基于數(shù)字射線的LNG儲(chǔ)罐焊縫檢測(cè)可行性研究

申永亮

(中國石化青島液化天然氣有限責(zé)任公司 , 山東 青島 266000)

LNG儲(chǔ)罐的建設(shè)工程中,焊接是必不可少的工序,焊接過程中由于焊接參數(shù)不穩(wěn)定、外界環(huán)境變化以及人為因素的影響,會(huì)導(dǎo)致焊縫中出現(xiàn)各種類型的焊接缺陷。缺陷的出現(xiàn)將會(huì)導(dǎo)致焊縫的承載能力降低,進(jìn)而影響LNG儲(chǔ)罐的使用壽命,甚至造成財(cái)產(chǎn)與生命的損失,因此焊縫質(zhì)量的無損檢測(cè)是儲(chǔ)罐施工過程中及其重要的環(huán)節(jié)。

射線檢測(cè)作為常規(guī)檢測(cè),檢測(cè)結(jié)果可直觀顯示被檢工件內(nèi)部缺陷的形狀、大小以及分布,在無損檢測(cè)中具有獨(dú)特優(yōu)勢(shì),被廣泛應(yīng)用于工業(yè)領(lǐng)域。目前,LNG儲(chǔ)罐內(nèi)罐焊縫檢測(cè)仍然以射線膠片成像技術(shù)為主。該方法存在著許多不足之處,如膠片成像效率低、勞動(dòng)強(qiáng)度大,污染嚴(yán)重,無法滿足建設(shè)工期要求,且射線底片在長(zhǎng)期保存過程中會(huì)出現(xiàn)膠片變色或褪色,造成底片原有的檢測(cè)結(jié)果無法復(fù)核[1]。

隨著計(jì)算機(jī)數(shù)字圖像處理技術(shù)以及數(shù)字平板射線探測(cè)技術(shù)的發(fā)展,數(shù)字射線(DR)檢測(cè)技術(shù)正逐漸應(yīng)用于容器制造工程建設(shè)中[2]。DR檢測(cè)技術(shù)不僅繼承了膠片成像技術(shù)的優(yōu)點(diǎn),且彌補(bǔ)了膠片成像技術(shù)的不足。目前可部分替代射線膠片成像檢測(cè)已成為研究熱點(diǎn)[3]。劉仕遠(yuǎn)等[4]對(duì)高鐵鋁合金齒輪箱DR檢測(cè)進(jìn)行研究,確定了高鐵鋁合金齒輪箱的DR檢測(cè)方法。本文以LNG儲(chǔ)罐內(nèi)罐材料06Ni9DR鋼對(duì)接試板作為研究對(duì)象,將DR檢測(cè)與射線膠片成像進(jìn)行了對(duì)比,分析了DR檢測(cè)應(yīng)用于LNG儲(chǔ)罐建設(shè)中的可行性,并比對(duì)了DR檢測(cè)與射線膠片檢測(cè)的優(yōu)勢(shì)與不足。

1 基本原理

1.1 膠片成像檢測(cè)原理

射線膠片成像檢測(cè)是利用工件缺陷部位與非缺陷部位對(duì)X射線吸收能力的差異,X射線穿透被檢測(cè)工件時(shí),感光膠片上缺陷位置相較于非缺陷位置會(huì)接收到更多的射線,進(jìn)而導(dǎo)致缺陷部位形成更大程度的潛影。膠片經(jīng)過顯影、定影等操作后,膠片上將會(huì)形成透照影像。底片評(píng)定人員根據(jù)膠片影像的對(duì)比度可判定工件中有無缺陷或缺陷的尺寸、形狀以及位置,射線膠片檢測(cè)原理如圖1所示[2]。

