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1、X射线工业电视在焊管检测中的应用 作者： 日期：5 个人收集整理，勿做商业用途X射线工业电视在焊管检测中的应用白 清 春(江汉石油管理局沙市钢管厂 荆州434001)摘 要 简述X射线工业电视在焊管检测中的工作原理，设备配置及检测工艺，对目前X射线在焊管焊缝检测中存在的问题及X射线实时成像检测系统的发展方向提出了一些见解。主题词 X射线工业电视 焊管 检测 计算机实时图像处理序言 承压流体输送用焊接钢管是石油天然气工业中普遍采用的用以输送石油和天然气的主要工具，实践经验表明，如果仅仅采用手动超声波和X射线拍片抽查的方法是很难控制住钢管质量的，目前国际国内生产的如西气东输工程，仪长管线，苏丹管线
2、，巴基斯坦管线对焊缝质量都提出了很高的要求，对焊缝进行100%射线探伤（灵敏度4%）和超声波探伤，对管端及补焊缝进行X射线实时图像处理检查（灵敏度2%），用两种无损探伤方法来综合评价焊接质量。要进行100%X射线检查和X射线实时图像处理，要求有一种高效的方法才能满足生产的需要，X射线工业电视检测具有经济、高效、在线等优点，在焊管生产企业中得到广泛应用。1、X射线工业电视工作原理X射线工业电视是一套带有长支臂的X射线闭路电视检验系统，把射线管头装在长约18米的探臂末端，运管小车朝探臂方向运动，探臂伸到钢管内部，使射线穿透钢管焊缝进行检查，X射线探伤机通过安装在长支臂末端的X射线管产生X射线，通过
3、钢管焊缝就得到了一幅人眼不可见的X射线辐射图像，该图像以往通过射线胶片接受，现在不用胶片，而用图像增强器的输入屏接受，通过图像增强器的转换，在图像增强器的输出屏上就得到了一幅信号增强了的图像信号，这种图像再经过光学镜头的聚焦就投射到电视机的靶面上再经过电视系统的一系列加工处理最后成为监视器上的可见图像。由于工业电视图像增强器不可能紧贴钢管焊缝，（因为钢管不断运动，以避免损坏图像增强器），因此图像的几何不清晰度Ug为： Ug=bf1/f2 其中：b=焦点 f1=射线源到焊缝内表面的距离 f2=焊缝内表面到图像增强器的距离可见，f2TA（TA为透照厚度），因此图像的几何不清晰度大于底片的几何不清晰
4、度，又由于透过被检钢管的X射线，再到监视器上，中间要经过多次光电转换，由于图像增强器、摄像管、显像管的光电转换特性不可能完全理想化，因此图像会发生畸变而使被照物体的主因对比度降低，监视屏上一般会产生噪声。因而，一般用拍片方法得到的图像灵敏度可以优于2%，而工业电视的灵敏度却达不到2%，API-5L标准对X射线工业电视检测时的灵敏度要求是只要达到4%即可，就目前工厂配置的X射线工业电视系统可以满足一般API钢管的生产。但是 在各大长输管线的钢管生产中，用户都不约而同的提出了对钢管管端、补焊缝等进行特殊的X射线检测要求，并且灵敏度要求达到2%，检测的图像数据要能够存档可查。因此在国内外同行们的努力
5、下，通过采用小焦点X射线管、高清晰度的CCD摄像机，对从图像增强器输送到监视器的信号进行计算机图像处理，通过一系列降噪、边缘锐化、局部增强，去伪存真等的处理，静态情况下灵敏度可以达到2%，并且图像可以存储、保存和打印，生产效率也比拍片高。2、设备配置2.1 X射线工业电视设备一般包括以下几部分（见图1）： 1、高压发生器 2、冷却装置 3、X射线管 4、图像增强器 5、光学镜头 6、CCD电视摄像机 7、X射线机控制系统 8、视频信号 9、图像处理系统 10、光盘刻录机 11、高分辨率电视监视器 12、钢管422155555555555555555555555589107336551112 图
