長輸管道環焊縫檢測中X射線數字成像技術的應用實踐

戚云崗

鹽城智超檢測技術有限公司 江蘇 鹽城 224003

在長輸管道使用過程中，往往需要無損檢測技術對其焊縫質量進行檢測，結合檢測結果對管道焊縫效果進行評定，保障長輸管道的可靠性運行。以往的X射線膠片成像技術費用較高，效率低，成片質量不佳，應用范圍較窄等缺陷?；诖?，在現代化科學技術支持下，X射線數字化成像技術逐漸得到推廣和應用，融合了計算機、數據采集、圖像處理、電機伺服等技術，實現管道焊縫檢測工作的數字化與高效化發展，而且該方式費用不高，效率較高，圖像質量較好，可以獲得實時圖像，因此在長輸管道環焊縫檢測中的應用前景較為廣闊。

1 X射線數字成像技術特點

在以往的長輸管道環焊縫的檢測工作中，往往使用X射線膠片成像技術，該種技術方式難以對檢測數據進行數字化存儲。X射線數字成像技術是現代化科學技術高速發展的重要產物，為管道環焊縫質量檢測工作帶來了很大的便利性[1]。該技術在本質上是一種光波技術，在光穿透和照射物體的原理基礎上發展而來，由X射線散發出的光學離子可以釋放巨大的能量，穿透物質表面，對物質內部結構的真實情況進行全面性反映，這就是管道環焊縫檢測的基本原理。隨著科學技術的逐漸發展，X射線檢測結果載體逐漸由原來的膠片成像向數字化圖像存儲轉化，為圖像存儲和使用提供了便利，推動了質量檢測工作的智能化與自動化發展。X射線數字成像技術在長輸管道環焊縫質量檢測中的應用優勢體現為：檢測效率較高，傳統的膠片成像技術檢測流程較為繁雜，包含拍片、顯影、停顯、定影、水洗、干燥等，消耗大量的時間和人力，效率較低，而數字化成像技術可以對智能化的圖像處理技術進行充分使用，提高數字化成像質量，減少了資源浪費，同時可以利用計算機進行圖像處理和分析，結合實際情況對圖像進行數字化修改和刪減，保障圖像清晰度，提高整體檢測效率；數字化成像技術的應用，不需要使用膠片成像，減少了檢測費用成本，同時避免膠片使用引起的重金屬污染問題，而且在數字化成像技術應用中，延長了面陣探測器等設備的使用壽命，提高整體無損檢測管理能力；可以保障檢測圖像的實時性顯示，結合具體情況對透照參數進行合理調整，以便獲得最佳的成像效果，減少外界因素對成像效果的影響；實現數字化成像存儲，可以利用網絡信息技術與通信技術等，實現圖像的遠程查詢和分類管理，加大了資源共享力度，方便圖像信息的遠距離傳輸，實現遠距離評定并對成像過程進行動態監控，保障評定結果的客觀性和公正性，提高圖像評定結果的應用價值。

2 X射線數字成像技術分類

2.1 膠片數字化檢測技術

X射線源具有一定的安全性，在對管道環焊縫進行檢測時，可以發射光源穿透管壁，在傳統過程中通過能量衰減，在膠片上形成影像，如果管道內部構件存在缺陷問題，在膠片所對應的成像位置接收到的射線劑量較多，從而形成潛影，然后工作人員在暗室中需要對其進行顯影、定影、干燥等操作，形成透照影像底片，以便對管道缺陷問題進行清晰觀察。在評片時，一般需要結合膠片影像中缺陷潛影的形狀、大小等特征，對缺陷類型進行判斷，并評估其是否超出了標準范圍。膠片數字化檢測技術是利用掃描設備對膠片影像進行掃描，將其轉化為數字化圖像，這是一種間接的數字化成像檢測技術，在長輸管道環焊縫檢測中應用較為廣泛，減少了膠片存量，實現數字化管理[2]。

2.2 CR檢測技術

該技術是一種計算機X射線成像系統，通過存儲熒光成像板(IP板)對圖像進行承載，改變了以往膠片為載體的成像模式，當利用投影技術把X射線照射到IP板后，可以激發內部電子晶體，使其處于較高能力的狀態，并發散熒光形成潛影，實現對X射線圖像信息的全面記錄，然后利用CR掃描儀發出激光束，對IP板上的潛影進行掃描，對其信息進行讀取和處理，利用其熒光中心電子發出的可見光，把圖像信息轉化為數字信號，在計算機軟件的處理下形成數字檢測圖像。CR成像過程：X射線發生器-IP板感光形成潛像-圖像處理器(激光掃描將光信號轉換為數字信息)-計算機工作站(用于圖像處理)-激光照相機打印照片。在該技術應用中，可以對IP板進行重復使用，但是成像環節較為繁瑣，噪聲源較多，降低了成像質量，往往在工業管道檢測中進行使用[3]。

2.3 DR檢測技術

該技術是直接數字化成像X射線檢測技術，主要是在計算機控制的基礎上，利用平板數字探測器對X射線感應介質的圖像信息進行讀取并將其轉化為數字化信號數據，同時對其數據信息進行復制和記錄。主要包含檢測板、掃描控制器、系統控制器、圖像顯示器等，利用電纜進行串聯。在長輸管道環焊縫檢測中，X射線對管壁進行透照，在此過程中射線逐漸衰減，數字探測器對其發射出的光子進行接收，并將其轉化為可見光，對其進行讀取后轉化為信號數據，在計算機終端顯示成像。DR成像過程：X射線發生裝置-平板檢測器(FPD)(掃描和直接讀取X射線產生的圖像信號)-計算機工作站，用于圖像處理-激光照相機打印照片。該技術的優勢：感光靈敏度高，成像效率高，用時短，可以實時成像，可以實現遠程、智能評片，發展前景廣闊[4]。

