Как выбрать эталоны чувствительности

В радиографическом контроле есть факторы, которые могут ухудшить конечную нерезкость изображения: маленькое фокусное расстояние, экспозиция на высокочувствительную плёнку, использование флуоресцентных экранов, большая толщина объекта контроля. Чем меньше нерезкость, тем меньший дефект мы можем найти. Чтобы оценить нерезкость и определить достоверный размер выявляемого дефекта используются эталоны чувствительности.

Эталоны — неотъемлемая часть радиографического контроля. Но есть ситуации, когда эталоны использовать не получится. Вот что написано на этот счёт в ГОСТ 7512-82: «При невозможности установки эталонов чувствительности ... порядок проведения контроля без установки эталонов чувствительности … должен быть предусмотрен в технической документации на контроль или приемку сварных соединений».

Есть два документа, регламентирующих работу с эталонами. Это отечественный ГОСТ 7512-82 и адаптированный зарубежный ГОСТ ИСО 17636-1–2017. Каждый из них определяет свой тип эталонов, их маркировку и расположение относительно сварного шва. Мы рассмотрим эти параметры на основе обоих ГОСТов.

Данила Ксенофонтов,
технический специалист

1. Типы и маркировка эталонов

Эталоны изготавливаются из металла или сплава, основа которого по химическому составу аналогична основе контролируемого сварного соединения. В основном эталоны делаются из нержавейки, чтобы они не теряли со временем своих свойств. Для специализированных задач возможно изготовление эталонов из других материалов.

1.1. Эталоны по ГОСТ 7512-82

Для определения чувствительности ГОСТ 7512-82 предписывает использовать три типа эталонов: канавочные, проволочные или пластинчатые. На рентгеновском снимке чувствительность должна соответствовать одному из трёх классов чувствительности: 1, 2, 3. Перечисление идёт от лучшего к худшему — по убывающей.

Материал эталона обозначается цифрой. Так сплавы на основе железа обозначаются цифрой 1, алюминий и магний — 2, титан — 3, медь — 4, никель — 5. Цифрой также обозначается размер эталона. Чем больше номер, тем больше размер эталона, и тем больше размер элементов эталона: канавки/проволоки/ступеньки. Первой цифрой обозначается материал, второй или двумя — размер.

Три типоразмера канавочного эталона: 1, 2 и 3.
Маркировка отверстиями помогает
при расшифровке снимков

Канавочные эталоны

Канавочный эталон чувствительности — это пластина с шестью канавками одинаковой ширины и разной глубины. Всего у канавочных эталонов есть три типоразмера: 1,2 и 3.

Глубина каждой из 6 канавок соответствует значению h, прописанному в ГОСТ 7512-82. Чем больше глубина канавки, тем проще её разглядеть на рентгеновском снимке. Чем меньший элемент эталона мы видим, тем выше чувствительность контроля.

Градация углублений канавочного эталона

Согласно ГОСТ 7512-82 каждый канавочный эталон должен маркироваться. Всего выделяется три типа маркировки. Первый тип — маркировка свинцовыми знаками в части, где нет канавок. Первая цифра обозначает материал, вторая — размер. Этот тип маркировки актуален для эталонов, у которых нет отверстий.

Эталоны без отверстий можно различить при помощи маркировочных знаков.
На снимке — фотомонтаж эталонов 2-го размера из титана и железа

Канавочные эталоны без маркировочных отверстий. Электрокарандашом нанесены заводские номера эталонов 

Второй тип — маркировка в соответствии с Таблицей 2 (Приложение 3), «Маркировка канавочных эталонов». Для маркировки используются отверстия одного размера, количество которых указывает на размер эталона. Для обозначения материала используются зарубки на торце эталона. Без зарубок — железо. Одна треугольная — алюминий и магний, две треугольных — титан, три — медь, одна прямоугольная — у никеля.

Третий тип — маркировка в соответствии с Таблицей 3 (Приложение 3), «Маркировка канавочных эталонов отверстиями». Размер эталона определяется шириной самого эталона и размером отверстия. Материал определяется количеством отверстий. Титан — одно отверстие, железо — два отверстия, никель — три отверстия, медь — 4 отверстия.

Маркировка в соответствии с Таблицей 2 ГОСТ 7512-82. Скачать плакат

Маркировка в соответствии с Таблицей 3 ГОСТ 7512-82. Скачать плакат

Проволочные эталоны

Проволочные эталоны — это семь проволок определённых длин и диаметров, упакованных в гибкий прозрачный пластиковый чехол. Всего у проволочных эталонов есть четыре типоразмера: с первого по четвёртый. Материал и размер эталонов указывается маркировочным знаком, расположенным в верхнем кармане чехла.

