ASM E規(guī)范中像質(zhì)計的使用要點研究

王國棟 宋 宇 紀(jì)學(xué)良 張青松 褚洪俊

（1.山東凱斯達(dá)機械制造有限公司 濟寧 272000）

（2.濟寧市機械設(shè)計研究院有限公司 濟寧 272000）

（3.濟寧市特種設(shè)備檢驗研究院 濟寧 272000）

（4.鄒城市住房和城鄉(xiāng)建設(shè)局 濟寧 273500）

像質(zhì)計（Image Quality Indicator，簡稱IQI）又稱像質(zhì)計指示器，是檢查和定量評價射線底片影像質(zhì)量的重要工具，是承壓設(shè)備制造中質(zhì)量檢測的重要標(biāo)尺，根據(jù)其結(jié)構(gòu)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(biāo)準(zhǔn)均采用線型像質(zhì)計，除此之外，美國同時也采用平板孔型像質(zhì)計，中、英、法還采用階梯孔型像質(zhì)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(zhì)計[1]。本文著重介紹像質(zhì)計在ASME規(guī)范[2]中的使用，與在國內(nèi)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范中使用的不同點。

1 ASME常用像質(zhì)計的種類及材料

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

1.1 線型像質(zhì)計

ASME采用的是R10系列等比數(shù)列像質(zhì)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(zhì)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(zhì)計通用規(guī)范》采用的也是R10系列等比數(shù)列像質(zhì)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(guī)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(zhì)計線號、組號和線徑

1.2 平板孔型像質(zhì)計

ASME、ASTM、MIL標(biāo)準(zhǔn)都可以使用平板孔型像質(zhì)計。它是在均勻厚度的平板上鉆一定尺寸小孔的像質(zhì)計。其外形有矩形和圓形2種，其中圓形像質(zhì)計主要用于檢測厚度大的工件[5]。平板孔型像質(zhì)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(zhì)計的等效像質(zhì)計靈敏度EPS相同或更小，就可用稍厚的像質(zhì)計或者稍薄的像質(zhì)計代用。EPS也可以比較不同透照厚度下，不同像質(zhì)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(zhì)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(zhì)計材料

ASME規(guī)范將材料按照其射線吸收系數(shù)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(tǒng)是建立在用管電壓180 kV、19 mm厚的試樣的實驗基礎(chǔ)上，適用管電壓在125 kV以上。ASME規(guī)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(zhì)計。

表3 ASME不同材料的像質(zhì)計適用的材料范圍

在NB／T 47013—2015《承壓設(shè)備無損檢測》中，將像質(zhì)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(zhì)計適用的材料范圍

2 像質(zhì)計的選擇及布置

2.1 像質(zhì)計的選擇

對于有余高焊縫，像質(zhì)計的選擇要依據(jù)單壁厚度加焊縫兩面估計的余高。估計的余高須根據(jù)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(guī)范要求。無余高焊縫像質(zhì)計選擇僅依據(jù)名義厚度，不考慮墊板和襯環(huán)的厚度，見表5。需要特別注意的是，雙壁透照時，選擇依據(jù)仍是單壁厚度。NB／T 47013—2015則要考慮技術(shù)等級、放置位置以及透照方式等因素選擇像質(zhì)計，依據(jù)透照厚度而選擇像質(zhì)計靈敏度，都不用考慮余高。而ASME規(guī)范對像質(zhì)計靈敏度的要求，僅根據(jù)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(guī)范要求的靈敏度與AB級差別不大[6]。

表5 ASME像質(zhì)計的選擇

2.2 像質(zhì)計的擺放

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

線型像質(zhì)計擺放原則：線型像質(zhì)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(guān)注區(qū)域。如圖1和圖2所示，在評定區(qū)范圍內(nèi)所代表的厚度處應(yīng)識別要求的線號。如果工件表面形狀允許的話，標(biāo)識的數(shù)字及鉛字F不應(yīng)放置在要被檢測的區(qū)域。

