Негатоскопы для радиографического метода неразрушающего контроля​

Негатоскоп – одно из основных устройств для плёночной радиографии, предназначенное для просмотра и расшифровки рентгеновских снимков. Чаще всего выполняется в виде настольного прибора, внутри которого располагается высокоинтенсивная светодиодная либо – реже – галогеновая лампа. Свет от неё направляется на экран (просмотровое окно) и, проходя через него, диффузно рассеивается. К экрану прикладывают ранее экспонированную рулонную либо форматную рентгеновскую плёнку – и изображение на ней подсвечивается, становясь доступным для расшифровки. Расшифровка рентгеновских снимков (рентгенограмм) за негатоскопом – одна из важнейших операций при проведении радиационной дефектоскопии. Его поручают наиболее опытным дефектоскопистам рентгено- и гаммаграфического контроля. Именно на этом этапе идентифицируют дефекты на снимках, измеряют их линейные размеры, расстояние между ними, классифицируют, группируют их и сопоставляют с нормами отбраковки. По результатам этой работы выполняется оценка качества объекта и составляется заключение (протокол, акт или отчёт).

Содержание:​

Как негатоскопы используются в ЛНК
Устройство негатоскопов
Классификация
Подбор негатоскопа под конкретные задачи РК
Оптическая плотность и её измерение
Вспомогательные принадлежности для расшифровки рентгенограмм
Где купить хороший негатоскоп

1. Режимы использования негатоскопов​

Негатоскопы могут работать в двух режимах:

• дежурном – с пониженной яркостью экрана,
• рабочем – с более высоким уровнем яркости, настроенным для просмотра радиографических снимков.

Промышленные негатоскопы применяются для расшифровки преимущественно сухих рентгеновских плёнок. Однако на рынке есть модели и во влагозащитном исполнении, что делает их пригодными и для просмотра мокрых плёнок. В любом случае негатоскоп – неотъемлемый атрибут технического оснащения лаборатории неразрушающего контроля (ЛНК), занимающейся плёночной радиографией. В противовес этой технологии существует компьютерная и цифровая радиография, где просмотр рентгенограмм осуществляется при помощи персонального компьютера или планшета. Об этих относительно новых направлениях РК мы рассказывали отдельно.

2. Как устроены негатоскопы для промышленной радиографии​

Конструктивно, данные устройства состоят из следующих функциональных частей.

