無(wú)損檢測(cè)的方法及圖像處理的研究與探索

陳會(huì)斌　趙靜　張沙沙

摘 要：天然氣管道在鋪設(shè)過(guò)程中，需考慮管道的溫度、壓力，以及管線所在地區(qū)地形的復(fù)雜性，所以安全是重中之重，一旦發(fā)生事故，會(huì)給國(guó)家和社會(huì)造成重大的損失和巨大的負(fù)面影響。因此無(wú)論是對(duì)管道的現(xiàn)場(chǎng)焊接，還是對(duì)焊接人員和管理人員提出了更高的要求。所以對(duì)管道焊縫缺陷的檢測(cè)及管道焊縫的質(zhì)量作出了更嚴(yán)格的要求。管道無(wú)損檢測(cè)技術(shù)隨著科技日新月異的發(fā)展，在不斷發(fā)展完善，對(duì)國(guó)家的的可持續(xù)發(fā)展，具有十分重要的戰(zhàn)略意義。

關(guān)鍵詞：手工電弧焊;管道焊縫;無(wú)損檢測(cè);圖像處理;戰(zhàn)略意義

世界無(wú)損檢測(cè)技術(shù)的發(fā)展歷史可以大致上以第二次世界大戰(zhàn)為重要的轉(zhuǎn)折點(diǎn)：二戰(zhàn)前已經(jīng)起步并開(kāi)始得到少量的初步應(yīng)用，在二戰(zhàn)期間由于醫(yī)學(xué)和軍事的需要得到迅速發(fā)展，在二戰(zhàn)后隨著工業(yè)生產(chǎn)技術(shù)的迅猛發(fā)展，特別是近代和現(xiàn)代機(jī)械制造、電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅猛發(fā)展，現(xiàn)代無(wú)損檢測(cè)技術(shù)已經(jīng)發(fā)展到很高的水平。

1 無(wú)損檢測(cè)的定義及分類(lèi)

1.1 無(wú)損檢測(cè)的定義

無(wú)損檢測(cè) NDT（Non-destructive testing），就是利用聲、光、磁和電等特性，在不損害或不影響被檢對(duì)象使用性能的前提下，檢測(cè)被檢對(duì)象中是否存在 缺陷或不均勻性，給出缺陷的大小、位置、性質(zhì)和數(shù)量等信息，進(jìn)而判定被檢對(duì)象所處技術(shù)狀態(tài)（如合格與否、剩余壽命等）的所有技術(shù)手段的總稱(chēng)。

1.2 無(wú)損檢測(cè)的分類(lèi)及應(yīng)用

1.2.1射線檢測(cè)：利用X射線或γ射線在穿透被檢物各部分時(shí)強(qiáng)度衰減的不同，檢測(cè)被檢物的缺陷。若將受到不同程度吸收的射線投射到X射線膠片上，經(jīng)顯影后可得到顯示物體厚度變化和內(nèi)部缺陷情況的照片。如用熒光屏代替膠片，可直接觀察被檢物體的內(nèi)部情況。

1.2.2超聲檢測(cè)：利用物體自身或缺陷的聲學(xué)特性對(duì)超聲波傳播的影響，來(lái)檢測(cè)物體的缺陷或某些物理特性。在超聲檢測(cè)中常用的超聲頻率為0.5～5兆赫（MHz）。最常用的超聲檢測(cè)是脈沖探傷。

超聲檢測(cè)主要應(yīng)用于對(duì)金屬板材、管材和棒材，鑄件、鍛件和焊縫以及橋梁、房屋建筑等混凝土構(gòu)建的檢測(cè)。

1.2.3聲發(fā)射檢測(cè)：材料在外部因素作用下產(chǎn)生的聲發(fā)射，被聲傳感器接收轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，經(jīng)放大后送至信號(hào)處理器，從而測(cè)量出聲發(fā)射信號(hào)的各種特征參數(shù)。

目前，聲發(fā)射檢測(cè)主要應(yīng)用于鍋爐、壓力容器、焊縫等試件中的裂紋檢測(cè);隧道、涵洞、橋梁、大壩、邊坡房屋建筑等的在役檢查。

1.2.4滲透檢測(cè)：利用某些液體對(duì)狹窄縫隙的滲透性來(lái)探測(cè)表面缺陷。常用的滲透液為含有有色染料或熒光的液體。

1.2.5磁粉檢測(cè)：通過(guò)磁粉在物體缺陷附近漏磁場(chǎng)中的堆積來(lái)檢測(cè)物體表面或近表面處的缺陷，被檢測(cè)物體必須具有鐵磁性。此外，中子射線照相法、激光全息照相法、超聲全息照相法、紅外檢測(cè)、微波檢測(cè)等無(wú)損測(cè)試新技術(shù)也得到了發(fā)展和應(yīng)用。

1.2.6渦流檢測(cè)：渦流受激勵(lì)磁場(chǎng)（電流強(qiáng)度、頻率）、導(dǎo)體的電導(dǎo)率和磁導(dǎo)率、缺陷（性質(zhì)、大小、位置等）等許多因素的影響，并反作用于原激勵(lì)磁場(chǎng)，使其阻抗等特性參數(shù)發(fā)生改變，從而指示缺陷的存在與否

