承壓設(shè)備無(wú)損檢測(cè)新技術(shù)介紹

1、承壓設(shè)備無(wú)損檢測(cè)新技術(shù)介紹,吳 偉云南省火電建設(shè)公司中心試驗(yàn)室昆明大石壩省火電建設(shè)公司基地院內(nèi) 650028Tel：0871-7213019 13208850580 Email: ww530112@126.com,工業(yè)數(shù)字化射線檢測(cè),前 言,隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展和普及，現(xiàn)在已進(jìn)入數(shù)字化時(shí)代 。 Ｘ射線無(wú)損探傷作為一種常規(guī)的無(wú)損檢測(cè)方法在工業(yè)領(lǐng)域應(yīng)用已有近百年的歷史,Ｘ射線

2、無(wú)損探傷通常以膠片照相為主要方法，在檢測(cè)速度和成本等方面已無(wú)法滿足目前生產(chǎn)快速發(fā)展和競(jìng)爭(zhēng)日益激烈的需要。我國(guó)經(jīng)過(guò)十多年的發(fā)展，一種新興的X射線無(wú)損檢測(cè)方法-X射線數(shù)字化實(shí)時(shí)成像檢測(cè)技術(shù)已日臻成熟并已成功應(yīng)用于我國(guó)的實(shí)踐。X射線數(shù)字實(shí)時(shí)成像檢測(cè)技術(shù)主要特點(diǎn)是無(wú)需膠片照相，這與數(shù)碼相機(jī)可以代替普通相機(jī)技術(shù)一樣，檢測(cè)結(jié)果的載體是數(shù)字圖像,標(biāo)志著我國(guó)Ｘ射線檢測(cè)技術(shù)進(jìn)入無(wú)膠片時(shí)代，是無(wú)損檢測(cè)技術(shù)的一次革命。,數(shù)碼照片與膠片照片相媲美,X 射線數(shù)字

3、化檢測(cè)圖像,一、數(shù)字化圖像的基本知識(shí),由連續(xù)信號(hào)構(gòu)成的圖像稱為模擬圖像，射線照相得到的底片圖像就是模擬圖像；而數(shù)字圖像是指由大量的點(diǎn)（像素）構(gòu)成，可用二進(jìn)制數(shù)字描述的圖像。有很多方法可以將模擬圖像轉(zhuǎn)換成數(shù)字圖像，如用掃描儀、或用數(shù)碼相機(jī)等。工業(yè)射線檢測(cè)數(shù)字圖像有很多方法： 1、底片數(shù)字化掃描技術(shù)； 2、圖像增強(qiáng)器實(shí)時(shí)成像技術(shù)； 3、計(jì)算機(jī)X射線照相技術(shù)（CR）； 4、線陣列掃描技術(shù)（LDA）；

4、 5、非晶硅和非晶硒數(shù)字平板成像技術(shù)； 6、CMOS數(shù)字平板成像技術(shù)； 7、層析照相技術(shù)。,射線數(shù)字化實(shí)時(shí)成像檢測(cè)技術(shù)基本原理,Ｘ射線數(shù)字化實(shí)時(shí)成像無(wú)損檢測(cè)原理如圖所示，它可用兩個(gè)“轉(zhuǎn)換”來(lái)概述：Ｘ射線穿透金屬材料后被圖像采集器所接收，圖像采集器把不可見(jiàn)的Ｘ射線檢測(cè)信號(hào)轉(zhuǎn)換為光學(xué)圖像，稱為“光電轉(zhuǎn)換”；圖像采集器（對(duì)于圖像不具備數(shù)字采集功能的圖像增強(qiáng)器而言，用高清晰度電視攝像機(jī)攝取光學(xué)圖像，輸入計(jì)算機(jī)進(jìn)行Ａ／

5、Ｄ轉(zhuǎn)換），將采集到的數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字圖像，經(jīng)計(jì)算機(jī)處理后，還原在顯示器屏幕上，可顯示出材料內(nèi)部的缺陷性質(zhì)、大小、位置等信息，按照有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)檢測(cè)結(jié)果進(jìn)行缺陷等級(jí)評(píng)定，從而達(dá)到無(wú)損檢測(cè)的目的。Ｘ射線數(shù)字化實(shí)時(shí)成像技術(shù)無(wú)論在檢測(cè)效率、經(jīng)濟(jì)效益、表現(xiàn)力、遠(yuǎn)程傳送、方便實(shí)用等方面都比照相底片更勝一籌，因而具有良好的發(fā)展前景。所謂“實(shí)時(shí)”的是指圖像的采集速度制式，圖像采集速度能夠達(dá)到25幀／秒（PAL制）或30幀／秒（NTSC制），即視為實(shí)時(shí)成

6、像。關(guān)于圖像的采集制式，我國(guó)采用PAL制式，歐美等國(guó)家多采用NTSC制式。,二、底片數(shù)字化掃描技術(shù),底片掃描不采用反射式而采用透射式；由于底片黑度高，掃描光源必須保證有足夠透過(guò)光亮度；傳輸系統(tǒng)必須保證足夠精度；掃描得到的數(shù)字圖像必須保證足夠高的空間分辨率和灰度分辨率；目前工業(yè)底片數(shù)字掃描設(shè)備主要分為兩大類：基于CCD/CMOS成像的掃描系統(tǒng)和基于PMT成像的掃描。,底片數(shù)字化掃描技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)和局限性,與其他獲得數(shù)字化圖像的技術(shù)相比

