无损检测技术的发展

无损检测技术的发展内容摘要：

1 像质计、按 EN 462－ 3 要求图像质量值 )，其他的主要要求是图像的最大不清晰度、像 素尺寸、最小信噪比 SNR、最小读出强度 IIPX。 最大不清晰度和 像 素尺寸，按被检验区厚度和采用的射线能量规定，采用双丝像质计 测定最大不清晰度，由扫描软件设定 像 素尺寸，要求见表 6。 最小信噪比 SNR 和最小读出强度 IIPX按采用的技术级别规定，见表 5。 表 5 CR 图像的信噪比与最小读出强度的最低要求 CR 技术级别 系统 X 的最小读出强度 最小信噪比 SNR A 级 IIPX SNRIPX B 级 IIPX SNRIPX 注： X 为 IP 板的类别， SNRIPX 为该类别 IP 板的最小信噪比值， IIPX 为该类别 IP 板满足最小信噪比时的最小读出强度值。 SNRIPX 与 IIPX 的测定方法见附录Ⅰ。 11 表 6 CR 图像的最大不清晰度与像素尺寸的最低要求 射线源 透照厚度 W， mm A 级 B 级 像 素最大尺寸， μm 双丝像质计测 定值 * 像 素最大尺寸，μm 双丝像质计测定值 * X：≤ 50kV W＜ 4 40 ＞ 13 30 13 4≤ W 60 13 40 13 ＞ 50～ 150kV W＜ 4 60 13 30 13 4≤ W＜ 12 70 12 40 13 12≤ W 85 11 60 13 ＞ 150～ 250kV W＜ 4 60 13 30 13 4≤ W＜ 12 70 12 40 13 12≤ W 85 11 60 13 ＞ 250～ 350kV 12≤ W＜ 50 110 10 70 12 50≤ W 125 9 110 10 ＞ 350～ 450kV W＜ 50 125 9 85 11 50≤ W 160 8 110 10 Yb－ 169； Tm－ 170 85 11 60 13 γ： Ir－ 192； Se－ 75 W＜ 40 160 8 110 10 40≤ W 200 7 125 9 γ： Co－ 60 250 6 200 7 X：＞ 1MeV 250 6 200 7 注： *值中 带“ ”的值表示第 13 号丝对可分辨的间隔深度应大于 20%；值中带“ ”的值表示第 13 号丝对可分辨的间隔深度应大于 50%。 表 7 CR 系统所需的最小读出强度 CR 系统 SNRmin IIPX， min 系统参数 IP 特级 /140 130 106 全部增益 (2， 4， 6， 8)； 基本空间分辨力： 140μm； 扫描速度： 10μs/像 素 IPⅠ /140 65 106 IPⅡ /140 52 106 IPⅢ /140 43 106 关于最小读出强度的规定，类 似于胶片射线照相检验对底片黑度下限的规定，其作用也类似于胶片射线照相检验对底片黑度下限的规定。 在 ASTM 的有关标准中给出了表 2－ 7 所示的结果，并认为，其可得到对应于胶片射线照相检验时底片黑度不小于 的图像质量。 如果图像质量仍低于胶片射线照相检验的图像质量，原因则是 IP 板的分辨力低于胶片， IP 板对散射线的敏感性与胶片不同。 这也是 CR 技术对细小缺陷检验能力低于胶片射线照相检验的原因。 CR 系统性能稳定性鉴定 CR 系统性能稳定性鉴定的主要项目 在胶片射线照相检验技术中，必须保证 胶片本身的性能，必须控制暗室处理的质量，这是保证射线照相检验图像质量的重要方面。 对于 CR 技术，这些方面则转换成为 CR 系统性能的长期稳定性要求。 按照 ASTM E2446－ 05 标准和 EN 14784－ 1:2020 标准的规定，对 CR 系统性能长期稳定性鉴定的主要要求可归纳为表 8 所列的项目。 通过这些项目的核查，保证 CR 系统使用中性能的稳定和满足要求。 