• Осветитель большой мощности. Люминесцентные и галогеновые лампы считаются морально устаревшими и в силу разных своих недостатков уступили место полупроводниковым источникам светам. А вот у люминесцентных ламп и ламп накаливания, для сравнения, на стабилизацию светового потока и температурного режима уходит в среднем от 10 до 20 минут. То же самое касается галогеновых ламп, хотя в каком-то смысле это может быть не так плохо. Плавное включение такого осветителя может оказаться более благоприятным для адаптации глаз дефектоскописта. С точки зрения экономии времени предпочтительнее LED-осветители. Они готовы к работе практически сразу после включения. Поэтому в силу этих и многих других обстоятельств большинство современных негатоскопов работают на светодиодных матрицах. Даже некогда популярный НГС-1 на галогеновых лампах был снят с производства и заменён на модифицированную версию НГС-1М со светодиодным осветителем. Расчётный рабочий ресурс светодиодных матриц составляет 30 000-50 000 часов, хотя на практике они могут жить и дольше. Так, по данным ООО "АРИОН", за всё время серийного производства (с 2015 года) не было зафиксировано ни одного случая выхода матрицы из строя (по состоянию на декабрь 2022 года). В процессе сборки негатоскопов матрицы настраиваются таким образом, чтобы обеспечивать заданную яркость экрана, но при этом не работать на "износ" с "предельной" мощностью. И хотя со временем может наблюдаться некоторая "деградация" светодиодов - даже в этом случае снижение интенсивности излучения не превышает 10% за 5 лет эксплуатации.
• Смотровое окно. Рассеивающий экран в виде матового стекла молочно-белого цвета обеспечивает равномерное подсвечивание рентгеновской плёнки. В идеале – чтобы на каждую точку экрана приходилось одинаковое количество света. Конечно, с некоторым допуском. Согласно «Методическим рекомендациям о порядке проведения радиационного контроля технических устройств и сооружений, применяемых и эксплуатируемых на опасных производственных объектах» СДОС-01-2008, например, приемлемой считается неравномерность яркости по освещённому полю в пределах 30%. Однако фактически ведущим производителям удалось сократить этот показатель до 5%. С экраном негатоскопа нужно обращаться бережно и поддерживать его в чистом виде. Пыль, царапины, разводы, отпечатки, подтёки, налёт и иные загрязнения на экране могут помешать нормальной расшифровке и привести к ошибочной интерпретации изображений на снимках. Для дополнительного удобства радиографа многие производители делают небольшую «полочку» под экраном в качестве опоры под плёнку. И конечно, для расшифровки рентгеновских плёнок разных форматов к негатоскопам прилагаются накладные маски разных размеров, поскольку снимок должен полностью перекрывать освещённое поле. Стандартный комплект поставки включает 2–3 сменные маски разных размеров. При отсутствии таковых, если рентгеновская плёнка сильно меньше просмотрового экрана, часть освещённого поля заклеивают, например, плотным картоном.
• Вентиляторы. Отвечают за принудительное охлаждение светодиодной матрицы и просмотрового окна изнутри. В современных негатоскопах может быть предусмотрено до 5 вентиляторов. Для их корректной работы также внутри корпуса располагаются пылевые фильтры.
• Корпус. Пластиковый или металлический, с вентиляционными отверстиями для защиты от перегрева. У многих моделей корпус делается со скошенной передней панелью для более комфортного угла обзора при работе за столом. Также в корпусе предусматриваются разъёмы – для подключения кабеля питания и педали. В некоторых моделях также доступен USB-интерфейс для подключения денситометра.
• Предохранитель для защиты от перегрева.
• Педаль – ножной переключатель яркости просмотрового экрана. Позволяет «расшифровщику» включать негатоскоп и регулировать яркость, не используя при этом руки, которые и без того почти всегда заняты. Нужно работать и с лупой, и с линейкой, с универсальным шаблоном радиографа и т.д. Дополнительно к ножному переключателю настраивать яркость экрана можно при помощи специального вращающегося регулятора (ручки управления).
• Цифровой или световой индикатор яркости. Это есть не на всех устройствах, но некоторые производители негатоскопов предусматривают небольшие дисплеи для отображения точного значения заданной яркости экрана.

К некоторым моделям также прилагается адаптер для питания от автомобильной бортовой сети.

Также вместе с негатоскопом применяется денситометр – прибор для измерения оптической плотности (плотности почернения) рентгеновских снимков. Чаще всего это отдельный девайс, но на рынке были модели и со встроенным денситометром. Пример – НС 85x400-5004 СД, у которого, впрочем, денситометр подключается через USB-разъём, поэтому при желании его можно отключать от устройства.

3. Типы негатоскопов для плёночной радиографии​

Условно их можно разделить на группы по следующим характеристикам.