7、，掃描技術(shù)所需投資費(fèi)用最低；操作簡(jiǎn)單，容易掌握，技術(shù)要求低；操作過(guò)程長(zhǎng)，需要比膠照相更比的時(shí)間才能獲取數(shù)字圖像；圖形質(zhì)量會(huì)因掃描出現(xiàn)某種程度的退化。例如由于工業(yè)射線膠片雙面涂膜，掃描造成圖像清晰度損失。,二、圖像增強(qiáng)器實(shí)時(shí)成像技術(shù)CCD,,圖像增強(qiáng)器,圖像增強(qiáng)器工作原理,射線穿透工件后圖像增強(qiáng)器的前端熒光板，經(jīng)光電轉(zhuǎn)換，光電子在真空度很高的封閉的空腔內(nèi)經(jīng)高壓電場(chǎng)聚焦，工件的摸擬圖像被攝像機(jī)所攝取，輸入計(jì)算機(jī)進(jìn)行摸擬量/數(shù)字化轉(zhuǎn)換。

8、,CCD攝像機(jī)的工作方式,被攝物體的圖像經(jīng)過(guò)鏡頭聚焦至CCD芯片上，CCD根據(jù)光的強(qiáng)弱積累相應(yīng)比例的電荷，各個(gè)像素積累的電荷在視頻時(shí)序的控 制下，逐點(diǎn)外移，經(jīng)濾波、放大處理后，形成視頻信號(hào)輸出。視頻信號(hào)連接到監(jiān)視器或電視機(jī)的視頻輸入端便可以看到與原始圖像相同的視頻圖像。,1、圖象增強(qiáng)器基本結(jié)構(gòu),,,,2 3 4 5 1 6,2、射線實(shí)時(shí)成像檢驗(yàn)系統(tǒng)的圖象特性像素分辨率不清晰度

9、對(duì)比靈敏度,3、射線實(shí)時(shí)成像技術(shù)工藝要點(diǎn)（1）最佳放大倍數(shù)：Mo=1+(Us/df)3/2（2）掃描速度和定位精度（3）圖像處理（4）系統(tǒng)性能校驗(yàn),4、圖像培強(qiáng)器實(shí)時(shí)成像的優(yōu)點(diǎn)和局限性檢測(cè)速度快，工作效率比射線照相高數(shù)十倍。不使用膠片，不需要處理膠片的化學(xué)藥品，運(yùn)行成本低，且不造成環(huán)境污染。檢測(cè)結(jié)果可轉(zhuǎn)化為數(shù)字化圖像可用光盤(pán)等存儲(chǔ)器存放、調(diào)用、傳送比底片方便。僅在最后階段通過(guò)數(shù)字式攝像機(jī)才變成數(shù)字信號(hào)圖像，而其成像過(guò)程

10、，從射線作用多次轉(zhuǎn)換，造成信噪比降低和圖像質(zhì)量劣化，影響最終獲得的數(shù)字圖像質(zhì)量圖像質(zhì)量。顯示器視域有局限。圖像邊沿容易出現(xiàn)扭曲失真。設(shè)備一次投資較大。圖像增強(qiáng)器體積較大，檢測(cè)系統(tǒng)應(yīng)用的靈活性和適用性不如普通射線照相裝置。,三、計(jì)算機(jī)射線照相技術(shù)（CR）,計(jì)算機(jī)射線照相，是指將射透過(guò)工件后的信息記錄在成像板上，經(jīng)掃描裝置讀取，再由計(jì)算機(jī)生出數(shù)字化圖像的技術(shù)。整個(gè)系統(tǒng)由存儲(chǔ)磷光成像板（又稱IP板）、相應(yīng)的讀出裝置（掃描器和讀出器）、計(jì)

11、算機(jī)軟件（數(shù)字圖像處理和儲(chǔ)存管）、硬度（打印機(jī)和其他存儲(chǔ)介質(zhì)）等組成。,1、計(jì)算機(jī)射線照相工作過(guò)程（1）曝光：射線穿過(guò)工件到達(dá)IP板，與熒光物質(zhì)相互作用，在較高能帶俘獲的電子形成光激發(fā)射熒光中心，構(gòu)成潛影；（2）掃描：將IP板裝入專用掃描器，有激光掃描被射線照射過(guò)的熒光物質(zhì)，將存儲(chǔ)存在成像板上的射線影像轉(zhuǎn)換為可光信號(hào)；（3）成像：輸出藍(lán)色光輻射被光電接收器捕獲，通過(guò)具有光電倍增和模數(shù)轉(zhuǎn)換功能的讀出器將其轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)輸出，通過(guò)計(jì)算

12、機(jī)重建為可視影像在顯示器上顯示。,2、計(jì)算機(jī)射線照相系統(tǒng)的性能和技術(shù)參數(shù)（1）激光掃描儀（2）IP板（3）空間分辨力和信噪比（4）圖像不清晰度,3、CR技術(shù)和優(yōu)點(diǎn)和局限性（1）目前最好的CR成像空間分辨率可達(dá)到25μm，稍低于膠片水平，但優(yōu)于其他各種數(shù)字成像方法。（2）原有的X射線設(shè)備不需要更換或改造，可以真接使用。（3）IP板與膠片一樣，能夠分割和彎曲，能適用于復(fù)雜部位，成像板可重復(fù)使用幾千次，其壽命決定于機(jī)械磨損程度。

