浅谈DR系统与工业胶片的无损探伤应用对比

2015-06-28周蒙，马剑

影像技术 2015年6期

关键词：胶片射线灵敏度

周蒙，马剑

周蒙，马剑

（天津山德科技发展有限公司，天津 300220）

经对焊接探伤的实际应用比对，阐述DR系统与工业胶片在各自体系内的应用状况，对比其优劣，并展望各体系在未来的发展方向。DR系统与工业胶片在很长一段时间内，仍将并行存在，相辅相成。

像质；灵敏度；应用条件

焊接作为一种基本工艺方法，广泛应用于航空航天、舰船、桥梁、机械、冶金、能源、石油化工、建筑等行业。由于焊接过程经常受到各种因素的影响，因此焊缝中不可避免地会出现裂纹、气孔、夹渣、未熔合、未焊透等缺欠或缺陷。为了保证焊接构件的产品质量，国内外标准都规定必须对焊缝进行有效的无损检测，在实际生产当中射线检测是广泛采用的焊接质量无损检测方法，其检测结果被作为焊缝缺陷分析和质量评定的重要判定依据。

在黑色金属、有色金属及其合金或其它衰变系数较小的材料制作的器件型材零件，或焊缝的非破坏性射线探伤中，X射线拍片检验以其显示直观、检测灵敏度和分辨率高等特点，成为了保障产品质量的重要手段。

然而，伴随着计算机科学及图像处理技术的不断发展，成像面板直接数字成像技术是近些年发展起来的新的数字化成像技术，也就是我们常说的DR（Digital Radiography）。目前，数字平板主要有非晶硅、非晶硒和CMOS三种。数字平板可以将射线直接转换为数字图像，能够实现实时数据采集。数字平板技术的优点和局限性如下：

①检测速度和效率较高，可以进行实时成像；

②成像的空间分辨率高，图像质量接近胶片照相水平；

③数字平板不能分割和弯曲，而且现场工作通常要求稳定电源，有时使用不方便；

④数字平板价格昂贵。

除此之外，射线无损检测采用的主要手段还有射线实时成像技术、计算机射线照相技术、数字平板射线成像技术、工业CT技术等。这些检测技术具有各自不同的优点和局限性，还不存在一种技术可以完全取代其它技术的情况。

目前，在射线检测焊接质量方面，射线胶片照相技术应用最为普遍，数字平板射线成像技术也有比较广泛的应用，并且随着工业制造水平的提高，DR成像技术有迎头赶上的趋势，我们将对这两种射线检测方法进行对比介绍。

DR直接数字成像技术是将一种新型的射线探测单元排列成一个阵列，并将它们直接与大规模集成电路连在一起，同步完成射线接收、光电转换、数字化的全过程。这种“射线—数字”的直接转换方法，减小了信号长距离传输和变换过程中产生的噪声信号，配合使用相应的滤波电路可以获得低噪声、高灵敏度图像。组成阵列的每一个射线探测单元都是经过精加工制成的，其几何尺寸为几十微米，因此具有较高的空间分辨率。然而尽管如此，实施数字探测器阵列体系的一个障碍是，阵列的像素尺寸相对于胶片的小晶粒尺寸（这点使胶片具有很高的空间分辨率）仍然过大。在最新发布的NB/T 47013.2-2015中，对工业射线胶片系统特征指标的划分，其中最高等级为C1的胶片系统，在净黑度为2的条件下所要求的最大颗粒度为0.018，由于用于胶片射线成像的设置，DR成像系统不可能实现所需的几何分辨率，因此只能使用几何放大的方法或补偿原则［提高图像的信噪比（SNR）］来克服这个困难，实现所需的几何分辨率。

补偿原则指的是如果所用的DR数字探测系统不能达丝或孔和双线型图像质量指示器（IQI）所示的图像质量指示器（IQI）灵敏度，则只能提高单线能见度来弥补过高的模糊度值。

比如对于B级壁厚10mm的钢管，有必要使用W14号线和D11双线，如果D11不能实现，则只能进行补偿：从D11到D9下降两级，而从W14到W16提高两级。

我们选取一段壁厚为17.5mm的钢管进行试验，分别用DR成像与胶片照相进行射线检测，获取的灵敏度图像如下：

图1 DR成像灵敏度图像

图2 X光射线照相灵敏度图像

由以上图1、图2对比可得，DR成像隐约可见12#钢丝，灵敏度略大于1.1%；而射线拍片12#钢丝清晰可见，灵敏度1.1%。由此可知DR成像的灵敏度仅与射线照相的灵敏度相当，虽然也符合标准中对静态图像灵敏度不大于2%的要求，但考虑到其经过了几何放大及图像补偿等手段后获取的灵敏度效果，因此我们认为射线照相所获取的底片图像在分辨率及灵敏度上较于DR成像系统还是有一定优势。

由于DR成像系统中探测阵列是由一个个射线探测单元组合而成，当这些探测单元在使用过程中发生故障或其他原因而导致无法正常将接收到的射线光信号转换为电信号时，就会产生所谓的坏像素，他们与相邻像素比较会显现为灰度过高或过低的白点或黑点，虽然标准中有规定可以对探测器系统按照出厂规定进行坏像素的校正，但是仍然不能忽略由其设备本质所带来的影响最终检测结果的风险。而胶片照相由于是通过X或γ射线在被检材料或工件中发生的衰减变化，穿越而出的射线随后与射线照相胶片发生光化学作用，对已感光的射线照相胶片进行处理，得到一张以不同光学密度（图像）的方式记录和显示被检材料和工件内部质量密度的射线照相底片，这样获得的底片是最为原始、直观分析判断工件内部质量的资料，不会因为失真或设备故障等原因而导致产生质量异议。

同时，DR成像系统虽然相对于射线胶片照相在生产效率上有所提高，但以目前国内的技术装备制造水平，高频高压发生器虽然可以自行设计生产，但是使用过程中故障率较高，常常由于内部的电子元器件损坏而导致无法正常工作，而系统最为关键的设备-成像面板，国内目前无法生产，只能依靠进口。以GE公司一套DR成像系统设备为例（包括高频高压发生器、控制器、高压电缆、X射线管、冷却器，面板选用铂金爱默），仅硬件设备成本就在120-140万元，并且只能提供固定场所的生产检测任务。而射线胶片照相系统仅需一台便携式射线机，部分耗材及简单的防护装备即可进行作业，甚至包括高空、野外等特殊空间的非常规作业，相较于DR成像系统的空间局限性要大一些；而由于一般的生产制造企业均为流水作业，射线检测岗位有可能成为制约其生产效率的瓶颈，依据最新发布的NB/T 47013.11-2015承压设备无损检测第11部分：X射线数字成像检测第6.2.5.2规定，单位代码、工件编号、焊缝编号、透照规格、检测人员代码、识别标记等信息都应写入图像文件的描述字段中，并具备不可更改性（如图3），同时要求原则上每张图像均应有线型像质计的影像。严格执行标准要求，则势必影响企业的生产效率，因此在生产效率的提高上，也是值得我们商榷的。

综上所述，虽然DR成像系统借势于计算机科技及图像处理技术的发展，越来越成为一些生产单位现代化、数字化的追逐与象征，但是在可预见的将来，在关键岗位及对检测技术有特殊要求的地方，我们仍然离不开胶片照相系统，随着材料学、各种高新技术的发展和提高，大宽容度、高颗粒度的胶片可以适应于更加严格苛刻的测量环境，上世纪30年代以来人们长期使用胶片照相所积累的经验，与数字扫描设备结合，必将使这一行业在未来的大生产过程中发挥出更有力的作用及贡献。