DDA探測器在鋼管檢測中應用的分析與探討

摘要：X射線數字成像技術在鋼管生產中已使用多年，各種DDA探測器的技術指標也不相同，將像素尺寸分別為127微米和200微米的探測器進行了對比，并進行了實際應用，結果表明，不同規格鋼管的檢測應使用相對應的DDA探測器系統。

關鍵詞：DDA探測器 X射線數字成像 分辨率

隨著鋼管生產中X射線檢測技術的不斷發展，傳統膠片照相技術、實時成像技術逐漸被DR數字成像技術所取代，隨之而來的是對數字檢測系統的要求越來越高。而在鋼管生產期間，不同項目的鋼管要求達到的技術指標不同，執行標準也不同，合理使用符合技術指標的DDA探測器系統尤為重要。不同型號的DDA探測器像素尺寸不同，系統分辨率不同，對最高射線能量也有限制。目前，中石化石油機械股份有限公司沙市鋼管分公司已采用美國varex127μm和200μm DDA探測器（非晶硅），可分別滿足國內外高標準鋼管檢測的要求。

1 DR檢測系統的組成

沙市鋼管分公司所采用的DR檢測系統主要由X射線機、DDA探測器、計算機系統和相對應的系統軟件等組成。

1.1 127μm DDA探測器系統

DDA探測器型號為PS1313，總像素面積為130×130mm，像素矩陣為1024×1024（1×1），512×512（2×2），像素間距為127μm，物理分辨率為3.94Lp/mm，幀數分別為30幀/秒（1×1）、60幀/秒（2×2），A/D轉換位數為16bit，射線能量上限為225KV。

1.2 200μm DDA探測器系統

DDA探測器型號為XRD 0822 AP16，總像素面積為205×205mm，像素矩陣為1024×1024（1×1），512×512（2×2），像素間距為200μm，物理分辨率為2.5Lp/mm，幀數分別為25幀/秒（1×1）、50幀/秒（2×2），A/D轉換位數為16bit，射線能量上限為320KV。

1.3 X射線機

X射線機均采用高頻固定式射線機，射線機型號為HS-XY-225和HS-XY-320HP/11，最高管電壓分別為225KV和320KV。HS-XY-225焦點尺寸為1.0mm/3.0mm，HS-XY-320HP/11焦點尺寸為0.4mm/1.0mm，冷卻方式均為油冷。

1.4系統軟件

系統軟件采用專門設計的圖像采集及處理軟件，主要實現圖像的動態實時顯示;靜態圖像采集;正負片轉換;圖像縮放、移動、復位;動、靜態圖像銳化、浮雕等圖像處理;直方圖調整;幾何尺寸標定及測量;灰度分布測量;分辨率測量;信噪比測量等功能。同時，可實現動、靜態圖像儲存和遠程傳送等功能。

2 檢測標準依據

根據API SPEC 5L管線鋼管規范（第46版）規定，射線數字檢驗按ISO 10893-7、ASTM E2698或ASTM E2033執行。ISO10893-7：2019是目前的最新版本。其內容包括了檢測方法、圖像質量、圖像處理、缺陷的指示分類、驗收極限、結果評定、圖像保存和顯示、檢測報告等。本研究按照ISO 10893-7：2019標準要求對生產的直縫埋弧焊鋼管進行檢測。并結合NB/T47013.11-2015承壓設備無損檢測第11部分：X射線數字成像檢測標準對測試結果進行綜合評定。

3 檢測效果對比

分別采用127μm、200μm DDA探測器和225KV、320KV射線機，對直縫埋弧焊鋼管進行X射線檢測情況對比。所有鋼管規格為φ914×19.1mm和φ1016×26.2mm，所用像質計為滿足ISO 19232-1規定的絲型像質計及符合ISO 19232-5標準的雙線型像質計。

φ914×19.1mm直縫埋弧焊鋼管采用127μm DDA探測器和225KV射線機檢測見表1，φ1016×26.2mm直縫埋弧焊鋼管采用200μm DDA探測器和320KV射線機檢測見表2。靜態檢測部位焊縫余高均打磨平整。

