长输管道环焊缝检测中X射线数字成像技术的应用实践

戚云岗

盐城智超检测技术有限公司 江苏 盐城 224003

在长输管道使用过程中，往往需要无损检测技术对其焊缝质量进行检测，结合检测结果对管道焊缝效果进行评定，保障长输管道的可靠性运行。以往的X射线胶片成像技术费用较高，效率低，成片质量不佳，应用范围较窄等缺陷。基于此，在现代化科学技术支持下，X射线数字化成像技术逐渐得到推广和应用，融合了计算机、数据采集、图像处理、电机伺服等技术，实现管道焊缝检测工作的数字化与高效化发展，而且该方式费用不高，效率较高，图像质量较好，可以获得实时图像，因此在长输管道环焊缝检测中的应用前景较为广阔。

1 X射线数字成像技术特点

在以往的长输管道环焊缝的检测工作中，往往使用X射线胶片成像技术，该种技术方式难以对检测数据进行数字化存储。X射线数字成像技术是现代化科学技术高速发展的重要产物，为管道环焊缝质量检测工作带来了很大的便利性[1]。该技术在本质上是一种光波技术，在光穿透和照射物体的原理基础上发展而来，由X射线散发出的光学离子可以释放巨大的能量，穿透物质表面，对物质内部结构的真实情况进行全面性反映，这就是管道环焊缝检测的基本原理。随着科学技术的逐渐发展，X射线检测结果载体逐渐由原来的胶片成像向数字化图像存储转化，为图像存储和使用提供了便利，推动了质量检测工作的智能化与自动化发展。X射线数字成像技术在长输管道环焊缝质量检测中的应用优势体现为：检测效率较高，传统的胶片成像技术检测流程较为繁杂，包含拍片、显影、停显、定影、水洗、干燥等，消耗大量的时间和人力，效率较低，而数字化成像技术可以对智能化的图像处理技术进行充分使用，提高数字化成像质量，减少了资源浪费，同时可以利用计算机进行图像处理和分析，结合实际情况对图像进行数字化修改和删减，保障图像清晰度，提高整体检测效率；数字化成像技术的应用，不需要使用胶片成像，减少了检测费用成本，同时避免胶片使用引起的重金属污染问题，而且在数字化成像技术应用中，延长了面阵探测器等设备的使用寿命，提高整体无损检测管理能力；可以保障检测图像的实时性显示，结合具体情况对透照参数进行合理调整，以便获得最佳的成像效果，减少外界因素对成像效果的影响；实现数字化成像存储，可以利用网络信息技术与通信技术等，实现图像的远程查询和分类管理，加大了资源共享力度，方便图像信息的远距离传输，实现远距离评定并对成像过程进行动态监控，保障评定结果的客观性和公正性，提高图像评定结果的应用价值。

2 X射线数字成像技术分类

2.1 胶片数字化检测技术

X射线源具有一定的安全性，在对管道环焊缝进行检测时，可以发射光源穿透管壁，在传统过程中通过能量衰减，在胶片上形成影像，如果管道内部构件存在缺陷问题，在胶片所对应的成像位置接收到的射线剂量较多，从而形成潜影，然后工作人员在暗室中需要对其进行显影、定影、干燥等操作，形成透照影像底片，以便对管道缺陷问题进行清晰观察。在评片时，一般需要结合胶片影像中缺陷潜影的形状、大小等特征，对缺陷类型进行判断，并评估其是否超出了标准范围。胶片数字化检测技术是利用扫描设备对胶片影像进行扫描，将其转化为数字化图像，这是一种间接的数字化成像检测技术，在长输管道环焊缝检测中应用较为广泛，减少了胶片存量，实现数字化管理[2]。

2.2 CR检测技术

该技术是一种计算机X射线成像系统，通过存储荧光成像板(IP板)对图像进行承载，改变了以往胶片为载体的成像模式，当利用投影技术把X射线照射到IP板后，可以激发内部电子晶体，使其处于较高能力的状态，并发散荧光形成潜影，实现对X射线图像信息的全面记录，然后利用CR扫描仪发出激光束，对IP板上的潜影进行扫描，对其信息进行读取和处理，利用其荧光中心电子发出的可见光，把图像信息转化为数字信号，在计算机软件的处理下形成数字检测图像。CR成像过程：X射线发生器-IP板感光形成潜像-图像处理器(激光扫描将光信号转换为数字信息)-计算机工作站(用于图像处理)-激光照相机打印照片。在该技术应用中，可以对IP板进行重复使用，但是成像环节较为繁琐，噪声源较多，降低了成像质量，往往在工业管道检测中进行使用[3]。

2.3 DR检测技术

该技术是直接数字化成像X射线检测技术，主要是在计算机控制的基础上，利用平板数字探测器对X射线感应介质的图像信息进行读取并将其转化为数字化信号数据，同时对其数据信息进行复制和记录。主要包含检测板、扫描控制器、系统控制器、图像显示器等，利用电缆进行串联。在长输管道环焊缝检测中，X射线对管壁进行透照，在此过程中射线逐渐衰减，数字探测器对其发射出的光子进行接收，并将其转化为可见光，对其进行读取后转化为信号数据，在计算机终端显示成像。DR成像过程：X射线发生装置-平板检测器(FPD)(扫描和直接读取X射线产生的图像信号)-计算机工作站，用于图像处理-激光照相机打印照片。该技术的优势：感光灵敏度高，成像效率高，用时短，可以实时成像，可以实现远程、智能评片，发展前景广阔[4]。

