ASM E規范中像質計的使用要點研究

王國棟 宋 宇 紀學良 張青松 褚洪俊

（1.山東凱斯達機械制造有限公司 濟寧 272000）

（2.濟寧市機械設計研究院有限公司 濟寧 272000）

（3.濟寧市特種設備檢驗研究院 濟寧 272000）

（4.鄒城市住房和城鄉建設局 濟寧 273500）

像質計（Image Quality Indicator，簡稱IQI）又稱像質計指示器，是檢查和定量評價射線底片影像質量的重要工具，是承壓設備制造中質量檢測的重要標尺，根據其結構不同，分為線型、孔型和槽型3種，其中孔型又分為階梯孔型和平板孔型。中、美、英、德、日及國際標準均采用線型像質計，除此之外，美國同時也采用平板孔型像質計，中、英、法還采用階梯孔型像質計。此外，還有一種用來測量射線照相不清晰度的雙線型像質計[1]。本文著重介紹像質計在ASME規范[2]中的使用，與在國內相關標準規范中使用的不同點。

1 ASME常用像質計的種類及材料

ASME規范中既可以用線型像質計，也可用平板孔型像質計。需要注意的是，如果采用的像質計類型不同，即使照相方法相同，一般所得的像質計靈敏度也不相同。

1.1 線型像質計

ASME采用的是R10系列等比數列像質計，相鄰金屬線的直徑比約為1.25。按照金屬線的直徑變化，將線型像質計分為4組，見表1，即A1～6、B6～11、C11～16、D16～21，共21種線徑，其中1號線徑最小，線徑隨線號增大而增大。JB／T 7902—2015《無損檢測 線型像質計通用規范》采用的也是R10系列等比數列像質計，19種線徑分為1～7、6～12、10～16、13～19等4組，線中心間距≥線徑的3倍，只允許有正偏差，就是為了降低不同線之間相互干擾的不清晰度[3]。需要注意的是，與ASME規范相反，其1號線徑最大，線徑隨線號增大而減小[4]。

表1 ASME線型像質計線號、組號和線徑

1.2 平板孔型像質計

ASME、ASTM、MIL標準都可以使用平板孔型像質計。它是在均勻厚度的平板上鉆一定尺寸小孔的像質計。其外形有矩形和圓形2種，其中圓形像質計主要用于檢測厚度大的工件[5]。平板孔型像質計的靈敏度用“厚度-孔徑”表示，厚度T分為1%、2%、4%共3種，孔徑分為1T、2T、4T共3種，見表2，組合起來有9個靈敏度級別。在實際檢測中，通常采用1-1T、1-2T、2-1T、2-2T、2-4T等5個靈敏度級別。平板孔型像質計的等效像質計靈敏度EPS相同或更小，就可用稍厚的像質計或者稍薄的像質計代用。EPS也可以比較不同透照厚度下，不同像質計顯示靈敏度的高低，其計算方法見式（1)。

表2 平板孔型像質計的靈敏度級別及其EPS

式中：

EPS——等效IQI靈敏度，%；

X——被檢材料截面厚度，mm；

T——IQI厚度，mm；

h——IQI孔徑，mm。

1.3 像質計材料

ASME規范將材料按照其射線吸收系數不同分為8類，03、02、01類為輕金屬，1～5類為重金屬，見表3。這種分類系統是建立在用管電壓180 kV、19 mm厚的試樣的實驗基礎上，適用管電壓在125 kV以上。ASME規范可使用比被透照材料射線吸收性能低的合金材料制作的像質計。

表3 ASME不同材料的像質計適用的材料范圍

在NB／T 47013—2015《承壓設備無損檢測》中，將像質計材料僅分為5組，見表4。

表4 NB/T 47013—2015中不同材料的像質計適用的材料范圍

2 像質計的選擇及布置

2.1 像質計的選擇

對于有余高焊縫，像質計的選擇要依據單壁厚度加焊縫兩面估計的余高。估計的余高須根據焊縫實際情況估算，這個估計的余高須具有實際焊縫的代表性，且該余高滿足規范要求。無余高焊縫像質計選擇僅依據名義厚度，不考慮墊板和襯環的厚度，見表5。需要特別注意的是，雙壁透照時，選擇依據仍是單壁厚度。NB／T 47013—2015則要考慮技術等級、放置位置以及透照方式等因素選擇像質計，依據透照厚度而選擇像質計靈敏度，都不用考慮余高。而ASME規范對像質計靈敏度的要求，僅根據其放置位置不同而不同，所要求的靈敏度要比NB／T 47013—2015中AB級要低一些。但在雙壁透照時，ASME規范要求的靈敏度與AB級差別不大[6]。

表5 ASME像質計的選擇

2.2 像質計的擺放

像質計應被放置在被檢工件的放射源一側，除非因為手無法伸入而無法把像質計放在射線源側，才能放置在膠片一側。放置在膠片一側應和被檢工件貼合，同時在像質計的旁邊或上面放置一個鉛字F，但在使用孔型像質計時，這個F不能遮蔽所指定的那個孔。