從以上檢測結果可以看出，圖像質量級別均能滿足ISO 10893-7：2019標準A級檢測技術級別要求，采集幀數受設備軟件限制，無法達到相同幀數，采用崗位檢測默認幀數進行測試。

管電壓、管電流的增加均使圖像平均灰度增加，信噪比增加。兩套DDA探測器均為16位系統，灰度范圍為0至65536，200μm測試灰度范圍在23%至42%，127μm測試灰度范圍在15%至25%。使用系統軟件在焊縫旁母材均勻部位選取25×55的區域測量信噪比，200μm信噪比較好。127μm探測器分辨率能達到D7，遠高于200μm探測器。

4 現場實際應用

經過上述檢測試驗后，對射線數字成像主要參數進行對比分析，兩種探測器各有優點，具體如下：

（1）透照厚度范圍。按廠家提供的設備說明書，127μm探測器僅能接受射線能量上限為225KV，較高的射線能量會造成探測器損壞，為保證設備長期正常使用，更適用于透照厚度在26mm以下。200μm探測器接受射線能量上限為320KV，經X射線透照測試，透照厚度可達40mm。因此，從設備安全性能考慮，26mm至40mm透照厚度易選用200μm探測器。

（2）平均灰度范圍。像素尺寸越大，在相同時間內接收到的光子數量越多，隨著透照厚度的增大，透射光子逐漸減小，像素尺寸較大的優勢愈加明顯。在NB/T 47013.11-2015標準中，AB級圖像的灰度值應控制在滿量程的20%～80%，B級圖像的灰度值應控制在滿量程的40%～80%，為達到較合適的灰度范圍，在大壁厚鋼管檢測中，易選用200μm探測器。

（3）信噪比測量。在不考慮設備固有噪聲和曝光量的影響下，像素尺寸越大，每個時間周期內到達像素的光子越多，由量子隨機起伏引起的噪聲就小。因此，200μm探測器的噪聲相對較小，信噪比更高。但經過歸一化信噪比計算后，與127μm探測器差異較小。

（4）分辨率測量。200μm探測器的系統分辨率為2.5線對/毫米，測量圖像分辨率可識別D7;127μm探測器的系統分辨率為3.94線對/毫米，測量圖像分辨率可識別D9，明顯像素尺寸越小分辨率越高。在φ914×19.1mm直縫埋弧焊鋼管檢測中，127μm探測器通過補償一個絲號，可滿足ISO 10893-7：2019標準B級檢測級別;在φ1016×26.2mm直縫埋弧焊鋼管檢測中，如能使200μm探測器的像質計靈敏度達到W14，通過補償兩個絲號，也可滿足ISO 10893-7：2019標準B級檢測級別，否則只能采用像素尺寸較小的探測器來解決。

5 結論

隨著鋼管生產中射線數字成像檢測技術的不斷發展，DDA探測器及其應用軟件也在不斷更新換代，鋼管的檢測標準隨著市場的需求也越來越高。為了滿足多規格、多標準的要求，以往單一的一套射線數字成像設備已不能滿足現階段檢測要求，應對應不同的產品標準選擇更適合的射線數字成像設備。

作者簡介

焦鋒，男，出生于1981年，1999年參加工作，一直在中石化石油機械股份有限公司沙市鋼管分公司從事無損檢驗工作，2017年取得無損檢測技師資格證書。

參考文獻：

[1] 楊光，呂育棟，徐忠春等.DR數字平板檢測技術在直縫埋弧焊管生產中的應用.焊管.2016.39（7）

[2] API SPEC 5L，管線鋼管規范（第46版）

[3] ISO 10893-7：2019，鋼管無損檢測第7部分：焊接鋼管焊縫缺欠的數字射線檢測

[4] NB/T 47013.11-2015，承壓設備無損檢測第11部分：X射線數字成像檢測