CN112630237A - 一种厚壁管道焊缝射线检测用数字化成像方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种厚壁管道焊缝射线检测用数字化成像方法，包括如下步骤：S1：确定被检厚壁管道的直径和内部射线源放置中心布置；S2：按照检测灵敏度要求选择验证线型像质计丝径和像素间距技术指标；S3：设计射线源焦点尺寸选择，采用最佳放大倍数原理设计透照布置，确定最佳放大倍数及误差范围，结合具体的厚壁管道规格，确定射线源至根层焊缝表面距离L₁和根层焊缝表面至成像屏距离L₂；S4：数字射线DR设备初始化、图像平衡和稳定性测试；S5:按照前序相关透照布置进行曝光，将线型像质计放置于根层焊缝表面，确认图像质量，并将其固定间距作为图像长度校准依据；S6:采集相关图像，对缺陷进行判定，完成用厚壁管道根部焊缝射线检测用直接数字化成像。

Description

一种厚壁管道焊缝射线检测用数字化成像方法

技术领域

本发明涉及检测技术领域，具体地说是一种厚壁管道焊缝射线检测用数字化成像方法。

背景技术

目前，在无损检测检测领域，射线检测技术以直观、有效、检测通用性强等优势得到快速的发展，几乎涉及所有的领域，如船舶、航天、航空、兵器、化工、石油、电力等行业。厚壁管道的焊缝质量无损检测一般采用超声检测技术，但是对于焊缝根部的缺陷，超声检测具有显示不直观，缺陷判别误差较大等缺点。有些行业标准规定对于厚壁管道在焊接至根部1/3处时，开展射线检测，主要检测根部缺陷的存在情况，避免厚壁管道整体焊接完成后，如果根部存在缺陷，缺陷清除难度加大、返修工作量成倍增加的情况发生。现有焊缝根部层间检测主要采用胶片放置在焊缝上(如图1所示)和放置在管道外缘(如图2所示)两种方法。

常规胶片射线检测在厚壁管道根层焊缝检测时，需要采用化学药液等方法进行显、定影流程，使得射线在底片上的潜影固化，形成可识别的黑度差，从而估算焊缝内部质量情况。

目前常用检测方法缺点明显，存在的问题如下：

(1)将底片裁剪成焊缝宽度直接放在根部焊缝上，此种方法由于底片的大小及底片包覆的外层影响，导致焊缝检测区域减小。尤其是当射线源发生偏离焊缝中心时，检测漏检区域会增加。

(2)将底片放置于管道外缘，由于底片至焊缝的距离L2增加，导致集合不清晰度增加，从而降低检测灵敏度和可靠性，底片不能长期保存。

(3)现有胶片法常规射线检测，采用胶片曝光，胶片潜影确定后，采用先定影液等化学方法，固化潜影，形成底片。此种方法产生化学药业配置、排放等污染，并且显定影程序复杂，检测时间周期长，检测效率低。

数字化检测DR射线技术作为快速、高效检测技术有着传统胶片射线检测技术无可比拟的优势，是无损检测技术发展的趋势。数字化射线检测DR技术的应用可借助工装实现自动化、批量化固定场景的快速检测，实现智能判定等技术，是比较有希望的革命性替代技术。但目前国内外没有公开报道和完善解决的方法，采用数字化射线检测DR技术来解决厚壁管道根层焊缝射线检测的方法应用和实践，因此急需要开发一种新的采用数字化检测的方法。

发明内容

本发明的目的在于提供一种改进的用于厚壁管道焊缝射线检测用数字化成像方法，避免常规胶片化学药液环保污染问题，减少检测周期，提高检测效率，实现射线检测数字化，为检测自动化和智能化提供技术基础。

