談Ｘ射線實(shí)時成像技術(shù)在星用貯箱內(nèi)芯鈦合金管焊縫探傷中的應(yīng)用

史建軍

摘要：X射線實(shí)時成像是一項新興的無損檢測技術(shù)，文章以星用鈦合金內(nèi)芯管焊縫為例，探討了X射線實(shí)時成像與計算機(jī)圖像處理技術(shù)的技術(shù)特點(diǎn)，并通過工藝實(shí)驗確定了該技術(shù)在鈦合金管焊接縫檢測中的可行性。

關(guān)鍵詞：X射線實(shí)時成像；星用貯箱內(nèi)芯；鈦合金管焊縫檢測；計算機(jī)圖像處理

中圖分類號：TG115文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A文章編號：1009-2374（2009）08-0025-02

X射線膠片照相法是目前常用的無損檢測方法之一，它不可避免地存在檢測周期長、檢測成本高、污染環(huán)境等缺點(diǎn)。隨著計算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，新興的計算機(jī)X射線數(shù)字化實(shí)時成像技術(shù)已在無損檢測中得到了廣泛應(yīng)用，X射線實(shí)時成像檢測系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)實(shí)時、動態(tài)和連續(xù)地從各個角度對試件進(jìn)行檢測，并具有操作方便，檢測高效、精確、直觀、成本低的優(yōu)點(diǎn)。在各個領(lǐng)域焊接檢測方面已有了廣泛的應(yīng)用。我所星用貯箱中有大量的管焊縫，需要對焊縫進(jìn)行X射線探傷。如按照習(xí)慣采取的曝光工藝，雖然能擴(kuò)大評片區(qū)，但底片對比度小，靈敏度低，像質(zhì)計不清晰。而實(shí)時成像檢測具有不可比擬的優(yōu)勢，為使該項技術(shù)盡快的運(yùn)用到我所航天產(chǎn)品焊縫的日常檢測中，本文以鈦合金管焊縫為例，著手運(yùn)用實(shí)時成像技術(shù)進(jìn)行工藝試驗研究，分析該項技術(shù)在航天產(chǎn)品管焊縫檢測中的可行性。

一、理論分析

（一）實(shí)時成像透照技術(shù)的特點(diǎn)

在射線照相探傷工藝中，膠片是緊貼探傷工件背面的，所拍攝的探傷底片圖像的大小與工件大小是相一致的。然而在XRTIP檢測中，由于被檢測工件不可能象膠片那樣緊貼在圖像增強(qiáng)器的輸入屏表面上，它只能置于X射線源（焦點(diǎn)）至圖像增強(qiáng)器之間的某一位置上，根據(jù)幾何投影的原理，XRTIP檢測圖像總是放大了的圖像。圖像放大不僅僅是由于幾何因素所決定，更主要是為了提高圖像質(zhì)量的需要。由于圖像是放大了的，且X射線圖像增強(qiáng)器和熒光屏多次轉(zhuǎn)換，因而熒光屏上的圖像的清晰度就會有所下降

（二）實(shí)時成像檢測技術(shù)的圖像質(zhì)量

XTRIP技術(shù)能否代替?zhèn)鹘y(tǒng)X射線照相底片，關(guān)鍵取決于該系統(tǒng)所采集到的圖像質(zhì)量，XTRIP技術(shù)主要是通過靈敏度和清晰度來衡量圖像質(zhì)量。

1．靈敏度。象質(zhì)計靈敏度是表征視屏圖像對比度的主要指標(biāo)，其主要是通過象質(zhì)計來測量，即圖像上所顯示出的金屬絲數(shù)越多，就證明發(fā)現(xiàn)細(xì)小缺陷的能力越強(qiáng)。靈敏度應(yīng)符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定。

2．清晰度。通常用分辨率來描述，即規(guī)定在一定寬度范圍內(nèi)能分辨若干對金屬絲來表示，單位是：“線對/厘米”（LP/cm）。圖像分辨率主要通過圖像測試卡來測試。焊縫采用X射線實(shí)時成像技術(shù)進(jìn)行無損探傷，改變的只是檢測方法，檢測結(jié)果不會改變，因此，原來膠片照相探傷方法中許多做法都可以沿用和借鑒。X射線數(shù)字成像技術(shù)所檢測的圖像質(zhì)量可以與膠片照相底片質(zhì)量相媲美，圖像放大后，影像更加清晰，在顯示屏上可以以正像、負(fù)像、彩色隨意翻轉(zhuǎn)，觀察起來眼睛不會象觀察底片那么疲勞，顯示圖像無底片那樣的偽缺陷，更無類似底片那樣的報廢情況發(fā)生，這是X射線實(shí)時成像技術(shù)的一個明顯優(yōu)點(diǎn)。

