X射线实时成像在焊缝探伤中的应用

　　0前言

　　X射线无损探伤是焊接质量控制的重要方法，目前常用的是胶片照相方法。随着计算机技术的飞速发展，一种新型的无损检测方法“X射线实时成像检测技术”已应运而生，开始应用于焊缝的无损探伤。X射线实时成像检测技术的原理可用两个“转换”来概述：X射线穿透金属材料后被图像增强器所接收，图像增强器把不可见的X射线检测信息转换为可视图像，称为“光电转换”；就信息量的性质而言，可视图像是模拟量，它不能为计算机所识别，如要输入计算机进行处理，则需将模拟量转换为数字量，进行“模／数转换”，再经计算机处理将可视图像转换为数字图像。其方法是用高清晰度电视摄像机摄取可视图像，输入计算机，转换为数字图像，经计算机处理后，在显示器屏幕上显示出材料内部的缺陷性质、大小、位置等信息，按照有关标准对检测结果进行缺陷等级评定，从而达到检测的目的。数字图像的质量可以与X射线照相底片相媲美，因此可以代替胶片照相检测方法。X射线实时成像无论在检测效率、经济效益、表现力、远程传送、方便实用等方面都比照相底片更胜一筹，因而具有良好的发展前景。

　　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PAL制式，欧美等国家多采用NTSC制式。

　　1X射线实时成像技术要点

　　1.1成像系统设备

　　X射线数字成象系统主要由X射线机、图像增强器、光学镜头、摄像机、计算机、图像处理器、图像显示器和图像储存单元及检测工装等设备组成。X射线机与常规射线机有所不同，通常是采用恒压式、小焦点、强制水循环冷却X射线探伤机。1.2图像放大

　　X射线实时成像技术的显著特点是图像放大，图像放大倍数与设备系统固有不清晰度和X射线管焦点大小有关。1.3图像质量要素

　　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、图像分辩率。以像质指数作为图像灵敏度的衡量指标，要求达到的像质指数与GB3323—87或JB4730—94标准相应的级别等同。与胶片照相方法中的“黑度”概念相对应，实时成像技术中引进“灰度”概念，将显示屏的图像黑白程度变化的范围定义为256级灰度。图像分辩率反映图像细小线条分离的程度，能辨别出线条分离的间距越小，表示图像越清晰，可以用图像分辨率测试卡在图像上直接测试出来。图像清晰的程度也可以用图像清晰度来表示。图像清晰度反映的是图像细小线条刚好分离时的间距宽度，用图像分辨率测试卡在图像上直接测试，它与图像分辨率的换算关系是互为倒数的二分之一。与图像清晰度相对应的另一个概念是图像不清晰度，同样可以用图像分辩率温度测试卡在图像上测试出来，图像不清晰度的量值等于分辨率测试卡观察到的线条刚好重合时的线对数的倒数的二分之一。图像不清晰度所对应的线对数与图像清晰度所对应的线对数刚好相差一级，这个级别的线对数取决于图像分辨率的最小分级。1.4透照方式

　　X射线实时成像的透照方式与胶片照相方法基本相同，有纵缝外透法、内透法，环缝外透法、内透法，双壁单影法和双壁双影法。例如，透照筒体焊缝时，可将图像增强器(或X射线机)固定在筒体外，X射线管(或图像增强器)固定在悬臂上，筒体放在电动小车上，悬臂伸进筒体内，筒体随小车按规定的等分转动或按等距离移动，即可对环缝或纵缝进行连续检测。1.5计算机辅助评定

　　X射线实时成像技术利用计算机进行辅助评定。辅助评定是按照焊缝射线探伤标准编制评定软件，用计算机对焊缝中的缺陷进行定量和定级，而缺陷的定性则仍以取得PTⅡ级以上资格人员的评判为准。采用计算机辅助评定，可大大提高评定速度和准确性，评定报告由计算机打印，快捷准确，这样就使检测评定人员从繁琐的评片中解放出来。1.6图像保存

　　检测图像保存在计算机内，待储存到一定数量后，通过刻录机备份到CD光盘上，通常是备份一式两份，一份用于正常的图像评定、资料检索和上级部门监检等，另一份作为档案长期保存。光盘具有容量大、价格低廉、保存期长等优点，完全能够适应各种设备焊缝无损探伤的要求。1.7图像质量与照相底片的对比

　　焊缝采用X射线实时成像技术进行无损探伤，改变的只是检测方法，检测结果不会改变，因此，原来胶片照相探伤方法中许多做法都可以沿用和借鉴。X射线数字成像技术所检测的图像质量可以与胶片照相底片质量相媲美，图像放大后，影像更加清晰，在显示屏上可以以正像、负像、彩色随意翻转，观察起来眼睛不会象观察底片那么疲劳，显示图像无底片那样的伪缺陷，更无类似底片那样的报废情况发生，这是X射线实时成像技术的一个明显优点。1.8效益对比

　　数字图像储存的是数字量，一张650 MB容量的CD光盘储存的图像相当于840张80 mm×360 mm的底片。一张优质光盘目前市场价格不超过80元，如果一张底片连冲洗药品费的成本按10元计算，则实时成像的检测成本仅是胶片照相的2%左右，其经济效益是不言而喻的，对于一个中等探伤量的工厂而言，仅节约胶片和药品的费用，1～2年便可收回设备的投资。1.9探伤室的管理

　　X射线实时成像检测的管理办法与胶片照相方法基本相同，探伤室的平面布置和安全防护基本一致。对于一个中等检测量的探伤室而言，一般配置1～3套图像采集系统，以便在工作量大时同时采集图像；配置3套图像评定系统，一套用于初评，一套用于复评，另一套为驻厂监检专用。探伤室应配计算机专业人员。

　　2X射线实时成像的应用

　　我厂1995年起在YSP-15型液化石油气钢瓶环缝探伤中试用X射线实时成像无损检测技术，逐步取代原来的胶片拍片透照检验方法，同时我厂还积极参加了劳动部LD108—1998《气瓶对接焊缝X射线实时成像检测》部颁标准的制订工作，按照标准的要求编制了《液化石油气钢瓶X射线实时成像探伤工艺》、《操作程序》、《安全操作规程》、《管理制度》等工艺文件，在钢瓶焊缝探伤中实施。图像的灵敏度可清楚地观察到3号像质计中的第13～14号钢丝，图像灰度级别控制在140～220之间，图像分辨率达到2.0～2.2 LP/mm，图像质量指标均能达到LD108—1998标准规定的要求，并得到本地锅检所驻厂监检的确认。

　　3X射线实时成像在焊缝探伤中的应用

　　X射线实时成像适合于批量产品(例如锅炉、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。目前国内已有若干家钢瓶厂、锅炉厂、螺旋焊管厂、不锈钢焊管厂在试用或开始应用X射线实时成像无损检测技术。相信随着X射线实时成像无损检测技术的不断发展，会有越来越多的工厂在焊缝探伤中得到应用。

　　作者简介：曾祥照，1944年生，高级工程师。作者单位：曾祥照广东粤海钢瓶厂(南海市528247)

　　　　　罗佩佛山市锅炉压力容器检验所(528000)