• По яркости. Надо понимать, что заявляемые разработчиками диапазоны измерений 1 млн или те же 1,5 млн кд/кв. м – это, скорее, «расчётные» цифры. Имеющиеся в Госреестре СИ люксметры физически способны измерять яркость в пределах 200 000 кв/кв. м. Поэтому в компании «Литас», например, измеряли максимальную яркость негатоскопа АРГО 100x400 СД МАКС с просмотровым окном 85x220 мм немного другим способом. Выставили на негатоскопе наибольшую яркость, приложили линейку оптической плотности к экрану и при помощи поверенного люксметра измерили яркость на мере с оптической плотностью «1,0». Поскольку яркость, проходя через такую меру оптической плотности, уменьшается в 10 раз, то, следовательно, при результате измерения яркости прошедшего света в 150 000 кд/кв. м исходная яркость составляет 1 500 000 кд/кв. м. Такой «косвенный» способ оценки яркости, разумеется, с точки зрения метрологии может показаться спорным, но, повторимся, реальной альтернативы ему всё равно пока нет.
• По размеру смотрового окна. На российском рынке представлены негатоскопы с размерами просмотрового окна 80x220, 85x220, 85x400, 100x240, 100x400, 120x400 мм и т.д. То есть чаще всего смотровое окно выполняется в прямоугольном виде, но есть модели негатоскопов и с круглым окном. Пример – ЦИКЛОП XRS 80/5 с просмотровым окном диаметром 80 мм. Чтобы не подсвечивать всю радиографическую плёнку, а только интересующую область, при работе с негатоскопами также используют накладные маски-диафрагмы (так называемые шторки) с окнами разных размеров – 60x220, 60x300, 60x390, 70x290, 70x400, 80x300, 100x300 мм, Ø40, 50 мм и др. Использование масок помогает без подручных средств закрывать «лишнюю» часть просмотрового окна, помогая дефектоскописту сфокусироваться на рабочей области заданного размера. Поскольку «шторки» изготавливаются из светонепроницаемого материала, то свет за пределами рабочей области через не проходит, а потому не слепит дефектоскописта и не «перегружает» его глаза.
• Со светодиодными, галогеновыми или люминесцентными лампами. Сегодня большинство производителей оснащают свои негатоскопы светодиодными матрицами. Мощность современных полупроводниковых источников света такова, что яркость смотрового окна у некоторых моделей достигает уже упомянутых 1,5 млн кд/кв. м. Светодиоды меньше греются, обеспечивают яркость практически сразу после включения, долговечны и абсолютно бесшумны. Что касается галогеновых ламп, то они, наоборот, слишком сильно греются и слишком мало «живут», а равномерность подсвечивания экрана оставляет желать лучшего.
• Со встроенным и выносным денситометром. Первый вариант, с одной стороны, удобен тем, что оба необходимых устройства всегда под рукой дефектоскописта. С другой стороны, модели со встроенным денситометром в ряде случаев не очень практичны. Во-первых, это означает периодическое отсутствие не одной, а сразу двух единиц оборудования на время поверки (должна проводиться ежегодно). Во-вторых, с точки зрения транспортировки гораздо легче отвозить в ЦСМ компактный малогабаритный прибор, нежели весь негатоскоп «целиком». На рынке есть негатоскопы весом 7, 10, 16 и даже 24 кг. Наконец, в-третьих, если сломается хотя бы что-то одно в негатоскопе со встроенным денситометром, то это опять-таки означает, как минимум, временную потерю двух единиц оборудования. В этом плане выбор в пользу денситометра как отдельного прибора более оправдан.
• В настольном и/или настенном исполнении.

Что касается брендов, то на российском рынке безоговорочно доминируют негатоскопы отечественных производителей, особенно по состоянию на декабрь 2022 года. Импортные поставщики были представлены разве что брендами KOWOLUX и HELLING. Гораздо более востребованной является продукция российских производителей: «АРИОН», «Литас», «Арсенал НК», НПО «Интротест», «ТехСпектр», «А3 Инжиниринг», «Квазар» и др.

4. Как выбрать негатоскоп для расшифровки радиографических плёнок​

Чтобы не ошибиться с покупкой негатоскопа для промышленной радиографии, рекомендуется учитывать следующие его характеристики.

4.1. Максимальная яркость свечения экрана
Она должна соответствовать оптической плотности рентгеновских снимков, для расшифровки которых приобретается дефектоскоп. Многие нормативные документы требуют, чтобы максимальная яркость освещённого поля негатоскопа составляла не менее 10Д+2 кд/кв. м, где под переменной «Д» подразумевают как раз таки оптическую плотность снимка. Такое положение есть, например, в п. 6.1 стандарта ГОСТ 7512-82 «Контроль неразрушающий. Соединения сварные. Радиографический метод» и в п. 8.4.20.1 регламента РД-25.160.10-КТН-016-15 «Магистральный трубопроводный транспорт нефти и нефтепродуктов. Неразрушающий контроль сварных соединений при строительстве и ремонте магистральных трубопроводов». Также негатоскоп должен обеспечивать плавную регулировку яркости. И конечно, важно не забывать про требования нормативно-технических документов к негатоскопам. Они изложены, например, в «Методических рекомендациях о порядке проведения радиационного контроля технических устройств и сооружений, применяемых и эксплуатируемых на опасных производственных объектах» СДОС-01-2008. Согласно п. 5.5, минимальная яркость освещённого поля зависит от оптической плотности снимков и должна составлять:

• 3000 кд/кв. м – для 2,0 Б;
• 10 000 кд/кв. м – для 2,0–3,0 Б;
• 30 000 кд/кв. м – для 3,0–3,5 Б;
• 100 000 кд/кв. м – 4,0–4,5 Б;
• 300 000 кд/кв. м – для 4,0–4,5 Б;
• 1 000 000 кд/кв. м – для 4,5–5,0 Б.