Диаметр каждой из 7 проволок соответствует значению d, прописанному в ГОСТ 7512-82. Чем меньше диаметр проволоки, тем сложнее её разглядеть на рентгеновском снимке. Соответственно, чем больше вы видите проволок, тем выше чувствительность контроля.

Градация диаметров проволочного эталона

С точки зрения ГОСТ 7512-82 проволочные эталоны равнозначны канавочным. Но по факту у них разные степени выявляемости. Получить определённую чувствительность, используя проволочный эталон сложнее, так как увидеть проволоку сложнее, чем канавку. Соответственно при использовании проволочных эталонов качество снимка должно быть выше.

Трудозатрат на получение снимка более высокого качества будет больше: придётся увеличивать фокусное расстояние, переходить на более контрастную плёнку и отказываться от флуоресцентных экранов. Всё это приведёт к увеличению времени экспозиции.

Проволочный эталон подлежит замене при повреждении пластикового чехла или обнаружения коррозии на проволоках.

Проволочный эталон №12

Пластинчатый эталон

Пластинчатые эталоны

Пластинчатый эталон — это пластина с цилиндрическими отверстиями установленных форм и размеров. Пластинчатые эталоны по ГОСТ 7512-82 имеют два отверстия: малое и большое. Чувствительность контроля определяется по наименьшему отверстию, которое видно на снимке.

Форма пластинчатых эталонов. Большой буквой D обозначается
диаметр большого круга, малой d — диаметр малого круга

По зарубежным стандартам, в частности ASME и ASTM, пластинчатые эталоны имеют три отверстия: одно равное толщине эталона, второе — в два раза больше толщины и третье — в четыре раза больше толщины.

Пластинчатые эталоны по ГОСТ 7512-82 на практике почти не применяются ввиду универсальности канавочных и проволочных эталонов.

1.2. Эталоны по ГОСТ ИСО 17636-1–2017

ГОСТ ИСО 17636-1–2017 вводит понятие индикатор качества изображения — image quality indicator (IQI). По этому стандарту можно использовать проволочные и ступенчатые эталоны. У них другие маркировки и другие размеры, отличные от российских. С точки зрения ГОСТ ISO 17636-1–2017 проволочные эталоны равнозначны пластинчатым.

На рентгеновском снимке чувствительность должна соответствовать одному из двух классов контроля: A и B. Перечисление идёт от худшего к лучшему — по возрастающей. А — основной способ контроля, класс В — улучшенный. Но даже класс А более требовательный, чем 1-й класс чувствительности по ГОСТ 7512-82.

Материал и размер эталонов указывается цифробуквенным обозначением при помощи маркировочных знаков в верхней части пластикового чехла. Первое число указывает минимальный номер проволочки или отверстия в эталоне. Далее идут две буквы, указывающие на материал, например Fe — железо. Последние три буквы указывают на стандарт.

Проволочные эталоны

Диаметр каждой из 7 проволок соответствует значению d, прописанному в ISO 19232-1, на который ссылается ГОСТ ИСО 17636-1–2017. Чем меньше диаметр проволоки, тем сложнее её разглядеть на рентгеновском снимке. Соответственно, чем больше вы видите проволок, тем выше чувствительность контроля.

Градация диаметров проволочного эталона

Проволочные эталоны подлежат замене при обнаружения коррозии на проволоках или повреждении пластикового чехла.

Проволочный эталон из титана

Ступенчатый эталон A13 FE EN.
Маркировки ISO и EN идентичны

Ступенчатые эталоны 

Ступенчатый эталон — это пластина с шестью ступенями с цилиндрическими отверстиями. установленных форм и размеров. Чувствительность контроля определяется по наименьшему видимому отверстию или паре отверстий.

Схема ступенчатого эталона

Ступенчатые эталоны H5 FE EN и H9 FE EN

2. Как работать с эталонами

Оба ГОСТа предписывают размещать эталоны со стороны рентгеновского излучения. ГОСТ 7512-82 гласит: «Эталоны чувствительности следует устанавливать на контролируемом участке со стороны, обращенной к источнику излучения». Ему вторит ГОСТ ИСО 17636-1–2017: «IQI следует поместить на поверхность объекта контроля со стороны источника излучения...».

В ряде случаев разместить эталон со стороны источника излучения нецелесообразно. Во-первых, при контроле через две стенки эталон, расположенный со стороны аппарата, будет значительно увеличен и размыт на снимке.

Канавочный эталон увеличен и размыт из-за расположения со стороны источника излучения

Во-вторых, при панорамном контроле сложно разместить эталон внутри трубы. Кроулер позволяет отцентровать аппарат внутри трубы и доставить его за пару километров к месту контроля. Затруднительно проползти по трубе такое расстояние и закрепить эталон с внутренней стороны.