3．鈦合金小徑管的透照特點(diǎn)。鈦合金小徑薄壁管廣泛用于星用貯箱內(nèi)芯工藝管道中，在對其進(jìn)行無損探傷時，按照GJB1187A-2001《射線檢測》規(guī)定，采用雙壁雙影橢圓成像法和雙壁重疊成像法，且雙壁雙影橢圓成像法時應(yīng)垂直90度各透照一次，而對雙壁重疊成像法成像時應(yīng)每隔60度透照一次。對于傳統(tǒng)X射線照相法檢測，因管焊縫受內(nèi)芯眾多管路的影響，嚴(yán)格按照標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行檢測存在很大的難度，且很多部位的管焊縫受結(jié)構(gòu)限制無法進(jìn)行布片檢測。實(shí)時成像檢測技術(shù)無需膠片，可任意角度、任意方向進(jìn)行旋轉(zhuǎn)檢測，可嚴(yán)格按照標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行檢測，且對于以往無法通過傳統(tǒng)X射線照相檢測的管縫均可進(jìn)行檢測。

二、工藝試驗及討論

（一）試驗設(shè)備

1．X射線探傷機(jī)。菲利浦MNC65型直流穩(wěn)壓探傷機(jī)，選用0.4*0.4mm小焦點(diǎn)。

2．圖像增強(qiáng)器。法國湯姆遜16XZ45STA 型X射線圖像增強(qiáng)器，直徑150mm；其尾部裝有N205BR10A型高清晰度電視攝像機(jī)。

（二）檢測對象

鈦合金對接管焊縫，氬弧焊，鈦合金管尺寸Φ10*1.0。

（三）工藝實(shí)施與工藝評定

1．系統(tǒng)分辨率和固有不清晰度的測試。由理論分析可知，實(shí)時成像技術(shù)含量較高，其對設(shè)備自身性能、圖像質(zhì)量等都有較高的要求，所以我們首先要對該設(shè)備的綜合性能要進(jìn)行測試，主要用圖像分辨率測試卡來測試。參照GB17925-1999《氣瓶對接焊縫X射線實(shí)時成像檢測》中A3的要求進(jìn)行測試，U0≥14LP/mm為合格。結(jié)果顯示系統(tǒng)分辨率16LP/mm。

2．鈦合金管焊縫的實(shí)時成像檢測。透照厚度為兩個母材厚度加一個余高，按照GJB1187A-2001規(guī)定，象質(zhì)指數(shù)Z≥15為合格；按GB17925-1999《氣瓶對接焊縫X射線實(shí)時成像檢測》規(guī)定，UT≥22LP/mm為合格。通過多次反復(fù)實(shí)驗最終測試結(jié)果為：象質(zhì)指數(shù)達(dá)到了16，圖像分辨率達(dá)到了26LP/cm，超過了標(biāo)準(zhǔn)要求。實(shí)時成像最佳工藝和按傳統(tǒng)照相底片所拍焊縫底片如圖1所示：

（a）實(shí)時成象所測圖像

（b）照相底片掃描圖像

圖1 實(shí)時成像技術(shù)所得圖像與普通X射線照相底片的比較

（四）討論

實(shí)驗結(jié)果證明實(shí)時成像技術(shù)所得圖像質(zhì)量達(dá)到或超過了傳統(tǒng)照相法，且對鈦合金管焊縫的各種常見缺陷具有很好的檢出效果，圖像質(zhì)量也比較滿意，而某些照相底片中的缺陷圖像質(zhì)量卻較差。這是由于在實(shí)時成像檢測中，缺陷圖像的尺寸得以適度放大，從識別缺陷圖像所要求的對比度的角度，這將有利于細(xì)小缺陷圖像的識別；幾何不清晰度也控制在合理范圍之內(nèi)，從而保證了缺陷圖像的靈敏度和分辨率。而在傳統(tǒng)X射線照相中，由于膠片一般是緊貼工件布置，所以底片圖像的大小與工件大小是相一致的，故對于某些細(xì)小的缺陷無法檢出，也不能有效的顯示缺陷的細(xì)節(jié)，加之其還受到諸如膠片質(zhì)量、增感屏、暗袋和暗室操作等諸多因素的影響，這都影響了底片的質(zhì)量。

三、結(jié)論

運(yùn)用實(shí)時成像技術(shù)拍攝出的鈦合金管焊縫圖像質(zhì)量達(dá)到或超過了傳統(tǒng)照相底片的水平，圖像分辨率和靈敏度均超過了國標(biāo)和國軍標(biāo)的要求，對星用鈦合金管焊縫各種常見缺陷具有良好的檢出能力，圖像清晰、層次感豐富、對比度高，圖像質(zhì)量可與照相底片相媲美，在某些方面甚至還超過了照相底片。X射線實(shí)時成像技術(shù)與傳統(tǒng)X射線照相相比，具有快速、直觀、準(zhǔn)確、可靠、有檔案可查的諸多優(yōu)點(diǎn)，這是傳統(tǒng)拍片所無法比擬的，加上其適應(yīng)于批量檢驗的特點(diǎn)，使得該項技術(shù)完全可以代替?zhèn)鹘y(tǒng)射線照相運(yùn)用于星用鈦合金管焊縫的生產(chǎn)檢驗當(dāng)中去。

參考文獻(xiàn)

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