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(1.中國石油天然氣管道科學研究院，廊坊 065000；2.中國石油天然氣管道通信電力工程有限公司，廊坊 065000；3.廊坊中油朗威工程項目管理有限公司，廊坊 065000)

管道環(huán)焊縫檢測是管道施工過程的重要環(huán)節(jié)，而射線檢測技術目前還是長輸管道環(huán)焊縫的主要檢測手段。但相應的射線檢測主要采用膠片成像技術(RT-F)，該技術檢測周期長，效率低，經(jīng)常影響施工進度[1]。射線底片長期保存后有的影像會變色或褪色，造成原有的底片無法復核原有的檢測結(jié)果，而數(shù)字射線檢測(DR)技術解決了傳統(tǒng)膠片在存儲、查詢上的難題，能實現(xiàn)射線檢測的實時成像，具有數(shù)字存儲、缺陷圖像計算機分析、遠程評片等優(yōu)點，是射線檢測技術的發(fā)展趨勢。但國內(nèi)DR工程應用的經(jīng)驗不多，因此通過設計加工包含不同類型缺陷的工藝焊縫，采用DR與RT-F對其進行對比檢測試驗，從而驗證DR應用于油氣管道環(huán)焊縫檢測的可靠性。

1 DR與RT-F檢測原理

1.1 RT-F檢測原理

RT-F利用射線穿透被檢工件時，有缺陷位置和無缺陷位置對射線的吸收能力的差異進行檢測。感光膠片上對應缺陷的位置因接收到較多的射線，會形成較大程度的潛影，膠片經(jīng)過顯影、定影及干燥等暗室處理后，形成透照影像。評定人員根據(jù)透照影像的對比度就可以判斷工件中有無缺欠及缺欠的形狀、大小和位置[2]。RT-F檢測原理示意如圖1所示。

1.2 DR檢測原理

DR技術利用X射線的穿透特性和衰減特性，通過數(shù)字探測器來獲得可被顯示和記錄的數(shù)字圖像，檢測原理示意見圖2。檢測時，X射線透照過被檢物體后，強度發(fā)生了改變，衰減后的射線光子被數(shù)字探測器接收轉(zhuǎn)換為可見光或電子，通過電路讀出并進行數(shù)字化處理后，將信號數(shù)據(jù)發(fā)送至計算機系統(tǒng)形成可顯示、分析處理和存儲的圖像，進而實現(xiàn)圖像數(shù)字化。其檢測過程包括透照，信號探測與轉(zhuǎn)換，圖像顯示與評定3個階段。

圖2 DR檢測原理示意

2 DR與RT-F對比試驗

透照方式采用環(huán)焊縫內(nèi)透中心法，將X射線機的焦點調(diào)整到環(huán)焊縫中心位置處，對預制人工缺陷的管道環(huán)焊縫進行周向曝光，分別采用DR與RT-F對人工缺陷焊縫進行單壁單影檢測，然后對兩種檢測方法的結(jié)果進行對比分析。DR與RT-F檢測分別按照標準SY/T 4109-2013《石油天然氣鋼質(zhì)管道無損檢測》中的第5部分(射線數(shù)字成像檢測)和第4部分(射線檢測)的相關規(guī)定進行。

2.1 RT-F系統(tǒng)及工藝參數(shù)

采用的射線機型號為YXLON EVO 300P，焦點尺寸(寬×長)為0.5 mm×5.5 mm；膠片為AGFA C7型膠片；線型像質(zhì)計為FE10-16。

檢測參數(shù)如下：采用中心透照方式；焦距為711 mm；電壓為260 kV；電流為2.8 mA；曝光時間為150 s。

2.2 DR系統(tǒng)及工藝參數(shù)

采用D/P Tech公司的DR檢測系統(tǒng)；射線機型號為YXLON EVO 300P，焦點尺寸(寬×長)為0.5 mm×5.5 mm；數(shù)字探測器像素尺寸為127 μm；成像面積(長×寬)為150 mm×150 mm；線型像質(zhì)計為FE10-16；雙線型像質(zhì)計為ISO 19232H446。

檢測參數(shù)如下：中心透照方式；焦距為726 mm；電壓為260 kV；電流為2.5 mA；單幅圖像曝光時間為3.2 s。

2.3 人工缺陷管道環(huán)焊縫設計與加工

含人工缺陷的環(huán)焊縫采用φ1 422 mm×21.4 mm(外徑×壁厚,下同)的X80碳鋼管道加工制作，焊縫坡口形式為V型坡口。焊縫坡口結(jié)構(gòu)及焊縫的RT-F透照布置如圖3，4所示。在焊縫的不同高度區(qū)域設計加工了60個不同類型的焊接缺陷，缺陷類型涵蓋單個氣孔、密集氣孔、坡口未熔合、層間未熔合、根部未焊透和裂紋等，缺陷類型及分布的區(qū)域信息如表1所示，缺陷之間距離約為149 mm。

圖3 焊縫坡口結(jié)構(gòu)

圖4 RT-F檢測的透照布置

缺陷類型分布區(qū)域缺陷數(shù)量坡口未熔合根部坡口16未焊透根部2坡口未熔合填充坡口18坡口未熔合蓋面18裂紋層間未熔合單個氣孔密集氣孔填充填充填充填充2211

