氣瓶對接焊縫X 射線實時成象檢測標準概述

1　標準的編制概況

X 射線實時成象是一種新興的無損檢測技術,在焊縫探傷及其它領域有廣闊用途, 國內在氣瓶行業(yè)率先得到應用。但是由于沒有相應的標準, 因而制約了該技術的發(fā)展, 為此全國氣瓶標準化技術委員會于1995 年5 月下達了制訂勞動部行業(yè)標準《氣瓶對接焊縫X 射線實時成象檢測》的任務, 由勞動部鍋爐壓力容器檢測研究中心、廣東粵海鋼瓶廠、蘭州三磊電子公司、北京福瑞達電子公司和江蘇民生集團鋼瓶廠組成標準編寫組負責編寫。編寫組在總結

了國內氣瓶行業(yè)研究、應用X 射線實時成象技術成果的基礎上, 參考了國際焊接學會有關實時成象的技術報告和英、美等發(fā)達國家的有關文獻, 編寫了《氣瓶對接焊縫X 射線實時成象檢測》標準(以下簡稱標準) 初稿, 經幾次修改于1997 年10 月形成了報批稿。報批稿由氣瓶標委會報送勞動部審批, 1998年2 月底通過了審查。1999 年初國家質量技術監(jiān)督局下達了制訂強制性國家標準的計劃任務書, 將本標準立項并列入1999 年國家標準制訂計劃?，F(xiàn)將標準的主要內容作一簡要介紹。

2　標準的結構

標準的正文有17 章, 分別為范圍、引用標準、定義、人員要求、X 射線實時成象系統(tǒng)、工作環(huán)境、圖象處理方法、圖象質量、成象技術、工藝評定、檢測方法、圖象觀察、圖象評定方法、焊縫評定、檢測報告及圖象保存、X 射線防護和工藝文件; 標準有三個附錄, 分別是圖象分辨力和圖象不清晰度的測試方法、鉛質標尺以及工藝評定方法。標準對X 射線實時成象系統(tǒng)設備、成象技術、圖象質量、檢測方法及透照工藝等作了較詳細規(guī)定,而在焊縫缺陷評定方面則引用JB4730- 94 標準。

3　標準主要內容簡介

3. 1　引言

X 射線透過金屬材料, 經圖象增強器將隱含的X 射線檢測信號轉換為可見的模擬圖象, 模擬圖象被攝象機攝取, 輸入計算機進行A öD 轉換, 形成數(shù)字化圖象。數(shù)字化圖象按照一定的格式儲存在計算機硬盤內并顯示在屏幕上。數(shù)字化圖象能夠提供有關金屬材料表面及內部缺陷的性質、大小及位置等信息, 運用計算機技術對檢測結果進行輔助評定, 從而達到無損檢測的目的。檢測圖象刻錄在計算機光盤上以便長期保存。

由于X 射線實時成象的圖象質量完全可與射線照相底片質量相媲美, 因此, X 射線實時成象檢測方法可以替代膠片射線照相檢測方法。

3. 2　適用范圍

國內現(xiàn)有氣瓶的母材厚度為2. 0～ 20. 0mm , 故標準將適用范圍規(guī)定為母材厚2. 0～ 20. 0mm 的鋼及有色金屬材料制成的氣瓶對接焊縫的X 射線實時成象檢測。

3. 3　定義

3. 3. 1　實時成象

根據(jù)圖象制式的規(guī)定, 圖象采集速度能夠達到25 幀ös (PAL 制) 或30 幀ös (N TSC 制) 的成象即為實時成象。圖象的制式, 我國采用PAL 制, 歐美等國家多采用N TSC 制。

3. 3. 2　灰度

與射線照相檢測方法中的底片黑度概念相對應, 實時成象技術引進了圖象灰度概念。標準將圖象黑白變化范圍定為256 級。圖象的每個象素以8b it信息表示, 則圖象灰度的梯度為256 個級別。對于檢測圖象而言, 256 級灰度已足夠表達圖象黑白變化的層次。通常人的眼睛能識別64 級灰度左右, 而借助于計算機則能測出256 級甚至更高級別的灰度。

