压力容器射线探伤新技术探究

压力容器在制造过程中有大量的焊缝。为了保证产品的焊接质量, 必须进行射线探伤、超声波探伤、着色探伤等无损检测, 其中射线探伤最具权威性。主要原因是射线探伤具有直观性和长期保存性等优点。X-射线以其穿透力强、可以实现产品的非接触式无损探伤等优点而被广泛应用于压力容器等焊接质量的探伤。传统的胶片探伤, 它是一种化学处理过程, 至少需要20～30分钟方可给出探伤结论, 同时还存在着大量胶片的保存、过期胶片以及胶片处理化学药水的废弃等环境问, 并且由于技术本身的限制无法实现传输带式的自动批量探伤和工件质量的自动判读。所以改进射线探伤技术、发展射线探伤的新技术是非常必须的。

1 图像识别技术在压力容器射线探伤中的应用

在传统胶片射线探伤过程中, 人工评片工作量大, 速度慢, 因此常常造成误判、漏判, 从而导致严重后果。应用计算机图像识别技术, 可有效克服人工评片引起的漏判或误判, 使评定工作客观化、规范化, 具有显著的效益。

随着数字图像处理技术的发展和实际应用的需求, 出现了另一类问题, 就是不要求其结果输出是一幅完整图像的本身, 而是将经过上述处理后的图像, 再经过分割和描述提取有效的图像特征, 进而加以判决分类, 可以认为对图像进行区别、分类就是图像识别。图像识别研究的目的是为了研制能够自动处理某些信息的机器系统, 以便代替人完成分类和辨识的任务, 其基本过程如图1。

1.1 特征参数的选择

焊缝内部常见的缺陷主要有以下6种:裂纹、未焊透、未熔合、条状夹渣、球状夹渣、气孔。焊接缺陷可以通过其特征参数加以区分, 常见的特征参数包括:周长 (C1) , 长径 (C2) , 短径 (C3) , 面积 (S) , 细长度 (F) 和等效面积 (A) 。其中长径和短径定义如下:

设缺陷区域边界上任意2点P (m) , P (n) 之间的距离为Lmn, 则Lmn的最大值为缺陷区域的长径, 即C2=max{Lmn}。设缺陷边界上垂直于长径的任意2点之间的距离为Emn, 则Emn的最小值为缺陷区域的短径, 即C3=min{Emn}。细长度F及等效面积A的定义如下:

1.2 特征提取

对图像的形态特征参数进行提取, 经常用到的方法是数学形态学。数学形态学是1种应用于图像处理和模式识别领域的新的方法, 常用它来处理与形状和结构有关的问题。轮廓跟踪是一种基于点相关的图像分割法, 它的计算通常分为两部分, 先对图像点进行检测运算, 然后再作跟踪运算, 可以得到焊接缺陷边缘点像素的坐标值。缺陷检测出来后, 我们就可以在图像上利用鼠标定位, 对其进行定量。测量结果以像素L/pixel为单位, 需要转化为以长度单位L/mm。测量的结果与当前扫描分辨率scan2ppi和图像的放大倍数fzoom有关。根据公式, 可将长度单位转化为像素单位, 然后对其中的缺陷特征参数进行统计。面积的测量可对分割后的图像进行像素统计得到, 然后将像素单位转化为面积单位/mm2。

2 数字射线探伤技术

从20世纪50年代出现的Image Intensifier (图像增强器) 系统, 到20世纪80年代的Computer Radiography (CR) 探伤系统, 90年代, 一种新型的射线成像器——大面阵非晶硅X射线数字探测器 (Amorphous Silicon Digital X—Ray Detector) , 经过了长达三、四十年的发展, DR技术因为可以和胶片相媲美的探伤质量, 以及较高的探伤效率和可以实现在线探伤等优点, 在某些工业领域得到了很好的应用。

2.1 数字探伤系统组成

探测器是系统的核心部分, 直接决定着系统成像的质量。国际市场上技术比较成熟的是美国的Varian公司的非晶硅平板探测器 (Amorphous Silicon Digital Panel Detector) Paxscan4030和2520。相对于传统胶片而言, 该系统不仅实现了秒级、亚秒级的探伤效率。即时即地的给出探伤结论, 并且可以实现缺陷的远程判读, 所有判读结果均实现权限化的管理, 保障了探伤结果的不可更改性。

2.2 数字曝光曲线

由于探伤中引入了数字化探测器, 它与胶片有很大的不同, 所以不能采用传统的方法建立曝光曲线, 本文基于优化理论, 以IQI灵敏度为优化函数, 优化各制约变量建立优化响应曲线, 为曝光参数的选择提供简单快捷的参考。只需输人压力容器探伤的厚度, 便可在曲线上找到最佳的透照参数, 例如透照管电压、曝光量、焦距、射线滤波参数、放大比等。

2.3 图像处理

尽管可以通过参数优化得到高质量的原始图像, 但在成像过程中, 缺陷信号在逐级转换中会降质, 所以后续的图像处理手段是必须的。

噪声是造成缺陷图像降质的重要因素, 一般采用平均图像的方法降低噪声, 改善了缺陷图像的质量。

3 实际效益

与胶片相比, 数字照相可明显减少曝光, 处理时间和消耗成本也低, 没有化学废弃物, 而且数字图像可以通过放大来提高缺陷的检出率。通过射线探伤曝光参数仪提供的参数对底片进行曝光以后, 就可以大胆地使用自动冲片机进行冲洗了, 还可以保障在这次工作中得到的所有底片都有相同或相似的黑度值。

4 结语

随着计算机技术的发展, 压力容器的射线探伤技术也在快速地发展, 其中图像识别技术在压力容器射线探伤中的应用使得射线探伤的图像分析技术有了更加方便准确的发展。数字探伤系统实现了秒级、亚秒级的探伤效率, 即时即地的给出探伤结论, 并且可以实现缺陷的远程判读, 所有判读结果均实现权限化的管理, 保障了探伤结果的不可更改性。射线探伤曝光参数仪都能准确的提供曝光参数, 利用规范的曝光参数给底片曝光, 就可以使得所有底片, 都有相同或相似的黑度值, 并且符合国家专业标准中的有关规定。

摘要：压力容器在制造过程中有大量的焊缝, 射线探伤是压力探伤最权威的方法, 具有穿透力强、可以实现产品的非接触式无损探伤等优点, 因而被广泛地应用与压力设备的无损检验。本文从计算机数字技术角度分析现代压力容器射线探伤的新技术, 对发展射线探伤的新技术进行研究。

关键词：压力容器,射线,新技术