射線檢測作為承壓設(shè)備內(nèi)部質(zhì)量檢測的重要方式之一，從最簡單的膠片發(fā)展到圖像射線照相技術(shù)，再發(fā)展到數(shù)字成像檢測技術(shù)。數(shù)字成像器件和圖像處理技術(shù)的不斷發(fā)展，為射線數(shù)字成像檢測技術(shù)的發(fā)展提供了廣闊的空間，現(xiàn)在，檢測人員甚至可以利用先進的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)進行遠程評片及診斷[1]。 

數(shù)字射線成像檢測技術(shù)與射線膠片照相技術(shù)在原理上是相同的。在進行射線膠片照相檢測時，射線穿透被檢工件，一部分射線能量被材料吸收，另一部分射線能量穿透被檢工件后在膠片上感光，產(chǎn)生潛影，經(jīng)暗室處理后底片上會呈現(xiàn)具有黑度差異的影像，通過觀察影像即可對被檢工件的質(zhì)量進行評定。數(shù)字射線成像檢測技術(shù)是用數(shù)字接收器將穿過被檢工件的射線轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，再經(jīng)計算機處理后，檢測人員可在屏幕上直接進行觀察及評定。數(shù)字射線成像檢測儀器具有分辨率高、靈敏度高、信噪比高、圖像清晰、成像速度快、存儲與觀察評定方便等優(yōu)點，是目前工業(yè)產(chǎn)品檢測中廣泛使用的工具。 

對于筆者公司產(chǎn)品余熱鍋爐模塊，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)NB/T 47013.11—2015《承壓設(shè)備無損檢測 第11部分：X射線數(shù)字成像檢測》的要求，需要對對接焊口進行100%的射線檢測。因產(chǎn)品體積大、質(zhì)量大（長度為22 m，寬度為4 m，質(zhì)量為20 t）、不便于移動，且具有復(fù)雜的多層結(jié)構(gòu)（見圖1），需要焊接一層，檢測一層，檢測層管屏檢測合格后，才能進行上面一層管屏的管口裝配與焊接。公司現(xiàn)有曝光室及管屏DR系統(tǒng)都無法滿足余熱鍋爐模塊的射線檢測要求。因產(chǎn)品無法移動，故無法使用公司現(xiàn)有的固定式DR檢測系統(tǒng)，目前的檢測方式為：在車間無工人工作時，深夜進行射線膠片檢測。 

圖  1  模塊的結(jié)構(gòu)示意

在有限的工作時間、有限的場地范圍內(nèi)，為保證監(jiān)督區(qū)的輻射水平，無法配置大量射線檢測操作人員。為此，考慮設(shè)計一種新式鉛房，可在白天正常工作環(huán)境下進行檢測，將射線限制在鉛房內(nèi)，以減少射線對其他工序工位的影響。并在此基礎(chǔ)上，以數(shù)字成像技術(shù)替代膠片，設(shè)計合理的工裝，選擇合適的數(shù)字平板，降低檢測成本，提升檢測效率。 

1.   射線防護

專用鉛房設(shè)計示意如圖2所示。該鉛房配備鉛屏風(fēng)、鉛簾與鉛擋板（見圖3），可將射線限制在鉛房內(nèi)部，控制外部泄漏劑量率，除鉛簾側(cè)低于國家標(biāo)準(zhǔn)GBZ 117—2022《工業(yè)探傷放射防護標(biāo)準(zhǔn)》要求的2.5 μSv/h外，其余各方向均接近輻射本底值0.1 μSv/h。其中，鉛擋板裝配時采用多段拼裝方式，每一個鉛擋板架有4個萬向輪，以降低搬運時人員的勞動強度；相鄰鉛擋板采用高低搭配的方式拼裝，并保證拼接時有10 mm以上的重疊。另外鉛房與鉛擋板均向內(nèi)折邊，以減少射線從底部泄漏的情況。 

圖  2  鉛房的設(shè)計示意

圖  3  鉛擋板的設(shè)計示意

2.   數(shù)字平板及運動控制

由于余熱鍋爐模塊具有多層結(jié)構(gòu)，且各層結(jié)構(gòu)之間空間狹小，故需要選擇很薄的數(shù)字射線成像平板，文章選用某公司生產(chǎn)的Whale1613FDI-T型超薄平板探測器，其厚度僅為15 mm，滿足其檢測要求。該探測器需要與之適配的軌道，故文章將軌道設(shè)計為多段合頁折疊式，方便插入模塊的兩層結(jié)構(gòu)之間。 

