基于数字射线检测的船舶焊缝无损检测应用

基于数字射线检测的船舶焊缝无损检测应用

白润平

启东中远海运海洋工程有限公司

摘要：随着船舶建造要求的提高，船舶建造质量控制要求随之提高。现阶段，为控制船舶建造焊接质量，常常采用射线检测作为焊接质量检测的一种手段，但检测效率一直是遏制常规射线检测的痛点。射线检测对检测设备操作和底片处理操作等均具有一定的技术要求，且操作失误经常导致底片失效。数字射线（Digital Radiography,DR）检测作为一种在医学和科学研究中常用的检测手段，具有高效和操作简单的特点，且已大规模普及。随着船舶建造快速化，需要一种不仅可与超声波检测同样快速反馈检测结果，而且可直观反应焊缝质量的检测手段。以船舶建造检测中的板对接和管对接焊缝为研究对象，通过对比常规射线检测和DR检测在图像质量、检测效率和像质计等方面的情况，分析DR检测在船舶焊缝检测中的应用可行性，并通过分析检测成本情况，分析DR检测的实用性。本文主要分析基于数字射线检测的船舶焊缝无损检测应用。

关键词：船舶焊缝；无损检测；数字射线检测；常规射线检测；板对接试件；管对接试件

引言

检测高效化、检测结果直接化和检测数据可追溯是未来船舶建造无损检测的发展方向。船舶建造不同于其他行业，船舶型线变化大，建造环境复杂且多为外场建造，限制船舶建造无损检测的发展。但船舶建造的许多场景是在内场车间环境中完成，如管系焊接、拼板焊接、焊接工艺试验和分段部件焊接等。确定在船舶内场拼板、内场管系焊接和内场分段的建造场景可采用ＤＲ检测代替常规射线检测进行焊缝无损检测。

1、常规射线检测

射线检测使用放射源发射射线。在射线穿过被检材料的过程中，射线与物质的相互作用使部分射线被吸收，部分射线发生散射现象，造成射线强度降低。不同的物质对射线的吸收和散射影响不同，对射线强度降低造成的影响不同。在被检材料存在材质、缺陷和厚度变化时，可通过检测射线强度判定被检材料情况。船舶建造中的常规射线检测是利用射线对胶片可产生感光作用的原理，采用胶片记录射线强度，并通过暗室处理技术使胶片产生肉眼可直接查看的图像。

2、数字射线检测的基本原理和技术特点

与数字胶片摄影测量技术不同，数字射线检测的基本原理是，射线通过金属材料后，其强度会因材料吸收而变化，而记录金属材料吸收信息的射线则被射线检测器接受并被接受专业人员可以根据这些图像来评估缺陷。与普通的数码射线胶片摄影检测相比，数码射线检测具有数据检测和管理效率高、辐射量小、经济实惠、易于使用等优点。目前，多个工业应用是基于面阵探测器的数字射线检测技术。该技术的特点是利用二维图像传感器阵列(通常称为非晶硅阵列探测器、非晶态硒探测器和CMOS探测器)将射线转换为光电信号并将其接收到数字图像中。最大的缺点是，目前的空间解析度仍无法与一般x射线相片所产生的影像相比，例如，数位射线影像通常有100万像素，而模拟影像则有大约2000万像素的显着差异。但数字射线检测技术发展迅速，技术水平普遍达到b级高灵敏度水平，体现在国家标准中。

3、数字射线检测工艺的制定

以实际工件的数字射线检测为例，说明了数字射线检测过程的发展过程。要检查的对象是运行中的金属管，材料为n 20钢，管道检测部分为管环焊缝，连接类型为端对端焊缝，槽形为v形。在设计数值半径检测方法时应考虑多个因素包括选择线路运算符和探测器、确定管道电压、管道电流、接触时间、确定透明度方法和设置、图像质量控制等。

3.1射线机的选择

选择数码x光机主要考虑两个方面:(1)选择协调中心的大小。x射线管焦点的大小直接影响检测图像的质量。焦点越小，几何模糊度越低，检测图像的质量越高。但是，随着焦点的减小，目标的热密度会迅速增加，因此焦点大小必须有适当的范围。强制冷却会减小焦点的大小限制。(2)管式张力控制形式。为了确保计算机以稳定的质量处理图像，普通的半波整流x射线机不再适用，x射线机的电气位置必须稳定，管的最大张力差小于1%。总之，选择pxsevo 300 ds型x射线机，具有高灵敏度、短曝光时间、高检测图像分辨率、300kV管最大电压、1.0mm焦距、恒定功率和900W最大输出功率。对管道的数字射线检查通常是针对带或不带恒温器的管道进行的，主要区别在于，不带恒温器的管道检查可以在没有放大系数的透明安排下进行，而带恒温器的检查必须在具有放大系数的透明安排下进行。

3.2探测器的选择

辐射检测器是用于检测和转换光线以及获取光线检测图像的设备，其性能直接影响检测图像的质量。工业数字射线检测技术中常用的辐射探测器可分为半导体辐射探测器和闪烁辐射探测器。辐射检测器的特性主要包括像素大小、空间分辨率、动态范围、适用能量、使用范围等。像素大小直接影响检测图像的质量。一般来说，像素尺寸越小，像素密度越高，图像粒度越小，图像清晰度越高，空间分辨率越高，细节分辨率越高。但是，由于x射线中的光子检测灵敏度，空间分辨率不能无限提高在某些情况下，只有当粒子大小(以像素为单位)较小且密度(以像素为单位)较高时，才能提高空间分辨率；但是，像素粒子大小越小，单个像素检测到的x射线光子数量越少，每个像素的感知性能就越差，点的噪声/噪声比率就越低与此同时，单个曲面中的像素太小或太多，这会显着增加图像噪音，从而导致图像质量迅速恶化，最终导致噪音泛滥，即使空间分辨率提高也是如此。搜索实践表明，理想的像素大小。

