DR数字射线管道检测上的应用及质量控制

DR数字射线管道检测上的应用及质量控制在管道建设工程中，射线检测是确保焊接质量的主要无损检测手段，直接关系到工程建设质量、健康环境、施工效率、建设成本以及管线的安全运行。长期以来，射线检测主要采用X射线或γ射线的胶片成像技术，检测劳动强度大，工作效率较低，常常影响施工进度。

近年来随着计算机数字图像处理技术及数字平板射线探测技术的发展，X射线数字成像检测正逐渐运用于容器制造和管道建设工程中。数字图像便于储存，检索、统计快速方便，易于实现远程图像传输、专家评审，结合GPS系统可对每道焊口进行精确定位，便于工程质量监督。同时，由于没有了底片暗室处理环节，消除了化学药剂对环境以及人员健康的影响。

1、DR技术简介

1.1.原理

数字平板直接成像，（Director Digital Panel Radiography）是近几年才发展起来的全新的数字化成像技术。数字平板技术与胶片或CR的处理过程不同，在两次照射期间，不必更换胶片和存储荧光板，仅仅需要几秒钟的数据采集，就可以观察到图像，检测速度和效率大大高于胶片和CR技术。除了不能进行分割和弯曲外，数字平板与胶片和CR具有几乎相同的适应性和应用范围。

数字平板技术有非晶硅（a-Si）和非晶硒(a-Se)和CMOS三种。

非晶硅和非晶硒两种数字平板成像原理有所不用，非晶硅平板成像可称为间接成像：X 射线首先撞击板上的闪烁层，该闪烁层以与所撞击的射线能量成正比的关系发出光电子，这些光电子被下面的硅光电二极管阵列采集到，并且将它们转化成电荷，X射线转换为光线需要的中间媒体—闪烁层。而非晶硒平板成像可称为直接成像：X射线撞击硒层，硒层直接将X射线转化成电荷，如下图：

硒或硅元件按吸收射线量的多少产生正比例的正负电荷对，储存于薄膜晶体管内的电容器中，所存的电荷与其后产生的影像黑度成正比。扫描控制器读取电路将光电信号转换为数字信号，数据经处理后获得的数字化图像在影像监视其上显示。图像采集和处理包括图像的选择、图像校正、噪声处理、动态范围，灰阶重建，输出匹配的过程，在计算机控制下完全自动化，上述过程完成后，扫描控制器自动对平板内的感应介质进行恢复。上述曝光和获取图像整个过程一般仅需几秒钟至十几秒。

1.2系统主要组成

2、国内外管道焊缝数字化检测的现状

2.1 几种主要的射线数字检测技术

（1）CCD型射线成像（影像增强器）

（2）光激励磷光体型射线成像（CR）

（3）线阵探测器（LDA）成像系统

（4）平板探测器（FPD）成像系统

几种技术各有特点，目前适用于管道工程检测的是CR和FPD，但CR不能实时出具检测结果，且操作环节较繁琐、成本较高，因此平板探测器成像系统成为射线数字检测的主要发展方向。

2.2优点：

（1）图像放大

（2）与射线胶片照相底片质量三要素（灵敏度、黑度、几何不清晰度）相对应，X射线实时成像技术的图像质量也有三要素，即灵敏度、灰度、图像分辨率。

（3）透照方式与胶片照相方法基本相同

（4）利用计算机辅助评定，对缺陷进行定量和定级。采用计算机辅助评定可大大提高评定速度和准确性。

（5）检测图像保存在计算机内，储存到一定数量后，备份到CD光盘上。光盘具有容量大、价格低、保存期长等优点。

（6）图像质量与照相底片的质量相当，图像放大后影响更清晰，且无伪缺陷更无类似底片那样的报废情况发生。

（7）经济效益明显，由于没有了底片暗室处理环节及胶片费用，实时成像的检测成本仅为胶片照相的2%左右。而且X射线实时成像适合于批量产品（如锅炉、压力容器、管道焊缝）的无损探伤，检测方法快速、准确，能收到良好的经济效益。

