谈Ｘ射线实时成像技术在星用贮箱内芯钛合金管焊缝探伤中的应用

史建军

摘要：X射线实时成像是一项新兴的无损检测技术，文章以星用钛合金内芯管焊缝为例，探讨了X射线实时成像与计算机图像处理技术的技术特点，并通过工艺实验确定了该技术在钛合金管焊接缝检测中的可行性。

关键词：X射线实时成像；星用贮箱内芯；钛合金管焊缝检测；计算机图像处理

中图分类号：TG115文献标识码：A文章编号：1009-2374（2009）08-0025-02

X射线胶片照相法是目前常用的无损检测方法之一，它不可避免地存在检测周期长、检测成本高、污染环境等缺点。随着计算机技术的发展，新兴的计算机X射线数字化实时成像技术已在无损检测中得到了广泛应用，X射线实时成像检测系统可实现实时、动态和连续地从各个角度对试件进行检测，并具有操作方便，检测高效、精确、直观、成本低的优点。在各个领域焊接检测方面已有了广泛的应用。我所星用贮箱中有大量的管焊缝，需要对焊缝进行X射线探伤。如按照习惯采取的曝光工艺，虽然能扩大评片区，但底片对比度小，灵敏度低，像质计不清晰。而实时成像检测具有不可比拟的优势，为使该项技术尽快的运用到我所航天产品焊缝的日常检测中，本文以钛合金管焊缝为例，着手运用实时成像技术进行工艺试验研究，分析该项技术在航天产品管焊缝检测中的可行性。

一、理论分析

（一）实时成像透照技术的特点

在射线照相探伤工艺中，胶片是紧贴探伤工件背面的，所拍摄的探伤底片图像的大小与工件大小是相一致的。然而在XRTIP检测中，由于被检测工件不可能象胶片那样紧贴在图像增强器的输入屏表面上，它只能置于X射线源（焦点）至图像增强器之间的某一位置上，根据几何投影的原理，XRTIP检测图像总是放大了的图像。图像放大不仅仅是由于几何因素所决定，更主要是为了提高图像质量的需要。由于图像是放大了的，且X射线图像增强器和荧光屏多次转换，因而荧光屏上的图像的清晰度就会有所下降

（二）实时成像检测技术的图像质量

XTRIP技术能否代替传统X射线照相底片，关键取决于该系统所采集到的图像质量，XTRIP技术主要是通过灵敏度和清晰度来衡量图像质量。

1．灵敏度。象质计灵敏度是表征视屏图像对比度的主要指标，其主要是通过象质计来测量，即图像上所显示出的金属丝数越多，就证明发现细小缺陷的能力越强。灵敏度应符合相关标准的规定。

2．清晰度。通常用分辨率来描述，即规定在一定宽度范围内能分辨若干对金属丝来表示，单位是：“线对/厘米”（LP/cm）。图像分辨率主要通过图像测试卡来测试。焊缝采用X射线实时成像技术进行无损探伤，改变的只是检测方法，检测结果不会改变，因此，原来胶片照相探伤方法中许多做法都可以沿用和借鉴。X射线数字成像技术所检测的图像质量可以与胶片照相底片质量相媲美，图像放大后，影像更加清晰，在显示屏上可以以正像、负像、彩色随意翻转，观察起来眼睛不会象观察底片那么疲劳，显示图像无底片那样的伪缺陷，更无类似底片那样的报废情况发生，这是X射线实时成像技术的一个明显优点。

3．钛合金小径管的透照特点。钛合金小径薄壁管广泛用于星用贮箱内芯工艺管道中，在对其进行无损探伤时，按照GJB1187A-2001《射线检测》规定，采用双壁双影椭圆成像法和双壁重叠成像法，且双壁双影椭圆成像法时应垂直90度各透照一次，而对双壁重叠成像法成像时应每隔60度透照一次。对于传统X射线照相法检测，因管焊缝受内芯众多管路的影响，严格按照标准进行检测存在很大的难度，且很多部位的管焊缝受结构限制无法进行布片检测。实时成像检测技术无需胶片，可任意角度、任意方向进行旋转检测，可严格按照标准进行检测，且对于以往无法通过传统X射线照相检测的管缝均可进行检测。

二、工艺试验及讨论

（一）试验设备

1．X射线探伤机。菲利浦MNC65型直流稳压探伤机，选用0.4*0.4mm小焦点。

2．图像增强器。法国汤姆逊16XZ45STA 型X射线图像增强器，直径150mm；其尾部装有N205BR10A型高清晰度电视摄像机。

（二）检测对象

钛合金对接管焊缝，氩弧焊，钛合金管尺寸Φ10*1.0。

（三）工艺实施与工艺评定

1．系统分辨率和固有不清晰度的测试。由理论分析可知，实时成像技术含量较高，其对设备自身性能、图像质量等都有较高的要求，所以我们首先要对该设备的综合性能要进行测试，主要用图像分辨率测试卡来测试。参照GB17925-1999《气瓶对接焊缝X射线实时成像检测》中A3的要求进行测试，U0≥14LP/mm为合格。结果显示系统分辨率16LP/mm。

2．钛合金管焊缝的实时成像检测。透照厚度为两个母材厚度加一个余高，按照GJB1187A-2001规定，象质指数Z≥15为合格；按GB17925-1999《气瓶对接焊缝X射线实时成像检测》规定，UT≥22LP/mm为合格。通过多次反复实验最终测试结果为：象质指数达到了16，图像分辨率达到了26LP/cm，超过了标准要求。实时成像最佳工艺和按传统照相底片所拍焊缝底片如图1所示：

（a）实时成象所测图像

（b）照相底片扫描图像

图1 实时成像技术所得图像与普通X射线照相底片的比较

（四）讨论

实验结果证明实时成像技术所得图像质量达到或超过了传统照相法，且对钛合金管焊缝的各种常见缺陷具有很好的检出效果，图像质量也比较满意，而某些照相底片中的缺陷图像质量却较差。这是由于在实时成像检测中，缺陷图像的尺寸得以适度放大，从识别缺陷图像所要求的对比度的角度，这将有利于细小缺陷图像的识别；几何不清晰度也控制在合理范围之内，从而保证了缺陷图像的灵敏度和分辨率。而在传统X射线照相中，由于胶片一般是紧贴工件布置，所以底片图像的大小与工件大小是相一致的，故对于某些细小的缺陷无法检出，也不能有效的显示缺陷的细节，加之其还受到诸如胶片质量、增感屏、暗袋和暗室操作等诸多因素的影响，这都影响了底片的质量。

三、结论

运用实时成像技术拍摄出的钛合金管焊缝图像质量达到或超过了传统照相底片的水平，图像分辨率和灵敏度均超过了国标和国军标的要求，对星用钛合金管焊缝各种常见缺陷具有良好的检出能力，图像清晰、层次感丰富、对比度高，图像质量可与照相底片相媲美，在某些方面甚至还超过了照相底片。X射线实时成像技术与传统X射线照相相比，具有快速、直观、准确、可靠、有档案可查的诸多优点，这是传统拍片所无法比拟的，加上其适应于批量检验的特点，使得该项技术完全可以代替传统射线照相运用于星用钛合金管焊缝的生产检验当中去。

参考文献

[1]气瓶对接焊缝X射线实时成像检测（GB17925-1999）[S]．

[2]李衍，等．焊缝射线实时成像检测[J]．无损检测，1992，（11）．

[3]焊缝射线实时成像检测应用导则[S]．无损检测，1992，（5）．

[4]曾详照．X射线实时成像实时成像检测技术现场测评方法[J]．无损检测，2000，（5）．