大口徑管道焊縫數(shù)字成像檢測(cè)裝置應(yīng)用探討

林春文 徐峰 張先龍

1. 概述

大口徑管道工程多處于偏遠(yuǎn)地區(qū)，環(huán)境條件差、氣候惡劣。無損檢測(cè)施工作業(yè)點(diǎn)隨著施工進(jìn)度而不斷遷移；另外，加之膠片檢測(cè)法底片制作過程長而繁瑣，這些不利因素導(dǎo)致檢測(cè)質(zhì)量難以保證。尤其是大口徑管道焊縫雙壁透照的檢測(cè)，一直困擾著檢測(cè)單位，是大口徑管道焊縫無損檢測(cè)的瓶頸。

2014年，大慶油田工程建設(shè)公司充分考量了施工現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)效率、勞動(dòng)強(qiáng)度，裝置重量、便攜性、快速安裝和拆卸等因素，研制了大口徑管道焊縫數(shù)字成像檢測(cè)裝置，解決了雙壁透照管道焊縫數(shù)字成像檢測(cè)技術(shù)難題。該檢測(cè)裝置適應(yīng)大口徑管道工程惡劣的施工環(huán)境，滿足現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)工藝要求，填補(bǔ)了國內(nèi)相關(guān)技術(shù)空白。

2. 檢測(cè)原理

管道焊縫雙壁透照X射線數(shù)字成像檢測(cè)原理是：將管道置于成像探測(cè)器和射線機(jī)之間（見圖1），射線機(jī)發(fā)出X射線，射線能量穿透管道焊縫作用于成像探測(cè)器，轉(zhuǎn)換為數(shù)字化信息，通過計(jì)算機(jī)系統(tǒng)在屏幕上直接顯示被檢測(cè)焊縫圖像信息，隨著管道或檢測(cè)裝置的運(yùn)動(dòng)，完成整道焊縫或管段的檢測(cè)作業(yè)。焊縫的數(shù)字圖像可以通過圖像處理技術(shù)突顯缺陷，提高評(píng)定質(zhì)量。

系統(tǒng)組成主要包括：射線機(jī)、成像探測(cè)器、計(jì)算機(jī)系統(tǒng)及驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)等。成像探測(cè)器是系統(tǒng)關(guān)鍵部件，平板成像探測(cè)器是技術(shù)主流。本裝置采用的就是平板成像探測(cè)器。

3. 技術(shù)分析

（1）裝置結(jié)構(gòu) 裝置由射線機(jī)單元、成像板單元、動(dòng)力驅(qū)動(dòng)單元、軌道和同步驅(qū)動(dòng)連桿組成（見圖2）。射線機(jī)單元、成像板單元、動(dòng)力驅(qū)動(dòng)單元安裝在軌道上，動(dòng)力驅(qū)動(dòng)單元提供整套裝置的運(yùn)動(dòng)動(dòng)力。

射線機(jī)單元通過鉸鏈?zhǔn)娇焖侔惭b夾具，壓緊射線機(jī)，旋轉(zhuǎn)鎖緊手柄固定射線機(jī)；夾具底部裝有齒輪與軌道上的齒條嚙合，能實(shí)現(xiàn)檢測(cè)裝置與管道的自動(dòng)漲緊，實(shí)現(xiàn)檢測(cè)速度、位置的準(zhǔn)確控制。

成像板單元通過成像板夾具鉸鏈?zhǔn)綁荷w，壓緊成像板，旋轉(zhuǎn)鎖緊手柄固定成像板，使成像板單元懸掛在軌道上。

動(dòng)力驅(qū)動(dòng)單元由電動(dòng)機(jī)加減速器給整個(gè)系統(tǒng)提供平穩(wěn)的、足夠的驅(qū)動(dòng)扭矩，通過同步連桿，實(shí)現(xiàn)驅(qū)動(dòng)射線機(jī)和成像板同步運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)數(shù)字化檢測(cè)。

圖1 管道焊縫雙壁透照X射線數(shù)字成像檢測(cè)原理

圖2 大口徑管道焊縫數(shù)字化檢測(cè)裝置

（2）檢測(cè)作業(yè) 檢測(cè)人員通過手機(jī)或平板電腦操控檢測(cè)裝置。首先開啟動(dòng)力驅(qū)動(dòng)裝置，將射線機(jī)與成像板分別調(diào)整到12點(diǎn)和6點(diǎn)位置。啟動(dòng)檢測(cè)作業(yè)開關(guān)，啟動(dòng)X射線機(jī)，射線機(jī)和成像板沿管道焊縫勻速、平穩(wěn)同步運(yùn)動(dòng)一個(gè)檢測(cè)步長，速度控制在2m/min，探測(cè)器采集數(shù)據(jù)，此時(shí)計(jì)算機(jī)屏幕上顯示出焊縫圖像，檢測(cè)人員實(shí)時(shí)察看焊縫圖像，檢查焊接質(zhì)量。每次檢測(cè)的長度就是每次行走步長也稱為一次透照長度，要依據(jù)管徑尺寸計(jì)算確定。裝置沿管道運(yùn)行一周，即可完成焊縫的無損檢測(cè)作業(yè)。

4. 應(yīng)用分析

在大口徑管道工程無損檢測(cè)作業(yè)中，管道焊縫雙壁透照作業(yè)常處于山區(qū)、河流、陡坡等復(fù)雜地段，檢測(cè)效率低、難度大。以φ1 016mm×17.5mm大口徑管道檢測(cè)為例，采用雙壁單影，以捆綁的方式將探傷機(jī)固定管道上，每拍一張片子將探傷機(jī)換個(gè)位置，工人需要從二三十米外的安全地帶來回跑五六次（與片子長度相關(guān)）才能完成一道焊口的檢測(cè)，檢測(cè)時(shí)間需四五個(gè)小時(shí)，工人勞動(dòng)強(qiáng)度大，檢測(cè)效率低。尤其是在現(xiàn)場(chǎng)不能洗片看片，不能確保拍片質(zhì)量，檢測(cè)質(zhì)量難以保證。若采用大口徑管道焊縫數(shù)字成像檢測(cè)裝置，該裝置采用模塊化設(shè)計(jì)，自動(dòng)化控制，檢測(cè)一道口的時(shí)間包括裝置安裝、整道焊口的檢測(cè)和拆卸時(shí)間加在一起不超過50min，用人少效率高。焊縫質(zhì)量現(xiàn)場(chǎng)即檢即看，焊縫數(shù)字圖像還可以通過數(shù)字化處理得到優(yōu)良的影像，電子存檔方便快捷，網(wǎng)絡(luò)傳輸實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程評(píng)定，這些技術(shù)優(yōu)勢(shì)進(jìn)一步保證了檢測(cè)質(zhì)量。

5. 結(jié)語

綜上分析，大口徑管道焊縫數(shù)字成像檢測(cè)裝置解決了管道焊縫雙壁透照無損檢測(cè)難題。對(duì)于無法使用管道射線爬行器的中口徑油氣管道，當(dāng)射線探傷比例很高時(shí)，采用雙壁單影透照法，應(yīng)用該檢測(cè)裝置將展現(xiàn)其極大的優(yōu)越性。

數(shù)字化檢測(cè)技術(shù)是管道焊縫射線無損檢測(cè)的發(fā)展方向，因此大口徑管道焊縫雙壁透照數(shù)字成像檢測(cè)技術(shù)的推廣應(yīng)用前景廣闊。