黃明海，周長友，徐廣奎，王樹耀

(1.吉林亞新工程檢測(cè)有限責(zé)任公司，吉林132021；2.包頭市北國無損檢測(cè)技術(shù)有限公司，包頭 014010)

X射線射入金屬材料時(shí)會(huì)發(fā)生衰減，衰減量與穿透厚度具有函數(shù)關(guān)系[1]，數(shù)字X射線攝影(DR)技術(shù)可把不同的透照射線強(qiáng)度以灰度記錄下來形成數(shù)字圖像。利用該原理，通過模擬試驗(yàn)建立厚度-灰度數(shù)學(xué)模型，采用算法計(jì)算得出腐蝕坑深度，試驗(yàn)結(jié)果表明，采集數(shù)據(jù)時(shí)合理地選擇測(cè)量點(diǎn)可以降低散射比的影響，提高檢測(cè)精度。

1 模擬試驗(yàn)

選擇與天然氣管道形狀、材料相近的鋼管，加工不同深度的平底孔作為模擬試塊,設(shè)置的平底孔參數(shù)如表1所示，模擬試塊結(jié)構(gòu)如圖1所示。

表1 模擬試塊上設(shè)置的平底孔參數(shù)

圖1 模擬試塊結(jié)構(gòu)示意

采用X射線對(duì)模擬試塊不同深度的平底孔進(jìn)行透照，透照時(shí)采用相同的透照布置、曝光參數(shù)，采集圖像后測(cè)量平底孔及相鄰母材部位的灰度，平底孔編號(hào)順序如圖2所示，灰度測(cè)量結(jié)果如表2所示。

表2 灰度測(cè)量結(jié)果

圖2 平底孔編號(hào)順序示意

2 數(shù)據(jù)的歸一化處理

理論上相同的曝光條件下，母材的灰度應(yīng)是相同的，但是在實(shí)際檢測(cè)中焦距、照射方向的厚度差異會(huì)引起母材的灰度差異，亦會(huì)引起腐蝕坑的灰度差異，可以通過歸一化計(jì)算法降低該偏差，歸一化計(jì)算結(jié)果如表3所示。

表3 歸一化灰度處理結(jié)果

結(jié)果如表4所示。

表4 曲線斜率及不確定度統(tǒng)計(jì)結(jié)果

(1)

式中：k為斜率；Δh為平底孔深度；ΔG為灰度差。

腐蝕坑深度的計(jì)算方法如式(2)所示。

h=ΔG×

(2)

式中：h為腐蝕坑深度；為平均斜率。

通過數(shù)據(jù)分析，灰度差與平底孔深度呈線性關(guān)系，其關(guān)系曲線如圖3所示[2]。

圖3 灰度差與平底孔深度關(guān)系曲線

3 現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)

按照操作指導(dǎo)書采集DR圖像。在選擇灰度測(cè)量點(diǎn)時(shí)，首先應(yīng)著重考慮散射線的影響，盡可能選擇散射比接近的兩點(diǎn)作為參考點(diǎn)，降低散射比不同引起的灰度差。散射比與焦距、照射場(chǎng)、射線能量、穿透厚度、焊縫余高、鋼管曲率等均有關(guān)系;其次,要考慮射線束偏離中心導(dǎo)致的透照厚度的變化，射線束偏心對(duì)透射率也有一定的影響。

3.1 母材腐蝕坑測(cè)量

受射線檢測(cè)幾何布置特點(diǎn)的影響，鋼管圓周方向穿透厚度的變化較大，測(cè)量點(diǎn)越偏離管子中軸線，厚度變化就越大，而軸向的穿透厚度變化較小[3]。因此,在選擇母材腐蝕坑測(cè)量點(diǎn)時(shí)，第1點(diǎn)選擇在被測(cè)腐蝕坑中灰度值最大的部位，第2點(diǎn)選擇在軸向偏移一定距離的母材完好部位，根據(jù)工件情況也可在腐蝕坑上下對(duì)稱部位取兩點(diǎn)(第2點(diǎn)，第3點(diǎn))的平均灰度作為母材灰度的測(cè)量值，母材腐蝕坑測(cè)量點(diǎn)位置如圖4所示。

圖4 母材腐蝕坑測(cè)量點(diǎn)位置

3.2 熔合線附近腐蝕坑測(cè)量

射線透照焊縫時(shí)，較薄部位的射線會(huì)向較厚部位散射，不同部位的散射比變化復(fù)雜，難以量化，因此需要通過選擇合適的測(cè)量點(diǎn)來降低散射比的影響。熔合線附近腐蝕坑測(cè)量點(diǎn)的選擇主要考慮內(nèi)外余高疊加引起的透照厚度的變化。因此在選擇測(cè)量點(diǎn)時(shí)，第1點(diǎn)選擇在腐蝕坑灰度最大的部位，第2點(diǎn)選擇在該點(diǎn)附近沿著焊縫偏移至無腐蝕的部位，熔合線附近腐蝕坑測(cè)量點(diǎn)位置如圖5所示。

圖5 熔合線附近腐蝕坑測(cè)量點(diǎn)位置

3.3 焊縫腐蝕坑測(cè)量

選擇焊縫腐蝕坑測(cè)量點(diǎn)時(shí)，應(yīng)主要考慮焊縫余高的變化、內(nèi)外余高疊加、雙壁透照時(shí)兩個(gè)焊縫疊加等引起的透照厚度和散射比的變化[3]。第1點(diǎn)選擇在腐蝕坑灰度最大的部位，第2點(diǎn)選擇在該點(diǎn)附近沿著焊縫偏移至無腐蝕的部位；在選擇第2點(diǎn)時(shí)也應(yīng)考慮射線束偏離中心帶來的透照厚度的變化，隨著測(cè)量點(diǎn)遠(yuǎn)離曝光中心點(diǎn)，厚度偏差變大，因此將曝光中心設(shè)在第1點(diǎn)和第2點(diǎn)的中間位置可降低該因素的影響，焊縫腐蝕坑測(cè)量點(diǎn)位置如圖6所示。

圖6 焊縫腐蝕坑測(cè)量點(diǎn)位置

3.4 數(shù)據(jù)整理

根據(jù)測(cè)量的灰度數(shù)據(jù)，按式(1)，(2)計(jì)算得出腐蝕坑深度，腐蝕坑灰度及深度數(shù)據(jù)如表5所示。

4 結(jié)語

在役管道腐蝕坑深度的DR檢測(cè)中，圖像灰度

表5 腐蝕坑灰度及深度數(shù)據(jù)

與工件厚度、射線能量、材料吸收系數(shù)、散射線、照射場(chǎng)、管內(nèi)介質(zhì)、腐蝕坑內(nèi)容物等均有關(guān)；透照部位偏離射線束中心的程度也會(huì)對(duì)透照厚度和射線透射率產(chǎn)生影響；受鋼管曲率的影響圖像各個(gè)部位的散射比也不同，在實(shí)際應(yīng)用中只有綜合考慮上述因素，才能提高管道腐蝕坑深度的測(cè)量精度。