Универсальный способ — размещать эталон в кассете с плёнкой. Это допускают оба документа. ГОСТ ИСО 17636-1–2017: «Если IQI не могут быть помещены со стороны источника излучения, то их помещают со стороны пленки». ГОСТ 7512-82: «При невозможности установки эталонов со стороны источника ... допускается устанавливать эталоны чувствительности со стороны кассеты с пленкой».

При размещении эталонов вместе с плёнкой, за объектом контроля, можно подстраховаться. Для этого при проведении контроля надо увидеть на одну канавку/проволоку/ступеньку больше, чем требуется. Но всё это на усмотрение дефектоскописта, либо того, кто ставит перед ним задачу.

Кассета для рентгеновской плёнки
с карманами для эталонов

2.1. Работа с эталонами по ГОСТ 7512-82

Выбор размера эталона начинается с определения радиационной толщины. Она складывается из толщины объекта в направлении просвечивания, включая валик усиления. Далее по таблице ГОСТ 7512-82, исходя из просвечиваемой толщины и требуемого класса чувствительности определяем чувствительность контроля.

На эталоне должны присутствовать канавки/ проволочки/ отверстиями с размерами соответствующими чувствительности. К примеру, при контроле трубы с толщиной стенки 5 мм надо брать эталон №1 с размерами элементов от 0,10 до 0,60 мм. Если взять эталон № 3 с размерами элементов от 1,5 до 4 мм, то этот эталон не позволит определить нам класс качества изображения, т.к. полученные значения превышают нужные требования.

Снимок трубы диаметром 720 мм сделан с использованием канавочного эталона №11.

Канавочные эталоны

В зависимости от объекта контроля возможно два расположения канавочного эталона относительно сварного шва. Обычно эталон размещают на расстоянии не менее 5 мм от шва с направлением канавок поперек шва. А при контроле кольцевых швов трубопроводов с диаметром менее 100 мм допускается устанавливать эталон на расстоянии не менее 5 мм от шва с направлением канавок вдоль шва.

Чтобы определить чувствительность контроля мы должны выявить наименьшую глубину канавки на снимке. К примеру, просветим трубу с толщиной стенки 10 мм. На снимке мы увидим, к примеру, 6 канавок из 6. С помощью таблицы ГОСТ определим чувствительность контроля.

1. Мы знаем номер эталона, к примеру — 1. Берем самую маленькую канавку, которую видим — 6. Смотрим в таблицу размеров (таб.2) — она соответствует глубине канавки h6. Значение — 0,10.
2. Во второй таблице выбираем строку в соответствии с толщиной объекта контроля. 10 мм попадают в категорию со значениями свыше 9 до 12 мм включительно. Полученное значение чувствительности нашего изображения соответствует 1 классу чувствительности.

Порядок определения чувствительности
при работе с канавочными эталонами

Снимок трубы сделан с использованием проволочного эталона №12.

Проволочные эталоны

Чтобы определить чувствительность контроля мы должны выявить наименьшую проволоку на снимке. Для этого разместим эталон с направлением проволок поперек шва на трубе 720 диаметра. Толщина стенки та же самая — 10 мм. На снимке мы увидим, к примеру, 3 проволоки из 7. С помощью таблицы ГОСТ определим чувствительность контроля.

1. Мы знаем номер эталона, к примеру — 12 (первая цифра — материал, вторая — номер эталона). Берём самую маленькую проволоку, которую видим — 3. Смотрим в таблицу размеров (таб.2) — она соответствует глубине канавки d3. Значение — 0,25.
2. В таблице классов чувствительности (таб. 6) выбираем строку в соответствии с толщиной объекта контроля. 10 мм попадают в категорию со значениями свыше 9 до 12 мм включительно. Полученное значение чувствительности нашего изображения соответствует 2 классу чувствительности. Значение 0,25 относится ко второму классу чувствительности с порогом до 0,30, так как значения первого класса 0,20 уже превышены.

Порядок определения чувствительности
при работе с проволочными эталонами

Пластинчатые эталоны чувствительности редко используются. Найти реальный снимок нам не удалось,
поэтому для иллюстрации эталона №12 мы использовали Фотошоп

Пластинчатые эталоны

Пластинчатые эталоны размещаются вдоль шва на расстоянии не менее 5 мм от него или непосредственно на шов с направлением эталона поперек шва так, чтобы изображения маркировочных знаков эталона не накладывались на изображение шва на снимке.

Чтобы определить чувствительность контроля мы должны выявить наименьшее отверстие на снимке. Объект контроля тот же самый — труба диаметром 720 мм и толщиной стенки 10 мм.