3. 3. 3　圖象分辨力和圖象不清晰度

圖象分辨力和圖象不清晰度是客觀地描述圖象細節(jié)輪廓清晰程度的物理量, 在標準附錄A 中明確了它們的測試方法和互換關系。

3. 4　人員要求

X 射線實時成象是一種新興的X 射線檢測方法, 對于使用該檢測方法的人員須經培訓和考核。

3. 5　X 射線實時成象檢測系統(tǒng)的設備及性能

3. 5. 1　X 射線機

與普通X 射線機不同, X 射線實時成象的X 射線機具有以下特點:

(1) X 射線管為金屬陶瓷管, 堅固耐用。

(2) X 射線管焦點小, 這是由X 射線實時成象

系統(tǒng)設備的特性和成象方法所決定的, 檢測圖象必然是放大的, 如果射線機的焦點較大, 隨著放大倍數(shù)的增大, 幾何不清晰度也將增大, 影響圖象的質量。因此, 在圖象放大的前提下, 為了降低幾何不清晰度, 射線機必須選用小焦點。根據(jù)公式推導和試驗結果, 當X 射線機的焦點尺寸≤0. 6mm ×0. 6mm 時,能獲得較好的圖象質量。

( 3) X 射線實時成象采集的圖象是靜止圖象,1ö25s 采集一幅, 要求多幅連續(xù)采集、且重復性要好, 普通的半波整流X 射線適應不了這些要求, 因此X 射線實時成象要求采用直流、恒電壓和恒功率的X 射線機。

(4) 直流恒壓式X 射線機具有強制水循環(huán)冷卻功能, 可連續(xù)工作8h 不停機。由于C射線源不可能做得很小、射線劑量不斷下降及單位劑量弱等原因, 所以C射線不宜用于實時成象。因此, 標準在射線種類上限定為X 射線。

3. 5. 2　圖象增強器和攝象機

圖象增強器的作用是將隱含的X 射線檢測信號轉換為可見模擬圖象, 模擬圖象被攝象機攝取, 輸入計算機進行A öD 轉換, 形成數(shù)字化圖象。圖象增強器輸入屏直徑對檢測圖象的質量有一定影響。直徑較大, 則分辨力較低; 直徑較小, 雖一次檢測長度較小, 但分辨力較高, 通常輸入屏直徑以150mm 為宜。圖象增強器輸出屏端配有電視攝象機, 其制式多采用PAL 制, 分辨力在600 線×800 線以上。

3. 5. 3　計算機

X 射線實時成象技術成功之處在于運用了計算機圖象處理技術。依照計算機目前的水平, 在W indow s95 中文平臺的支持下, 建議硬件的配置不低于: 奔騰主板, 166M CPU , 32MB 內存, 2. 0GB 硬盤, 43cm (17in) 0. 25mm 逐行彩顯, 1024 線×768 線支持24b it 的顯卡, 1. 44MB 軟驅, 24 速光驅, 768 線×576 線的圖象采集卡, 配光盤刻錄機和打印機。

3. 5. 4　工裝

為提高氣瓶的檢測工作效率和檢測準確的程度, 系統(tǒng)應配置檢測工裝。對小型氣瓶的檢測, 因其只有一條環(huán)焊縫, 具有一個自由度的工裝即可; 而對較大型的氣瓶, 由于具有多條縱縫和環(huán)縫, 則要求工裝具有兩個自由度, 或做成各具有一個自由度的組合工裝。工裝應具有較高的精度和自動化操作程序。