Возвращаясь к регламентам «Транснефти», можно вспомнить ОТТ-75.180.00-КТН-046-12 «Оборудование неразрушающего контроля, применяемое на магистральных технологических трубопроводах и резервуарах организаций системы «Транснефть». Общие технические требования». Этот документ, в частности, требует, чтобы просмотровое поле негатоскопа составляло не менее 85x220 мм, а яркость свечения была не меньше 37x103 кд/кв. м.

Технические характеристики негатоскопов регламентируются также зарубежными стандартами EN 25580-1992 «Осветители для промышленной радиографии. Минимальные требования» и ISO 5580: 1985 «Non-destructive testing – Industrial radiographic illuminators – Minimum requirements».

В целом, чем выше яркость негатоскопа, тем он универсальнее, поскольку позволяет без повторного просвечивания объекта контроля расшифровывать снимки в большем диапазоне оптической плотности. Некоторые модели, по заявлениям производителей, и вовсе пригодны к просмотру радиографических плёнок с оптической плотностью до 6 Б (е. о. п.). С другой стороны, избыточная яркость тоже ни к чему. Во-первых, это приводит к удорожанию негатоскопа, а во-вторых, создаёт массу трудностей в работе из-за постоянного ослепления дефектоскопистов.

Продолжительность непрерывной работы зависит от уровня яркости. Так, наиболее качественные модели негатоскопов на 80% яркости могут и вовсе обойтись без перерывов. А вот на 100% яркости продолжительность безостановочной работы обычно не превышает 10–15 минут. Но, учитывая большой «запас» по максимальной яркости у большинства современных негатоскопов и реальную плотность почернения рентгеновских снимков, необходимость в этом возникает не часто.

4.2. Размер освещённого поля (смотрового окна)
Дополнительно к тем размерам, которые мы перечислили выше, добавим, что универсальной считается ширина 400 мм и высота 85–10 мм. Большое просмотровое окно позволяет работать и с форматной, и с рулонной рентгеновской плёнкой. При этом, для большего удобства, можно обзавестись дополнительными масками под те размеры плёнок, которые поступают на расшифровку в лаборатории.

4.3. Тепловыделение и охлаждение
К пассивным средствам защиты негатоскопа от перегрева относятся вентиляционные отверстия в корпусе негатоскопа. Поскольку большинство современных моделей рассчитаны на яркость экрана свыше 100 000 кд/кв. м, то их производители не ограничиваются решениями для пассивного охлаждения и оснащают негатоскопы системами принудительного охлаждения. Её основу составляют вентиляторы – в зависимости от «проектной» яркости свечения экрана в конструкции могут быть предусмотрены от 1 до 5 шт. Дополнительно к этому многие негатоскопы умеют автоматически выключаться при угрозе перегрева – например, если работа на максимальной яркости продолжается больше 10 минут либо если температура в помещении резко повысилась. После того, как светодиодная матрица остывает, экран включается вновь, на минимальной яркости.

Считается, что расшифровка снимков на негатоскопе с перегретым экраном может повредить плёнку. Из-за нагрева эмульсионный слой может деформироваться, что приводит к короблению и образованию на рентгенограмме характерного артефакта в виде расплывчатого жирного пятна. Это особенно актуально для негатоскопов с яркостью 1 млн кд/кв. м и более. При такой максимальной яркости экрана могут возникнуть проблемы с нагревом выше безопасных (рабочих) температур:

