基于數字射線的LNG儲罐焊縫檢測可行性研究

申永亮

(中國石化青島液化天然氣有限責任公司 , 山東 青島 266000)

LNG儲罐的建設工程中,焊接是必不可少的工序,焊接過程中由于焊接參數不穩定、外界環境變化以及人為因素的影響,會導致焊縫中出現各種類型的焊接缺陷。缺陷的出現將會導致焊縫的承載能力降低,進而影響LNG儲罐的使用壽命,甚至造成財產與生命的損失,因此焊縫質量的無損檢測是儲罐施工過程中及其重要的環節。

射線檢測作為常規檢測,檢測結果可直觀顯示被檢工件內部缺陷的形狀、大小以及分布,在無損檢測中具有獨特優勢,被廣泛應用于工業領域。目前,LNG儲罐內罐焊縫檢測仍然以射線膠片成像技術為主。該方法存在著許多不足之處,如膠片成像效率低、勞動強度大,污染嚴重,無法滿足建設工期要求,且射線底片在長期保存過程中會出現膠片變色或褪色,造成底片原有的檢測結果無法復核[1]。

隨著計算機數字圖像處理技術以及數字平板射線探測技術的發展,數字射線(DR)檢測技術正逐漸應用于容器制造工程建設中[2]。DR檢測技術不僅繼承了膠片成像技術的優點,且彌補了膠片成像技術的不足。目前可部分替代射線膠片成像檢測已成為研究熱點[3]。劉仕遠等[4]對高鐵鋁合金齒輪箱DR檢測進行研究,確定了高鐵鋁合金齒輪箱的DR檢測方法。本文以LNG儲罐內罐材料06Ni9DR鋼對接試板作為研究對象,將DR檢測與射線膠片成像進行了對比,分析了DR檢測應用于LNG儲罐建設中的可行性,并比對了DR檢測與射線膠片檢測的優勢與不足。

1 基本原理

1.1 膠片成像檢測原理

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

圖1 射線膠片檢測原理示意圖

1.2 DR檢測原理

DR檢測技術的原理與射線膠片檢測相似,不同的是DR檢測是利用數字探測器獲取可被顯示和記錄的數字圖像。DR檢測時,X射線穿過被檢工件后,經衰減的射線被探測器接收并轉換為可見光或電子,經過電路讀出并數字化處理后,將信號數據發送至計算機系統形成可顯示、分析處理和存儲的圖像[4]。

2 實驗

2.1 實驗材料

所用焊接試板為LNG儲罐內罐建設的06Ni9DR鋼,焊條牌號為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。在焊縫中預制了氣孔、夾渣與未熔合(06Ni9DR鋼焊接過程中容易出現的缺陷),試板中預制的缺陷尺寸如表1所示。

表1 預制缺陷類型、數量及尺寸

2.2 實驗參數

2.2.1膠片檢測實驗參數

采用瑞士COMET公司生產的PXS EVO 300DS型射線機,焦點尺寸為1 mm。膠片為AGFA C7型膠片。T10、T18、T25試板采用FE10-16線型像質計,T28/30采用FE6-12線型像質計。采用垂直透照,實驗參數見表2。

表2 檢測參數

2.2.2DR檢測實驗參數

采用的射線機型號為PXS EVO 300DS,焦點尺寸為1 mm。探測器型號為NDT 1012MA,像素尺寸為125 μm,成像面積(長×寬)為340 mm×291 mm。線型像質計為FE10-16,雙絲像質計為IOS 19232。采用垂直透照,實驗參數如表2所示。

2.3 實驗結果

焊接試板DR檢測與膠片見圖2。檢測的實驗結果見表3、表4。DR圖像的單絲像質計滿足NB/T 47013.11—2015中W13、W11、W11、W10的要求,雙絲像質計讀數滿足NB/T 47013.11—2015中D9、D8、D8、D7的要求。膠片圖像單絲像質計讀數滿足NB/T 47013.2—2015中W13、W11、W10、W10的要求。

表3 DR檢測與膠片檢測結果

表4 DR檢測與膠片缺陷尺寸對比

圖2 焊接試板DR圖與膠片圖

可以看出,DR檢測與膠片檢測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檢測與膠片檢測的對比

3.1 DR檢測的優點

由表2可知,DR檢測的單次曝光時間為15 s,根據板厚的不同,膠片檢測的曝光時間不等(168～210 s);DR檢測曝光時間遠低于膠片檢測。膠片法檢測需要檢測人員往返于罐壁兩側進行膠片的粘貼,勞動強度較大;DR檢測可設計專用的檢測工裝,實現自動化或半自動化檢測,可大幅度地降低檢測人員的勞動強度。膠片檢測需要經過顯影、定影、晾干等工作程序,速度較慢;DR檢測可實時成像,成像速度快。底片需要藥液沖洗,成本高,對環境污染較為嚴重。膠片檢測的圖像存儲方式為底片存儲,需要較大的存儲空間和比較嚴格的存儲環境;DR檢測所生成的圖像為DICONDE格式的電子圖像,無需藥液沖洗,可采用光盤、硬盤等存儲介質保存圖像,保存容量大,保存空間小、成本低。

3.2 DR檢測的不足

LNG儲罐DR檢測需要專用的檢測工裝或自動化機械,設備的一次性投入較大,且探測器在使用過程中存在損壞的風險。

3.3 缺陷檢出率與檢測精度對比

對圖2、表3、表4的分析如下:①靈敏度對比。相同厚度下,DR圖像的單絲像質計讀數高于膠片圖像。厚度越小,優勢越顯著。說明DR圖像的靈敏度高于膠片圖像的靈敏度,也就是說DR能夠發現更加細小的缺陷。②缺陷檢出率對比。DR和膠片的圖像中都有清晰的缺陷顯示。其中最小的預制缺陷直徑為1 mm的氣孔,還有容易漏檢的高度1 mm的未熔合缺陷,都可以被檢測出。說明兩種檢測方法的檢出率相當。③缺陷尺寸精度對比。經過測量,DR與膠片射線法所檢測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值比較大的原因是,圓形缺陷最小的尺寸是1 mm,這個數值基數小,所以相差百分比會比較大。

DR圖像中所有的缺陷尺寸都存在不同程度的放大,這與DR檢測實驗過程中探測器沒有與被檢測對象貼合有關。經過現場測試,成像板至試板的距離布置為10 mm比較保險。而通過以上實驗,缺陷尺寸的放大比例是可以接受的,沒有造成靈敏度與細小缺陷的分辨力下降。

4 結論

本文根據大型LNG儲罐現場環境和標準要求,進行了DR檢測工藝實驗,同時對DR和膠片法射線檢測,進行了對比實驗。討論了LNG儲罐采用DR檢測替代傳統的膠片檢測的可行性。實驗結果表明,DR檢測具有比膠片檢測更高的檢測靈敏度。對于06Ni9DR鋼對接焊縫的氣孔、未熔合以及夾渣,DR檢測具有與膠片檢測相當的缺陷檢出率與檢測精度。DR檢測配置自動化機械后,具有勞動強度低,檢測效率高,總成本低的優點。同時,DR還具備對環境無污染,易于保存和管理的優點,滿足LNG儲罐的檢測要求。