为了实现上述目的，本发明的技术方案是：数字化成像方法包括如下步骤：S1：确定被检厚壁管道的直径和内部射线源放置中心布置；确定被检厚壁管道的壁厚和具体根层焊接厚度；S2：按照检测灵敏度要求选择验证线型像质计丝径,进而选择成像屏的像素间距技术指标；S3：设计射线源焦点尺寸选择，采用最佳放大倍数原理设计透照布置，确定最佳放大倍数及误差范围，结合具体的厚壁管道规格，确定射线源至根层焊缝表面距离L₁和根层焊缝表面至成像屏距离L₂；S4：数字射线DR设备初始化、图像平衡和稳定性测试；S5:按照前序相关透照布置进行曝光，将线型像质计放置于根层焊缝表面，确认图像质量，并将其固定间距作为图像长度校准依据；S6:采集相关图像，对缺陷进行判定，完成用厚壁管道根部焊缝射线检测用直接数字化成像。

优选的，S2步骤中，按照要求检测气孔直径和裂纹这些灵敏度要求选择验证线型像质计丝径，检测直径气孔条件下的线型像质计丝径采用如下公式：

检测要求发现的裂纹条件下的线型像质计丝径采用如下公式：

然后按照像质计丝径选择成像屏像素间距，成像屏像素间距取像质计丝径值的1/2及以下。

进一步，S3步骤中，首先选择可用的中心曝光射线源焦点尺寸，根据

公式选择最佳放大倍数，然后根据最佳放大倍数，选择误差范围，误差范围为±5～10％。

相对于现有技术，本发明的技术方案除了整体技术方案的改进，还包括很多细节方面的改进，具体而言，具有以下有益效果：

1、本发明所述的改进方案，检测可靠性强，可解决实际问题，该方法设计合理，能减少数字射线检测工艺设计周期，具有较大的可靠性，进一步采用线型像质计作为工艺方法的验证，可有互补相关理论计算的不足，具有可操作性和借鉴作用，可用于数字射线检测方案设计、数字射线科研技术攻关等场合，解决理论计算到现场实践的问题；

2、本发明的技术方案的方法，检测图像数字化保存，可作为智能化、自动化识别的技术基础，本发明实现的图像为数字化图像，具体为数据文件，便于计算机长期保存和再现；

3、本发明的方法，不采用化学药液，不污染环境；

4、本发明的技术方案，相对于常规胶片技术，漏检范围缩小，检测可靠性增加。

附图说明

图1为现有技术中常规射线检测底片放置于管道外缘透照示意图。

图2为现有技术中常规射线检测底片放置于焊缝上透照示意图。

图3为本发明数字化射线检测直接成像系统的结构示意图。

图4为本发明的数字化成像方法的流程图。

图5为本发明实施例中成像屏成像中心检测布置示意图。

图6为本发明实施例中成像屏成像边界检测布置示意图。

图7本发明系统稳定性测试示意图。

附图标记：

1射线源、2焊接根部区域、3常规射线检测底片、4成像屏、5稳定性测试板、6像质计。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明旨在针对厚壁管道根层焊缝，采用数字化直接成像射线检测DR技术手段，设计制作一种适用于厚壁管道根层焊缝射线检测方法，避免常规胶片化学药液环保污染问题，减少检测周期，提高检测效率，实现射线检测数字化，为检测自动化和智能化提供技术基础。

本发明原理是利用射线检测中射线强度穿过工件后的衰减，能被被相关载体接受反馈的规律和特点，电子数字化技术和计算机技术的最新发展，形成的数字化射线检测(DR直接成像)技术。射线透照被检工件，衰减后的射线光子被数字探测器接收，经过一系列的电子化转换，形成数字化信号，数字化信号经过放大和A/D转换，并结合电子计算机处理，以数字图像的形式输出并显示在显示器上，供人眼识别和数据处理。数字成像检测与胶片射线检测的原理上是一致的，均是由射线源发出的射线透照被检工件，衰减、吸收和散射射线光子由成像器件接受。不同点是在于成像器件对于接收到的信息处理技术：胶片是通过暗室化学药液处理，形成潜影固化，利用观片灯来观察缺陷；而数字成像是利用计算机软件控制数字成像器件，实现射线光子到数字信号再到数字图像的转换过程，最终在显示器上显示和处理缺陷图像。