6、1 X射线工业电视设备结构布置图2.2 为了能高效的检测钢管焊缝，必须有一套机械装置-运管小车来运送钢管进出，小车必须有两个功能，钢管能够在小车上正反旋转和小车能够运载钢管前进和后退，并且速度可调。2.3 探伤室内的钢管，运管小车，射线管，图像增强器，应时刻处于被监控状态，一般都用电视摄像机摄得图像直接传送到控制室以便监视，为了安全生产，一般附加一些连锁装置以保证人员及设备的安全。2.4 整个探伤室建成投产前必须请当地的卫生防御部门计量测定射线计量，以确保安全。3、工业电视探伤工艺3.1 API-5L标准规定，X射线探伤不得显示裂纹、未焊透、未熔合，气孔的最大直径为3.2 mm时在152.4m
7、m长度内只允许存在2个，间距还应大于50.8mm，夹渣最长为12.7mm时在152.4mm长度内只允许有一处，具体允许的气孔和夹渣的要求详见API-5L标准。 根据API-5L等标准要求，工业电视灵敏度不得小于4%，灵敏度公式如下： K=d/TA100% K=以百分数表示的射线灵敏度 d=显示屏上可观察到的像质计的最细的钢丝直径 TA=被检工件厚度（TA=母材厚度+焊缝余高） 像质计一般采用ISO标准样式（GB5618型、JB4730型像质计为等效采用ISO），根据规定的灵敏度，选用与透照厚度相对应的金属丝放在靠近焊缝中部，比如透照660*7.1规格的钢管时，透照厚度TA=7.1+2+2=11
8、.1mm灵敏度优于4%，即d11.1*4%=0.444mm，取d=0.4mm，即R10系列的第10号，选用号像质计，此时K=0.4/11.1*100%=3.6%，如果管端采用计算机图像处理时，灵敏度要求优于2%，即d11.1*2%=0.222mm,取d=0.2mm,即R10系列的第13号，选用号像质计，此时K=0.2/11.1*100%=1.8%。依次类推。X射线工业电视检验时，每个班开始时和班中都需要用像质计校验整个系统的灵敏度和可靠性，校验参数包括管电压、管电流、对比度、亮度、光圈大小等，动态校验可采用像质计放在钢管焊缝上，运管小车开到正常速度下，检验员可清晰的观测到规定的金属丝即可。管端
9、和补焊缝在经过X射线图像处理时，每幅图像上都必须放置像质计，在对每幅图像进行评定时，其灵敏度必须达到2%的要求。 一般情况下，工业电视系统的灵敏度经过校验后，检测系统的各个旋纽不要再随意调整，否则会改变已调好的系统灵敏度，如果因为工作需要如停电、或拍片造成系统工作中断，应马上重新校验系统灵敏度。3.2 焊缝图像经电子设备的信号处理后显示在电视屏幕上，其图像与原样相同但略有放大。一般图像放大率在1.3-2倍之间，在进行焊缝图像处理时，为保证足够的灵敏度和较小的几何不清晰度，图像的放大倍数应控制在2.8左右。X射线电视图像的鉴别方法与X射线拍片法相比刚好相反，照相法在底片上呈黑色的部位是物质密度较
10、小的部位，而电视则刚好相反，密度较小的部位在屏幕上则呈现白色，（当然也可以将电视图像设置成负像来观察，则此时的效果与底片相同）。由于电视检查在流水线上作业，所以对电视图像的判断要迅速、准确、可靠，还要能够对真假缺陷进行正确判断。下面就几种常见的焊接缺陷在屏幕上的显示特征做一个简单的介绍。3.2.1 未焊透：焊接未焊透呈现在焊缝投影影像的中间，在屏幕上显示为：在较黑的焊缝背影的中间有一条或连续或断续的白细线，由于未焊透明显减薄焊缝截面，因此黑度差较大，容易发现，在长度上有一定的尺寸，影像清晰可辨。3.2.2 未熔合： 在钢管焊缝中一般较难发现，当透照射线束沿焊缝坡口方向时，在电视上可能会出现细白