13、雖然價(jià)格昂貴，但實(shí)際比膠片更便宜。（4）寬容度大，曝光條件易選擇。對(duì)于曝光不足或過(guò)度的膠片可通過(guò)影像處理進(jìn)行補(bǔ)救。（5）雖然比膠片照相速度快一些，但是不能直接獲得圖像，必須將IP板放入掃描讀取器中才能得到圖像。（6）IP成像板與膠片一樣，對(duì)使用條件有一定要求，不能在潮濕的環(huán)境中和極端的溫度條件下使用。,四、線陣列掃描成像技術(shù)（LDA）,由射線機(jī)發(fā)出的一束射線，穿過(guò)被檢測(cè)工件，被線掃描直接成像器（LDA探測(cè)器）接收，將射線直接轉(zhuǎn)換成

14、數(shù)字信號(hào)，然后傳送至圖像采集控制器和計(jì)算機(jī)中。每次掃描LDA探測(cè)器所生成的圖像僅僅是很窄的一條線，為了獲得完整的圖像，就必須使被檢測(cè)工件作勻速運(yùn)動(dòng)，逐次進(jìn)行掃描。計(jì)算將多次掃描獲得的線形圖像進(jìn)行組合。最后在顯示器上顯示出完整的圖象，從而完成整個(gè)成像過(guò)程。,1、LDA線陣列掃描數(shù)字成像系統(tǒng),1,,7,,6,1、X射線管 2、準(zhǔn)直后的X射線束 3、工件 4、傳磅裝置 5、LDA探測(cè)器6、數(shù)據(jù)采集和控制系統(tǒng) 7、顯示器,線陣

15、列探測(cè)器,2、線陣列掃描數(shù)字成像系統(tǒng)的技術(shù)特性,（1）空間分辨率（2）動(dòng)態(tài)范圍（3）動(dòng)態(tài)標(biāo)定（4）掃描速度（5）閃爍體與射線能量的匹配,3、LDA技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)和局限性,（1）一次投資費(fèi)用較低，比數(shù)字平板（DR）技術(shù)低很多，大致與圖像增強(qiáng)器實(shí)時(shí)成像技術(shù)相近；（2）成像質(zhì)量比圖像增強(qiáng)器實(shí)時(shí)成像技術(shù)好，但低于數(shù)字平板（DR）技術(shù)，更低于計(jì)算機(jī)射線照相（CR）技術(shù)；（3）成像速度比計(jì)算機(jī)射線照相（CR）技術(shù)快得多，但比圖像增強(qiáng)器實(shí)時(shí)成

16、像技術(shù)慢；（4）運(yùn)行費(fèi)用較低，大致與圖像增強(qiáng)器實(shí)時(shí)成像技術(shù)相近。,五、數(shù)字平板直接成像技術(shù)（DR）,數(shù)字平板技術(shù)與膠片或CR的處理過(guò)程不同，在兩次照射期間，不必更換膠片和存儲(chǔ)熒光板，僅僅需要幾秒種的數(shù)據(jù)采集，就可以觀察到圖像，檢測(cè)速度和效率大大高于膠片和CR技術(shù)。數(shù)字平板的成像質(zhì)量比圖像增強(qiáng)器射線實(shí)時(shí)成像系統(tǒng)好很多，不僅成像區(qū)均勻，沒(méi)有邊緣幾何變形，而且空間分辨率和靈敏度更高一些。與LDA線陣列掃描相比，數(shù)字平板可做成大面積平板一次曝

17、光形成圖像，而不需要通過(guò)移動(dòng)或旋轉(zhuǎn)工件，經(jīng)過(guò)多次線掃描才獲得圖像。 數(shù)字平板技術(shù)有非晶硅（a-Si）、非晶硒（a-Se）和CMOS三種,1、非晶硅平板和非晶硒平板,非晶硅平板成像稱為間接成像：需要中間媒體——閃爍層將X射線轉(zhuǎn)換為可見(jiàn)光，再轉(zhuǎn)換為電信號(hào)。非晶硒平板成像稱為直接成像：X射線撞擊硒層，、硒層直接將X射線轉(zhuǎn)化成電荷。當(dāng)要求分辨率小于200μm時(shí)應(yīng)使用非晶硒板，而當(dāng)允許分辨率大于200μm時(shí)，可考慮使用非晶硅。非

18、晶硅板成像速度比非晶硒快。,2、CMOS數(shù)字平板,CMOS數(shù)字平板由集成的CMOS記憶芯片構(gòu)成，所謂“CMOS”是互補(bǔ)金屬氧化硅半導(dǎo)體。和CCD一樣，是可記錄光線變化的半導(dǎo)體。,CMOS的制造技術(shù)和一般計(jì)算機(jī)芯片沒(méi)什么差別，主要是利用硅和鍺這兩種元素所做成的半導(dǎo)體，使其在CMOS上共存著帶N（帶–電） 和 P（帶+電）級(jí)的半導(dǎo)體，這兩個(gè)互補(bǔ)效應(yīng)所產(chǎn)生的電流即可被處理芯片紀(jì)錄和解讀成影像。 “活性像元探頭技術(shù)”是指把所有的電子控制和放大

