淺談DR系統(tǒng)與工業(yè)膠片的無損探傷應(yīng)用對(duì)比

周 蒙，馬 劍

淺談DR系統(tǒng)與工業(yè)膠片的無損探傷應(yīng)用對(duì)比

周 蒙，馬 劍

（天津山德科技發(fā)展有限公司，天津 300220）

經(jīng)對(duì)焊接探傷的實(shí)際應(yīng)用比對(duì)，闡述DR系統(tǒng)與工業(yè)膠片在各自體系內(nèi)的應(yīng)用狀況，對(duì)比其優(yōu)劣，并展望各體系在未來的發(fā)展方向。DR系統(tǒng)與工業(yè)膠片在很長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)，仍將并行存在，相輔相成。

像質(zhì)；靈敏度；應(yīng)用條件

焊接作為一種基本工藝方法，廣泛應(yīng)用于航空航天、艦船、橋梁、機(jī)械、冶金、能源、石油化工、建筑等行業(yè)。由于焊接過程經(jīng)常受到各種因素的影響，因此焊縫中不可避免地會(huì)出現(xiàn)裂紋、氣孔、夾渣、未熔合、未焊透等缺欠或缺陷。為了保證焊接構(gòu)件的產(chǎn)品質(zhì)量，國(guó)內(nèi)外標(biāo)準(zhǔn)都規(guī)定必須對(duì)焊縫進(jìn)行有效的無損檢測(cè)，在實(shí)際生產(chǎn)當(dāng)中射線檢測(cè)是廣泛采用的焊接質(zhì)量無損檢測(cè)方法，其檢測(cè)結(jié)果被作為焊縫缺陷分析和質(zhì)量評(píng)定的重要判定依據(jù)。

在黑色金屬、有色金屬及其合金或其它衰變系數(shù)較小的材料制作的器件型材零件，或焊縫的非破壞性射線探傷中，X射線拍片檢驗(yàn)以其顯示直觀、檢測(cè)靈敏度和分辨率高等特點(diǎn)，成為了保障產(chǎn)品質(zhì)量的重要手段。

然而，伴隨著計(jì)算機(jī)科學(xué)及圖像處理技術(shù)的不斷發(fā)展，成像面板直接數(shù)字成像技術(shù)是近些年發(fā)展起來的新的數(shù)字化成像技術(shù)，也就是我們常說的DR（Digital Radiography）。目前，數(shù)字平板主要有非晶硅、非晶硒和CMOS三種。數(shù)字平板可以將射線直接轉(zhuǎn)換為數(shù)字圖像，能夠?qū)崿F(xiàn)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集。數(shù)字平板技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)和局限性如下：

①檢測(cè)速度和效率較高，可以進(jìn)行實(shí)時(shí)成像；

②成像的空間分辨率高，圖像質(zhì)量接近膠片照相水平；

③數(shù)字平板不能分割和彎曲，而且現(xiàn)場(chǎng)工作通常要求穩(wěn)定電源，有時(shí)使用不方便；

④數(shù)字平板價(jià)格昂貴。

除此之外，射線無損檢測(cè)采用的主要手段還有射線實(shí)時(shí)成像技術(shù)、計(jì)算機(jī)射線照相技術(shù)、數(shù)字平板射線成像技術(shù)、工業(yè)CT技術(shù)等。這些檢測(cè)技術(shù)具有各自不同的優(yōu)點(diǎn)和局限性，還不存在一種技術(shù)可以完全取代其它技術(shù)的情況。

目前，在射線檢測(cè)焊接質(zhì)量方面，射線膠片照相技術(shù)應(yīng)用最為普遍，數(shù)字平板射線成像技術(shù)也有比較廣泛的應(yīng)用，并且隨著工業(yè)制造水平的提高，DR成像技術(shù)有迎頭趕上的趨勢(shì)，我們將對(duì)這兩種射線檢測(cè)方法進(jìn)行對(duì)比介紹。