数字化射线检测一般分为射线源1、成像屏4、计算机成像控制装置、检测工装及被检对象(工件)三大部分组成。

本发明在分析目前厚壁管道根部焊缝层间胶片射线检测过程中存在检测漏检、黑度不可调节、底片不能长期保存、过程使用化学药液造成环境污染影响等问题。通过设计特定的数字化射线DR检测工艺方法(流程)，将检测所需检测到的缺陷(灵敏度)计算设计引入流程，并结合数字射线检测最佳放大倍数等技术，设计和选择射线源焦点、成像屏像素间距、透照布置等技术参数，进行验证，最终形成数字化射线(DR)技术在厚壁管道根层焊缝分层检测中的技术应用方法，规范相关流程，提高检测工艺可靠性，形成数字化射线检测的长期保存、智能化识别的工艺基础。

本发明的方法具体方案如下：

S1：确定被检厚壁管道的直径和内部射线源放置中心布置；确定被检厚壁管道的壁厚和具体根层焊接厚度；

S2：按照检测灵敏度要求选择验证线型像质计丝径,进而选择成像屏的像素间距技术指标；

S3：设计射线源焦点尺寸选择，采用最佳放大倍数原理设计透照布置，确定最佳放大倍数及误差范围，结合具体的厚壁管道规格，确定射线源至根层焊缝表面距离L₁和根层焊缝表面至成像屏距离L₂；

S4：数字射线DR设备初始化、图像平衡和稳定性测试；

S5:按照前序相关透照布置进行曝光，将线型像质计放置于根层焊缝表面，确认图像质量，并将其固定间距作为图像长度校准依据；

S6:采集相关图像，对缺陷进行判定，完成用厚壁管道根部焊缝射线检测用直接数字化成像。

实施例1

数字化成像方法包括如下步骤：

S1：确定被检厚壁管道的直径和内部射线源放置中心布置；确定被检厚壁管道的壁厚和具体根层焊接厚度；

S2：按照一定的检测灵敏度要求选择验证灵敏度计(IQI),进而选择成像屏的像素间距技术指标。

进一步地，S2中包括如下三个步骤：

S2a：采用公式1计算要求检测直径气孔条件下的线型像质计丝径；

其中：d－线型像质计可识别最细金属丝直径，单位为mm；

dQ－气孔直径

l－线型像质计金属丝有效长度(7.6mm)

F-形状因子(0.79)

S2b：采用公式2计算要求检测要求发现的裂纹条件下的线型像质计丝径；

其中：w-裂纹宽度，按照一定情况选取

U－射线照相总不清晰度

l-裂纹高度

S2c：按照要求检测气孔直径和裂纹等灵敏度要求选择验证线型像质计丝径。

S2d：按照像质计丝径选择成像屏像素间距，成像屏像素间距取像质计丝径值的1/2及以下。

S3：设计射线源焦点尺寸选择，采用最佳放大倍数原理设计透照布置，确定最佳放大倍数及误差范围，结合具体的厚壁管道规格，确定射线源至根层焊缝表面距离L₁和根层焊缝表面至成像屏距离L₂；