19、電路放置于每一個(gè)圖像探頭上，取代一般探頭器在邊沿布線的結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)使CMOS探測(cè)器的抗震性更強(qiáng)，壽命更長(zhǎng)。CMOS工作溫度很寬。CMOS探測(cè)器的填充系數(shù)高達(dá)90%以上，高出非晶硅探測(cè)器約60%。采用軸外檢測(cè)方法，可減少噪音（不希望的信號(hào)），減少輻射對(duì)探測(cè)器的直接沖擊（輻射噪音），延長(zhǎng)探測(cè)器壽命。由于主要的輻射束被屏蔽，可以提高信噪比?？梢允褂酶鞣NX射線源：脈沖的、整流的、恒壓的，電流從幾微安培到30安培。使用小型CMOS系統(tǒng)

20、，曝光時(shí)間為0.5-3秒，把數(shù)據(jù)修正并把圖像傳輸?shù)接?jì)算機(jī)工作站上，并顯示出來(lái)再需10秒種。,六、X射線層析照相,工業(yè)CT是用經(jīng)過(guò)高度準(zhǔn)直的窄束X射線，對(duì)工件分層進(jìn)行掃描。X射線管與探測(cè)器作為同步轉(zhuǎn)動(dòng)的整體，分別位于工年兩側(cè)的相對(duì)位置。檢查中X射線束從各個(gè)方向?qū)Ρ惶讲榈臄嗝孢M(jìn)行掃描，位于對(duì)側(cè)的探測(cè)器接收透過(guò)斷面的X射線，然后將這些X射線信息轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)，再由模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)輸入計(jì)算機(jī)進(jìn)行處理，最后由圖像顯示器用不同的灰度等級(jí)

21、顯示出來(lái)，就成為一幅X-CT圖像。,（1）特點(diǎn)準(zhǔn)確率高。產(chǎn)生的數(shù)字化圖像信號(hào)貯存、轉(zhuǎn)錄十分方便。完整地檢測(cè)一個(gè)工件比常規(guī)射線照相需要長(zhǎng)得多的時(shí)間，費(fèi)用要高得多。（2）應(yīng)用缺陷檢測(cè)尺寸測(cè)量結(jié)構(gòu)和密度分布檢查,七、數(shù)字化射線成像技術(shù)特點(diǎn)總結(jié),各種數(shù)字化射線成像技術(shù)的共同點(diǎn)是：檢測(cè)過(guò)程容易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，工作效率高，數(shù)字圖像的處理、存儲(chǔ)、傳輸、提取、觀察應(yīng)用十分方便。（1）成像速度 數(shù)字化射線成像技術(shù)成像速度與成像精度有

22、關(guān)，一般來(lái)說(shuō)成像速度越快，所獲得的圖像質(zhì)量就越低。 各種檢測(cè)技術(shù)按速度排列： 成像速度最高——圖象增強(qiáng)器CCD實(shí)時(shí)成像 非晶硅 非晶硒 CMOS LDA CR 膠片照相 底片掃描,,,,,,,,（2）空間分辨率 各種檢測(cè)技術(shù)按速度排列：分辨率最高——膠片照相 CR 底片掃描 CMOS 非晶硒 非晶硅 LDA 圖像

23、增強(qiáng)器CCD實(shí)時(shí)成像（3）一次投入費(fèi)用/運(yùn)營(yíng)成本 把各種檢測(cè)技術(shù)按一次投入費(fèi)用排列：一次投入費(fèi)用最高——CMOS 非晶硒 非晶硅 LDA CR 圖像增強(qiáng)器CCD實(shí)時(shí)成像 底片掃描 膠片照相 把各種檢測(cè)技術(shù)按運(yùn)營(yíng)成本排列：運(yùn)營(yíng)成本最高——底片掃描 膠片照相 CR 非晶硒 非晶硅 CMOS LDA 圖像增強(qiáng)器CCD實(shí)時(shí)成像 （4）使

24、用適應(yīng)性使用適應(yīng)性最好——CR 膠片照相 底片掃描 非晶硅非晶硒 CMOS LDA 圖像增強(qiáng)器CCD實(shí)時(shí)成像,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,八、數(shù)字化射線圖像優(yōu)勢(shì),與射線照相底片的模擬圖像相比，數(shù)字化的射線圖像至少有以下優(yōu)勢(shì)：（1）不再需要龐大的底片庫(kù)，檢測(cè)結(jié)果的保存問(wèn)題很容易解決；（2）形成的電子文檔資料庫(kù)可通過(guò)先進(jìn)和軟件實(shí)現(xiàn)高水平的管理

25、，檢索、查找、統(tǒng)計(jì)、調(diào)用快速方便；（3）可在網(wǎng)絡(luò)上傳輸，實(shí)現(xiàn)檢測(cè)結(jié)果的異地遠(yuǎn)程分析評(píng)定；（4）可通過(guò)計(jì)算機(jī)處理，提高圖像質(zhì)量；（5）容易復(fù)制，可保存時(shí)間幾乎無(wú)限，對(duì)于設(shè)備運(yùn)行后期維修和安全具有十分重要的意義。,九、標(biāo)準(zhǔn),關(guān)于X 射線實(shí)時(shí)成像檢測(cè)方法，到目前為止我國(guó)已發(fā)布了GB 17925-1999《氣瓶對(duì)接焊縫 X射線實(shí)時(shí)成像檢測(cè)》和GB/T 19293-2003《對(duì)接焊縫X射線實(shí)時(shí)成像檢測(cè)法》兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)。GB/T 19293-2