線型像質計擺放原則：線型像質計必須橫向于焊縫的軸線。要求識別的線必須處在決定線徑大小的工件厚度的關注區域。如圖1和圖2所示，在評定區范圍內所代表的厚度處應識別要求的線號。如果工件表面形狀允許的話，標識的數字及鉛字F不應放置在要被檢測的區域。

圖1 像質計橫穿軸線

圖2 要求識別線位置

孔型像質計擺放原則：像質計可以被放置在焊縫旁邊或上面。如果工件表面形狀允許的話，標識的數字及鉛字F不應放置在要被檢測的區域。

與NB／T 47013—2015相比，ASME規范對像質計放在源側的要求更嚴格一些。雙壁雙影也要求像質計放在源側，因受透照幾何條件不同對幾何不清晰度的影響、透照幾何條件不同對細金屬線（孔）影像對比度的影響、散射線的影響及幾何放大的影響，所以像質計放在射線源側可以反映透照真實靈敏度。越靠近膠片半影就越小，成像越清楚。如果放在上面能顯示出來，說明靠近工件上表面相應大小的缺陷也能顯示出來。反之，像質計放在膠片側，雖然在底片上像質計要求識別的線顯示出來了，但不能說明在工件中相應大小的缺陷都能反映出來。在擺放像質計時，NB／T 47013—2015關于射線透照區內放置在靈敏度較低部位的要求，比ASME規范更具體一些，如要求細絲朝外等。

2.3 像質計的數量

當工件上放置了1個或1個以上的暗盒并同時曝光，每個底片上應顯示至少有1個像質計，除了以下2種情況：

1）對于圓筒型容器，射線源位于工件的軸線上，1個或多個暗盒同時使用，對整個圓周采用一次曝光進行射線照相時，應至少采用3個像質計，彼此相隔120°放置。當環縫和縱縫的交界處，縱縫同時和環縫進行射線照相時，另外一個像質計應被放置在該段環縫遠離與被檢環縫交接的每條縱縫上；

2）對于圓筒型容器，射線源位于工件的軸線上，4個以上暗盒同時使用，對部分圓周采用一次曝光進行射線照相時，應至少采用3個像質計，其中1個應放置在這一段圓周的大約中心位置，另外在兩端各放置1個。當這一段圓周超過240°，2.3章節1）條所提要求應該被滿足。每張底片上至少應顯示1個像質計的圖像，否則可能要另加膠片定位以得到必要的像質計間距。

2.4 像質計與黑度評價

如果用放置1個以上的像質計來滿足底片黑度的要求，那么應該有1個像質計來表示最亮的檢測區域，而另一個來表示最暗的檢測區域，介于其間的照相射線的黑度應被認為是合格的。ASME規范要求以孔型像質計本體黑度或線型像質計相應編號線的鄰近區域的黑度為基準，被檢區的任一處黑度變化與它們相比不能超過-15%或者+30%。但在實際檢測中，母材和焊縫處的孔型像質計本體黑度，或母材和焊縫處線型像質計相應編號線的鄰近區域的黑度，均可以作為基準。底片的任一處黑度滿足任意一處基準（母材和焊縫處）的黑度變化要求，即認為該片黑度合格。當墊片和孔型像質計一起使用時，像質計靈敏度滿足的情況下，黑度變化可以超出+30%限制，且最小黑度要求的絕對值就不受限制，但是黑度變化不能超出-15%。

3 結論

1）在實際檢測中，與線型像質計相比，孔型像質計受透照方向影響較大，當射線入射角比較大時，孔的影像無法識別；孔型像質計對檢測工藝要求更高，當環縫透照時，孔型像質計容易接觸不實。因此，目前還是普遍使用線型像質計。

2）ASME規范中像質計的可選擇材料較多，可使用比被透照材料射線吸收性能低的合金材料制作的像質計，選擇方法更加靈活。2021版規定，也可以用更細的線來代替應該達到的那根線。國標的像質計也可用于ASME規范，像質計的材料要符合ASME的要求且滿足該線徑不大于ASME規范要求的線徑。

3）對于像質計靈敏度，ASME規范要求較松，但對于像質計放置在源側的要求較嚴。這樣是考慮如果源的尺寸很大，或者焦距很小，或者工件表面到膠片距離很大，或者需要識別的線徑很細，或者散射比很大，都會造成像質計放置在源側與放置在膠片側的靈敏度差異比較大。在擺放像質計時，NB／T 47013—2015關于射線透照區內顯示靈敏度較低部位的要求，比ASME規范更具體一些。如線型像質計應放在焊接接頭的一端（在被檢區長度的1／4左右位置），且細絲朝外。當一張膠片同時透照多條焊接接頭時，像質計放置在透照區最邊緣的焊縫處。在實際檢測中，這些也可參照執行，按照最不利原則，靈敏度低部位如果像質計顯示合格的話，則認為整體的靈敏度是合格的。