2.3缺点：特殊位置不方便进行检测，单机价格高。

2.4下面介绍几个生产厂家的平面成像板技术参数

（1）Agfa公司：该公司提供“11×16英寸硅板，为12位(灰度4096)，精度127μm，Agfa 公司也组装了Hologic公司的14 X 17英寸的硒板。这两种板都能够满足现场温度要求。（2）GE公司：目前GE公司提供4种数字化硅板，平板尺寸从63到256平方英寸，可以以静态模式操作，也可以以每秒30幅频速度操作，所有的4个板是14位(16000灰度)对比度，空间分辨率达9线对／mm(55μm)，没有几何放大。

（3）Hologic Inc公司：该公司的14 X 17英寸的硒板，精度为3．6线对／mm(139μm)、14位(16000灰度)，Hologic也卖7．2线对／mm(70μm)的平板。

（4）PerkinEImer公司：该公司的最高精度的平板是16 X 16英寸的，精度为200μm。其8 X 8英寸平板的精度为400 μm，采集速度为7幅频／秒，其最高接受能量可达25 MeV。所有产品的对比度16位或65000灰度。

（5）Varian Medical Systems Security & Inspection Products：该公司的12 X 16英寸的硅板，精度为3．97线对／mm(126 μm)。在高速模式时，采集速度为30幅频／秒，精度为1．29线对／mm(388 μm)，Varian公司也卖高能量的平板，接受能量可达9 MeV，这样便有可能检测27英寸以下厚度的铝铸件。其产品的对比度为12位或4096灰度，也有65000灰度的版本。

（根据图像制式的规定，图像采集速度能够达到25帧/秒（PAL制）或30帧/ 秒（NTSC制）即视为实时成像。我国多采用PLA制式，欧美等国家多采用NTSC制式。）

3.DR技术方案、流程、技术关键点

3.1基本方法

(1) 将X 射线机置于爬行器上进入管内, 在管外操纵爬行器, 使X 射线机的焦点对准焊缝。

(2) 将图像增强器旋转轨道固定在焊缝边缘, 根据工艺设定的放大倍数, 调节l2距离, 图像增强器对准焊缝中心。

(3) 在焊缝表面贴上铅字码和像质计以及分辨率测试卡。

(4) 探伤人员在工程车内操作电脑和探伤机控制器以及旋转导轨。静止地采集一幅图像后, 图像增强器转动1/N 等分, 再静止地采集一幅图像, 直至N 幅图像采集完毕, 关机。移至下一条焊缝, 重复以上操作程序。

(5) 对检测图像进行计算机辅助评定, 打印探伤报告, 刻录光盘, 保存检测结果。

3.2技术关键点

3.2.1最佳放大倍数：Mo=1+(Us/d f)3/2

(1)根据几何投影的原理, X 射线实时成像检测的图像是放大的, 放大倍数M 为:

M =L/L 1=（L 1 + L 2）/L 1= 1 +（L 2/L 1）

(2)图像放大不仅是几何投影所致, 而且也是提高图像质量所必需。图像放大倍数根据设备性能而定,通常有一个最佳放大倍数M op t 为:

M op t = 1 +（U s/d f）3/2 式中U s ——成像设备系统固有不清晰度mm , 可通过试验方法测出。d f——X 射线机焦点尺寸,mm

(3)图像可检测出的最小缺陷尺寸dmin 为: d min =U s/M 2/3

(4)一幅图像检测长度L 3 为: L 3 =D/M , D ——图像增强器输入屏直径

例如: 采用6" 图像增强器, 输入屏直径D =

150mm , 图像放大倍数取M = M op t = 112

L 3 =D/M =150/112= 125mm

对于100%检测的焊缝, 为了不漏检, 考虑一幅检测图像内两侧各留5mm 搭接长度, 则一