26、003是關(guān)于對(duì)接焊縫X射線實(shí)時(shí)成像檢測(cè)的通用方法標(biāo)準(zhǔn)，GB 17925-1999是關(guān)于氣瓶產(chǎn)品對(duì)接焊縫X射線實(shí)時(shí)成像檢測(cè)的方法標(biāo)準(zhǔn)。這兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)布，標(biāo)志著我國(guó) X 射線實(shí)時(shí)成像無(wú)損檢測(cè)技術(shù)的研究和應(yīng)用已達(dá)到了一個(gè)新水平。但是，作為射線實(shí)時(shí)成像無(wú)損檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)化體系在我國(guó)尚未建立起來(lái)，需要盡快建立我國(guó)射線實(shí)時(shí)成像無(wú)損檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)化體系。,十、應(yīng)用,X射線數(shù)字化實(shí)時(shí)成像技術(shù)在工業(yè)各個(gè)領(lǐng)域都有廣泛的應(yīng)用，例如在氣瓶、鍋爐、壓力容器、壓力管道、油氣長(zhǎng)

27、輸管道對(duì)接焊縫的無(wú)損檢測(cè)，汽車輪轂、汽車/飛機(jī)輪胎等領(lǐng)域的無(wú)損檢測(cè)，機(jī)械 零件的無(wú)損檢測(cè)等。,氣瓶對(duì)接焊縫X射線實(shí)時(shí)成像檢測(cè),在20世紀(jì)90年代中期，X射線數(shù)字化實(shí)時(shí)成像檢測(cè)已正式應(yīng)用于液化石油氣鋼瓶對(duì)接焊縫的無(wú)損檢測(cè)。,1-Ｘ射線管焦點(diǎn) 2-氣瓶 3-被檢測(cè)焊縫 4-圖像增強(qiáng)器 5-光學(xué)鏡頭 6-攝象機(jī),當(dāng)時(shí)圖像采集器主要是采用圖像增強(qiáng)器技術(shù)，可以說(shuō)是X射線實(shí)時(shí)成像檢測(cè)系統(tǒng)的第一代技術(shù)，在此技術(shù)的基礎(chǔ)上形成了17925-1999標(biāo)準(zhǔn)。

28、采用此技術(shù)的設(shè)備造價(jià)較低，雖然圖像質(zhì)量比現(xiàn)在的線陣列探測(cè)器技術(shù)低一些，但經(jīng)過(guò)十多年實(shí)際應(yīng)用，證明技術(shù)已經(jīng)日臻成熟，能滿足氣瓶和壓力管道及有關(guān)壓力容器焊縫無(wú)損檢測(cè)的要求，至今仍然有堅(jiān)強(qiáng)生命力。檢測(cè)工裝由兩個(gè)自由構(gòu)成，檢測(cè)環(huán)焊縫時(shí)，氣瓶在工裝上繞軸線呈360°旋轉(zhuǎn)，檢測(cè)縱焊縫時(shí)，氣瓶沿水平方向移動(dòng)，確保焊縫100%檢驗(yàn)。,線陣列探測(cè)器X射線實(shí)時(shí)成像檢測(cè)技術(shù),線陣列探測(cè)器X射線實(shí)時(shí)成像檢測(cè)技術(shù)是當(dāng)前比較流行的X射線實(shí)時(shí)成像檢測(cè)技術(shù)，

29、它采用線陣列探測(cè)器作為圖像采集器，可以說(shuō)是第二代X射線實(shí)時(shí)成像檢測(cè)系統(tǒng)技術(shù)。,線陣列探測(cè)器X射線實(shí)時(shí)成像檢測(cè)技術(shù),,長(zhǎng)輸管道中心內(nèi)透法實(shí)時(shí)成像檢測(cè)技術(shù)（爬行器將X射線機(jī)推入管道內(nèi)）,管道爬行器,管子-管板角接焊接接頭 射線檢測(cè),一、管子-管板角接焊接接頭射線照相技術(shù)應(yīng)用意義,1、管子-管板角焊縫無(wú)損檢測(cè)的重要性管子-管板角接焊接接頭是列管式換熱器和列管式反應(yīng)器管子與管板聯(lián)接的主要部位，即使小的缺陷也會(huì)大大地降低該類接頭的密封性和聯(lián)接

30、強(qiáng)度。氣孔是造成管子-管板角接焊接接頭泄漏失效的重要原因。在設(shè)備投入使用后一至三年，由于腐蝕作用，有氣孔的部位會(huì)出現(xiàn)穿透，發(fā)生泄漏，導(dǎo)致停產(chǎn)，造成重大經(jīng)濟(jì)損失和環(huán)境污染。提前發(fā)現(xiàn)缺陷是無(wú)損檢測(cè)技術(shù)的重要課題。,管子-管板角焊縫泄漏的危害,A.影響承壓設(shè)備運(yùn)行的安全；B.造成不正常停車，縮短裝置運(yùn)行周期；C.泄漏可能引起設(shè)備腐蝕；D.泄漏可能對(duì)產(chǎn)品指標(biāo)和質(zhì)量造成影響。E泄漏造成環(huán)境污染,存在于管子-管板角接接頭焊縫中的氣孔,氣

31、孔造成管子-管板角接接頭焊縫泄漏失效,2、管子-管板角焊縫其它無(wú)損檢測(cè)技術(shù)的難點(diǎn)管子-管板角焊縫因其形狀特殊，應(yīng)用常規(guī)射線和超聲波技術(shù)檢測(cè)很困難；只能用表面檢測(cè)(滲透或磁粉)，但此方法只能檢查焊縫的表面缺陷，無(wú)法知道焊縫內(nèi)部缺陷的情況?？捎锰厥獬暡夹g(shù)檢測(cè)管子-管板焊縫：但專用設(shè)備系統(tǒng)價(jià)格昂貴，效率低，現(xiàn)場(chǎng)適應(yīng)能力差，對(duì)氣孔的檢測(cè)靈敏度低。,管板角接接頭焊縫的檢測(cè)方法,MT？PT？UT？ET？RT？,,3、管子-管板角焊

