射线数字成像技术的应用

射线数字成像技术的应用
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。

过大量的工程实践与应用，对管道焊缝射线数字化检测与评估系统进行了应用研究分析探索。

1 射线数字成像技术的应用背景
随着我国经济的快速发展，对能源的需求越来越大，输油输气管道建设工程也越来越多，众多的能源基础设施建设促进了金属材料焊接技术及检测技术的进步。

目前，在管道建设工程中，管道焊接基本实现了自动化和半自动化，而与之配套的射线检测主要采用胶片成像技
术，检测周期长、效率低下。

“十二五”期间，将有更多的油气管道建设工程相继启动，如何将一种可靠的、快速的、“绿色”的射线数字检测技术应用于工程建设中，以替代传统射线胶片检测技术已成为目前管道焊缝射线检测领域亟需解决的问题。

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 国内研发情况
国内目前从事管道焊缝射线数字化检测系统研发的机构主要有几家射线仪器公司，但其产品主要用于钢管生产厂的螺旋焊缝检测。

通过实践应用比较，研究应用电子学研究所研发的基于平板探测器的管道焊接射线数字化检测与评估系统已能够满足管道工程检测需要，并通过了科技成果鉴
定。

2.3 国外研发情况
国外对数字化射线图像信息获取和无损检测方面的实验室研究工作开展较早，并进行了深入的研究，国外文献对数字X射线平板探测系统的工作原理、典型结构、参数优化、应用领域等诸多方面有少量的公开资料报道，其中美国、日本等国对该技术的研究已比较成熟，有些技术还申请了专利保护，并已有实用产品用于实际领域的报道，但关键制造技术则未见详细报道。

3 数字成像系统的的工程应用可行性
3.1 系统主要组成
RDEES系统主要由数字平板探测器（FPD）、X射线源（或爬行器）、工装夹具、系统软件、便携式计算机、GPS 定位器等部分组成。

3.2 检测布置
根据不同管道环焊缝特点可选择源在外的双壁透照方式或源在内的中心透照方式。

3.3 应用可行性
1）实时性
现场施工中可立即得到实时的检测结果，迅速评判焊缝的质量，对有缺陷的焊缝可以立即采取返修等相应措施，对无缺陷的焊缝则可以立即进行后续工程作业，如热处理、防腐作业等，减少延迟裂纹的出现。

2）检测灵敏度要求
从射线数字成像与传统胶片成像现场对比试验结果分析，系统对各类缺陷的检出率不应低于传统X射线胶片成像，像质灵敏度达到标准要求。

3）数字化管理
数字图像便于储存、归档且不能随意修改，有利于工程资料的安全保存；同时为地面建设数字化管道的推行提供了建设过程中的大量数字信息，并可结合GPS系统对每道焊口进行精确定位，便于工程质量监督。

4）节能环保安全
数字成像系统的应用符合目前国家提倡的节能环保的政策方针。

与传统X射线胶片成像相比，不但可节约大量的胶片而且没有化学污染物的排放。

数字成像板需要的射线剂量值低于传统胶片成像，可减少对员工及公众的辐射危害。

4 工程应用的标准介绍
4.1 国外现有标准
ASTM/E 1000-98 射线实时成像检测技术导则
ASTM/E 1255-96(2002) X射线荧光实时成像检测方法
ASTM E 1416-2004 焊接件射线实时成像检验
4.2 国内现有标准
GB/T19293-2003 对接焊缝Χ射线实时成像检测法
GB/T17925-1999 气瓶对接焊缝X射线实时成像检测
GJB 5364-2005 射线实时成像检测方法
JB/T10185-2007 射线检测图像分辨力测试计
4.3 国内在编标准
JB/T 4730.11 承压设备无损检测第11部分：X射线数字成像检测
GB ××-2010 《无损检测射线实时成像》，无损检测射线实时成像准编制工作组（SAC/TC56/WG1）正在编制。

5工程实践中主要解决的问题
5.1由于管道规格各异，施工现场地形条件复杂，要实现射线数字成像的自动化和半自动化，重点要制作一系列的工装夹具来满足检测需求，提高检测功效。

5.2 工程实践要求
数字成像检测与胶片成像检测同时进行，并对结果进行了对比。

射线源：便携式X射线机；胶片：AGFA C7；数字平板探测器主要技术参数：空间分辨率3lp/mm，探元尺寸127μm，A/D转换14bit，闪烁体DRZ+，探测器尺寸250mm ×200mm，采集速度1-30帧/秒，图像叠加32-128帧。

