定向X射線檢測系統(tǒng)檢驗輻射場的調校方法

劉 通，邊昭斌，張圣光，蔣太秋

(山東勝利鋼管有限公司，山東 淄博255082)

定向X射線檢測系統(tǒng)檢驗輻射場的調校方法

劉 通，邊昭斌，張圣光，蔣太秋

(山東勝利鋼管有限公司，山東 淄博255082)

介紹了螺旋縫埋弧焊管檢測用定向X射線檢測系統(tǒng)檢驗輻射場的構成，以及實際檢驗中需要調整DR檢測系統(tǒng)的機構，如探臂、射線管頭、平板探測器等的調整。重點介紹了定向X射線檢測系統(tǒng)檢驗輻射場的兩種調校方法，即螺栓校準和輻射場校準器校準，分析了兩種調校方法的優(yōu)缺點。以自主設計的輻射場校準器調校方法為例，通過對φ325mm×8mm焊管進行輻射場差異模擬試驗，得到了不正確調校輻射場對焊偏檢驗結果有一定影響的結論。

焊管；X射線檢測；輻射場；調校

0 前言

長輸油氣管道用螺旋縫埋弧焊管都需要進行射線無損檢測，國內各制管廠均采用固定式X射線檢測系統(tǒng)對鋼管進行在線全焊縫檢測。對X射線檢測系統(tǒng)檢驗輻射場進行及時準確的調校不但可以保證檢測結果的準確，而且可以避免檢驗過程中對常見缺欠(裂紋、未焊透、氣孔、夾渣、焊偏等)的漏檢和誤判。

1 定向X射線檢測系統(tǒng)

定向X射線檢測系統(tǒng)檢驗輻射場(以下簡稱輻射場)由定向X射線機的射線管頭發(fā)射出有效輻射角范圍內的射線束構成。

國內大中型焊管廠家對螺旋縫埋弧焊管的射線檢驗趨向于采用DR平板檢測系統(tǒng)。DR(digitalradiography)即直接數(shù)字化X射線攝影系統(tǒng)，由電子暗盒、掃描控制器、系統(tǒng)控制器、影像監(jiān)示器等組成。其核心部件是平板探測器(flatpaneldetector)，可直接將X射線轉換為數(shù)字化圖像，是一種廣義上的直接數(shù)字化X線攝影[1]。山東勝利鋼管有限公司采用美國瓦里安DR平板檢測系統(tǒng)，平板探測器規(guī)格130mm×130mm，像素尺寸0.127mm，射線管大焦點3.0mm、小焦點0.4mm。

在實際檢驗中需要調整DR檢測系統(tǒng)的機構包括管頭、探臂和平板探測器，如圖1所示。

圖1 DR檢測系統(tǒng)調整機構示意圖

2 檢測系統(tǒng)各機構的調整

檢測機構的調整是確定各機構的相對位置，校準是對各機構和輻射場的微調整和確認的過程。

2.1 探臂調整

探臂應與鋼管軸線平行。一般情況下，在安裝時就已經調整好，無需重復調整，只需根據(jù)鋼管規(guī)格，調整探臂高度，以保證理想焦距即可。

2.2 射線管頭調整

將水平泡平放在X射線管頭的窗口旁的平面上，調整X射線管頭水平，保證X射線管頭發(fā)射窗口豎直朝上。

2.3 平板探測器調整

根據(jù)實際焦距需要，上下調整平板探測器的高度位置，高度(一般距鋼管外表面上邊沿的距離為15～30mm)確定后，將水平泡平放在平板探測器上，調整成像平板水平且擺正。在安裝時，平板探測器在水平面上的位置已經大體確定，一般情況下無需進行大的調整，只需根據(jù)檢驗需要調整高度。

2.4 平板探測器和X射線管頭的相對位置調整

可以借助鋼管端面，以鋼管端面為基準，使用吊墜和鋼板尺調整X射線束中心對準平板探測器中心，也可使用輻射場校準器在校準時調整X射線束中心對準平板探測器中心。

3 檢驗輻射場的校準

檢驗輻射場校準的原理是保證射線管頭水平、平板探測器水平和X射線束中心對準平板探測器中心。下面簡單介紹山東勝利鋼管有限公司用到的兩種輻射場的校準方法。

3.1 用螺栓校準輻射場

用螺栓校準輻射場的方法是山東勝利鋼管有限公司較早采用的一種。具體操作過程是在鋼管外表面最上沿平整處的母材上用扁平磁鐵吸上一個M6×30mm的螺栓，如圖2所示，通過旋轉鋼管，用DR檢測系統(tǒng)分別拍下螺栓在不同位置的圖像，用系統(tǒng)自帶的測量工具來測量圖像上螺栓兩個不同直徑影像的偏移量，通過不同位置的多次測量計算，同時逐步微調，來確定和驗證X射線束中心與平板探測器中心是否對準。

圖2 螺栓校準示意圖

該方法的優(yōu)點是成本低，材料易于得到。缺點是：①會有放置的位置誤差，無法自行調節(jié)水平；②精度不高，因圖像上的六邊形和圓形投影尺寸差不夠大；③圖像直觀效果不夠強，憑直觀圖形偏差進行一次微調到位幾率不大。

3.2 用輻射場校準器校準輻射場

鑒于螺栓校準輻射場的缺點，山東勝利鋼管有限公司自主設計了一種快速校準輻射場的器具-輻射場校準器，如圖3所示。它的作用是使X射線束中心對準平板探測器中心，避免輻射場偏離對檢驗結果的影響，具有操作簡單，校準速度快，精確度高，成本低等特點。

