雙膠片技術在壓力管道定期檢驗中的運用

鐘智川

（江西省鍋爐壓力容器檢驗檢測研究院南昌分院，江西 南昌 330000）

0 引言

在TSG D7005-2019《壓力管道定期檢驗規則-工業管道》（以下簡稱《定檢規》），要求對首次檢驗的GC2、GC3管道應具有一定的埋藏缺陷檢測比例，且規定了埋藏缺陷檢測的方法為超聲檢測或者射線檢測。射線檢測由于其具有顯示直觀、檢測結果能夠永久保存等特點，成為壓力管道定期檢驗中埋藏缺陷檢測最主要的方法[1]。根據《定檢規》的要求，對所抽查的焊接接頭應優先從重點部位選定，因此，可能存在大量不等厚的對接焊接接頭或厚壁對接接頭需要射線檢測。在用管道的焊接接頭由于無法進入管道內部，只能采用源在外的雙壁透照方式，檢測時，存在檢測效率低、拍片難度大、廢片率高等缺點，筆者通過檢驗實踐，發現通過雙膠片技術，可以快速高效地對該類對接接頭進行檢測，效果良好。

1 雙膠片檢測的技術優勢

當所檢測部位兩側存在較大的厚度差時，由于厚的一側對射線的吸收和散射均大于薄側，因此透射過厚側的射線強度較薄的一側將會弱很多。如果此時對其進行射線透照，在同等的曝光量的前提下，將發生厚側黑度低，薄側黑度高的現象。而根據NB/T47013《承壓設備無損檢測》的規定，不同檢測技術等級的底片黑度值均應控制在一定的范圍，如對于AB 級檢測，單膠片透照時，其黑度控制在2.0～4.5[2]。如果超過這個黑度范圍，除特別規定外，底片均應判作廢片，這將造成極大的浪費。而對于大壁厚焊接接頭，往往要求透照時間特別長，或者通過高參數的射源進行檢測，才可以到標準要求的黑度值。對于這類焊縫的檢測必須采用雙膠片技術，才能保證焊縫兩側黑度均滿足標準的要求。

研究已經過驗證檢驗實例，對于該技術在壓力管道定期檢驗中的推廣使用具有重要意義，因此，在對過往經驗總結分析的過程中，可以發現雙膠片技術在石油煉化公司的承壓設備的角焊縫中得到了廣泛運用，石化企業的承壓設備的其壓力參數高、介質復雜，經常由于泄露等原因而給企業造成極大的損失。例如，在大量的承壓設備中，不可避免地會遇到板-板角焊縫（見圖1）和搭接焊縫（見圖2）。在這兩類焊縫中，由于透照厚度比變化往往較常規的厚度比要大。在NB/T47013《承壓設備無損檢測》標準中，對射線透照的K值進行了規定，標準控制K值的目的有兩個，一是為了盡可能地減少透射線強度在有效透照場內，使底片黑度變化不大；二是使射線檢出率盡可能高。實測得知，射線束中心所對焊縫橫截面兩側厚度比H2/H1（H1為缺陷處射線最小穿透厚度，H2為缺陷處最大穿透厚度，下同）為1.6～1.9，遠大于NB/T47013 標準中的要求。在實踐檢測過程中，對底片的黑度進行測量，焊縫部分的黑度在0.5～3.5 變化，黑度值小于2.0 往往導致缺陷難以識別，甚至無法評定，因此較大的透照厚度比是角焊縫雙膠片直接透照法難以實施的一個重要原因。

圖1 板-板角焊縫

圖2 搭接焊縫

2 雙膠片技術的實施

雙膠片技術是將2 張膠片同時放在同一個暗袋中，膠片中間使用增感屏的射線檢測技術。暗袋中所放置的2 張膠片，根據其感光速度的不同，可以有不同的選擇：如果兩張膠片的感光速度相同，則稱之為同速雙膠片法；如果其感光速度不同，則稱之為異速雙膠片法。