圖1 射線膠片檢測(cè)原理示意圖

1.2 DR檢測(cè)原理

DR檢測(cè)技術(shù)的原理與射線膠片檢測(cè)相似,不同的是DR檢測(cè)是利用數(shù)字探測(cè)器獲取可被顯示和記錄的數(shù)字圖像。DR檢測(cè)時(shí),X射線穿過被檢工件后,經(jīng)衰減的射線被探測(cè)器接收并轉(zhuǎn)換為可見光或電子,經(jīng)過電路讀出并數(shù)字化處理后,將信號(hào)數(shù)據(jù)發(fā)送至計(jì)算機(jī)系統(tǒng)形成可顯示、分析處理和存儲(chǔ)的圖像[4]。

2 實(shí)驗(yàn)

2.1 實(shí)驗(yàn)材料

所用焊接試板為L(zhǎng)NG儲(chǔ)罐內(nèi)罐建設(shè)的06Ni9DR鋼,焊條牌號(hào)為ENiCrMo-6。采用等厚與非等厚焊接試板(厚度分別為10、18、25 、28/30 mm,分別表示為T10、T18、T25、T28/30),坡口形式為X型。在焊縫中預(yù)制了氣孔、夾渣與未熔合(06Ni9DR鋼焊接過程中容易出現(xiàn)的缺陷),試板中預(yù)制的缺陷尺寸如表1所示。

表1 預(yù)制缺陷類型、數(shù)量及尺寸

2.2 實(shí)驗(yàn)參數(shù)

2.2.1膠片檢測(cè)實(shí)驗(yàn)參數(shù)

采用瑞士COMET公司生產(chǎn)的PXS EVO 300DS型射線機(jī),焦點(diǎn)尺寸為1 mm。膠片為AGFA C7型膠片。T10、T18、T25試板采用FE10-16線型像質(zhì)計(jì),T28/30采用FE6-12線型像質(zhì)計(jì)。采用垂直透照,實(shí)驗(yàn)參數(shù)見表2。

表2 檢測(cè)參數(shù)

2.2.2DR檢測(cè)實(shí)驗(yàn)參數(shù)

采用的射線機(jī)型號(hào)為PXS EVO 300DS,焦點(diǎn)尺寸為1 mm。探測(cè)器型號(hào)為NDT 1012MA,像素尺寸為125 μm,成像面積(長(zhǎng)×寬)為340 mm×291 mm。線型像質(zhì)計(jì)為FE10-16,雙絲像質(zhì)計(jì)為IOS 19232。采用垂直透照,實(shí)驗(yàn)參數(shù)如表2所示。

2.3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

焊接試板DR檢測(cè)與膠片見圖2。檢測(cè)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表3、表4。DR圖像的單絲像質(zhì)計(jì)滿足NB/T 47013.11—2015中W13、W11、W11、W10的要求,雙絲像質(zhì)計(jì)讀數(shù)滿足NB/T 47013.11—2015中D9、D8、D8、D7的要求。膠片圖像單絲像質(zhì)計(jì)讀數(shù)滿足NB/T 47013.2—2015中W13、W11、W10、W10的要求。