1.2.7紅外線檢測(cè)：用紅外點(diǎn)溫儀、紅外熱像儀等設(shè)備，測(cè)取目標(biāo)物體表面的紅外輻射能，并將其轉(zhuǎn)變?yōu)橹庇^形象的溫度場(chǎng)，通過(guò)觀察該溫度場(chǎng)的均勻與否，來(lái)推斷目標(biāo)物體表面或內(nèi)部是否有缺陷。

1.3 無(wú)損檢測(cè)的特點(diǎn)

1.3.1具有非破壞性，因?yàn)樗谧鰴z測(cè)時(shí)不會(huì)損害被檢測(cè)對(duì)象的使用性能。

1.3.2具有全面性，由于檢測(cè)是非破壞性，因此必要時(shí)可對(duì)被檢測(cè)對(duì)象進(jìn)行100%的全面檢測(cè)，這是破壞性檢測(cè)辦不到的。

1.3.3不僅可對(duì)制造用原材料，各中間工藝環(huán)節(jié)、直至最終產(chǎn)成品進(jìn)行全程檢測(cè)，也可對(duì)服役中的設(shè)備進(jìn)行檢測(cè)。

2 圖像處理

2.1 X射線數(shù)字成像工作原理

X射線數(shù)字成像是一項(xiàng)新興的無(wú)損檢測(cè)技術(shù)。八十年代后期，英、美等工業(yè)發(fā)達(dá)的國(guó)家開(kāi)始研究、應(yīng)用該技術(shù)。由于計(jì)算機(jī)數(shù)字圖像處理技術(shù)的發(fā)展和微小焦點(diǎn)X射線機(jī)的出現(xiàn)，X射線數(shù)字成像檢測(cè)技術(shù)已經(jīng)能夠用于金屬材料的無(wú)損檢測(cè)。它的原理可用兩個(gè)“轉(zhuǎn)換”來(lái)概括：X射線穿金屬材料后被圖像增感器所接收，圖像增感器把不可見(jiàn)的X射線圖像轉(zhuǎn)換為可見(jiàn)圖像，轉(zhuǎn)換過(guò)程實(shí)為“光電效應(yīng)”，稱(chēng)為“光電轉(zhuǎn)換”;從信息量的載體而言，可視圖像的載體是模擬量，它不能為計(jì)算機(jī)所識(shí)別，如要輸入計(jì)算機(jī)進(jìn)行處理，則需將模擬量轉(zhuǎn)換為數(shù)字量，進(jìn)行“模擬轉(zhuǎn)換”，再經(jīng)計(jì)算機(jī)處理將可視圖像轉(zhuǎn)換為數(shù)字圖像，其方法是用高清晰度電視攝像機(jī)攝取可視圖像，輸入計(jì)算機(jī)，進(jìn)行“模擬轉(zhuǎn)換”轉(zhuǎn)換為數(shù)字圖像，再經(jīng)計(jì)算機(jī)處理，以提高圖像的靈敏度和清晰度，處理后的圖像顯示在顯示器屏幕上，顯示的圖像能提供檢測(cè)材料內(nèi)部的缺陷性質(zhì)、大小、位置等信息，在顯示器屏幕上直接觀察檢測(cè)結(jié)果，按照有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)檢測(cè)結(jié)果進(jìn)行缺陷等級(jí)評(píng)定，從而達(dá)到檢測(cè)的目的。

參考文獻(xiàn)

[1]陳兵旗.實(shí)用數(shù)字圖像處理與分析[M].中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)出版社，清華大學(xué)出版社，2017.8

[2]郭文強(qiáng)，侯勇嚴(yán).數(shù)字圖像處理[M].西安電子科技大學(xué)出版社，2019

[3]田巖，彭復(fù)員.數(shù)字圖像處理與分析[M]，華中大學(xué)科技出版社，2019

[4]申清明.焊縫缺陷類(lèi)型識(shí)別方法的研究[J]，西安交通大學(xué)學(xué)報(bào)，2016.7

[5]楊大慶，侯鐸，劉輝.油氣集輸管線焊接質(zhì)量安全評(píng)價(jià)[J]天然氣工業(yè)，2017.11

[6]Jonh Norrish著，史清宇，王學(xué)東譯.先進(jìn)焊接方法與技術(shù)[M]，機(jī)械工業(yè)出版社，2018.4

[7]孫正.基于圖像的焊接缺陷提取與識(shí)別方法研究[D].中國(guó)礦業(yè)大學(xué)博士論文.2018.6

[8]劉明.大型壓力管道焊接缺陷的強(qiáng)度分析與安全評(píng)定[D]，西南交通大學(xué)碩士論文，2018.7

[9]姚安林，徐濤龍，等.國(guó)內(nèi)油氣管道完整性管理應(yīng)予重視的問(wèn)題[J]油氣儲(chǔ)運(yùn)，2019.10