• светодиодной матрицы. Ввиду того, что в матрице сконцентрировано большое количество светодиодов, во время работы негатоскопа происходит большое энерговыделение. Если в негатоскопе использованы радиаторы с хорошей теплоотдачей и эффективно направлены воздушные потоки, то температуру удаётся сдерживать в пределах 70 ˚С. Благодаря этому рабочий ресурс LED-матрицы может достигать нескольких десятков тысяч часов;
• стекла просмотрового окна. Мощный световой поток способен разогреть стекло до критических температур, некомфортных для дефектоскописта, который работает за негатоскопом. Во избежание этого во многих моделях предусмотрен принудительный обдув обратной стороны просмотрового экрана. Пример – негатоскоп «АРГО 100x400», у которого даже при продолжительном использовании максимальной яркости стекло не разогревается более чем до 48 ˚С;
• рентгеновской плёнки. Инженеры компании «Литас» рассчитали, что при яркости 1,5 млн кд/кв. м через просмотровое окно 85x220 мм проходит световой поток в форме излучения энергии примерно в 300 Вт. Рентгеновская плёнка при этом может нагреться до 415 ˚С. Фактически, решить эту проблему можно только одним путём – ограничивать время просмотра снимков на таких предельных значениях яркости. К тому же яркость в 1,5 млн кд/кв. м может понадобиться для расшифровки рентгеновских снимков с оптической плотностью более 4,2 (Б, е. о. п.), которая в реальной практике встречается не часто.

Фактически длительность безостановочной работы зависит не только и не столько от «термостойкости» негатоскопа, сколько от «выносливости» дефектоскописта, который занимается расшифровкой снимков. Тем не менее, в некоторых негатоскопах всё-таки реализована система поверхностного охлаждения рентгеновской плёнки. У прибора «Гелиос макс XRS 100/400», например, она запускается автоматически, если яркость экрана достигает значения 350 000 кд/кв. м.

4.4. Цена
В зависимости от максимальной яркости экрана и комплектации, современные отечественные негатоскопы стоят в среднем от 60 000 до 120 000 р.

5. Несколько слов про оптическую плотность​

Оптическую плотность принято измерять в мерах непрозрачности – Беллах (Б). Это безразмерная логарифмическая единица отношения физической величины к одноимённой физической величине. В данном случае – в качестве такой физической величины используется яркость светового потока. По данному показателю можно судить об ослаблении прошедшего через рентгеновскую плёнку светового потока, которое зависит от плотности почернения той или иной области снимка. Хотя ряд видных экспертов в области радиографического контроля считают, что оптическую плотность следует и вовсе указывать без уточнения единицы измерения, как, например, в ГОСТ 7512. Тем не менее, единицы «Беллы» (Б) употребляются в некоторых нормативно-технических документах, и даже указываются в описаниях типа и методиках поверки к денситометрам. Пример – денситометр-яркомер XRS-4400. Также в НТД можно встретить обозначение «е. о. п.», что означает «единицы оптической плотности». Так, данная единица упоминается в РД-25.160.10-КТН-016-15 «Магистральный трубопроводный транспорт нефти и нефтепродуктов. Неразрушающий контроль сварных соединений при строительстве и ремонте магистральных трубопроводов».

При этом, согласно уже упомянутому ГОСТ 7512, к расшифровке допускаются рентгеновские снимки, на которых:

• оптическая плотность самого светлого участка сварного шва, околошовной зоны или индикаторов качества изображения (эталонов чувствительности) составляет не менее 1,5;
• оптическая плотность на любом участке с изображением сварного соединения меньше оптической плотности на участке с изображением эталона чувствительности не более чем на 1,0.

Денситометры представляют собой компактный приборы, чаще с выносным измерительным щупом (зондом). Они могут быть встроены в корпус негатоскопа, но чаще всего поставляются в виде отдельного устройства. Светочувствительный датчик прикладывают к рентгеновской плёнке, через которую проходит свет от негатоскопа. На цифровом индикаторе денситометра отображается результат измерения оптической плотности. Чем больше света проходит через снимок и воздействует на измерительный щуп, тем ниже плотность.

Для радиографического контроля можно использовать только те денситометры, которые внесены в Государственный реестр СИ РФ и проходят ежегодную поверку. Некоторые модели сочетают в себе ещё и функции яркомера – и благодаря этому могут измерять яркость разных источников света. Поскольку оптическую плотность рентгенограмм необходимо указывать в заключениях по результатам радиографического контроля, то к выбору денситометра тоже нужно подойти со всей ответственностью. Но этой теме мы лучше посвятим отдельный текст.