3. 5. 5　系統(tǒng)分辨力

由于設備系統(tǒng)的綜合性能對圖象質量影響很大, 標準規(guī)定了設備系統(tǒng)性能的考核指標, 即系統(tǒng)分辨力應≥1. 4Lpömm。該指標是參考國內醫(yī)用X 射線成象設備系統(tǒng)分辨力應≥1. 25Lpöm m 的規(guī)定而制定的。就目前國內商售設備而言, 這項指標是能夠達到的。

3. 6　圖象處理方法

計算機初始采集的信號不可避免地帶有噪聲信號, 如不經降噪處理, 就會影響圖象質量, 因此需對信號進行處理。其主要方法是對靜止圖象進行重復幀疊加, 通常經過32 次疊加即能達到良好的降噪效果, 而更多次的疊加比32 次疊加的效果改進甚微。

3. 7　圖象質量

與射線照相底片質量三要素(靈敏度、黑度和幾何不清晰度) 相對應, 標準規(guī)定靈敏度、灰度和圖象分辨力為實時成象圖象質量三要素。靈敏度即象質指數(shù), 與GB3323- 87, JB4730-94 標準中的AB 級等同。與GB3323- 87 和JB4730- 94 標準底片黑度范圍控制在1. 2～ 3. 5 相對應, 標準規(guī)定圖象灰度應控制在80～ 230 級。標準的圖象分辨力指標按透照厚度分為三檔,即透照厚度< 6mm , 圖象分辨力≥2. 2Lp&ouml;m m; 透照厚度為6～ 25mm , 圖象分辨力≥1. 8Lp&ouml;m m; 透照厚度≥25mm , 圖象分辨力≥1. 6Lp&ouml;mm , 此指標參考了英國BS7009 標準[ 1 ] 的有關內容并經換算而成。圖象分辨力與圖象清晰度兩個術語實際上是一個問題的兩種表述方式, 為了與計算機圖象處理術語相適應, 標準采用圖象分辨力。以上三項質量指標的水平與GB3323 - 87,JB4730- 94 和BS7009 等標準的底片質量或圖象質量水平是等同或等效的, 因此, 標準的圖象質量是能夠得到保證的; 同樣, 焊縫缺陷的檢出結果也是能夠得到有效控制的。另外, 圖象不會產生類似膠片易產生的那些偽缺陷, 這也是實時成象的明顯優(yōu)點。

3. 8　成象技術

X 射線實時成象與膠片照相之間的區(qū)別表現(xiàn)在成象技術上, 實時成象所得的圖象是放大的。

(1) 圖象放大的必然性　由于被探工件不可能緊貼在圖象增強器的輸入屏的表面上, 從幾何投影原理可知, 所得圖象必然是放大的。

(2) 圖象放大的必要性　由于實時成象法與膠片照相法的載體不同, 為了提高圖象質量, 特別是為了提高圖象的清晰度, 圖象必須放大。圖象放大后,缺陷尺寸也被放大, 有利于細小缺陷的識別。所以圖象放大對于圖象總體質量是有利的。圖象放大也有一個適度問題。理論推導和試驗表明, 放大倍數(shù)過大, 反而會降低靈敏度, 這是因為隨著放大倍數(shù)的增大, 幾何不清晰度也隨之增大, 會使影象的邊界變得模糊。另外, 放大倍數(shù)過大也會使圖象實際檢測長度減小, 這是不經濟的。因此, 標準引進了最佳放大倍數(shù)的公式, 同時也引進了最小缺陷檢出尺寸公式, 這兩個公式是通過不清晰度公式與焦點及放大倍數(shù)的關系推導而得出的[ 2 ]。

3. 9　透照方式

與膠片照相方法一樣, 實時成象有縱縫透照、環(huán)縫外照、環(huán)縫內照及雙壁單影透照方式。采用雙壁單影透照時, 圖象放大倍數(shù)M ≤2, 宜以靠近圖象增強器一側焊縫為檢測焊縫; 圖象放大倍數(shù)M > 2, 宜以靠近射線源一側的焊縫為檢測焊縫。但不論何種透照方式, 工件表面與圖象增強器輸入屏表面之間應保持一定的距離, 以保護圖象增強器不致?lián)p壞。