32、縫射線照相成效該方法不僅能檢出氣孔外，還能檢出接頭中的裂紋、未熔合、未焊透、夾渣等各類缺陷。管子-管板焊縫的射線照相是一項(xiàng)降低換熱器和反應(yīng)器的失效概率非常有效的預(yù)防性控制措施。過(guò)去的25年的國(guó)外應(yīng)用實(shí)踐表明，管子-管板焊縫射線照相技術(shù)的應(yīng)用大大降低泄漏事故發(fā)生率從而減少了生產(chǎn)成本，提高了經(jīng)濟(jì)效益。尤其是大型石油化工裝置，長(zhǎng)周期運(yùn)行可以獲得可觀的經(jīng)濟(jì)利益，而意外停車損失是巨大的。,二、管子-管板角焊縫射線照相技術(shù)適用的檢測(cè)對(duì)象,1、

33、重要設(shè)備、關(guān)鍵設(shè)備、高價(jià)值設(shè)備；2、劇毒介質(zhì)設(shè)備；3、要求高可靠性，長(zhǎng)周期運(yùn)行的設(shè)備；4、投用后無(wú)法維護(hù)修理的設(shè)備；5、管程和殼程高壓差設(shè)計(jì)條件；6、高溫或溫度劇烈變化設(shè)計(jì)條件；,7、難以避免振動(dòng)的設(shè)計(jì)條件； 8、負(fù)荷經(jīng)常變化或循環(huán)負(fù)荷的設(shè)計(jì)條件； 9、泄漏可能引起系統(tǒng)嚴(yán)重腐蝕的設(shè)計(jì)條件；10、泄漏會(huì)對(duì)工藝參數(shù)和產(chǎn)品質(zhì)量造成影響，因此微量泄漏也不允許的運(yùn)行條件；11、被檢測(cè)管子內(nèi)徑應(yīng)在14～46mm范圍內(nèi)，采用特殊措施

34、可檢測(cè)小徑管內(nèi)徑為11mm。12、用于制作焊接接頭的金屬材料包括碳素鋼、低合金鋼、不銹鋼、鈦及鈦合金、鎳及鎳合金、鋯及鋯合金。,三、管子－管板角接焊接接頭射線照相的難點(diǎn),,透照厚度變化大；從 0 到1.4×(T＋2)mm焦距?。煌刚蘸穸入S焦距而變化；透照布置困難；,,透照厚度變化大：黑度變化大，散射嚴(yán)重。焦距選擇：F↑→透照厚度↑； F ↓ →影像畸變↑焦點(diǎn)尺寸影響：焦距↓要求df ↓ df ↑→Ug↑

35、→靈敏度↓源－膠片相對(duì)位置膠片在源前方，還是膠片在源后方,四、管子-管板角接接接頭射線檢測(cè)設(shè)備和器材,1.射線源：X射線源或γ源X射線源：微焦點(diǎn)棒陽(yáng)極X射線管；γ源：高活度微小焦點(diǎn)Ir192源。焦點(diǎn)尺寸：Ф0.5×1mm、Ф0.7×1.4。2、射線膠片：T1或T2類膠片膠片尺寸：不小于80mm×80mm。增感屏和濾板:散裝膠片：0.1～0.2mm鉛增感屏；真空包裝膠片0.03mm鉛增感屏（可

36、在暗盒與工件之間使用錫板作為濾板）。3、象質(zhì)計(jì)：專用象質(zhì)計(jì)4、補(bǔ)償塊,技術(shù)措施（1）：使用補(bǔ)償塊,技術(shù)措施（2）,使用微小焦點(diǎn)γ源，盡量減小幾何不清晰度：有效焦點(diǎn)尺寸：φ0.5 mm； φ0.7 mm；與普通源相比，微小焦點(diǎn)γ源的比活度大10倍；單位價(jià)格（元/Ci)貴100倍。,五、管子-管板角接接接頭射線檢測(cè)表面準(zhǔn)備和檢測(cè)時(shí)機(jī),實(shí)施檢測(cè)前應(yīng)采用適當(dāng)?shù)墓に嚾コ齼?nèi)側(cè)（管內(nèi)壁及

37、其附近）和外側(cè)上多余和不規(guī)則的焊縫金屬，以保證透照時(shí)補(bǔ)償塊能順利放入，同時(shí)保證底片上缺陷的影像不會(huì)被干擾或混淆。射線檢測(cè)應(yīng)在焊后外觀檢查和表面裂紋檢查合格后進(jìn)行。對(duì)有延遲裂紋的材料，至少應(yīng)在焊接完成20小時(shí)后進(jìn)行。,六、透照工藝,1、透照方式：向后透照；向前透照。2、焦點(diǎn)-膠片距離：根據(jù)管內(nèi)徑選擇。3、曝光時(shí)間：不小于30s。4、工件標(biāo)識(shí)5、底片標(biāo)識(shí),膠片在源前方——向前透照的示意圖,膠片在源后方——向后透照的示意圖,管子-管