DR直接數(shù)字成像技術(shù)是將一種新型的射線探測(cè)單元排列成一個(gè)陣列，并將它們直接與大規(guī)模集成電路連在一起，同步完成射線接收、光電轉(zhuǎn)換、數(shù)字化的全過程。這種“射線—數(shù)字”的直接轉(zhuǎn)換方法，減小了信號(hào)長(zhǎng)距離傳輸和變換過程中產(chǎn)生的噪聲信號(hào)，配合使用相應(yīng)的濾波電路可以獲得低噪聲、高靈敏度圖像。組成陣列的每一個(gè)射線探測(cè)單元都是經(jīng)過精加工制成的，其幾何尺寸為幾十微米，因此具有較高的空間分辨率。然而盡管如此，實(shí)施數(shù)字探測(cè)器陣列體系的一個(gè)障礙是，陣列的像素尺寸相對(duì)于膠片的小晶粒尺寸 （這點(diǎn)使膠片具有很高的空間分辨率）仍然過大。在最新發(fā)布的NB/T 47013.2-2015中，對(duì)工業(yè)射線膠片系統(tǒng)特征指標(biāo)的劃分，其中最高等級(jí)為C1的膠片系統(tǒng)，在凈黑度為2的條件下所要求的最大顆粒度為0.018，由于用于膠片射線成像的設(shè)置，DR成像系統(tǒng)不可能實(shí)現(xiàn)所需的幾何分辨率，因此只能使用幾何放大的方法或補(bǔ)償原則 ［提高圖像的信噪比（SNR）］來克服這個(gè)困難，實(shí)現(xiàn)所需的幾何分辨率。

補(bǔ)償原則指的是如果所用的DR數(shù)字探測(cè)系統(tǒng)不能達(dá)絲或孔和雙線型圖像質(zhì)量指示器（IQI）所示的圖像質(zhì)量指示器（IQI）靈敏度，則只能提高單線能見度來彌補(bǔ)過高的模糊度值。

比如對(duì)于B級(jí)壁厚10mm的鋼管，有必要使用W14號(hào)線和D11雙線，如果D11不能實(shí)現(xiàn)，則只能進(jìn)行補(bǔ)償：從D11到D9下降兩級(jí)，而從W14到W16提高兩級(jí)。

我們選取一段壁厚為17.5mm的鋼管進(jìn)行試驗(yàn)，分別用DR成像與膠片照相進(jìn)行射線檢測(cè)，獲取的靈敏度圖像如下：

圖1 DR成像靈敏度圖像

圖2 X光射線照相靈敏度圖像

由以上圖1、圖2對(duì)比可得，DR成像隱約可見12#鋼絲，靈敏度略大于1.1%；而射線拍片12#鋼絲清晰可見，靈敏度1.1%。由此可知DR成像的靈敏度僅與射線照相的靈敏度相當(dāng)，雖然也符合標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)靜態(tài)圖像靈敏度不大于2%的要求，但考慮到其經(jīng)過了幾何放大及圖像補(bǔ)償?shù)仁侄魏螳@取的靈敏度效果，因此我們認(rèn)為射線照相所獲取的底片圖像在分辨率及靈敏度上較于DR成像系統(tǒng)還是有一定優(yōu)勢(shì)。

由于DR成像系統(tǒng)中探測(cè)陣列是由一個(gè)個(gè)射線探測(cè)單元組合而成，當(dāng)這些探測(cè)單元在使用過程中發(fā)生故障或其他原因而導(dǎo)致無法正常將接收到的射線光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生所謂的壞像素，他們與相鄰像素比較會(huì)顯現(xiàn)為灰度過高或過低的白點(diǎn)或黑點(diǎn)，雖然標(biāo)準(zhǔn)中有規(guī)定可以對(duì)探測(cè)器系統(tǒng)按照出廠規(guī)定進(jìn)行壞像素的校正，但是仍然不能忽略由其設(shè)備本質(zhì)所帶來的影響最終檢測(cè)結(jié)果的風(fēng)險(xiǎn)。而膠片照相由于是通過X或γ射線在被檢材料或工件中發(fā)生的衰減變化，穿越而出的射線隨后與射線照相膠片發(fā)生光化學(xué)作用，對(duì)已感光的射線照相膠片進(jìn)行處理，得到一張以不同光學(xué)密度（圖像）的方式記錄和顯示被檢材料和工件內(nèi)部質(zhì)量密度的射線照相底片，這樣獲得的底片是最為原始、直觀分析判斷工件內(nèi)部質(zhì)量的資料，不會(huì)因?yàn)槭д婊蛟O(shè)備故障等原因而導(dǎo)致產(chǎn)生質(zhì)量異議。