3. 10　象質計的放置

按膠片照相方法的規(guī)定, 每張底片應放置線型象質計, 但對于實時成象來說就較難做到?？紤]到實時成象檢測方法的連續(xù)性, 即檢測一條焊縫可連續(xù)進行, 中間不切斷高壓, 另外考慮到工藝的一致性,即檢測同一條焊縫時工藝參數(shù)不會改變, 因此, 標準規(guī)定一條焊縫上應放置不少于一個象質計。

3. 11　工藝試驗與工藝評定

由于X 射線實時成象是一項新技術, 其檢測工藝與膠片照相工藝有所不同, 只有經過工藝試驗才能找到較佳工藝方案, 確定各工藝因素之間的相互關系。工藝因素主要有X 射線機管電壓、管電流、成象距離(物距和象距)、放大倍數(shù)、散射線屏蔽和低能射線過濾等。由于需要試驗的工藝因素較多, 正交試驗是一種較有效的試驗方法。工藝評定是在工件探傷前對各工藝因素的有效性進行評價, 以能否達到圖象質量指標為主要依據(jù)。檢測條件改變之后, 應重新進行工藝評定。

3. 12　檢測長度

圖象的檢測長度與設備和工藝有關。一幅圖象內的實際檢測長度由圖象評定軟件提供的“尺”測得。為了不漏檢, 相鄰兩幅圖象之間應有一定的重疊, 重疊長度一般為5～ 10mm。

3. 13　圖象的顯示

由于使用計算機技術, 圖象可以正象或負象顯示, 但應等效, 這樣可適應觀察人員的不同習慣。

3. 14　計算機輔助評定

根據(jù)計算機的技術水平, 用計算機進行圖象自動評定是能夠實現(xiàn)的。但是, 考慮到我國無損檢測的現(xiàn)行體制, 焊縫缺陷性質的定性應以取得相應資格的無損檢測人員的評定為準; 同時, 標準規(guī)定對檢測結果可實行計算機輔助評定, 做法是充分利用計算機的先進手段對焊縫缺陷進行定性、定量、定位和定級的輔助評定, 這樣可大大提高檢測結果評定的速度和準確性, 評定報告可由計算機打印, 檢測數(shù)據(jù)可實現(xiàn)計算機數(shù)據(jù)庫管理。

3. 15　圖象保存

檢測圖象由光盤刻錄機刻錄到光盤上, 可反復調用, 保存50a (年) 不會變質。

4　標準的評價與應用

標準是在總結了國內氣瓶行業(yè)應用X 射線實時成象檢測技術成功經驗和參考了國外同類標準的基礎上制訂的, 并留有一定的技術余量, 因此在3～5a 內不會落后。由于目前國際上尚未有一套較完整的有關標準體系, 故標準沒有等效采用國外某一標準, 而是結合我國的國情, 充分體現(xiàn)我國現(xiàn)有的射線檢測標準體系, 力求與國外類似的先進標準接軌。標準已在國內六家液化石油氣鋼瓶制造廠試行, 反映良好, 認為具有較強的可操作性和指導性。國內一家不銹鋼焊管廠在對焊縫進行X 射線實時成象檢測時, 因無本行業(yè)標準, 參照采用該檢測標準也取得了良好的效果。標準是國內關于X 射線實時成象檢測的第一個專業(yè)標準, 隨著標準的正式發(fā)布和實施, 相信會有更多的單位應用X 射線實時成象檢測新技術, 因此, 制訂一個適用范圍更廣泛的X 射線實時成象檢測國家標準已提到議事日程。

參考文獻

1　BS7009- 1988　焊縫射線實時成象檢驗應用導則

2　美國無損檢測學會編,《美國無損檢測手冊》譯審委員會譯. 美國無損檢測手冊·射線卷. 上海: 世界圖書出版公司, 1992.