6. Дополнительные принадлежности для расшифровки радиографических снимков​

Помимо денситометра, для работы с негатоскопом применяются следующие вспомогательные приспособления и инструменты.

• Накладные маски. Позволяют «адаптировать» просмотровое окно под рентгеновские плёнки разных размеров, перекрывая «лишнюю» часть освещённого поля. Помимо тех типоразмеров накладных масок, которые мы перечислили выше, негатоскопы также могут комплектоваться Г-образными накладными масками. Многие производители предусматривают на накладных масках магнитные ленты, которые удерживают их на просмотровом окне. По спецзаказу можно изготовить накладные маски индивидуальных размеров и форм.
• Универсальный шаблон радиографа (УШР). Представляет собой комплект прозрачных плёнок с изображением типовых дефектов. Применение универсального шаблона радиографа помогает правильно интерпретировать рентгенограммы и точнее измерять размеры несплошностей при работе с негатоскопом. Универсальные шаблоны радиографа могут быть составлены по нормам отбраковки конкретных нормативно-технических документов – СТО Газпром 15-1.3-004-2023, ВСН 012-88, РД-25.160.10-КТН-016-15 и др. Также для расшифровки применяются трафареты с миллиметровыми шкалами, изображениями квадратов и окружностей разной площади и диаметров, а также с координатными, масштабными сетками и пр. При использовании трафаретов дефектоскописту РГК намного проще измерять линейные размеры дефектов – пор, инородных включений, непроваров, трещин, подрезов, утяжин и пр. УШР и трафареты используются и в повседневной работе расшифровщиков, и для обучения нового персонала. Пример трафарета – ЭЛИТЕСТ ТФ-200.
• Линейка оптической плотности для поверки и калибровки денситометра. Представляет собой радиографическую плёнку с набором полей размером не менее 20x20 мм, на каждом из которых – своё значение оптической плотности. Диапазон значений и количество ступеней зависит от конкретного исполнения линейки. Плотность потемнения, от меньшего значения к большему, задаётся с определённым шагом дискретизации. Как пример – набор мер оптической плотности ЭЛИТЕСТ ЛОП-10 с 10 полями, оптической плотность от 0,1 до 5 (Б, е. о. п.), шаг дискретизации 0,15–0,75 (Б, е. о. п.). Другой пример – линейка оптической плотности «Градиент» с 18 градациями оптической плотности в диапазоне от 0,1 до 4,0 (Б, е. о. п.). Также у производителей можно заказать набор мер в другом диапазоне плотности почернения. Линейки оптической плотностью поставляются с паспортом и сертификатом о калибровке.
• Лупа. Согласно ГОСТ 7512 (п. 6.10), для измерения линейных размеров дефектов до 1,5 мм следует использовать измерительную лупу с ценой деления 0,1 мм и погрешностью не более ±0,05 мм. Лупы чаще всего берутся из набора для визуального и измерительного контроля, который есть в любой ЛНК. Некоторые негатоскопы оснащались встроенной лупой с гибкой ручкой. Таким решением, например, отличалась модель НСД-1.
• Линейка. Согласно тому же стандарту ГОСТ 7512, для измерений размеров дефектов свыше 1,5 мм подойдёт любой измерительный инструмент с ценой деления 1,0 мм и погрешностью в пределах ±0,5 мм. Линейка с поверкой или калибровкой (чаще всего на весь набор для ВИК, частью которого она обычно является) – как один из вариантов.

Конечно, это далеко не всё, что может понадобиться для комфортной работы расшифровщика с негатоскопом. В непосредственной близости должны также находиться карандаши, ручки, прозрачные линейки, карманный фонарик, печатные экземпляры нормативно-технических документов, технологические карты и пр. Располагать всё это желательно на большом столе. Важную роль играет и освещение в помещении: свет должен быть мягким, немного приглушённым, без отвлекающих отражений от рассматриваемых плёнок. В советских учебниках по радиационному контролю встречается рекомендация, по которой для рабочего помещения расшифровщика лучше всего подходят лампочки мощностью в пределах 25 Вт.

7. Где купить хороший негатоскоп для радиографического контроля​

Среди партнёров проекта «Дефектоскопист.ру» сразу несколько предприятий занимаются разработкой и поставкой негатоскопов.