CR技术在双面螺旋埋弧焊钢管无损探伤中的应用

介绍了双面螺旋埋弧焊钢管CR（计算机射线成像）系统的构成原理，论述了用其替代传统的工业x射线胶片照相检测的主要特点和应用可行性。

双面螺旋埋弧焊钢管的生产过程中,由于成形及焊头跟踪状态等因素的影响,会形成焊偏、未焊透和裂纹等缺陷。随着石油天然气长输管线制管标准的提高,管端、补焊等处的X射线照相检验以其显示直观,检测灵敏度和分辨率高等特点,成了国内外重要长输管线检出线状危害性缺陷,保障管线质量的重要手段。但传统的胶片射线照相方法,因其拍片速度慢、暗室处理麻烦、底片伪缺陷影像多和质量波动大等缺点,已成为制约焊管生产的瓶颈。数字图像检测系统的新方法———计算机X射线成像(CR)技术,作为数字时代的产物,发展和继承了工业X射线胶片法的优点,为顺应时代发展的要求提供了有力的技术支撑。

1CR成像系统及其原理

1.1CR成像系统简介

射线检测技术正在走进数字时代。

目前工业中使用的射线数字成像检测技术主要包括射线数字直接成像检测技术(DR)和射线数字重建成像检测技术(如工业CT)。

DR检测系统组成如下,射线源→检测对象→射线成像探测器→图像数字化系统→数字图像处理系统。根据成像过程DR系统可分为直接式和间接式两种。

直接式DR系统,根据成像方式分为图像增强器成像、平板型成像和线阵扫描成像,设备包含了射线源、检测台、射线成像探测器、图像数字化系统和数字图像处理系统等不能分离的固定型设备。间接式DR系统分为胶片扫描数字成像系统(FDR)和射线计算机照相(CR)。

FDR技术是用高精度透射式扫描仪将射线底片扫描后转换成数字化图像,再输入计算机,利用图像处理系统对其进行分析判读。显然,它保留了全套工业X射线照相(IX)方法来得到底片。

CR技术与IX胶片方法相似,但不同的是,它以柔性成像板(IP)代替了胶片,以读出器代替了对胶片的暗室处理。所谓CR装备,通常不包括射线源,而是指读出器、计算机和配套使用的成像板。读出器是便于搬移的小型设备,它由激光扫描器和微处理机等构成。CR技术设备简便、可移动,无需更换射源和改变探伤工艺配置,简单易行。

1.2工作原理

下面以日本富士FCR系统来简述其原理。

1.2.1图像感光板

(IP成像板)IP成像板的构造如图1所示。它是以350μm厚的聚乙烯化合物(PET)材料为基底,在上面涂有能发生辉后发光的特殊荧光体物质(带铕活性钡荧光卤化物BaFBrI:Eu2+)层。其基本原理也是由荧光体层记录通过物体并含有物体内部结构信息的射线,在IP表面(白色面),有防止荧光体受污染及遭击伤的透明保护层,在其背面有一层黑色遮光的背面保护层,整体厚度约为600～700μm。IP成像板有良好的平面性和柔软性,可以象胶片一样使用,也可以装在专用暗盒中拍片曝光。储存的射线像(潜在像)的可视化,是利用了PhotostimulatedLumi2nescence(辉后发光,PSL)现象,所谓PSL现象,即荧光体受射线激发发光,随着激发的结束,发光急剧衰减(图2中的2处),在此过程中,受长波光的照射,再一次使发光增强的现象(图2中的3处)。此现象随时间的增长而减弱,射线照射后到读出为止的时间变长的话,所得到的发光减少,但通常1～2d(天)时间内,图像并不受很大影响。因此要求在曝光后1～2d内用读出器读像。

BaFBrI:Eu2+荧光体辉后发出400nm的蓝光,而最能有效地使辉后发光发生的激发光为640nm的红光。这两种光波长不同,读取时,用一般的滤光镜就可把激发光和发光光充分分离开。