圖1 像質(zhì)計橫穿軸線

圖2 要求識別線位置

孔型像質(zhì)計擺放原則：像質(zhì)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(biāo)識的數(shù)字及鉛字F不應(yīng)放置在要被檢測的區(qū)域。

與NB／T 47013—2015相比，ASME規(guī)范對像質(zhì)計放在源側(cè)的要求更嚴(yán)格一些。雙壁雙影也要求像質(zhì)計放在源側(cè)，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(xì)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(zhì)計放在射線源側(cè)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(yīng)大小的缺陷也能顯示出來。反之，像質(zhì)計放在膠片側(cè)，雖然在底片上像質(zhì)計要求識別的線顯示出來了，但不能說明在工件中相應(yīng)大小的缺陷都能反映出來。在擺放像質(zhì)計時，NB／T 47013—2015關(guān)于射線透照區(qū)內(nèi)放置在靈敏度較低部位的要求，比ASME規(guī)范更具體一些，如要求細(xì)絲朝外等。

2.3 像質(zhì)計的數(shù)量

當(dāng)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(yīng)顯示至少有1個像質(zhì)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(yīng)至少采用3個像質(zhì)計，彼此相隔120°放置。當(dāng)環(huán)縫和縱縫的交界處，縱縫同時和環(huán)縫進行射線照相時，另外一個像質(zhì)計應(yīng)被放置在該段環(huán)縫遠(yuǎn)離與被檢環(huán)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(yīng)至少采用3個像質(zhì)計，其中1個應(yīng)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(dāng)這一段圓周超過240°，2.3章節(jié)1）條所提要求應(yīng)該被滿足。每張底片上至少應(yīng)顯示1個像質(zhì)計的圖像，否則可能要另加膠片定位以得到必要的像質(zhì)計間距。

2.4 像質(zhì)計與黑度評價

如果用放置1個以上的像質(zhì)計來滿足底片黑度的要求，那么應(yīng)該有1個像質(zhì)計來表示最亮的檢測區(qū)域，而另一個來表示最暗的檢測區(qū)域，介于其間的照相射線的黑度應(yīng)被認(rèn)為是合格的。ASME規(guī)范要求以孔型像質(zhì)計本體黑度或線型像質(zhì)計相應(yīng)編號線的鄰近區(qū)域的黑度為基準(zhǔn)，被檢區(qū)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(zhì)計本體黑度，或母材和焊縫處線型像質(zhì)計相應(yīng)編號線的鄰近區(qū)域的黑度，均可以作為基準(zhǔn)。底片的任一處黑度滿足任意一處基準(zhǔn)（母材和焊縫處）的黑度變化要求，即認(rèn)為該片黑度合格。當(dāng)墊片和孔型像質(zhì)計一起使用時，像質(zhì)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(jié)論

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

2）ASME規(guī)范中像質(zhì)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(zhì)計，選擇方法更加靈活。2021版規(guī)定，也可以用更細(xì)的線來代替應(yīng)該達(dá)到的那根線。國標(biāo)的像質(zhì)計也可用于ASME規(guī)范，像質(zhì)計的材料要符合ASME的要求且滿足該線徑不大于ASME規(guī)范要求的線徑。

3）對于像質(zhì)計靈敏度，ASME規(guī)范要求較松，但對于像質(zhì)計放置在源側(cè)的要求較嚴(yán)。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(xì)，或者散射比很大，都會造成像質(zhì)計放置在源側(cè)與放置在膠片側(cè)的靈敏度差異比較大。在擺放像質(zhì)計時，NB／T 47013—2015關(guān)于射線透照區(qū)內(nèi)顯示靈敏度較低部位的要求，比ASME規(guī)范更具體一些。如線型像質(zhì)計應(yīng)放在焊接接頭的一端（在被檢區(qū)長度的1／4左右位置），且細(xì)絲朝外。當(dāng)一張膠片同時透照多條焊接接頭時，像質(zhì)計放置在透照區(qū)最邊緣的焊縫處。在實際檢測中，這些也可參照執(zhí)行，按照最不利原則，靈敏度低部位如果像質(zhì)計顯示合格的話，則認(rèn)為整體的靈敏度是合格的。