淺談DR系統與工業膠片的無損探傷應用對比

周 蒙，馬 劍

淺談DR系統與工業膠片的無損探傷應用對比

周 蒙，馬 劍

（天津山德科技發展有限公司，天津 300220）

經對焊接探傷的實際應用比對，闡述DR系統與工業膠片在各自體系內的應用狀況，對比其優劣，并展望各體系在未來的發展方向。DR系統與工業膠片在很長一段時間內，仍將并行存在，相輔相成。

像質；靈敏度；應用條件

焊接作為一種基本工藝方法，廣泛應用于航空航天、艦船、橋梁、機械、冶金、能源、石油化工、建筑等行業。由于焊接過程經常受到各種因素的影響，因此焊縫中不可避免地會出現裂紋、氣孔、夾渣、未熔合、未焊透等缺欠或缺陷。為了保證焊接構件的產品質量，國內外標準都規定必須對焊縫進行有效的無損檢測，在實際生產當中射線檢測是廣泛采用的焊接質量無損檢測方法，其檢測結果被作為焊縫缺陷分析和質量評定的重要判定依據。

在黑色金屬、有色金屬及其合金或其它衰變系數較小的材料制作的器件型材零件，或焊縫的非破壞性射線探傷中，X射線拍片檢驗以其顯示直觀、檢測靈敏度和分辨率高等特點，成為了保障產品質量的重要手段。

然而，伴隨著計算機科學及圖像處理技術的不斷發展，成像面板直接數字成像技術是近些年發展起來的新的數字化成像技術，也就是我們常說的DR（Digital Radiography）。目前，數字平板主要有非晶硅、非晶硒和CMOS三種。數字平板可以將射線直接轉換為數字圖像，能夠實現實時數據采集。數字平板技術的優點和局限性如下：

①檢測速度和效率較高，可以進行實時成像；

②成像的空間分辨率高，圖像質量接近膠片照相水平；

③數字平板不能分割和彎曲，而且現場工作通常要求穩定電源，有時使用不方便；

④數字平板價格昂貴。

除此之外，射線無損檢測采用的主要手段還有射線實時成像技術、計算機射線照相技術、數字平板射線成像技術、工業CT技術等。這些檢測技術具有各自不同的優點和局限性，還不存在一種技術可以完全取代其它技術的情況。

目前，在射線檢測焊接質量方面，射線膠片照相技術應用最為普遍，數字平板射線成像技術也有比較廣泛的應用，并且隨著工業制造水平的提高，DR成像技術有迎頭趕上的趨勢，我們將對這兩種射線檢測方法進行對比介紹。

DR直接數字成像技術是將一種新型的射線探測單元排列成一個陣列，并將它們直接與大規模集成電路連在一起，同步完成射線接收、光電轉換、數字化的全過程。這種“射線—數字”的直接轉換方法，減小了信號長距離傳輸和變換過程中產生的噪聲信號，配合使用相應的濾波電路可以獲得低噪聲、高靈敏度圖像。組成陣列的每一個射線探測單元都是經過精加工制成的，其幾何尺寸為幾十微米，因此具有較高的空間分辨率。然而盡管如此，實施數字探測器陣列體系的一個障礙是，陣列的像素尺寸相對于膠片的小晶粒尺寸 （這點使膠片具有很高的空間分辨率）仍然過大。在最新發布的NB/T 47013.2-2015中，對工業射線膠片系統特征指標的劃分，其中最高等級為C1的膠片系統，在凈黑度為2的條件下所要求的最大顆粒度為0.018，由于用于膠片射線成像的設置，DR成像系統不可能實現所需的幾何分辨率，因此只能使用幾何放大的方法或補償原則 ［提高圖像的信噪比（SNR）］來克服這個困難，實現所需的幾何分辨率。

補償原則指的是如果所用的DR數字探測系統不能達絲或孔和雙線型圖像質量指示器（IQI）所示的圖像質量指示器（IQI）靈敏度，則只能提高單線能見度來彌補過高的模糊度值。