11、线条，能发现的未熔合缺陷多数伴有夹渣物，在屏幕上的特征是 一边不规则，颜色深浅均匀，有一定的宽度，位置在焊缝影像的一侧。一般未熔合的发现与判别需要辅助以超声波探伤。3.2.3 裂纹：裂纹是二维空间的面性缺陷，一般自然裂纹的宽度较小，当射线透照方向与裂纹的平面垂直时，裂纹是不可能被发现的，当透照方向与裂纹的平面平行时，裂纹很容易被发现，裂纹在屏幕上，特征一般比较清晰，中间略宽，两头尖细，有时曲折多齿，是容易辨别的。3.2.4 夹渣：由于夹渣密度小于金属材料，在屏幕上与金属之间的黑度差也较大，因而和气孔一样比较明显的呈现在屏幕上，形状一般不规则，黑度不均匀，有一定的长度和宽度。3.2.5 气孔：气
12、孔一般在电视屏幕上显示黑度较小的亮点，形状较规则，呈现圆形、椭圆性、长条型。有密集型和弥散型等分布形态。3.3 由于光学焦点（有效焦点）尺寸直接关系到几何不清晰度的大小，因而可以通过改变焦点的大小来改变影像的质量，从而提高工业电视探伤灵敏度。一般情况下，工业电视射线管有大小两个焦点，如果管径较小、且壁厚不太厚时，可以选用小焦点。检验者的观测距离也应选择合适，一般选择在4-6倍的图像高度的距离，可以获得比较好的观测效果，由于图像增强时，特别是摄像管在图像转换过程中，由于其余辉时间不同，图像的产生变换需要一个过程，所以钢管的行走速度一般应控制在1.5-2.5m/min为宜。4、存在的问题及发展方向
13、4.1 在胶片射线照相中，当X射线管电压为150KV时，胶片的固有不清晰度Uf=0.07mm，使用高质量的射线照相技术，胶片产生的总的不清晰度不会大于0.1mm，而对于工业电视而言，由于图像增强器及摄像机的不清晰度及电视监视器的分辨率因素以及噪声因素的综合效应，图像总的不清晰度大致不会低于0.4mm，因而可达到的检测灵敏度要比胶片灵敏度小得多，因而工业电视检验还不能完全替代胶片照相法，对于钢管中出现的偶然发现的缺陷，一般为了定性准确，大都采用拍片的办法加以确认。4.2 虽然X射线工业电视在钢管焊缝缺陷的检测中，起到了较好的效果，但还有一些不尽人意的地方，如灵敏度在一般情况下，只能达到3-4%，
14、采用人工识别缺陷，人为因素较大，同时工业电视结果不能存档备查（计算机图像处理除外）等。目前的X射线实时图像处理系统的检测灵敏度也仅仅达到2%，与胶片照相法相比还有一定的距离，并且图像处理只能在静止状态下进行，无法达到动态情况下快速检测的效果。随着微电子技术和微型计算机的不断发展，X射线工业电视检验将向高灵敏度、高可靠性的全自动化方向发展。目前工业电视应向以下几方面发展。4.2.1 通过图像处理技术，获得高清晰度、高灵敏度的电视图像，将摄像机输出的电信号通过A/D接口转换成数字信号，数字化后通过开窗口去噪声，局部和边缘增强、积分增加二值化处理，得到十分清晰，重点突出的电视图像。4.2.2 自动识别缺陷，自动判级，储存图像信息，将钢管标准如API-5L等一系列标准和用户的特殊要求输入电脑，操作者只需设定检验标准，校验系统灵敏度后，自动识别系统将对钢管焊缝自动识别和判级，并且将获得的图像储存起来，人工识别最好的视力也只能分清50级的灰度等级，而8位计算机可以分清256级，16位可以分清1024级，这是人眼望尘莫及的，这样人工不能发现的微小缺陷，计算机可以毫不费力的识别出来。计算机首先获得高质量的图像信息后，根据检验标准，对获得的图像信息进行加工、整理、分析、处理、提取特征，并进行一系列的数学分析，去伪存真，运用决策，分门别