對余熱鍋爐模塊最下面一層進行檢測時，需將軌道放置在專用的軌道架上，軌道架材料為輕質(zhì)合金，下部為萬向輪，方便移動，且旋轉(zhuǎn)萬向輪的固定螺栓可以調(diào)整軌道架的高度，其結(jié)構(gòu)示意及實物如圖4所示。安裝時，合頁各端部及結(jié)合處均放置一個軌道架，以保證平板在軌道上平穩(wěn)移動，不上下起伏。 

圖  4  導(dǎo)軌及導(dǎo)軌架的結(jié)構(gòu)示意及實物

平板的移動通過伺服電機帶動同步皮帶進行控制。伺服電機固定在軌道一端，皮帶固定輪盤安裝在軌道另一端。根據(jù)模塊的特點，設(shè)計專用的管屏間平板移動導(dǎo)軌，檢測時，成像平板與X射線機同步移動。平板導(dǎo)軌及伺服電機的設(shè)計圖與實物如圖5所示。 

圖  5  導(dǎo)軌及伺服電機的設(shè)計圖與實物

計算機圖像處理系統(tǒng)由奧龍射線有限公司獨立自主研制開發(fā)，可以根據(jù)不同行業(yè)用戶的需求，編寫不同的應(yīng)用界面及圖像處理程序。其高性能的編程技術(shù)使操作界面簡單易懂，可最大限度減少操作步驟，快速滿足操作人員的需求。機械傳動采用電動控制、無極變速；電氣控制采用國際上流行的鋼琴式多功能操作臺，將系統(tǒng)中的X射線機控制、工業(yè)電視監(jiān)控、機械操作等功能集于一體，操作簡單方便。 

3.   機械設(shè)備及試驗步驟

3.1   技術(shù)參數(shù)

鉛房按照電壓為250 kV的X射線防護要求進行設(shè)計。鉛房主體尺寸（長×寬×高）為4 300 mm×2 400 mm×1 980 mm。對現(xiàn)場的開機狀態(tài)進行了實測，測量得到的輻射泄漏結(jié)果符合國家安全標(biāo)準(zhǔn)GBZ 117—2022中的要求（2.5 μSv/h）。在嚴格遵守輻射安全管理規(guī)定的前提下，移動鉛房可在車間正常生產(chǎn)時同步使用。數(shù)字射線成像檢測系統(tǒng)由160 kV高頻移動式探傷機、數(shù)字平板成像系統(tǒng)、計算機圖像處理系統(tǒng)、機械電氣系統(tǒng)、射線防護系統(tǒng)等幾部分組成。鉛房及數(shù)字射線成像檢測系統(tǒng)實物如圖6所示。 

圖  6  鉛房及數(shù)字射線成像檢測系統(tǒng)實物

3.2   數(shù)字射線成像檢測流程

對于多層結(jié)構(gòu)的余熱鍋爐模塊，鰭片管管屏第一層對接焊縫檢測時，應(yīng)采用支架將平板移動工裝支撐在管屏下方，并將防護鉛房吊裝至防護位置，調(diào)整好射線機及平板探測器的初始檢測位置，對準(zhǔn)焊縫調(diào)整射線機角度，逐根管子實施檢測，直至完成所有焊縫的檢測，再更換透照角度，返回行進路線，進行焊縫的第二次檢測。兩次檢測完成后，第一層檢測流程完畢。第一層檢測完成后，將平板移開，開始對不合格焊縫進行返修，返修焊口檢測合格后，將鉛房吊運至其他區(qū)域進行檢測。原檢測區(qū)域可以進行第二層管子的裝配與焊接。檢測第二層焊管時，先后將導(dǎo)軌與平板工裝插入第一層與第二層之間位置，按照第一層的檢測流程進行檢測。第三層檢測重復(fù)第二層的檢測流程。其檢測現(xiàn)場如圖7所示。 

圖  7  余熱鍋爐模塊檢測現(xiàn)場

3.3   數(shù)字射線成像與膠片照相技術(shù)對比

常規(guī)膠片照相射線檢測技術(shù)的流程可以簡單概括為拍片、洗片、烘片和評片，都是通過人工來完成的。按一條管屏42個焊口計算，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)T/D（被檢工件壁厚/小徑管外直徑）≤0.12的要求，每個焊口需拍兩張片，合計84張底片，在40 min至1 h時間內(nèi)完成；洗片和烘片的時間約為40 min；評片只能等到次日進行，從整理底片到評定大概需要1 h。 

