油氣管道環焊縫數字射線檢測與膠片法射線檢測技術對比分析

, ,,, ,,

(1.中國石油天然氣管道科學研究院，廊坊 065000；2.中國石油天然氣管道通信電力工程有限公司，廊坊 065000；3.廊坊中油朗威工程項目管理有限公司，廊坊 065000)

管道環焊縫檢測是管道施工過程的重要環節，而射線檢測技術目前還是長輸管道環焊縫的主要檢測手段。但相應的射線檢測主要采用膠片成像技術(RT-F)，該技術檢測周期長，效率低，經常影響施工進度[1]。射線底片長期保存后有的影像會變色或褪色，造成原有的底片無法復核原有的檢測結果，而數字射線檢測(DR)技術解決了傳統膠片在存儲、查詢上的難題，能實現射線檢測的實時成像，具有數字存儲、缺陷圖像計算機分析、遠程評片等優點，是射線檢測技術的發展趨勢。但國內DR工程應用的經驗不多，因此通過設計加工包含不同類型缺陷的工藝焊縫，采用DR與RT-F對其進行對比檢測試驗，從而驗證DR應用于油氣管道環焊縫檢測的可靠性。

1 DR與RT-F檢測原理

1.1 RT-F檢測原理

RT-F利用射線穿透被檢工件時，有缺陷位置和無缺陷位置對射線的吸收能力的差異進行檢測。感光膠片上對應缺陷的位置因接收到較多的射線，會形成較大程度的潛影，膠片經過顯影、定影及干燥等暗室處理后，形成透照影像。評定人員根據透照影像的對比度就可以判斷工件中有無缺欠及缺欠的形狀、大小和位置[2]。RT-F檢測原理示意如圖1所示。

1.2 DR檢測原理

DR技術利用X射線的穿透特性和衰減特性，通過數字探測器來獲得可被顯示和記錄的數字圖像，檢測原理示意見圖2。檢測時，X射線透照過被檢物體后，強度發生了改變，衰減后的射線光子被數字探測器接收轉換為可見光或電子，通過電路讀出并進行數字化處理后，將信號數據發送至計算機系統形成可顯示、分析處理和存儲的圖像，進而實現圖像數字化。其檢測過程包括透照，信號探測與轉換，圖像顯示與評定3個階段。

圖2 DR檢測原理示意

2 DR與RT-F對比試驗

透照方式采用環焊縫內透中心法，將X射線機的焦點調整到環焊縫中心位置處，對預制人工缺陷的管道環焊縫進行周向曝光，分別采用DR與RT-F對人工缺陷焊縫進行單壁單影檢測，然后對兩種檢測方法的結果進行對比分析。DR與RT-F檢測分別按照標準SY/T 4109-2013《石油天然氣鋼質管道無損檢測》中的第5部分(射線數字成像檢測)和第4部分(射線檢測)的相關規定進行。

2.1 RT-F系統及工藝參數

采用的射線機型號為YXLON EVO 300P，焦點尺寸(寬×長)為0.5 mm×5.5 mm；膠片為AGFA C7型膠片；線型像質計為FE10-16。

檢測參數如下：采用中心透照方式；焦距為711 mm；電壓為260 kV；電流為2.8 mA；曝光時間為150 s。

2.2 DR系統及工藝參數

采用D/P Tech公司的DR檢測系統；射線機型號為YXLON EVO 300P，焦點尺寸(寬×長)為0.5 mm×5.5 mm；數字探測器像素尺寸為127 μm；成像面積(長×寬)為150 mm×150 mm；線型像質計為FE10-16；雙線型像質計為ISO 19232H446。

檢測參數如下：中心透照方式；焦距為726 mm；電壓為260 kV；電流為2.5 mA；單幅圖像曝光時間為3.2 s。

2.3 人工缺陷管道環焊縫設計與加工

含人工缺陷的環焊縫采用φ1 422 mm×21.4 mm(外徑×壁厚,下同)的X80碳鋼管道加工制作，焊縫坡口形式為V型坡口。焊縫坡口結構及焊縫的RT-F透照布置如圖3，4所示。在焊縫的不同高度區域設計加工了60個不同類型的焊接缺陷，缺陷類型涵蓋單個氣孔、密集氣孔、坡口未熔合、層間未熔合、根部未焊透和裂紋等，缺陷類型及分布的區域信息如表1所示，缺陷之間距離約為149 mm。