比如對于B級壁厚10mm的鋼管，有必要使用W14號線和D11雙線，如果D11不能實現，則只能進行補償：從D11到D9下降兩級，而從W14到W16提高兩級。

我們選取一段壁厚為17.5mm的鋼管進行試驗，分別用DR成像與膠片照相進行射線檢測，獲取的靈敏度圖像如下：

圖1 DR成像靈敏度圖像

圖2 X光射線照相靈敏度圖像

由以上圖1、圖2對比可得，DR成像隱約可見12#鋼絲，靈敏度略大于1.1%；而射線拍片12#鋼絲清晰可見，靈敏度1.1%。由此可知DR成像的靈敏度僅與射線照相的靈敏度相當，雖然也符合標準中對靜態圖像靈敏度不大于2%的要求，但考慮到其經過了幾何放大及圖像補償等手段后獲取的靈敏度效果，因此我們認為射線照相所獲取的底片圖像在分辨率及靈敏度上較于DR成像系統還是有一定優勢。

由于DR成像系統中探測陣列是由一個個射線探測單元組合而成，當這些探測單元在使用過程中發生故障或其他原因而導致無法正常將接收到的射線光信號轉換為電信號時，就會產生所謂的壞像素，他們與相鄰像素比較會顯現為灰度過高或過低的白點或黑點，雖然標準中有規定可以對探測器系統按照出廠規定進行壞像素的校正，但是仍然不能忽略由其設備本質所帶來的影響最終檢測結果的風險。而膠片照相由于是通過X或γ射線在被檢材料或工件中發生的衰減變化，穿越而出的射線隨后與射線照相膠片發生光化學作用，對已感光的射線照相膠片進行處理，得到一張以不同光學密度（圖像）的方式記錄和顯示被檢材料和工件內部質量密度的射線照相底片，這樣獲得的底片是最為原始、直觀分析判斷工件內部質量的資料，不會因為失真或設備故障等原因而導致產生質量異議。

同時，DR成像系統雖然相對于射線膠片照相在生產效率上有所提高，但以目前國內的技術裝備制造水平，高頻高壓發生器雖然可以自行設計生產，但是使用過程中故障率較高，常常由于內部的電子元器件損壞而導致無法正常工作，而系統最為關鍵的設備-成像面板，國內目前無法生產，只能依靠進口。以GE公司一套DR成像系統設備為例（包括高頻高壓發生器、控制器、高壓電纜、X射線管、冷卻器，面板選用鉑金愛默），僅硬件設備成本就在120-140萬元，并且只能提供固定場所的生產檢測任務。而射線膠片照相系統僅需一臺便攜式射線機，部分耗材及簡單的防護裝備即可進行作業，甚至包括高空、野外等特殊空間的非常規作業，相較于DR成像系統的空間局限性要大一些；而由于一般的生產制造企業均為流水作業，射線檢測崗位有可能成為制約其生產效率的瓶頸，依據最新發布的NB/T 47013.11-2015承壓設備無損檢測第11部分：X射線數字成像檢測第6.2.5.2規定，單位代碼、工件編號、焊縫編號、透照規格、檢測人員代碼、識別標記等信息都應寫入圖像文件的描述字段中，并具備不可更改性（如圖3），同時要求原則上每張圖像均應有線型像質計的影像。嚴格執行標準要求，則勢必影響企業的生產效率，因此在生產效率的提高上，也是值得我們商榷的。

綜上所述，雖然DR成像系統借勢于計算機科技及圖像處理技術的發展，越來越成為一些生產單位現代化、數字化的追逐與象征，但是在可預見的將來，在關鍵崗位及對檢測技術有特殊要求的地方，我們仍然離不開膠片照相系統，隨著材料學、各種高新技術的發展和提高，大寬容度、高顆粒度的膠片可以適應于更加嚴格苛刻的測量環境，上世紀30年代以來人們長期使用膠片照相所積累的經驗，與數字掃描設備結合，必將使這一行業在未來的大生產過程中發揮出更有力的作用及貢獻。

圖3

《影像技術》征稿啟示

《影像技術》雜志是全國輕工感光材料信息中心、中國感光學會和天津遠大感光材料公司共同主辦的技術性期刊，也是國家一級學會——中國感光學會的會刊。本刊主要報導國內外影像技術方面的發展狀況,數字成像技術和數字影像材料，以及醫學類、傳統感光材料和各種新型影像記錄系統的應用技術。

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10.3969/j.issn.1001-0270.2015.06.26

2015-10-09

周蒙（1988-），男，漢族，天津人，大學本科，天津山德科技發展有限公司工作，研究員，研究方向：無損探傷技術。