参加影像采集和影像评定人员资格均为射线Ⅱ级及以上人员，为保证检测结果准确无误、真实可靠，对参加射线数字成像检测的无损检测人员均进行了技术培训和技术交底。

数字成像检测程序为焊缝外观检查，系统现场布置，机电一体化数字影像采集，以焊口为单位存储影像，逐张评定。

5.3工程应用案例一
管子规格：Φ711×8
数字影像采集数量：数字化检测φ711×8焊口10个，单口采集影像20张，采集影像总数200张。

成像速度：单张成像时间8秒。

数字实时成像影像质量：像质计灵敏度达到AB级要求。

安全距离：使用RAD-60R个人计量仪测试，射线胶片周向曝光管电压220kV、管电流5.0mA、安全距离35m，射线数字实时成像管电压180kV、管电流3.0mA、安全距离25m。

发现典型缺欠类型：柱孔、单侧未焊透、未熔合、内凹。

5.4在应用过程中解决的主要问题
1）改变了由于胶片照相技术存在冲洗环节使得工程不连续的现状，在碰头时尤其适用。

2）不需要设置暗室，不使用胶片及化学药水，避免洗液等污染物的排放，特别是在淡水缺乏的地方尤其适用。

3）具备实时性，可根据实际情况及时改变透照参数以取得
最佳的检测图像，避免胶片照相各个环节中由于意外或者人为因素造成的补拍。

4）计算机辅助评定，改善了评片人员的工作环境和降低了评片人员的劳动强度。

5）数字图像便于存储、查询和分类管理，改变了胶片保存时间短、保存环境要求高不便于查询的现状。

6）配合自动化检测工装，提高了数字射线成像技术的检测效率。

7）检测影像加密，提高了数字射线成像技术的检测结果的真实性。

8）将GPS定位装置应用于野外数字射线检测系统，进一步提高检测结果的真实性。

5.5 胶片成像与数字成像现场配置对比
胶片成像与数字成像现场配置对比见表1。

表1 胶片成像与数字成像现场配置
5.6检测工艺及结论对比
检测工艺及结论对比情况见表2。

表2 检测工艺及结论对比
对比胶片和数字图像缺陷细节，几乎所有胶片上出现的缺陷数字图像上都可识别，通过工程应用未发现漏检的情况。

但缺陷的对比度和边缘清晰程度有所差别，数字影象的锐度和对比度可调。

熟练使用后在平坦地段现场检测速度大致与胶片相当，数字检测在实际检测中实时性明显。

管道壁厚改变，数字成像能够及时的从图像上发现壁厚的变化，现场进行参数调整，避免不必要的浪费。

5.7工程应用总结
1）射线成像技术优势
平板探测器射线探测效率高，可降低辐射剂量。

即拍即评，可保证工程连续性，缩短施工工期。

不使用胶片及化学药水，不存在暗室处理，避免洗液等污染物的排放，节能环保。

计算机辅助评定，提高缺陷检出率，降低评片人员劳动强度。

数字化管理，便于检测影像和工程信息资料存储、分析、查询。

2）射线成像技术局限性
空间分辨率不如胶片。

对射线机射线能量、强度的波动较敏感，需要配备高频恒压的射线机。

市场上现有的平板探测器尺寸较为固定，且不可弯曲，不适合角焊缝等射线检测。

由于成像板不能弯曲，为控制两端焊缝影像畸变和清晰度，需要采取增加成像次数及控制散射线等措施。

3）还需要解决的问题
探测器、射线机等国产化。

设备小型化。

进一步提高系统灵敏度和空间分辨率。

扩展数字射线检测系统使用范围。

改进工装，提高工作效率。

6 结论
随着计算机数字图像处理技术的发展，经过工程应用验证，X射线数字成像检测系统已能满足钢质管道焊缝检测的需要，其图像质量已达到相关标准要求。

同胶片X射线检测相比较，数字化检测具备更高的即时性、准确性和可靠性。

由于数字图像所特有的采集和保存方式，使得数字图象更便于储存、归档，实现了远程图像传输和远程专家会诊，在经济性方面也优于传统胶片成像。

数字成像检测在工程中的应用，顺应了钢质管道数字化无损检测的发展要求。

希望射线数字成像技术能够在石油管道行业检测领域得到较好的推广运用，并得到不断发展。