同時(shí)，DR成像系統(tǒng)雖然相對(duì)于射線膠片照相在生產(chǎn)效率上有所提高，但以目前國(guó)內(nèi)的技術(shù)裝備制造水平，高頻高壓發(fā)生器雖然可以自行設(shè)計(jì)生產(chǎn)，但是使用過程中故障率較高，常常由于內(nèi)部的電子元器件損壞而導(dǎo)致無法正常工作，而系統(tǒng)最為關(guān)鍵的設(shè)備-成像面板，國(guó)內(nèi)目前無法生產(chǎn)，只能依靠進(jìn)口。以GE公司一套DR成像系統(tǒng)設(shè)備為例（包括高頻高壓發(fā)生器、控制器、高壓電纜、X射線管、冷卻器，面板選用鉑金愛默），僅硬件設(shè)備成本就在120-140萬元，并且只能提供固定場(chǎng)所的生產(chǎn)檢測(cè)任務(wù)。而射線膠片照相系統(tǒng)僅需一臺(tái)便攜式射線機(jī)，部分耗材及簡(jiǎn)單的防護(hù)裝備即可進(jìn)行作業(yè)，甚至包括高空、野外等特殊空間的非常規(guī)作業(yè)，相較于DR成像系統(tǒng)的空間局限性要大一些；而由于一般的生產(chǎn)制造企業(yè)均為流水作業(yè)，射線檢測(cè)崗位有可能成為制約其生產(chǎn)效率的瓶頸，依據(jù)最新發(fā)布的NB/T 47013.11-2015承壓設(shè)備無損檢測(cè)第11部分：X射線數(shù)字成像檢測(cè)第6.2.5.2規(guī)定，單位代碼、工件編號(hào)、焊縫編號(hào)、透照規(guī)格、檢測(cè)人員代碼、識(shí)別標(biāo)記等信息都應(yīng)寫入圖像文件的描述字段中，并具備不可更改性（如圖3），同時(shí)要求原則上每張圖像均應(yīng)有線型像質(zhì)計(jì)的影像。嚴(yán)格執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)要求，則勢(shì)必影響企業(yè)的生產(chǎn)效率，因此在生產(chǎn)效率的提高上，也是值得我們商榷的。

綜上所述，雖然DR成像系統(tǒng)借勢(shì)于計(jì)算機(jī)科技及圖像處理技術(shù)的發(fā)展，越來越成為一些生產(chǎn)單位現(xiàn)代化、數(shù)字化的追逐與象征，但是在可預(yù)見的將來，在關(guān)鍵崗位及對(duì)檢測(cè)技術(shù)有特殊要求的地方，我們?nèi)匀浑x不開膠片照相系統(tǒng)，隨著材料學(xué)、各種高新技術(shù)的發(fā)展和提高，大寬容度、高顆粒度的膠片可以適應(yīng)于更加嚴(yán)格苛刻的測(cè)量環(huán)境，上世紀(jì)30年代以來人們長(zhǎng)期使用膠片照相所積累的經(jīng)驗(yàn)，與數(shù)字掃描設(shè)備結(jié)合，必將使這一行業(yè)在未來的大生產(chǎn)過程中發(fā)揮出更有力的作用及貢獻(xiàn)。

圖3

《影像技術(shù)》征稿啟示

《影像技術(shù)》雜志是全國(guó)輕工感光材料信息中心、中國(guó)感光學(xué)會(huì)和天津遠(yuǎn)大感光材料公司共同主辦的技術(shù)性期刊，也是國(guó)家一級(jí)學(xué)會(huì)——中國(guó)感光學(xué)會(huì)的會(huì)刊。本刊主要報(bào)導(dǎo)國(guó)內(nèi)外影像技術(shù)方面的發(fā)展?fàn)顩r,數(shù)字成像技術(shù)和數(shù)字影像材料，以及醫(yī)學(xué)類、傳統(tǒng)感光材料和各種新型影像記錄系統(tǒng)的應(yīng)用技術(shù)。

◆欄目設(shè)置：綜述與發(fā)展、印刷制版、醫(yī)學(xué)影像、數(shù)碼影像、遙感與航空攝影、微縮成像與特種照相、工業(yè)射線照相、打印與輸出、經(jīng)營(yíng)管理與市場(chǎng)調(diào)研、知識(shí)窗口、名家名作。

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10.3969/j.issn.1001-0270.2015.06.26

2015-10-09

周蒙（1988-），男，漢族，天津人，大學(xué)本科，天津山德科技發(fā)展有限公司工作，研究員，研究方向：無損探傷技術(shù)。