圖3 焊縫坡口結構

圖4 RT-F檢測的透照布置

缺陷類型分布區域缺陷數量坡口未熔合根部坡口16未焊透根部2坡口未熔合填充坡口18坡口未熔合蓋面18裂紋層間未熔合單個氣孔密集氣孔填充填充填充填充2211

2.4 檢測程序

2.4.1 DR的檢測程序

(1) 根據被檢工件(φ1 422 mm×21.4 mm管道環焊縫)的管徑和壁厚，依據標準SY/T 4109-2013中的第5部分內容和DR曝光曲線，計算曝光工藝參數。

(2) 設置DR系統參數，并進行DR探測器校正。

(3) 將DR系統的軌道固定到管道上，DR圖像采集系統安裝于軌道，并在采取有效的射線防護條件下，對管道環焊縫進行檢測。

(4) 測定檢測圖像的分辨率、對比度、靈敏度、歸一化信噪比、灰度值等圖像質量指標是否符合標準要求，若不符合，對工藝參數進行調整并重新檢測，直到圖像質量指標滿足標準要求。

(5) 對符合標準要求的檢測圖像進行評定，標注缺陷，保存檢測數據，生成DR報告。

2.4.2 RT-F檢測程序

(1) 根據被檢工件的管徑和壁厚，依據標準SY/T 4109-2013中的第4部分內容和RT-F曝光曲線，計算曝光工藝參數。

(2) 進行RT-F之前的工藝準備，包括射線機型號的選擇、膠片、增感屏的選擇，確定像質計、標記、暗盒、屏蔽板、標準密度片等。

(3) 在采取有效的射線防護條件下，按照計算的曝光工藝參數，對管道環焊縫進行RT-F。

(4) 對曝光后的底片進行顯影、停影、定影、水洗和干燥，所得到底片的對比度、靈敏度、黑度、標記、表觀品質應符合標準的要求。若不符合，對工藝參數進行調整并重新檢測，直到符合標準要求。

(5) 按標準要求對底片進行評定，記錄缺陷的位置、大小，出具檢測報告。

2.4.3 兩種方法的對比

φ1 422 mm×21.4 mm管道環焊縫DR檢測與RT-F檢測方法的優缺點對比如表2所示。

表2 φ1 422 mm×21.4 mm管道環焊縫DR檢測與RT-F檢測方法的優缺點對比

2.5 檢測結果

通過PROFESSIONAL軟件對DR的圖像品質進行測量，圖像分辨率達到D8,線型像質計靈敏度達到W12,歸一化信噪比為190，檢測圖像質量滿足標準SY/T 4109-2013的要求。DR圖像質量的測量如圖5～7所示。

DR與RT-F對比試驗結果如表3所示。

對比數字圖像和底片中的缺陷細節，DR方法和RT-F方法均檢測出了管道環焊縫中的缺陷，均未出現漏檢情況。但缺陷顯示的長度和邊緣的清晰度存在差異，DR檢測圖像通過調節圖像對比度等圖像處理方法，可以有效地提高檢測人員對缺陷的觀測能力，觀察到更小的缺陷細節。不同類型缺陷的DR檢測圖像如圖8～13所示。

圖5 圖像分辨率

圖6 線型像質計靈敏度

圖7 歸一化信噪比

圖8 密集氣孔的DR圖像

圖9 坡口未熔合的DR圖像

圖10 裂紋的DR圖像

圖11 根部未焊透的DR圖像

圖12 氣孔的DR圖像

圖13 層間未熔合的DR圖像

缺陷類型分布區域缺陷數量DR檢出數量RT-F檢出數量坡口未熔合根部坡口161616未焊透根部222坡口未熔合填充坡口181818坡口未熔合蓋面181818裂紋填充222層間未熔合填充222單個氣孔密集氣孔填充填充111111

3 結論

采用DR和RT-F兩種不同的射線檢測方法，對加工制作的含有缺陷的管管對接環焊縫進行對比檢測試驗，比較兩種檢測方法對不同類型缺陷的檢出能力。試驗結果表明，DR和RT-F兩種檢測方法對管道環焊縫中的氣孔、坡口未熔合、層間未熔合、根部未焊透和裂紋等缺陷均能檢出；在圖像靈敏度方面，DR和RT-F水平相當，均能看到線型像質計W12；在圖像分辨率方面，DR圖像的雙線型像質計指數略低于RT-F的；在信噪比方面，DR圖像的信噪比要遠遠大于RT-F的；由于檢測圖像細節識別能力取決于被檢焊縫的有效衰減系數、信噪比和圖像分辨率，因此DR可以觀察到更小的缺陷細節，DR圖像的缺陷尺寸略大于RT-F。DR滿足了數字化管道的發展要求，已在油氣管道檢測中逐步應用，未來將具有廣闊的發展前景。