38、板角焊縫射線照相工藝試驗(yàn),,厚度補(bǔ)償試驗(yàn)：不同形狀厚度補(bǔ)償塊；不同材質(zhì)補(bǔ)償塊散射線屏蔽試驗(yàn)：不同增感屏工藝參數(shù)試驗(yàn)：不同膠片不同焦距,專用象質(zhì)計(jì)1,,圖C.1 II型專用象質(zhì)計(jì),專用象質(zhì)計(jì)2,,圖C.2 II型專用象質(zhì)計(jì),七、評(píng)定,缺陷評(píng)定： TRST2003《特殊無(wú)損檢測(cè)方法:管子-管板焊接接頭射線檢測(cè)》1、底片質(zhì)量要求：（1）底片上不應(yīng)有邊蝕散射跡象；（2）底片上焊縫影像的變形程度應(yīng)不影響缺陷識(shí)別；（3）管口

39、部位顯示的黑度應(yīng)與被評(píng)定的焊縫區(qū)域一樣均勻；（4）底片評(píng)定區(qū)黑度范圍控制在D=2.5-3.5；（5）工藝鑒定試驗(yàn)應(yīng)能檢出試塊上φ0.5mm小孔。,2、不允許存在缺陷和可接受缺陷,不允許缺陷：裂紋；條孔；蛀孔；密集氣孔；熔合不足；熔深不足（缺陷性質(zhì)參照ISO6520-1）?？山邮苋毕荩簹饪缀蛫A渣（缺陷性質(zhì)參照ISO6520-1）。管徑≤20mm，缺陷直徑dp ≤0.5t，且最大不超過(guò)1mm，其間距≥2dp允許3點(diǎn) ；管徑>

40、20mm，缺陷直徑dp ≤0.5t，且最大不超過(guò)1mm，其間距≥2dp允許3點(diǎn) ；其間距≥5dp允許5點(diǎn)。（t=管壁厚度）,管子-管板角焊縫射線照相現(xiàn)場(chǎng),管子-管板角焊縫射線照相工裝,管子-管板焊縫射線照相的第一種形式 (適用管子內(nèi)徑14mm-60mm，厚度2mm-8mm， 管板厚度不限，照相靈敏度Φ0.5 mm。),,管子-管板焊縫射線照相的第二種形式 （放射源伸出最大長(zhǎng)度：300mm；阻擋結(jié)構(gòu)距管子管板，角焊縫最大距離：25

41、0mm；阻擋結(jié)構(gòu)開(kāi)孔最小直徑：≥ 管子管板角焊縫外圓尺寸2mm,管子-管板焊縫射線照相的第三種形式 （適用管子內(nèi)徑≥19-90mm，厚度2mm-20mm，照 相靈敏度Φ0.5 mm）,這是一張標(biāo)準(zhǔn)的管子-管板焊縫射線照相的底片。兩條紅線中間的區(qū)域?yàn)楣茏庸馨搴缚p的影像。,,,氣孔,,,,,這是一張φ40×2mm管子與管板焊縫的人工缺陷樣片。,,氣孔,,,,冷凝器射線照相的一張底片，上面有兩處缺陷：夾鎢和氣孔。,,這是上面

42、那張底片的放大圖，較粗黑線為管子-管板焊縫的內(nèi)邊緣。,,這是一張φ40×2mm管子與管板焊縫的人工缺陷樣片。,,八、管子-管板角焊縫射線照相技術(shù)的應(yīng)用,主要應(yīng)用于以下條件下運(yùn)行的石油化工反應(yīng)器和換熱器設(shè)備：高壓差；高應(yīng)力或交變應(yīng)力；不允許微量泄漏的高毒性介質(zhì)；不允許微量泄漏的強(qiáng)腐蝕介質(zhì)；,過(guò)去的25年的國(guó)外應(yīng)用實(shí)踐表明，管子-管板焊縫射線照相技術(shù)的應(yīng)用大大降低了換熱器和反應(yīng)器的失效概率，泄漏事故發(fā)生率從18%降至3%，

43、從18%降至3%，,超聲導(dǎo)波檢測(cè)技術(shù),壓力管道低頻超聲導(dǎo)波檢測(cè),導(dǎo)波檢測(cè)是一種新的無(wú)損檢測(cè)方法，在許多結(jié)構(gòu)上得到應(yīng)用，特別是在用管道檢驗(yàn)上；導(dǎo)波(Guided Wave)屬于超聲波范疇，是一種與介質(zhì)斷面尺寸有關(guān)的特殊波動(dòng)；管道檢測(cè)所應(yīng)用的低頻導(dǎo)波的頻率范圍大致為20KHz-100KHz；,管道中傳輸?shù)膶?dǎo)波類型—縱波和扭曲波,鋼管中的縱波（L），扭曲波(T)，以及散射撓曲波（F）的曲線。,4.1.1導(dǎo)波檢測(cè)原理,導(dǎo)波主要沿管道軸向傳輸

44、，平均分布于管壁內(nèi)部，當(dāng)導(dǎo)波傳輸過(guò)程中遇到缺陷時(shí)(缺陷在環(huán)狀截面有一定的面積)，導(dǎo)波會(huì)在缺陷處返回一定比例的反射波，因此可根據(jù)反射波來(lái)發(fā)現(xiàn)缺陷和判斷缺陷的大小。,導(dǎo)波檢測(cè)的優(yōu)越性（1）,只要在管道上某一段部位（約0.5米長(zhǎng)）安裝探頭卡環(huán)，便可對(duì)卡環(huán)兩側(cè)各數(shù)十米長(zhǎng)度的管道進(jìn)行100%的快速檢測(cè)?？梢詸z測(cè)空中和水下管道而無(wú)需在空中或水下作業(yè) ?？梢詸z測(cè)被保溫或絕熱材料包覆的管道，除安放探頭的位置外，無(wú)需破壞包覆層,導(dǎo)波檢測(cè)的優(yōu)越性（2）