1.2.2图像信息的读出(IP图像读出装置)

将拍摄过的IP板装入专用暗盒,送入读出器,读出器会自动取出IP,由激光扫描系统读取IP上的图像潜影(图3),并转换成数字信号。激光束对匀速移动的IP整体进行精确而均匀的扫描。在IP上由激光激发出的辉后荧光,被自动跟踪的集光器收集,经光电转换器转换成电信号,放大后由模拟/数字转换器转换成10bit(1024等级)的数字化图像信息,并随同输入的试验编号等信息一起送往图像显示、处理装置,读出完毕的IP在读出器内被自动清除残留的信息,退回到原来的专用暗盒内,以备下次拍摄使用。

1.2.3计算机控制及数字化图像处理

FCR设备配有计算机,用于读出器的操作控制和对图像进行处理。

在像素为1600(横)×1200(纵)的高辉度、高精细21型黑白CRT(荧光屏)上,图像和编汇信息被显示成高质量的图像。操作者通过无交织底纹的清晰画面进行检查判定,感觉上和看X射线胶片一样。CRT画面可以分割成1/2和1/4大小,在各自的画面中,其独立的灰度变化、反差变化、空间频率强调、扩大、缩小、尺寸计算和转动等图像处理,可通过简单的鼠标操作实时进行。如在各画面中表示同一零部件不同拍摄角度的图像、同一图像用不同的图像处理条件表示、研究缺陷的位置及种类的多方面比较等。在易看清的状态下被处理的编汇图像可以jpeg或者bmp文件形式输往网络中的其它终端,从而达到图像数据有效充分利用的目的。

图像整理归档可通过附属的DVD2RAM驱动器记录在大容量的光盘上。这种图像被可逆压缩为1/2的微型信息(1/4画面图像每张约占2MByte空间),收录于文件中。

2钢管CR成像检测的主要特点

(1)IP成像板具有宽达四位数以上的(曝光量)宽容度,图像信号只要是在此范围内就可以进行图像化。同胶片相比较,可不太拘泥于拍摄条件,减少拍摄失败,且消除了IX底片伪缺陷原因造成的生产线上钢管逆流程复拍片工作引起的堵塞现象。

(2)同胶片相比,IP成像板的感光度要高得多,虽然感光度水平根据拍摄条件和检查对象不能一概而论,但一般来说,可达到富士IX100号胶片的10倍以上。钢管X射线照相,使用IP所用曝光量可以是胶片的1/3～1/7,每张现场拍片可节时115～2min,可提高现场拍片检验效率,降低射线曝光照射量,减少电离辐射危害。

(3)由于是数字化图像,可用各种图像处理方法使缺陷影像更清晰,可在显示器屏幕上观看正片(如底片)或负片(黑白反转),可通过电脑充分利用各种数据,可利用光盘进行存储。由于用可以反复使用的IP代替了胶片,一方面降低了射线成像的成本,同时使得射线照相信息的储存比胶片更为长久。CR设备通过网络连接,还可以使射线照相图像瞬时远距离传输,实现远程评片。(4)CR技术不需要暗室洗片,无水处理,告别显影与定影,没有废液,绿色环保。IP的读取时间是30～40s,显然更为方便、快捷,时效性较常规射线照相得以改善。

3现场试验

2004年12月,笔者使用上海美柯达探伤器材公司的富士FCR系统,对内外焊道余高已修磨的钢管进行了现场拍片试验,拍片时焦距为600mm,曝光时间为5min,结果如表1所示,表明FCR试验拍片灵敏度与胶片法效果相当,图4为<457mm×7.1mm钢管的FCR拍片图像,转存为jpeg格式图片,成像灵敏度有所损失,这里用的是负片图像。

4结语

经现场试验,得出目前工业CR技术可基本满足GB/9711.2标准要求的R1级射线检测图像质量要求,与IX胶片法相当。