进一步地，S3中包括如下三个步骤：

S3a:选择可用的中心曝光射线源焦点尺寸；

S3b:采用公式3计算最佳放大倍数。

其中：M₀－最佳放大倍数

－选择的焦点尺寸

S3c:根据上述放大倍数推荐，控制一定的最佳放大倍数偏差范围A％(推荐为不大于±5～10％)，再结合具体的厚壁管道规格选择具体的透照布置工艺布置参数。

S4：数字射线DR设备初始化、图像平衡和稳定性测试；

S5:按照前序相关透照布置进行曝光，将线型像质计放置于根层焊缝表面，确认图像质量，并将其固定间距作为图像长度校准依据；

S6:采集相关图像，对缺陷进行判定，完成用厚壁管道根部焊缝射线检测用直接数字化成像。

方法验证时，对厚壁管道根部焊缝采用数字射线DR按照本方法进行射线检测，对比相关标准AB级检测技术等级，采用线型像质计放置显示，确认对比度等技术指标等相关要求；在厚壁管道根部焊缝中加工标准直径(1.5mm、2mm、3mm)钻孔，采用本工艺方法对厚壁管道根部焊缝采用数字射线(DR)技术进行检测，按照线型像质计丝的间距为标准长度校准，分别测量若干标准空直径，记录相关测量误差，当长度测量误差大于10％，适当调整透照布置和工艺参数。

实施检测时，在设备性能和功能满足的条件下，选择射线检测DR成像屏和射线源，根据具体的厚壁管道规格，进行步骤S1～S6的步骤，获取相关数字射线检测图像数据文件，进行标准缺陷及自然缺陷长度测量，获取缺陷性质、大小的相关信息。形成数字射线数据图像数据，满足长期保存要求，完成厚壁管道根部焊缝层间射线检测的相关工作。

本发明的优势和价值主要体现在如下几个方面：

(1)检测可靠性强，可解决实际问题

本发明在预设计检测灵敏度(一定直径的气孔、一定形状的裂纹)的检出理论计算的基础上，开展像质计丝径计算、像素间距设定等工作，进而通过理论计算中选择射线源焦点尺寸，最终计算最佳放大倍数的射线透照工艺布置。该方法设计合理，能减少数字射线检测工艺设计周期，具有较大的可靠性，进一步采用线型像质计作为工艺方法的验证，可有互补相关理论计算的不足，具有可操作性和借鉴作用，可用于数字射线检测方案设计、数字射线科研技术攻关等场合，解决理论计算到现场实践的问题。

(2)检测图像数字化保存，可作为智能化、自动化识别的技术基础

本发明实现的图像为数字化图像，具体为数据文件，便于计算机长期保存和再现。数据图像通过编码的方式进行记录和展示，可作为图像进一步智能化、自动化识别的基础。

(3)方法不采用化学药液，不污染环境

本发明的价值在于数字射线检测DR技术采用直接成像屏采集，减少胶片的使用，不经过常规胶片化学显、定影液处理过程，杜绝化学污染因素，属于环保技术。

(4)相对于常规胶片技术，漏检范围缩小，检测可靠性增加

本发明的采用成像屏离开焊缝表面的放置透照布置技术，减少了由于胶片折弯、不经贴造成的检测区域减少的情况发生，并可以采用数字影响对比度、黑度调节等技术，实现缺陷图像的细节观察，漏检区域减少、检测可靠性大大增加。

实施例2

厚壁管道规格：

根层焊接厚度为20mm。

S1：选择厚壁管道焊缝规格为

根层焊接厚度为20mm,厚壁焊缝管内设计有中心透照位置，如图5所示。

S2a:60mm厚度管道根层焊缝射线检测，设计气孔缺陷直径为分别设计为0.5、0.7、1.0mm，计算得表1所列。

气孔显示至少需要识别的像质计丝径一览表表1

单位：mm

S2b:60mm厚度管道根层焊缝射线检测，设计裂纹宽度*深度为0.074*1、0.076*0.5、0.1*1mm，计算得表2所列。

裂纹显示至少需要识别的像质计丝径一览表表2

单位：mm

S2c:综合气孔显示和裂纹显示的结果，确定验证灵敏度丝径为0.27mm；数字射线DR成像不清晰度选择0.26mm，对应成像屏像素间距125um(0.125mm)。

S3a:目前常用射线源焦点尺寸为1.0mm、2.5mm、3.0mm，通过最佳放大倍数计算得到相关放射源焦点尺寸、不清晰度、最佳放大倍数、透照布置L₁、L₂的相关技术参数如表3所示。

