構及無墊板結構都以透照參數①進行透照時，附加墊板獲得的對比靈敏度、數字圖像分辨率、歸一化信噪比均比無墊板時的要低，墊板結構降低了圖像質量；當提高管電壓，以透照參數②進行透照時，其圖像質量均可達到甚至超過無墊板時的，可見提高管電壓能彌補附加墊板結構對圖像質量產生的影響。

表1 附加墊板結構與無墊板結構的CR圖像質量

2 結語

(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，墊板結構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標準中表57可知，隨著透照厚度的增加其可識別的單絲像質計絲號減小，其對比靈敏度降低，按照NB/T 47013.14-2016標準中表8可知，隨著透照厚度的增加,其可識別的雙絲像質計絲號減小，數字圖像分辨率也呈下降趨勢。

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

(3) 以復合陶瓷層厚度為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，當管電壓為190 kV時，圖像分辨率達到最佳值。

(4) 曝光時間的延長可以提高對比靈敏度和歸一化信噪比，能改善圖像質量。