当前CR检测技术操作程序更为复杂，工作效率较低，曝光时间较长，成本较高，因此现阶段在长输管道环焊缝的检测中对DR检测技术的应用较为广泛。

3 X射线数字成像技术在长输管道环焊缝检测中的应用

3.1 X射线数字化成像技术应用原理

X射线数字化成像技术利用X射线机发射射线源，并利用线阵列探测器或平板射线探测器对射线机发射信号进行接收并将其转化为数字化信号，通过专业化设备对其数据进行读取，并在计算机软件上进行数据处理，显示成像[5]。其主要是技术原理如图1所示。

图1 X射线数字化成像技术应用原理图

3.2 检测条件

使用X射线数字成像技术进行检测时，需要满足以下条件，如表1所示[6]。

表1 X射线数字成像技术应用条件

3.3 系统结构

把具有开合功能的爬行轨道固定在管道焊缝的一侧，射线探测器在电力驱动下平稳前移，并对管道焊缝展开全面性扫查，并与管内恒电位的X射线机同步工作，将将其发射出的射线进行接收、处理，直接转化为电信号，在电子扫描仪器的作用下，实现数据采集、分析处理，并在计算机软件中显示成像，为环焊缝的质量评价提供依据，同时可以将其转化为电子档案进行存储。在X射线数字化成像检测技术应用中，主要涉及到以下设备：(1) X射线机，主要包含软射线和硬射线等类型[7]。在对X射线机进行选择时，需要确保满足以下标准：确保成像焦点的适应性，满足实际测量需求，如果成像范围较大，精确度要求不高，则选择焦点较大的射线机，如果成像范围不大，细节化要求较高，则使用焦点较小的测试设备；其次，要满足数字成像质量要求，保障成图足够清晰，同时确保光源持续性和稳定性，保障X射线机具有较高的电压波动适应性。(2) 射线探测器。主要包含数字化平板探测器和面阵探测器。平板数字探测器，其技术参数为：空间分辨率3Lp/mm，像素尺寸125μm * 125μm，A/D转换数14bit，闪烁屏为沉积CsI,探测器尺寸为250mm*200mm，采集速度为1-30帧/秒；面阵探测器分辨率和探测范围较大，在长输管道焊缝检测中得到广泛应用，其具体参数为：射线接收屏尺寸24.4×19.15cm，能量范围70--1000kv，极限分辨率3.94lp/mm。(3) 成像设备。把信号转化器、成像设备与X射线探测器进行连接，方便对光信号进行转换，保障射线数据采集质量[8]。要引进现代化的X射线探测系统，以便提高成像效果。同时要选择专业化的计算机设备、软件程序等，以便对收集的信息进行科学化分析和处理，保障检测结果的全面性和准确性，实现检测结果的细节化处理。

3.4 透照方式

在对长输管道环焊缝进行检测时，要结合其具体特点，选择合适的透照方式，一般包含源在外的双壁透照方式和源在内的中心透照方式，具体如图2所示[9]。

图2 左侧为双壁单影透照方式 右侧为中心透照方式

3.5 检测成像质量的影响因素

(1) 设备自身问题。在检测中主要使用面阵成像仪，该设备可以在非接触的情况下开展工作，而且成像效率较高。但是在具体使用中需要将其与探测目标始终保持一定的距离，一旦遇到管道弯曲弧度，影响探测设备与管道之间距离的均衡性，致使检测结果误差较大，基于此可以利用距离校正模型进行补救。(2) 系统噪声问题[10]。1)光量子噪声，X射线会发散很多光子，像元点在曝光期间吸收大量的光子，在平板探测器内泊松分布是主要的噪声源。基于此，为了对光量子噪声进行有效控制，可以采取以下措施，选择高密度材质的设备，以便对软射线进行有效性过滤阻隔，同时选用铅材质的窗口，以便对主射线束进行限制，减少其形成面积，同时还可以屏蔽非检测区域，保障射线源电压的恒定性，防止射线辐射在曝光期间出现较大波动，从而减少散射线的干扰，才能有效控制光量子的噪声影响；2)电噪声。在采集图像数据时，往往会受到很多随机噪声的影响，导致图像效果不佳，如电阻、电容、放大器、漏电流等噪声。基于此，可以在实际工作中，选择具有较大容量的硬件图像采集卡，以便提高信号处理辅助软件的处理效果，减少电噪声的出现几率，强化图像质量。在计算机图像处理中，包含时域法和频域法两种，前者可以对图像中的像素进行直接处理，如增强对比度、锐化边界、增强灰度等，可以提高图像整体的分辨率和清晰度；后者主要对图像进行变换，利用高通、低通滤波以及图像连续叠加技术等方式对图像进行处理。

4 结语

综上所述，X射线数字化成像技术在长输管道环焊缝检测中的有效性应用，是对传统射线胶片成像技术的创新与优化，提高了成像效率和质量，减少环境污染与成本消耗，实现了管道焊缝检测的数字化、自动化发展，促进无损检测技术水平的全面性提升。利用该技术在中俄东线管道环焊缝检测中进行使用，应用效果较高，但是需要进一步加深研究，并大范围推广使用，同时加强对设备校验、检测工艺规程的完善，强化整体检测技术的应用管理水平的提高，保障长输管道环焊缝检测工作水平的提升。