1. Мы знаем номер эталона, к примеру — 12 (первая цифра — материал, вторая — номер эталона). Допустим, что мы видим оба отверстия. В таблице размеров смотрим размер маленького отверстия для данного эталона — 0,2.
2. В таблице классов чувствительности (таб. 6) выбираем строку в соответствии с толщиной объекта контроля. 10 мм попадают в категорию со значениями свыше 9 до 12 мм включительно. Полученное значение чувствительности нашего изображения соответствует 1 классу чувствительности.

Порядок определения чувствительности
при работе с пластинчатыми эталонами

2.2. Работа с эталонами по ГОСТ ИСО 17636-1–2017

Выбор размера эталона зависит от номинальной толщины в случае контроля через 1 стенку или просвечиваемой толщины в случае контроля через 2 стенки. Она складывается из толщины объекта в направлении просвечивания, включая валик усиления. Далее в приложении В выбираем таблицу, соответствующую схеме контроля, типу эталона, его положению и классу качества. Далее по таблице определяем номер проволочки или отверстия. Выбираем IQI содержащий проволочку или отверстие с таким номером.

Снимок с проволочным эталоном 10 FE EN. Маркировки ISO и EN идентичны

Проволочные эталоны

При использовании IQI проволочного типа проволочки должны располагаться перпендикулярно сварному шву. При этом не менее 10 мм длины проволочки должны быть видимы на участке с равномерной оптической плотностью, которая обычно бывает на основном металле, прилегающем к сварному шву.

1. Дадим условия контроля. Объект — труба диаметром 720 мм и толщиной стенки 10 мм. При контроле через две стенки просвечиваемая толщина будет в два раза больше, то есть 20 мм. Плюс 1 мм на валик усиления. Класс качества — А. Эталон размещён со стороны плёнки. Экспозиция проводилась через две стенки.
2. Смотрим в таблицу В.9. Для данной толщины требуется выявить проволочку номер W 12. Мы знаем номер эталона — W 10. Мы видим 6 проволочек из 7. Значит чувствительность контроля получилась W 15. Мы видим проволочку W 12, значит это лучше, чем требуемая чувствительность.

Таблица В9. Порядок определения чувствительности при работе
с проволочными эталонами

Эталоны с маркировкой ISO и EN аналогичны

Ступенчатые эталоны

При использовании IQI ступенчатого с отверстиями, он должен располагаться таким образом, чтобы отверстие требуемого размера располагались максимально близко к сварному шву. В случае использования IQI ступенчатого с отверстиями типа, если имеется два отверстия с одинаковыми диаметрами, оба должны быть различимы, для того чтобы ступенька считалась видимой.

Смотрим в таблицу В.10. Для данной толщины требуется выявить отверстие номер H 7. Мы знаем номер эталона — H 6. Мы видим 4 ступеньки с отверстиями из 6. Значит чувствительность контроля получилась H 8. Мы не видим отверстия на ступеньке H 7, следовательно, мы не добились нужного качества. Придётся использовать тот же самый эталон, но с другими параметрами экспозиции.

1. Приведём условия контроля. Объект — труба диаметром 720 и толщиной стенки 10 мм. Класс качества — А. Эталон расположен со стороны плёнки. Контроль проводился через две стенки.
2. Смотрим в таблицу В.10. Для данной толщины требуется выявить отверстие номер H 7. Мы знаем номер эталона — H 6. Мы видим 4 ступеньки с отверстиями из 6. Значит чувствительность контроля получилась H 8. мы не видим отверстия на ступеньке H 7, следовательно, мы не добились нужного качества. Придётся использовать тот же самый эталон, но с другими параметрами экспозиции.

Таблица В10. Порядок определения чувствительности при работе
со ступенчатыми эталонами

3. Эталоны для цифровых систем и систем компьютерной радиографии  

Двухпроволочный эталон по ГОСТ ИСО 17636-2-2017

Для определения качества изображения с помощью цифровых систем и компьютерной радиографии по ГОСТ ИСО 17636-2-2017 выпускаются специальные двухпроволочные эталоны. Он представляет собой пластинку из оргстекла, в которую впаяны пары проволок из платины.

От пары к паре проволок с одинаковым диаметром идёт уменьшение диаметра. Нужно определить: можем ли мы различить две соседние проволочки или нет. Это будет характеризовать качество конечного изображения самой системы.

Эталон с построенным профилем сигнала

4. Метрологическое сопровождение эталонов

Раньше все эталоны были только с калибровкой. Измерялись фактические размеры канавок и проволочек. Никто не задумывался о внесении в Госреестр. Но недавно появились эталоны с поверкой. Межповерочный интервал — 5 лет, один из самых больших в сфере неразрушающего контроля.