為了減少雙膠片技術的厚度變化差，常采用厚度補償法以減少因為透照厚度變化帶來的黑度差異。根據透照厚度的不同，補償方法也有區別，如焊縫高度高的，需要采用全補償法（圖3），焊縫高度一般的，可以采用局部補償法。采用補償后，在一定程度上可以緩解由于厚度差異大而造成的黑度差，因此，在工程實踐中經常使用。

圖3 上表面全補償法透照示意圖

根據工程實踐，雙膠片技術主要運用在截面突變或者厚度差異較大部位的射線檢測，比如余高較高的薄板對接焊縫、小徑管環向焊接接頭和壓力容器封頭厚度與筒體厚度差較大的情況。綜上所述，該類型的檢驗工件，往往透照的厚度比較大，在標準規定的評定區域內，其黑度差值可能會超出標準的規定值。此時，如果采用雙膠片射線檢測技術，在厚側采用雙膠片疊加的方式進行觀察，此時2 個膠片黑度疊加，將能達到標準規定的值，而對于薄側工件，采用單片觀察即可，這樣完美地解決了黑度差較大而導致的射線檢測靈敏度下降的問題[3]。

在NB/T47013.2-2015標準第5.16.1.2 條中對于雙膠片其黑度值的范圍作了規定，而且對于每張底片的黑度下限值也做了規定。如用于雙底片疊加評定的任何單底片的黑度應不低于1.3，雙膠片技術的黑度值應在2.7～4.5，而當疊加時黑度超過了4.5，也規定可以用單底片繼續評定。諸如此類規定，黑度要求實際上降低了很多，也就是說使用更少的曝光時間或曝光量就可以獲得滿足標準要求的黑度，可以提高檢測效率。

3 試驗過程

采用單底片觀察的時候，NB/T47013.2-2015 中放寬了對黑度限值的規定，即允許單底片的最小黑度值降至1.3。根據射線檢測理論，與底片的黑度值關系最密切的是曝光量，筆者為了獲得可靠的透照參數，開展了一系列對比試驗，即對于既定的工件（有較大厚度差，符合需要采用雙膠片透照技術條件的），分別采用雙膠片技術和單膠片技術進行透照，單膠片黑度范圍1.3～4.5 的要求來計算透照時間，雙膠片檢測技術按照單片最低黑度1.5 的要求計算透照時間。

為了增加2 種工藝的可對比性，本次試驗將底片黑度、靈敏度及所需要的曝光時間進行對比。試驗過程如下：采用“同速法”，即同一暗袋內的兩張膠片其感光速度完全相同，使用兩組鉛增感屏，增感屏和膠片的疊放順序：增感屏－膠片－增感屏－增感屏－膠片－增感屏[4]。在整個試驗過程中，針對的是同一個焊縫工件，其他檢測參數諸如膠片類型，射線源，焦距，暗室處理條件等完全一致，根據管徑的大小不同，按NB/T47013 的要求采取雙壁單影或者雙壁雙影進行透照，由于本次檢測中，透照厚度比不大，在標準規定的范圍內，因此本次檢測未做補償，透照的示意圖如圖4 所示。

圖4 透照布置圖

單膠片透照時按照黑度2.0 計算曝光時間，雙膠片透照時按照單張底片1.5 的黑度計算曝光時間，采用JB/T7902-2015 像質計。通過對5 組焊縫的透照，得到透照數據和結果如表1所示。

表1 透照試驗數據

4 測試結果分析

本次所用試件均是工程實踐中常見的大壁厚管子環向焊接接頭，一般X 射線機較難穿透此類工件，因此本次研究采用射線源進行檢測，選用的Ir192，活度50Ci，選用的膠片類型為AGFA D5（C4 類膠片）。從上述測試結果可以看出，采用雙膠片技術透照時，其像質計靈敏度普遍優于單膠片透照技術；其黑度范圍在NB/T47013.2-2015 標準規定的范圍內。在其他方面看，雙膠片透照技術，其單膠片的黑度完全符合黑度不低于1.5 的規定，而重疊觀察時，其黑度不高于4.5 的規定；而且兩者相互配合，其黑度值的調整范圍較大，這對于工程實踐中一些疑難問題提供了較大的操作空間。通過本次試驗研究，可以考慮進一步通過降低黑度值來減少曝光時間，進而提高工作效率。從曝光時間上看，雙膠片技術比單膠片技術節約了40%～50%。

