小径管自动x射线实时数字成像检测系统设计

小径管自动x射线实时数字成像检测系统设计

比较和分析了各种小径管对接焊缝x射线实时成像技术,开发出一种性价比极高的自动x射线实时数字成像检测方法和设备。实际应用的结果表明,系统具有检测速度快、灵敏度和分辨率高的特点,成像质量优于jb 4730—2005标准中规定的ab级。

关键词:射线检测;小径管;x射线数字成像;焊缝检测

在锅炉生产行业,小径管对接环焊缝的x射线实时成像检测是一个必不可少的质量控制手段,历来受到业主、生产厂和无损检测人员的普遍关注。我国锅炉生产企业采用了多种检测技术,但就小径管对接焊缝而言,由于探伤工作量大,而其它检测方法难以满足生产节拍的要求,因此x射线实时成像技术实际上已经作为唯一的检测方法被广泛采用[1],可在行业内却缺乏明确的x射线验收方法和相应的图像质量标准[2-5],从而导致许多检测设备都不同程度地存在一些技术问题,产生安全隐患。因此,有必要从选择x射线实时成像设备出发,通过规范小径管对接环焊缝质量检测的技术和方法,达到规范产品质量检测的目的。

1现有小径管x射线成像检测技术概况

随着技术的不断发展,小径管x射线非胶片成像检测已经从传统的单一的x射线电视成像技术逐渐向多样化的数字成像技术过渡。x射线数字成像技术依据探测器种类可分为图像增强器式、线阵列式、平板式和荧光板式;依据检测区域可分为线成像和面成像两种方式;依据成像速度可以分为实时成像、近实时成像和数字照相三种。不同的成像技术具有各自的特点和应用领域,必须从实际需要出发,做出正确的选择。

众所周知,x射线对于有方向的缺陷(如裂纹、未融合等)的检出能力取决于射线透照方向与缺陷方向的夹角。动态实时成像由于可连续观察到内部缺陷在较大角度范围的透照影像,因此可实现方位的最佳化,有助于提高该类缺陷的检出能力。因为小径管对接焊缝内可能含有方向性的缺陷,所以是否具有实时成像能力应该作为该类在线检测设备的一个重要考核指标。

1.1x射线电视成像技术

自20世纪70年代开始,x射线电视成像技术逐渐走向工业应用,是到目前为止小径管环向对接焊缝检测应用最为广泛的设备。系统的核心部件是x射线图像增强器、电视摄像机和图像显示器,信息传递模式是:x射线→可见光→电信号→模拟图像。图像增强器完成x射线到可见光的转换和亮度增强,经过数代产品更新,目前分辨率可以达到9.0 lp/mm,并具有抗老化能力。摄像机虽然从最初的电子管相机发展到目前的ccd模拟相机,从隔行扫描发展到逐行扫描,性能有所提高,但没有实质性的进步。图像显示器也只是从隔行显示过渡为逐行显示,减小了图像闪烁。

虽然图像增强器技术得到了快速发展,但由于相机分辨率低(一般为768像素×576像素)和系统噪声较大,因此x射线电视成像系统的检测灵敏度和系统分辨率较低。

1.2x射线慢扫描成像技术

该技术在x射线探测器的前端安装了与图像增强器类似的碘化铯或其它材料的荧光屏,后端配接模拟或数字相机,信息传递模式是:x射线→可见光→电信号→数字信号→数字图像。由于荧光屏的发光亮度不高,因此相机的曝光时间较长,只有通过时间延迟积分来获得较亮的降噪图像。该方法类似于胶片照相方法,只是曝光时间可以从几分钟降低到几秒钟。

慢扫描成像技术可以看作一种模拟胶片照相的技术,不具有实时成像功能,小径管旋转时没有动态图像显示,不能在不同角度观察焊接缺陷,对危害性大的裂纹和未融合的检出能力很低。该系统的分辨率取决于相机的分辨率和实际检测区域的大小。

1.3x射线线阵扫描成像技术

线阵列探测器一般采用gd2o2s或cdwo4作为荧光转换材料,利用光电二极管或者cmos阵列作为图像探测器,信息传递模式是:x射线→可见光→电信号→数字信号→数字图像。线阵列探测器每个瞬时只能对很小的区域进行检测,通过与被检测物体的相对运动来完成整个检测过程。线阵列探测器需要比其它成像技术更高的射线能量且检测速度较慢,尤其是对壁厚较大的小径管,检测时效率更低。另外,线阵列探测器要求非常稳定的射线剂量输出,微小的剂量变化将产生严重的横向图像干扰条纹,所以需要采用高稳定性的x射线系统。

1.4x射线平板成像技术

平板探测器采用gd2o2s或cdwo4作为荧光转换材料,利用α-si tft阵列作为图像探测器,信息传递模式是:x射线→可见光→电信号→数字信号→数字图像。平板探测器的空间分辨率相对固定,影像几何畸变小,高分辨率时成像速度慢,无法实现实时成像且造价昂贵,在小径管检测时很少采用。

2小径管对接焊缝检测依据的技术标准

国民经济飞速发展引起的产品标准落后于产品制造的现象在我国非常严重。对于小径管对接焊缝检测而言,虽然jb/t 4730.2—2005[2]标准针对x射线胶片照相法已经作了详细规定,但对x射线非胶片成像技术应该执行的标准则没有明确。为使不同的成像方法达到相同的检测效果,现提出小直径钢管对接环焊缝检测依据标准的要点。

2.1透照工艺

执行jb/t 4730. 2—2005标准的相关条款内容。

2.1.1透照布置

依据条款jb/t 4730.2—2005标准中4.1.4小径管环向对接焊接接头的透照布置规定。

小径管采用双壁双影透照布置,当同时满足t(壁厚)≤8 mm和g(焊缝宽度)≤d0/4(d0为小径管外径)两个条件时,应采用倾斜透照方式椭圆成像;不满足上述条件或椭圆成像有困难时,可采用垂直透照方式重叠成像。

2.1.2透照厚度比

依据jb/t 4730.2—2005标准表3规定,当管径d0≤100 mm时,允许的透照厚度比k≤1.1;当管径100 mm<d0≤400 mm时,k≤1.2。

2.1.3透照次数

由于管子可以连续转动和观察,因此对于x射线实时成像,原则上透照次数不作限制。但在需要保存记录图像数据和采用数字照相的场合,依据jb/t 4730.2—2005标准中4.15和附录d之相关规定。

2.2图像质量

执行jb/t 4730.2—2005和gb/t 19293—2003[3]标准的相关条款内容。

(1)像质指数 执行jb/t 4730.2—2005标准4.11.3表6或表7规定的ab级标准。

(2)系统分辨率 执行gb/t 19293—2003标准5.7之规定,达到3.0 lp/mm。