2.4 檢測程序

2.4.1 DR的檢測程序

(1) 根據(jù)被檢工件(φ1 422 mm×21.4 mm管道環(huán)焊縫)的管徑和壁厚，依據(jù)標準SY/T 4109-2013中的第5部分內(nèi)容和DR曝光曲線，計算曝光工藝參數(shù)。

(2) 設置DR系統(tǒng)參數(shù)，并進行DR探測器校正。

(3) 將DR系統(tǒng)的軌道固定到管道上，DR圖像采集系統(tǒng)安裝于軌道，并在采取有效的射線防護條件下，對管道環(huán)焊縫進行檢測。

(4) 測定檢測圖像的分辨率、對比度、靈敏度、歸一化信噪比、灰度值等圖像質(zhì)量指標是否符合標準要求，若不符合，對工藝參數(shù)進行調(diào)整并重新檢測，直到圖像質(zhì)量指標滿足標準要求。

(5) 對符合標準要求的檢測圖像進行評定，標注缺陷，保存檢測數(shù)據(jù)，生成DR報告。

2.4.2 RT-F檢測程序

(1) 根據(jù)被檢工件的管徑和壁厚，依據(jù)標準SY/T 4109-2013中的第4部分內(nèi)容和RT-F曝光曲線，計算曝光工藝參數(shù)。

(2) 進行RT-F之前的工藝準備，包括射線機型號的選擇、膠片、增感屏的選擇，確定像質(zhì)計、標記、暗盒、屏蔽板、標準密度片等。

(3) 在采取有效的射線防護條件下，按照計算的曝光工藝參數(shù)，對管道環(huán)焊縫進行RT-F。

(4) 對曝光后的底片進行顯影、停影、定影、水洗和干燥，所得到底片的對比度、靈敏度、黑度、標記、表觀品質(zhì)應符合標準的要求。若不符合，對工藝參數(shù)進行調(diào)整并重新檢測，直到符合標準要求。

(5) 按標準要求對底片進行評定，記錄缺陷的位置、大小，出具檢測報告。

2.4.3 兩種方法的對比

φ1 422 mm×21.4 mm管道環(huán)焊縫DR檢測與RT-F檢測方法的優(yōu)缺點對比如表2所示。

表2 φ1 422 mm×21.4 mm管道環(huán)焊縫DR檢測與RT-F檢測方法的優(yōu)缺點對比

2.5 檢測結(jié)果

通過PROFESSIONAL軟件對DR的圖像品質(zhì)進行測量，圖像分辨率達到D8,線型像質(zhì)計靈敏度達到W12,歸一化信噪比為190，檢測圖像質(zhì)量滿足標準SY/T 4109-2013的要求。DR圖像質(zhì)量的測量如圖5～7所示。

DR與RT-F對比試驗結(jié)果如表3所示。

對比數(shù)字圖像和底片中的缺陷細節(jié)，DR方法和RT-F方法均檢測出了管道環(huán)焊縫中的缺陷，均未出現(xiàn)漏檢情況。但缺陷顯示的長度和邊緣的清晰度存在差異，DR檢測圖像通過調(diào)節(jié)圖像對比度等圖像處理方法，可以有效地提高檢測人員對缺陷的觀測能力，觀察到更小的缺陷細節(jié)。不同類型缺陷的DR檢測圖像如圖8～13所示。

圖5 圖像分辨率

圖6 線型像質(zhì)計靈敏度

圖7 歸一化信噪比

圖8 密集氣孔的DR圖像

圖9 坡口未熔合的DR圖像

圖10 裂紋的DR圖像

圖11 根部未焊透的DR圖像

圖12 氣孔的DR圖像

圖13 層間未熔合的DR圖像

缺陷類型分布區(qū)域缺陷數(shù)量DR檢出數(shù)量RT-F檢出數(shù)量坡口未熔合根部坡口161616未焊透根部222坡口未熔合填充坡口181818坡口未熔合蓋面181818裂紋填充222層間未熔合填充222單個氣孔密集氣孔填充填充111111

3 結(jié)論

采用DR和RT-F兩種不同的射線檢測方法，對加工制作的含有缺陷的管管對接環(huán)焊縫進行對比檢測試驗，比較兩種檢測方法對不同類型缺陷的檢出能力。試驗結(jié)果表明，DR和RT-F兩種檢測方法對管道環(huán)焊縫中的氣孔、坡口未熔合、層間未熔合、根部未焊透和裂紋等缺陷均能檢出；在圖像靈敏度方面，DR和RT-F水平相當，均能看到線型像質(zhì)計W12；在圖像分辨率方面，DR圖像的雙線型像質(zhì)計指數(shù)略低于RT-F的；在信噪比方面，DR圖像的信噪比要遠遠大于RT-F的；由于檢測圖像細節(jié)識別能力取決于被檢焊縫的有效衰減系數(shù)、信噪比和圖像分辨率，因此DR可以觀察到更小的缺陷細節(jié)，DR圖像的缺陷尺寸略大于RT-F。DR滿足了數(shù)字化管道的發(fā)展要求，已在油氣管道檢測中逐步應用，未來將具有廣闊的發(fā)展前景。