12 表 8 CR 系统性能长期稳定性鉴定要求 序号 测试项目 测试采用器件 测试作用 注 * 1 CR 系统：基本空间分辨力 双丝像质计测定 系统分辨力评定 B 楔型线对卡测定 系统分辨力评定 D 2 CR 系统： SNR 光阑分步法；阶梯块法 系统信噪比评定 3 扫描器：几何畸变 高密度线性尺 评定扫描的非线性程度 I 4 扫描器：激光束功能 T 靶 评定扫描激光束稳定性 A 5 扫描器：模糊或闪烁 评定探测器系转换均匀性 A 6 扫描器：侧滑 铝板条 (厚： ) 评定输送系统的稳定性等 G 7 扫描器：阴影 三Φ 19 孔 (深度 ) 扫描束宽度方向稳定性等 E 8 IP 板：擦除 擦除后残留图像程度 9 IP 板：缺陷 IP 板人为产生 的缺陷 *：各字母对应于图 2－ 10 中的各字母代表部分。 核查这些性能的一个主要器件是图 2－ 10 所示的组合式图像质量指示器。 图中各部分的具体结构或要求如下。 A： T 靶，材料为黄铜，长度 114mm，宽度 5mm 的 T 形尺； B：为标准化的双丝型像质计； C： BAM 蜗形盘，由铅箔条制做。 直径尺寸不小于 8mm，铅箔条厚度为 ～ ，铅箔条宽 (高 )度为 ～ 2mm，铅箔条之间 (由低吸收材料形成 )的间隔为 ～ ； D：楔型线对卡 (见图 13)； E： ER， EC， EL，三个直径为 19mm、深度 的孔； F：盒位指示器，不显示图像； G：厚度为 的均匀的铝条； H：有机玻璃板； I：线性刻度尺； J： AL， CU， FE，对比度灵敏度指示器， AL 厚度 ， CU 厚度 ， FE 厚度。 图 11 CR 系统组合式质量指示器示意图 CR 系统性能的稳定性鉴定试验 13 CR 系统空间分辨力的鉴定试验 CR 系统空间分辨力采用双丝像质 计或楔型线对卡测定。 双丝像质计的实物样式见图 12，部分线对卡的实物样式见图 13。 测定条件的主要规定如下。 图 12 双丝像质计的样式 (左图为实物，右图为实物的射线照片图像 ) 图 13 部分线对卡的样式 (1) 焦距：当射线源焦点尺寸不大于 1mm 时，焦距应不小于 1m；所采用的焦距值应保证几何不清晰度小于总不清晰度的 10%。 (2) 透照电压：对于 160kV 以上的应用，应采用 220kV 管电压；对于低能的应用，应采用 90kV管电压。 X 射线管应是钨靶、铍窗、无预先滤波。 (3) 双丝像质计放置：双丝像质计应与激光束扫描方向成约 5˚。 (4) 基本空间分辨力 SR 为测得不清晰度值的 1/2。 如果采用楔型线对卡测量，则楔型线对卡应在与激光扫描线平行与垂直两个方向测量，当楔型线对卡应在与激光扫描线成 45˚放置时，读数应除以。 读数方法分为两种情况： 第一种情况：以线对可区分到不可分之间的位置确定； 第二种情况：以线条减少一条或多条的位置确定 读数的单位均为 Lp/mm，基本空间分辨力 SR 为测得线对值的 1/2。 CR 系统规格化信噪比 SNRN 的鉴定试验 IP 板和光电倍增器在长期使用中，其性能可能会降低，以致影响整个系统的性能。 因此，应定期 (例如，每年 )核查 SNRN。 (1) IP 板与暗盒：采用典型的 IP 板暗盒，暗盒中是否使用增感屏决定于透照管电压。 (2) 焦距：焦距应不小于 1m，在暗盒后面至少 1m 内无任何物体 (包括铅板 )。 (3) 透照电压：对于采用 220kV 管电压透照时， IP 板与铅前、后增感屏一起放入暗盒，增感屏的厚度均为。 X 射线管应是钨靶，并用 8mm 的铜滤波；对于低能的应 用，应采用 90kV 管电压， IP 板暗盒中不使用铅增感屏。 X 射线管应采用 厚度的铝滤波。 (4) 曝光量：曝光量应保证，在最低增益时成像板系统读出强度可达到其最大可能读出强度的90%。 (5) 测量要求： SNR 测量，应在成像板系统可达到的最大读出强度的 90177。 5%处测量。 测量结果按下式计算 (测量过程，各符号意义可参阅文献 [7]～ [10])： 100,PSLmeasN ISNR  (6) SNR 值应不低于初始值的 90%。 如果系统的不清晰度未增加，允许 SNR 值超过初始值。 扫描器性能的稳定性鉴定试验 14 几何畸变鉴定试验 几何畸变鉴定试验用于核查扫描器的输送系统，在输送 IP 板的过程中是否会使 IP 板发生倾斜、扭转等，导致图像的几何畸变，产生空间非线性。 测量采用高密度材料制做的线性刻度尺，其最小刻度至少为毫米 (mm)。 