當前CR檢測技術操作程序更為復雜，工作效率較低，曝光時間較長，成本較高，因此現階段在長輸管道環焊縫的檢測中對DR檢測技術的應用較為廣泛。

3 X射線數字成像技術在長輸管道環焊縫檢測中的應用

3.1 X射線數字化成像技術應用原理

X射線數字化成像技術利用X射線機發射射線源，并利用線陣列探測器或平板射線探測器對射線機發射信號進行接收并將其轉化為數字化信號，通過專業化設備對其數據進行讀取，并在計算機軟件上進行數據處理，顯示成像[5]。其主要是技術原理如圖1所示。

圖1 X射線數字化成像技術應用原理圖

3.2 檢測條件

使用X射線數字成像技術進行檢測時，需要滿足以下條件，如表1所示[6]。

表1 X射線數字成像技術應用條件

3.3 系統結構

把具有開合功能的爬行軌道固定在管道焊縫的一側，射線探測器在電力驅動下平穩前移，并對管道焊縫展開全面性掃查，并與管內恒電位的X射線機同步工作，將將其發射出的射線進行接收、處理，直接轉化為電信號，在電子掃描儀器的作用下，實現數據采集、分析處理，并在計算機軟件中顯示成像，為環焊縫的質量評價提供依據，同時可以將其轉化為電子檔案進行存儲。在X射線數字化成像檢測技術應用中，主要涉及到以下設備：(1) X射線機，主要包含軟射線和硬射線等類型[7]。在對X射線機進行選擇時，需要確保滿足以下標準：確保成像焦點的適應性，滿足實際測量需求，如果成像范圍較大，精確度要求不高，則選擇焦點較大的射線機，如果成像范圍不大，細節化要求較高，則使用焦點較小的測試設備；其次，要滿足數字成像質量要求，保障成圖足夠清晰，同時確保光源持續性和穩定性，保障X射線機具有較高的電壓波動適應性。(2) 射線探測器。主要包含數字化平板探測器和面陣探測器。平板數字探測器，其技術參數為：空間分辨率3Lp/mm，像素尺寸125μm * 125μm，A/D轉換數14bit，閃爍屏為沉積CsI,探測器尺寸為250mm*200mm，采集速度為1-30幀/秒；面陣探測器分辨率和探測范圍較大，在長輸管道焊縫檢測中得到廣泛應用，其具體參數為：射線接收屏尺寸24.4×19.15cm，能量范圍70--1000kv，極限分辨率3.94lp/mm。(3) 成像設備。把信號轉化器、成像設備與X射線探測器進行連接，方便對光信號進行轉換，保障射線數據采集質量[8]。要引進現代化的X射線探測系統，以便提高成像效果。同時要選擇專業化的計算機設備、軟件程序等，以便對收集的信息進行科學化分析和處理，保障檢測結果的全面性和準確性，實現檢測結果的細節化處理。

3.4 透照方式

在對長輸管道環焊縫進行檢測時，要結合其具體特點，選擇合適的透照方式，一般包含源在外的雙壁透照方式和源在內的中心透照方式，具體如圖2所示[9]。

圖2 左側為雙壁單影透照方式 右側為中心透照方式

3.5 檢測成像質量的影響因素

(1) 設備自身問題。在檢測中主要使用面陣成像儀，該設備可以在非接觸的情況下開展工作，而且成像效率較高。但是在具體使用中需要將其與探測目標始終保持一定的距離，一旦遇到管道彎曲弧度，影響探測設備與管道之間距離的均衡性，致使檢測結果誤差較大，基于此可以利用距離校正模型進行補救。(2) 系統噪聲問題[10]。1)光量子噪聲，X射線會發散很多光子，像元點在曝光期間吸收大量的光子，在平板探測器內泊松分布是主要的噪聲源。基于此，為了對光量子噪聲進行有效控制，可以采取以下措施，選擇高密度材質的設備，以便對軟射線進行有效性過濾阻隔，同時選用鉛材質的窗口，以便對主射線束進行限制，減少其形成面積，同時還可以屏蔽非檢測區域，保障射線源電壓的恒定性，防止射線輻射在曝光期間出現較大波動，從而減少散射線的干擾，才能有效控制光量子的噪聲影響；2)電噪聲。在采集圖像數據時，往往會受到很多隨機噪聲的影響，導致圖像效果不佳，如電阻、電容、放大器、漏電流等噪聲?；诖耍梢栽趯嶋H工作中，選擇具有較大容量的硬件圖像采集卡，以便提高信號處理輔助軟件的處理效果，減少電噪聲的出現幾率，強化圖像質量。在計算機圖像處理中，包含時域法和頻域法兩種，前者可以對圖像中的像素進行直接處理，如增強對比度、銳化邊界、增強灰度等，可以提高圖像整體的分辨率和清晰度；后者主要對圖像進行變換，利用高通、低通濾波以及圖像連續疊加技術等方式對圖像進行處理。

4 結語

綜上所述，X射線數字化成像技術在長輸管道環焊縫檢測中的有效性應用，是對傳統射線膠片成像技術的創新與優化，提高了成像效率和質量，減少環境污染與成本消耗，實現了管道焊縫檢測的數字化、自動化發展，促進無損檢測技術水平的全面性提升。利用該技術在中俄東線管道環焊縫檢測中進行使用，應用效果較高，但是需要進一步加深研究，并大范圍推廣使用，同時加強對設備校驗、檢測工藝規程的完善，強化整體檢測技術的應用管理水平的提高，保障長輸管道環焊縫檢測工作水平的提升。