在役管道腐蚀坑深度的DR检测

2021-07-01黄明海周长友徐广奎王树耀

无损检测 2021年6期

黄明海，周长友，徐广奎，王树耀

(1.吉林亚新工程检测有限责任公司，吉林132021；2.包头市北国无损检测技术有限公司，包头 014010)

X射线射入金属材料时会发生衰减，衰减量与穿透厚度具有函数关系[1]，数字X射线摄影(DR)技术可把不同的透照射线强度以灰度记录下来形成数字图像。利用该原理，通过模拟试验建立厚度-灰度数学模型，采用算法计算得出腐蚀坑深度，试验结果表明，采集数据时合理地选择测量点可以降低散射比的影响，提高检测精度。

1 模拟试验

选择与天然气管道形状、材料相近的钢管，加工不同深度的平底孔作为模拟试块,设置的平底孔参数如表1所示，模拟试块结构如图1所示。

表1 模拟试块上设置的平底孔参数

图1 模拟试块结构示意

采用X射线对模拟试块不同深度的平底孔进行透照，透照时采用相同的透照布置、曝光参数，采集图像后测量平底孔及相邻母材部位的灰度，平底孔编号顺序如图2所示，灰度测量结果如表2所示。

表2 灰度测量结果

图2 平底孔编号顺序示意

2 数据的归一化处理

理论上相同的曝光条件下，母材的灰度应是相同的，但是在实际检测中焦距、照射方向的厚度差异会引起母材的灰度差异，亦会引起腐蚀坑的灰度差异，可以通过归一化计算法降低该偏差，归一化计算结果如表3所示。

表3 归一化灰度处理结果

结果如表4所示。

表4 曲线斜率及不确定度统计结果

(1)

式中：k为斜率；Δh为平底孔深度；ΔG为灰度差。

腐蚀坑深度的计算方法如式(2)所示。

h=ΔG×

(2)

式中：h为腐蚀坑深度；为平均斜率。

通过数据分析，灰度差与平底孔深度呈线性关系，其关系曲线如图3所示[2]。

图3 灰度差与平底孔深度关系曲线

3 现场检测

按照操作指导书采集DR图像。在选择灰度测量点时，首先应着重考虑散射线的影响，尽可能选择散射比接近的两点作为参考点，降低散射比不同引起的灰度差。散射比与焦距、照射场、射线能量、穿透厚度、焊缝余高、钢管曲率等均有关系;其次,要考虑射线束偏离中心导致的透照厚度的变化，射线束偏心对透射率也有一定的影响。

3.1 母材腐蚀坑测量

受射线检测几何布置特点的影响，钢管圆周方向穿透厚度的变化较大，测量点越偏离管子中轴线，厚度变化就越大，而轴向的穿透厚度变化较小[3]。因此,在选择母材腐蚀坑测量点时，第1点选择在被测腐蚀坑中灰度值最大的部位，第2点选择在轴向偏移一定距离的母材完好部位，根据工件情况也可在腐蚀坑上下对称部位取两点(第2点，第3点)的平均灰度作为母材灰度的测量值，母材腐蚀坑测量点位置如图4所示。

图4 母材腐蚀坑测量点位置

3.2 熔合线附近腐蚀坑测量

射线透照焊缝时，较薄部位的射线会向较厚部位散射，不同部位的散射比变化复杂，难以量化，因此需要通过选择合适的测量点来降低散射比的影响。熔合线附近腐蚀坑测量点的选择主要考虑内外余高叠加引起的透照厚度的变化。因此在选择测量点时，第1点选择在腐蚀坑灰度最大的部位，第2点选择在该点附近沿着焊缝偏移至无腐蚀的部位，熔合线附近腐蚀坑测量点位置如图5所示。

图5 熔合线附近腐蚀坑测量点位置

3.3 焊缝腐蚀坑测量

选择焊缝腐蚀坑测量点时，应主要考虑焊缝余高的变化、内外余高叠加、双壁透照时两个焊缝叠加等引起的透照厚度和散射比的变化[3]。第1点选择在腐蚀坑灰度最大的部位，第2点选择在该点附近沿着焊缝偏移至无腐蚀的部位；在选择第2点时也应考虑射线束偏离中心带来的透照厚度的变化，随着测量点远离曝光中心点，厚度偏差变大，因此将曝光中心设在第1点和第2点的中间位置可降低该因素的影响，焊缝腐蚀坑测量点位置如图6所示。