测定试验时，应用 2个线性刻度尺放在 IP 暗盒上，一个平行于扫描方向，一个垂直于扫描方向。 透照后，从读出的图像评定扫描的空间线性。 ASTM E2445()标准要求扫描的空间非线性不大于 5%，在欧洲标准 EN14784－ 1(分类标准 )中要求扫描的空间非线性不大于该 IP 板尺寸的 2%。 激光束功能鉴定试验 激光束功能鉴定试验用于核查激光束扫描线的规整性、激光束移动平稳性、激光束信号强度和聚焦的变化。 当性能降低时，一个可能的后果是图像上出现阶梯状图像。 测量采用黄铜材料制做的“ T 靶”进行。 T 靶为一 T 字母形黄铜或铜板块，其厚度为 ，宽度为 5mm， T 形尺寸应不小于 50 70mm，其边缘应直且锐利。 测量时将其放在 IP 暗盒上， T 形的一边应平行于扫描线，另一边应垂直于扫描 线。 透照后，从读出的图像评定 (并可用于测定 CR 系统的 MTF)。 从得到图像的边界评定激光束功能，边界的图像应直且连续。 在计算机屏幕上观察图像扫描线时，应采用 10 或更大的放大倍数。 由于数字化，直边界图像的“阶梯状 (stair step)”是正常的情况。 模糊或闪烁鉴定试验 模糊或闪烁鉴定试验用于核查光探测器的饱和性和从高光强度到低光强度转换的性能。 试验采用 T 靶进行二次透照，比较二次的图像进行评定。 一次是用低曝光量透照、高增益读出图像，另一次是用高曝光量透照、低增益读出图像。 对具有高密度对比度区，图像不应出现光晕情况或拖尾情况。 侧滑鉴定试验 侧滑鉴定试验用于核查由于在扫描器中 IP 板的滑动或扫描和读数系统的任何不均匀性，由此将造成对均匀曝光区读数线强度的不同。 试验采用厚度为 的铝板条，要求不同扫描线的强度偏差应不超过在这些线中之一测定的噪声强度。 阴影鉴定试验 阴影鉴定试验用于核查激光束强度在扫描 IP 板宽度方向的均匀性，同时也核查光导和光电倍增器组件部分安装的正确性。 一种用于核查阴影质量的指示器是，在有机玻璃 板上制做的三个孔。 孔的直径为 19mm，深度为。 三个孔分布在平行扫描 (宽度 )方向的同一直线上，二孔相互距离至少为 10cm。 图像读出后，在计算机上测量孔的 像 素灰度值。 外侧孔的 像 素灰度值与中心孔的 像 素灰度值之差，当透照的焦距为不小于 1m 时，应不超过中心孔 像 素灰度值的177。 15%；当透照的焦距为大于 5m时，应不超过中心孔 像 素灰度值的177。 10%。 IP 板性能的稳定性鉴定试验 IP 板性能的稳定性鉴定试验主要是擦除性能、人为缺陷，此外还可以涉及 IP 板的图像衰退性能。 擦除性能要 求残留的图像强度应小于转换为线性化强度 (灰度 )图像最大强度的 1%。 应依据这个要求，确定擦除设备和擦除时间。 对直接与无防护铅屏接触的 IP 板应特别注意和鉴定人为缺陷。 当无 CR 系统的数据或超出推荐的温度条件下使用 CR 系统时，应进行 IP 板图像衰退鉴定试验。 在希望的曝光与扫描时间间隔内， IP 板图像衰退程度应小于 50%。 关于 CR 技术的部分试验情况 15 为了掌握 CR 技术在工业射线检测中应用的性能，特别是与胶片射线照相检验技术比较对缺陷的检验能力，以期能对 CR 技术的工业应用给出一个比较明 确的认识和应用范围的界定，近几年我们先后进行了三次不同 CR 系统性能的试验。 试验的主要内容是胶片射线照相检验技术与 CR 技术下列方面的对比试验： (1) 像质计灵敏度对比试验； (2) 人工缺陷检验能力对比试验； (3) 自然缺陷检验能力对比试验。 人工缺陷主要设计为模拟气孔缺陷和模拟裂纹缺陷，自然缺陷包括：常见的熔化焊缺陷和常见的铸造缺陷。 从试验的结果，可以形成下面的初步看法： (1) 从一般的角度，目前 CR 系统对缺陷的检验能力，还不能达到胶片射线照相技术系统的能力，特 别是对细小的裂纹缺陷。 产生这种情况的主要原因是 CR 系统的空间分辨力远低于胶片射线照相技术系统。 (2) 当被检验工件的厚度较大时， CR 系统对缺陷的检验能力可以达到胶片射线照相技术系统的能力。 原因是，随着工件厚度加大，射线能量。