當使用雙膠片技術透照時，大大地提高了效率：1）雙膠片技術黑度下限值低。通過上文可知，NB/T47013.2-2015 對雙膠片技術其黑度的下限值可以下降到1.3，這遠低于當膠片透照技術的2.0。根據射線透照理論，在其他參數保持布標的情況下，底片的黑度與其曝光量存在近似正比例的關系，因此黑度低其曝光量相應減少，而曝光量與時間成正比，因此，透照時間大幅下降。2）增感屏的影響。增感屏的作用在射線檢測曝光量一定的前提下，使膠片最大限度地對射線劑量進行吸收，其直接效果是使用較少的時間達到檢測所要求的黑度值。在使用雙膠片透照技術時，膠片中能夠對射線劑量進行吸收的藥膜厚度是單膠片的兩倍，在其他因素不變的前提下，雙膠片系統對射線的總吸收量也是單膠片的兩倍，因此時間縮短為原來的一半。

在本次試驗研究中，筆者選取的是管徑較小的工件，對于單個焊口而言，拍片時間縮短并不是很明顯，但是根據射線透照理論，射線強度與距離呈平方反比的關系，如果管徑比較大，此時焦距也較大，曝光時間將會呈幾十上百倍的速率增加，此時如果采用雙膠片透照技術，會大大減少拍片時間。

筆者在某工程檢測中，檢測的是電站鍋爐的鍋爐范圍內管道，很多焊口是φ273mm、φ330mm 的管道環向對接接頭，按照特種設備相關法規規范的要求，在定期檢驗時要對這些焊口進行無損檢測抽查，例如φ273mm×22mm 的主蒸汽管道焊接接頭。由于存在高空檢測，工件壁厚相對較大，且只能采用源在外單壁透照的方式，檢測時采用γ 源進行檢測，檢測前根據計算，如果采用活度為50Ci 的γ 源進行檢測，使用單膠片法，每個焊口透照5 次所需的檢測時間之和約為850min；而如果采用雙膠片法，節約的時間就非常明顯。在本次檢測活動中，共對132 道焊口采用了雙膠片透照技術，節約時間320h，具體見表2。

表2 透照試驗數據

5 結論

通過該文理論介紹和試驗研究以及工程實踐，可以得出以下結論：首先，在使用相同的照射參數達到NB/T47013.2-2015《承壓設備無損檢測》標準要求的底片質量的情況下，雙膠片檢測技術能節約40%～50%的曝光時間，該方法為大管徑大壁厚的壓力管道環向、不等厚對接焊接接頭提供了比較高效而可靠的檢驗方式。其次，兩張膠片處于完全相同的透照參數和暗室處理條件中，在底片評定時，可以減少因為底片表面劃傷而導致的膠片浪費。

為了提高雙膠片檢測技術的可靠性，筆者通過大量的工作實踐，提出如下建議：1）雙膠片檢測時，應使用同一個暗袋，最大限度地縮小兩張膠片的間隙，保證膠片上的影像相互重疊，這可以降低評片難度。2）對于雙膠片透照技術，雖然標準中規定單膠片的底片黑度下限值為1.3，根據經驗，在查閱曝光曲線時，可以按黑度值為1.5 來查閱，這樣暗室處理沖洗出的底片黑度尚有一定的浮動空間，這樣可以確保黑度符合標準要求。3）合理使用增感屏。實踐中可以使用1 副增感屏，也可以兩副，根據增感理論，使用兩副，增感屏的曝光時間可以相對減少，實踐中應根據透照工件的具體參數靈活選擇，如大厚度選擇兩副，中小厚度選擇一副等。