45、,可以檢測(cè)難以接近區(qū)段的管道，例如有支座，夾套的管段，被墻壁、容器壁、其它管子或結(jié)構(gòu)件阻礙的管段，橋梁下的管道以及穿越道路、堤壩的管道，而無(wú)需破壞造成障礙的結(jié)構(gòu)。 可在運(yùn)行狀態(tài)下進(jìn)行在線檢測(cè)。檢測(cè)現(xiàn)場(chǎng)無(wú)需電源，無(wú)污染、不影響周圍工作，2－3人即可進(jìn)行操作，每天檢測(cè)長(zhǎng)度達(dá)5公里(視現(xiàn)場(chǎng)條件)。,導(dǎo)波檢測(cè)的特點(diǎn)（1）,導(dǎo)波容易檢出的缺陷包括局部腐蝕，沖蝕，機(jī)械損傷，成群的點(diǎn)蝕以及環(huán)向裂紋。對(duì)均勻腐蝕，個(gè)別點(diǎn)蝕，軸向裂紋，焊縫中的小缺陷

46、則不敏感。但如果軸向裂紋和焊縫中的缺陷足夠大，也是可以檢出的。,導(dǎo)波檢測(cè)的特點(diǎn)（2）,導(dǎo)波一次檢測(cè)的可檢測(cè)長(zhǎng)度可達(dá)卡環(huán)兩側(cè)各80米。當(dāng)管內(nèi)有介質(zhì)或外面包裹有瀝青等材料，或管壁及內(nèi)部存在較大的缺陷(如裂紋、未焊透、腐蝕坑等)，以及管道結(jié)構(gòu)特征(如焊縫余高、接管、支架、變徑處等)會(huì)使一次可檢測(cè)長(zhǎng)度減少，減少程度與管道腐蝕程度、具體接觸物質(zhì)特性、管道結(jié)構(gòu)特征有關(guān)。,導(dǎo)波的檢測(cè)靈敏度,導(dǎo)波的檢測(cè)靈敏度用管道環(huán)狀截面上的金屬缺損面積與管道環(huán)狀截

47、面的百分比評(píng)價(jià)，目前的檢測(cè)靈敏度可達(dá)到3%，即當(dāng)缺損面積達(dá)到管道截面積的3%便可檢出。,揚(yáng)子石化的檢測(cè)現(xiàn)場(chǎng),這是一張管道較好部位的導(dǎo)波檢測(cè)圖,這是一張管道表面有點(diǎn)狀腐蝕坑的導(dǎo)波檢測(cè)圖,高頻超聲導(dǎo)波檢測(cè)技術(shù),特點(diǎn)：頻率0 .5－2MHZ；可在大面積的金屬平面或曲面上，對(duì)凹坑（腐蝕）、裂紋等缺陷進(jìn)行快速檢測(cè)；靈敏度高于低頻導(dǎo)波；正面和背面的缺陷均可檢測(cè)；可越過(guò)障礙物，對(duì)遠(yuǎn)距離缺陷進(jìn)行掃查。,典型的應(yīng)用范圍包括：,1.從外部檢測(cè)儲(chǔ)罐

48、的底板和罐壁環(huán)板；2.從外部檢測(cè)在用管道3.從外部檢測(cè)在用長(zhǎng)管拖車氣瓶?jī)?nèi)壁缺陷；4.從外部檢測(cè)無(wú)法進(jìn)入的容器的內(nèi)壁缺陷5.從內(nèi)部檢測(cè)在用多層容器內(nèi)筒的背面缺陷；6.從內(nèi)部檢測(cè)埋地罐的外壁缺陷；,導(dǎo)波的波束和檢測(cè)范圍,導(dǎo)波定點(diǎn)掃查的檢測(cè)范圍：對(duì)于平板狀工件，檢測(cè)區(qū)域?yàn)橐簧刃螀^(qū)域，最大探測(cè)距離一般1~1.5m ；適用的工件厚度范圍為6~30mm。,,高頻導(dǎo)波檢測(cè)具有較高的靈敏度和分辨率，靈敏度：可檢出深度0.5mm，長(zhǎng)5mm

49、的裂紋； 對(duì)自然裂紋分辨能力：兩條相鄰3mm裂紋，可以得到明顯分辨，見(jiàn)右圖的波形：,,高頻導(dǎo)波從外部檢測(cè)儲(chǔ)罐的底板,應(yīng)用高頻導(dǎo)波技術(shù)對(duì)尿素合成塔內(nèi)筒的外壁裂紋檢測(cè)的試驗(yàn)從尿素合成塔內(nèi)壁檢測(cè)內(nèi)筒外壁的環(huán)向與縱向裂紋,實(shí)驗(yàn)總結(jié),超聲導(dǎo)波技術(shù)可以用于多層包扎式尿素合成塔內(nèi)筒外壁裂紋缺陷檢測(cè)，具有以下優(yōu)點(diǎn)：1、檢測(cè)效率高，掃查速度快；2、檢測(cè)覆蓋率可達(dá)到100%；3、探測(cè)距離遠(yuǎn)，在試塊上可清晰分辨距離為2米處的1.5mm深裂紋；