圖3 輻射場校準器實物照片

使用方法：在機構調整結束后，將輻射校準器豎直插在管頭發(fā)射窗口上，其上端的水平泡可以校準管頭水平度，匹配電流電壓進行調校，通過校準器上下兩個φ10mm通孔的靜態(tài)成像情況，如圖4所示，對平板探測器進行微調整，焦距為410mm，上圓孔到射線源的距離為325mm。若輻射場有偏離情況，校準后兩個圓成像不同心，且會偏向顯示窗口一側；若輻射場調整正確，校準后兩個圓成像同心，且位于顯示窗口中心。用校準器校準輻射場的結果如圖5所示。

圖4 輻射場校準器校準示意圖

圖5 校準器校準輻射場結果示意圖

4 輻射角、輻射場中心位置的校準

輻射場調校后，根據(jù)GB/T 26837-2011要求進行射線輻射角和輻射場均勻性測定試驗：試驗用2張300mm×80mm膠片，已知實際焦點至膠片的距離為410mm，射線束中心線對準膠片搭接中心，正確調整管電壓、管電流、曝光時間，確保膠片最大黑度范圍為1.0～1.5；用檢定合格的黑度計對膠片黑度進行測量，結果膠片最大黑度為1.48，輻射場邊緣(以最大密度的50％)為0.74，輻射場直徑為373mm，計算得輻射圓錐角為48.92°，最大黑度處與射線束中心線角度為4.18°，結果如圖6所示。標準GB/T 26833-2011要求：有效射束角度應大于38°。根據(jù)本次試驗結果，輻射圓錐角和均勻性滿足標準要求。

圖6 校準測定試驗示意圖

5 模擬φ325mm×8mm鋼管輻射場調整差異試驗

因實際生產中的螺旋縫埋弧焊管的焊縫都會存在焊偏，對試驗結果的影響無法計算，所以選擇用SolidWorks軟件來模擬輻射場射線束中心對準和偏離的兩種情況。基本條件：鋼管規(guī)格φ325mm×8mm，焦距為250mm，鋼管外表面上沿與平板高度差為25.5mm，內外焊縫寬度均為12mm，且焊縫焊偏為0，成像比例1∶1。用DR成像系統(tǒng)自帶工具測量偏移結果，如圖7所示。

射線束中心線和平板探測器中心對準時，在圖像顯示窗口左上角邊緣位置，測量因焊縫自身曲率等原因引起的內外焊縫的圖像出現(xiàn)相對偏移為2.19mm和2.30mm，窗口中心位置幾乎無偏移量，見圖7(a)。

焦點水平方向偏離鋼管軸線30mm，射線管頭上平面與平板探測器成8°夾角(向下)時，在圖像顯示窗口左上角邊緣位置，測量的相對偏移量為4.22mm和4.20mm，窗口中心位置內外焊縫相對偏移量分別為1.96mm和2.18mm，見圖7(b)。

以上情況說明，若不正確調整輻射場，對焊偏檢驗結果影響較大，容易引起誤判，造成不正常停產。

圖7 模擬φ 325mm×8mm鋼管輻射場調校結果示意圖

6 結 論

(1)輻射場的調校時機：更換射線管、更換鋼管規(guī)格、定期檢查、發(fā)現(xiàn)機構有異常時。

(2)射線管長時間使用會發(fā)生老化，這樣焦點和圓錐輻射角會發(fā)生變化。在實際檢驗中發(fā)現(xiàn)，DR檢測系統(tǒng)用射線管頭的老化未發(fā)現(xiàn)對檢驗結果有明顯影響，只是隨著射線管頭的使用時間的增長，管電壓在增加。

(3)螺旋縫埋弧焊管管端拍片檢驗時，要定期調校所使用的便攜式X射線機的輻射場。并根據(jù)輻射場的偏離位置來確定膠片的擺放位置，從而避免檢驗結果的誤判。

(4)應用DR平板檢驗螺旋縫埋弧焊管時，要保證輻射場的調校正確。對于直徑＞711mm、壁厚＜18.4mm的焊管，JB/T 4730.2-2005中B級射線檢測技術規(guī)定查找諾模圖得：F(焦距)≥350mm，所以保證焦距在350mm以上即可，隨焦距增大對檢驗結果的影響不大，調整機構時不必刻意精確定位焦距的問題。

(5)用校準器對小直徑焊管(≤φ508mm)進行校準時的作用尤為突出，因空間螺旋線、鋼管曲率等原因，若不正確調整，對檢驗結果影響較大，容易導致誤判。

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Adjustment and Calibration Method of Inspection Radiation Field for Directional X-ray Inspection System

LIU Tong，BIAN Zhaobin，ZHANG Shengguang，JIANG Taiqiu
(Shandong Shengli Steel Pipe Co.,Ltd.,Zibo 255082,Shangdong,China)

In this article,it briefly introduced the structure of inspection radiation field for directional X-ray inspection system used in SAWH pipe,and some organizations need to adjust DR inspection system,such as exploring arm,tube head,flat panel detector etc.It emphasized 2 adjustment and calibration methods for directional X-ray inspection system,the bolt calibration and radiation field calibrator,and analyzed advantages and disadvantages for the above two methods.Taking independent design radiation field calibrator calibration method as sample,through radiation field difference simulation test forφ325mm×8mm welded pipe,it is concluded that incorrect calibration radiation field has certain influence on misalignment inspection result.

welded pipe;X-ray inspection;radiation field;adjustment and calibration

TE973.6

B

1001-3938(2015)01-0038-04

劉 通(1985—)，男，大學本科，從事質量管理及檢驗檢測技術工作。

2014-09-17

謝淑霞