表3 DR檢測(cè)與膠片檢測(cè)結(jié)果

表4 DR檢測(cè)與膠片缺陷尺寸對(duì)比

圖2 焊接試板DR圖與膠片圖

可以看出,DR檢測(cè)與膠片檢測(cè)均可有效檢出焊縫中的缺陷,但缺陷尺寸和缺陷邊緣清晰度存在不同。

3 DR檢測(cè)與膠片檢測(cè)的對(duì)比

3.1 DR檢測(cè)的優(yōu)點(diǎn)

由表2可知,DR檢測(cè)的單次曝光時(shí)間為15 s,根據(jù)板厚的不同,膠片檢測(cè)的曝光時(shí)間不等(168～210 s);DR檢測(cè)曝光時(shí)間遠(yuǎn)低于膠片檢測(cè)。膠片法檢測(cè)需要檢測(cè)人員往返于罐壁兩側(cè)進(jìn)行膠片的粘貼,勞動(dòng)強(qiáng)度較大;DR檢測(cè)可設(shè)計(jì)專用的檢測(cè)工裝,實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化或半自動(dòng)化檢測(cè),可大幅度地降低檢測(cè)人員的勞動(dòng)強(qiáng)度。膠片檢測(cè)需要經(jīng)過顯影、定影、晾干等工作程序,速度較慢;DR檢測(cè)可實(shí)時(shí)成像,成像速度快。底片需要藥液沖洗,成本高,對(duì)環(huán)境污染較為嚴(yán)重。膠片檢測(cè)的圖像存儲(chǔ)方式為底片存儲(chǔ),需要較大的存儲(chǔ)空間和比較嚴(yán)格的存儲(chǔ)環(huán)境;DR檢測(cè)所生成的圖像為DICONDE格式的電子圖像,無需藥液沖洗,可采用光盤、硬盤等存儲(chǔ)介質(zhì)保存圖像,保存容量大,保存空間小、成本低。

3.2 DR檢測(cè)的不足

LNG儲(chǔ)罐D(zhuǎn)R檢測(cè)需要專用的檢測(cè)工裝或自動(dòng)化機(jī)械,設(shè)備的一次性投入較大,且探測(cè)器在使用過程中存在損壞的風(fēng)險(xiǎn)。

3.3 缺陷檢出率與檢測(cè)精度對(duì)比

對(duì)圖2、表3、表4的分析如下:①靈敏度對(duì)比。相同厚度下,DR圖像的單絲像質(zhì)計(jì)讀數(shù)高于膠片圖像。厚度越小,優(yōu)勢(shì)越顯著。說明DR圖像的靈敏度高于膠片圖像的靈敏度,也就是說DR能夠發(fā)現(xiàn)更加細(xì)小的缺陷。②缺陷檢出率對(duì)比。DR和膠片的圖像中都有清晰的缺陷顯示。其中最小的預(yù)制缺陷直徑為1 mm的氣孔,還有容易漏檢的高度1 mm的未熔合缺陷,都可以被檢測(cè)出。說明兩種檢測(cè)方法的檢出率相當(dāng)。③缺陷尺寸精度對(duì)比。經(jīng)過測(cè)量,DR與膠片射線法所檢測(cè)出的圓形缺陷尺寸最大相差2%,未熔合缺陷相差1.4%,條形缺陷相差0.4%。其中圓形缺陷最大相差百分比數(shù)值比較大的原因是,圓形缺陷最小的尺寸是1 mm,這個(gè)數(shù)值基數(shù)小,所以相差百分比會(huì)比較大。

DR圖像中所有的缺陷尺寸都存在不同程度的放大,這與DR檢測(cè)實(shí)驗(yàn)過程中探測(cè)器沒有與被檢測(cè)對(duì)象貼合有關(guān)。經(jīng)過現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試,成像板至試板的距離布置為10 mm比較保險(xiǎn)。而通過以上實(shí)驗(yàn),缺陷尺寸的放大比例是可以接受的,沒有造成靈敏度與細(xì)小缺陷的分辨力下降。

4 結(jié)論

本文根據(jù)大型LNG儲(chǔ)罐現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境和標(biāo)準(zhǔn)要求,進(jìn)行了DR檢測(cè)工藝實(shí)驗(yàn),同時(shí)對(duì)DR和膠片法射線檢測(cè),進(jìn)行了對(duì)比實(shí)驗(yàn)。討論了LNG儲(chǔ)罐采用DR檢測(cè)替代傳統(tǒng)的膠片檢測(cè)的可行性。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,DR檢測(cè)具有比膠片檢測(cè)更高的檢測(cè)靈敏度。對(duì)于06Ni9DR鋼對(duì)接焊縫的氣孔、未熔合以及夾渣,DR檢測(cè)具有與膠片檢測(cè)相當(dāng)?shù)娜毕輽z出率與檢測(cè)精度。DR檢測(cè)配置自動(dòng)化機(jī)械后,具有勞動(dòng)強(qiáng)度低,檢測(cè)效率高,總成本低的優(yōu)點(diǎn)。同時(shí),DR還具備對(duì)環(huán)境無污染,易于保存和管理的優(yōu)點(diǎn),滿足LNG儲(chǔ)罐的檢測(cè)要求。