最佳放大倍数及L₁、L₂选择表表3

单位：mm

选择焦点尺寸为0.4mm

S3b:计算最佳放大倍数选择，计算所得按照表1所列，选择1.354(1.35)。

S3c:最佳放大倍数按照S3a步序选择为1.017。检测布置示意图见图5、图6所示，按照放大比例偏差-10％～10％的计算，L₁和L₂计算详细信息见表4所列。

放大倍数偏差大致的图像变化幅度列表表4

序号	放大倍数	放大倍数偏差	图像偏差	L<sub>1</sub>(mm)	L<sub>2</sub>(mm)
						1	1.16	-10.00％	-10.00％	177.50	27.99
2	1.25	-7.50％	-7.50％	177.50	44.81
						3	1.29	-5.00％	-5.00％	177.50	50.82
4	1.32	-2.50％	-2.50％	177.50	56.83
						5	1.35	0.00％	0.00％	177.50	62.76
6	1.39	2.50％	2.50％	177.50	68.84
						7	1.42	5.00％	5.00％	177.50	74.85
8	1.46	7.50％	7.50％	177.50	80.86
						9	1.49	10.00％	10.00％	177.50	86.87

L2最小距离为成像屏中心图像，如图5所示，L2最大距离为成像屏成像边界距离，如图6所示，按照放大倍数和图像偏差列表所示，选择放大倍数为1.25～1.46，鉴于根层焊缝至表面距离为40mm，设计L₂距离依次为44.81～80.86，所对应的图像偏差为-7.5％～+7.5％。

S4：数字射线DR设备初始化、图像平衡和稳定性测试；数字射线DR系统开机，进行系统初始化，校准图像平衡偏差(暗校准、亮校准)。定期采用稳定性测试试板校准图像质量及相关参数(系统分辨力等)，如图7所示。

S5：按照前序相关透照布置进行曝光(如图5、图6所示)，将线型像质计放置于根层焊缝表面，确认图像质量，并将其固定间距作为图像长度校准依据。

S6:按照前序相关透照布置进行曝光，采集相关图像，对缺陷进行判定，完成用厚壁管道根部焊缝射线检测用直接数字化成像。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明具体实施只局限于上述这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (3)

1.一种厚壁管道焊缝射线检测用数字化成像方法，其特征在于：数字化成像方法包括如下步骤：

S1：确定被检厚壁管道的直径和内部射线源放置中心布置；确定被检厚壁管道的壁厚和根层焊接厚度；

S2：按照检测灵敏度要求选择验证线型像质计丝径,进而选择成像屏的像素间距技术指标；

S3：选择射线源焦点尺寸，采用最佳放大倍数原理设计透照布置，确定最佳放大倍数及误差范围，结合具体的厚壁管道规格，确定射线源至根层焊缝表面距离L1和根层焊缝表面至成像屏距离L2；

S4：数字射线DR设备初始化、图像平衡和稳定性测试；

S5:按照前序相关透照布置进行曝光，将线型像质计放置于根层焊缝表面，确认图像质量，并将其固定间距作为图像长度校准依据；

S6:采集相关图像，对缺陷进行判定，完成用厚壁管道根部焊缝射线检测用直接数字化成像。

2.根据权利要求1所述的一种厚壁管道焊缝射线检测用数字化成像方法，其特征在于：S2步骤中，按照要求检测气孔直径和裂纹这些灵敏度要求选择验证线型像质计丝径，

检测直径气孔条件下的线型像质计丝径采用如下公式：

检测要求发现的裂纹条件下的线型像质计丝径采用如下公式：

然后按照像质计丝径选择成像屏像素间距，成像屏像素间距取像质计丝径值的1/2及以下。

3.根据权利要求1所述的一种厚壁管道焊缝射线检测用数字化成像方法，其特征在于：S3步骤中，首先选择可用的中心曝光射线源焦点尺寸，根据

公式选择最佳放大倍数，然后根据最佳放大倍数，选择误差范围，误差范围为±5～10％。

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