4、技术等价性问题

关于等效性，国际焊接学会在1980年代中期至后期组织了试点研究。近年来，在国外进行的大多数研究都是简单的比较试验，包括比较性缺陷检测试验、比较性人工圆柱孔检测试验和比较性图像质量缺陷检测试验，以评估这两种技术的缺陷检测能力在该国进行了类似的缺陷检测和比较试验。值得注意的是，在国家一级给出了在技术层面处理等效性的方法，以便从成像过程的基本理论出发讨论等效性问题，并提出了基于三项指标的等效性评估，以测试图像质量。从成像过程的基本理论出发，两种检测技术是两种成像系统，永远无法明确建立系统的线路扩展函数，计算了检测系统的调制传递函数，并讨论了等效性。例如，在线路不透明度的近似下(即 可大致根据三个指标评价光探测技术系统的调制传输功能，检测图像质量，解决了实际应用中存在的主要等效问题。数字射线检测技术标准，而不是胶片射线检测技术标准；数字射线检测技术系统替代胶片射线检测技术问题。标准替代问题，通过利用x光技术确定底片图像质量指标，可以很容易地比较这些问题；更换检测技术系统的问题，基本处理过程可归纳为三个步骤:第一步是确定x射线检测技术薄膜的图像质量指标；第二阶段是测量数字射线检测技术系统的基本性能；第三步是合并对检测到的工件的分析性评估。其中，对检测到的零件分析的评价主要是，当数字射线检测系统的不透明度指标不符合要求时，是否可以对检测图像质量应用补偿规则。此时，应根据检测到的零件的材料、工艺和结构特征总结零件缺陷的基本特征，分析检测图像质量的不透明度对缺陷检测可能产生的影响，并决定是否可以使用补偿规则来解决问题对实际等效性评价的简单处理的关键问题之一是利用胶片射线检测技术确定图像质量的不透明度和信噪比指标。(1)胶片x射线检测技术的图像质量不透明度指标。胶片摄影检测技术标准中，检测图像质量不透明度指标不是直接给出的，有必要根据射线检测技术的基本理论，从标准技术限制引入检测图像质量不透明度指标。也就是说，胶片固有的不透明度用户界面是根据光线的能量标准限制确定的，Ug几何不透明度用户界面是根据源和工件曲面之间最小距离的标准限制确定的，不透明度标志是根据它们之间的关系确定的。(2)胶片射线检测技术图像质量指标信噪比指标。在胶片摄影检测技术标准中，没有直接提供用于检测图像质量的信噪比指标。根据信噪比的定义，需要根据胶片选择的标准限制和胶片的最小黑色来确定检测图像质量的信噪比指示器。

5、胶片数字化检测技术

出于安全和环境保护的考虑，管道辐射检测通常使用x射线源。当x射线通过管道壁通过能量衰减到达薄膜时，由于接收到更多的辐射剂量，缺陷位置薄膜会在处理后形成潜在阴影评估人员采用rt检测技术，根据胶片中缺陷图像的形状尺寸确定缺陷类型和是否超出标准。Rt通过使用扫描设备将图像转换为数字图像来检测电影扫描技术。尽管该技术很早就被提出来，但由于数字化质量差和行业应用习惯差，其应用进展缓慢。近年来，高速列车、成品管道和远程辅助薄膜已开始用于航天器焊接，对rt探测薄膜数字化技术的需求也有所增加。数字薄膜检测技术是一种间接数字化技术，其最大的长期效益是解决管道中存储的薄膜的数字化、管理和分析问题。

6、DR检测特点分析

随着生物体放射检测要求和射线检测效率要求的提高，以计算机射线（ＣｏｍｐｕｔｅｄＲａｄｉｏｇｒａｐｈｙ，DR）检测和DR检测为代表的技术逐步出现在医疗行业中。在船舶行业中，DR检测目前处于研究室和科研阶段。用于科研工作的ＤＲ检测采集处理系统。DR检测通过成像板将射线辐射信息转化为电信号，电信号在软件的处理下成为数字图像，即使在受限于地缘和空间限制的情况下，仍可方便进行图像处理和信息传输交换。与常规射线检测相比，DR检测具有更宽的动态范围，通过数字图像增强处理手段可读取图像所包含的更多信息。数字图像的存储受空间限制较小，可在有限的空间内和在更为宽松的条件下更长时间地存储更多的底片图像。DR检测依托非晶硅和非晶硒等材料并融合较多的电子设备组成图像探测器。非晶硅和非晶硒等材料属于高价值工业化学产品，采用DR检测必须考虑成像板的成本。成像板并非是长久可靠性设备，具有一定的使用寿命，每个接收晶体均存在单独损坏的可能。DR检测成像板的颗粒度比一些常规射线检测胶片大，会出现清晰度略显不足的问题。

结束语

通过将自动化、智能化和焊接相结合，设计研发大规格Ｈ型钢结构自动化焊接生产线。采用焊缝自动跟踪的交直流双弧双丝埋弧焊，焊缝均匀、平整、无咬边，气孔成型美观，焊脚高度符合设计要求。设备均由计算机控制，可在连续工位上完成预处理、组装、焊接和矫正等工序。除切割、倒棱机上料及肋板装焊后转移外，整个过程不需要行车吊运，生产过程工艺流畅、定位精度高、布局合理、占地少、操作方便、自动化程度高。

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