余熱鍋爐模塊數(shù)字射線檢測系統(tǒng)的平均吊運時間為5~10 min；將檢測系統(tǒng)放在需要檢測的模塊上，按一條管屏42個焊口計算，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)T/D≤0.12的要求，每個焊口拍兩張片，合計84張圖像，一般在15~20 min就可以完成圖像采集和評片的工作；發(fā)現(xiàn)缺陷后，不需要移開鉛房，可以直接在其內(nèi)部進行返修，返修好后可以直接重新拍片與評定。一條模塊管屏從鉛房安放、電氣設(shè)備設(shè)置、圖像采集和評定、焊口返修及重新采集評定等流程基本需要1~1.5 h。 

綜上所述，常規(guī)膠片照相射線檢測技術(shù)從拍片、洗片、烘片和評片大概需要一晚的時間，且若在白天拍片，其他工序無法工作；而DR檢測技術(shù)在整個檢測流程中所需要的時間約為1 h。從產(chǎn)品的制作周期上，膠片照相射線檢測需要一周時間才可以完成一屏模塊的制作，而DR檢測只需要三天時間就可以完成一屏模塊的制作，大大提高了工作效率，提高了產(chǎn)能。 

4.   DR成像檢測系統(tǒng)的實際檢測應(yīng)用結(jié)果

采用數(shù)字射線成像檢測和常規(guī)射線照相膠片分別進行試驗，通過對所檢測的焊口結(jié)果進行對比分析，判斷數(shù)字射線成像檢測技術(shù)的缺陷檢出能力，進一步驗證其檢測結(jié)果的可靠性。 

4.1   實際測量結(jié)果

4.1.1   數(shù)字射線系統(tǒng)空間分辨率

對于系統(tǒng)空間分辨率，采用了雙絲線性像質(zhì)計進行記錄，如圖8所示，可見，其至少可以識別8D絲，8D絲對的絲徑為0.16 mm，計算分辨率為3.65 lp/mm，即1 mm寬度內(nèi)能分辨清楚的線對數(shù)為3.6個，滿足焊縫檢測要求。 

圖  8  數(shù)字射線系統(tǒng)分辨率

4.1.2   圖像靈敏度

當(dāng)管電流過低時，會出現(xiàn)噪聲嚴重、曝光不足的現(xiàn)象，從而掩蓋檢測工件中細小的影像。增大管電流可以提高圖像的信噪比，但過大的管電流也會造成圖像的過飽和[2]。故在實際的操作中針對不同的透照厚度，一般建議選6~8 mA的管電流，在滿足標(biāo)準(zhǔn)要求的前提下，盡可能選擇低的管電流。不同管電流對圖像質(zhì)量的影響如圖9所示。 

圖  9  不同管電流對圖像質(zhì)量的影響

試驗結(jié)果表明，115~125 kV的檢測電壓基本上符合標(biāo)準(zhǔn)NB/T 47013.11—2015中規(guī)定的檢測靈敏度要求，圖像對比度、清晰度和灰度均基本達到要求。故在保證可以穿透的前提下，盡可能選低的管電壓。不同管電壓對圖像質(zhì)量的影響如圖10所示。 

圖  10  不同管電壓對圖像質(zhì)量的影響

4.1.3   對比試驗

確定透照參數(shù)后，進行對比試驗。在現(xiàn)場隨機選取了8條管屏合計336個焊口進行盲檢對比。根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)NB/T 47013.11—2015中針對小徑管橢圓成像的透照技術(shù)：T/D0≤0.12，相隔90°透照2次，對672張圖像及膠片進行了對比，所顯示的缺陷分布、缺陷尺寸及性質(zhì)基本一致。文章選取了部分典型缺陷進行了對比，結(jié)果如圖11所示。 

圖  11  焊口部分典型缺陷的檢測結(jié)果對比

對數(shù)字射線成像的圖像進行了分辨率、靈敏度和信噪比的測定，并進行了分析，結(jié)果如表1所示。 

5.   結(jié)論

文章提出的余熱鍋爐模塊數(shù)字射線檢測系統(tǒng)可以對余熱鍋爐模塊多層次結(jié)構(gòu)進行半自動化檢測，并對檢測系統(tǒng)進行了檢測性能分析，得出以下結(jié)論。 

（1）所制作的鉛房和多段鉛擋板的泄漏劑量率完全符合國家標(biāo)準(zhǔn)GBZ 117—2022中要求的2.5 μSv/h。 

（2）所采集的數(shù)字射線圖像基本符合數(shù)字射線檢測標(biāo)準(zhǔn)的要求。 

（3）數(shù)字射線成像檢測系統(tǒng)可以對結(jié)構(gòu)復(fù)雜工件焊接環(huán)縫焊口進行高效率地數(shù)字射線成像檢測，半自動化程度高，可以推廣使用。

文章來源——材料與測試網(wǎng)