线阵技术在焊管检测中的应用
焊接工艺中的射线检测与无损检测
焊接工艺中的射线检测与无损检测焊接是一种常见的金属连接方法，广泛应用于建筑、制造业、航空航天等领域。
然而，焊接过程中常常存在焊缝质量问题，这对于相关产品的安全性和可靠性产生了重要影响。
为了确保焊缝的质量，射线检测与无损检测成为了必不可少的方法。
本文将重点讨论焊接工艺中的射线检测与无损检测。
一、射线检测在焊接工艺中的应用射线检测是一种利用射线通过被测对象来获取材料内部结构信息的方法。
在焊接工艺中，射线检测主要用于检测焊缝的质量，包括焊接接头的缺陷、孔洞、裂纹等问题。
常用的射线检测方法包括X射线检测和γ射线检测。
1. X射线检测X射线检测是利用X射线通过被测对象后形成的透射或散射图像来判断焊缝的质量。
这种方法具有迅速、高效的特点，能够有效发现焊缝中的各类缺陷。
X射线检测设备主要包括射线源、探测器和显像设备。
在进行X射线检测时，需要严格遵守相关的安全操作规程，以避免对人体造成伤害。
2. γ射线检测γ射线检测是利用γ射线通过被测对象后形成的透射或散射图像来检测焊缝的质量。
与X射线检测相比，γ射线的穿透能力更强，可以检测更厚的金属焊缝。
γ射线检测设备与X射线检测设备类似，但射线源的选择以及防护措施会有所不同。
二、无损检测在焊接工艺中的应用无损检测是一种在不破坏被测对象外部结构的前提下，通过检测技术来获取内部缺陷信息的方法。
在焊接工艺中，无损检测主要用于检测焊缝的质量以及焊接接头的可靠性。
1. 超声波检测超声波检测是利用超声波在材料中传播时受到材料内部结构变化的影响而产生回波信号的方法。
在焊接工艺中，超声波检测可以检测焊缝中的各类缺陷，如焊缝结构不均匀、气孔、裂纹等。
该方法非常灵敏，可以检测出微小的缺陷，并可定量评估焊缝的可靠性。
2. 磁粉检测磁粉检测是利用磁场在被测对象表面形成漏磁场，从而检测材料内部缺陷的方法。
在焊接工艺中，磁粉检测可以发现焊缝中的裂纹、缺陷等问题。
该方法操作简单，适用性广泛，并且对于表面缺陷的检测效果较好。
超声波相控阵检测技术在特种设备焊缝检验中的应用探讨
超声波相控阵检测技术在特种设备焊缝检验中的应用探讨摘要：对于超声相控阵检测技术来说，其所具备的灵活性特征较为明显，而以往的检测方式因在此方面存在着明显的不足之处，所以已然渐渐被超声相控阵检测技术所替代。
在特种设备检验之中，若可积极运用于超声相控阵检测技术，那么则能够迅速了解到焊缝之中所产生的缺陷问题，保障最后的检验结果具备较高程度的精准性，所以十分有必要在特种设备检验之中运用于超声相控阵检测技术。
关键词：超声波相控阵检测技术；特种设备；焊缝检验引言无损检测方法是基于现代科学技术发展的检验技术方法，它在不损坏、不改变被检对象理化状态的情况下，对被检测对象的内部及表面进行高灵敏度和高可靠性的检查，以此来判定被检测对象的完整性、连续性和安全性。
超声波检测方法作为五大常规无损检测技术方法之一，是目前国内外应用最广泛、使用频率最高且发展较快的无损检测方法，与其他无损检测方法相比，超声波检测拥有较强的适用性、较好的穿透力，且设备较为便携、操作较为安全等优势。
一、超声相控阵检测技术应用优势超声相控是由多个压电晶体以一定的规律分布排列的，是超声探头晶片的组合，按照一定的顺序激发各个晶片，并有效控制发射超声束，使其能够聚集、偏转、扫描，并促进所有晶片的超声波能形成一个整体波阵面。
此外，还能够确定方向和大小、不连续的形状等，进而可以提供出比多个探头或单个探头系统更大的能力。
它在检测焊缝的过程中，会沿着焊缝长度，在处于平行的状态下进行直线扫查，还能全体积检测焊接接头。
再者，也可以从角度补偿、二次波显示两个层面开展检测，前者可以取代传统的DAC曲线方法，通过家督增益补偿对功能设置，而后者则采用二次波检测成像显示模式开展检测。
同时，在运用超声相控阵检测技术的过程中，利于达成多角度的检测目标，可提高特种设备检验的有效性以及可靠性。
而对于相关工作人员来说，也能够针对特种设备检验的具体需求来科学定制适合的探头，同时运用便携型的检测设备，对于特种设备的焊接实施扫查，如此则可获得更具精准性的数据或者是图片等，能够使得检测工作的开展更为便利。
海底管线管中管对接环焊缝的相控阵超声检测
随着相控阵理论在超声波检测领域的应用，超声相控阵检测(PAUT)技术日趋成熟，并以检测速度快、缺陷定量准确、设备使用灵活、故障率低、可交叉作业等优点而逐渐广泛应用于海底管道的焊缝检测中。
海底管道双层管为管中管的形式，两管之间采用保温材料进行填充。
在施工过程中，完成内管焊接检验后需要进行外管焊口的组对焊接，而外管的周向旋转受限，同时受到管体椭圆形状的影响，就存在影响自动超声检测(AUT)精度的风险。
那么，该如何将先进的PAUT技术更好地应用于这类海底双层管外管的检测呢？PAUT检测工艺海洋石油工程股份有限公司的技术人员结合海底管线项目双层管外管检测存在的风险，设计了可靠的PAUT检测工艺及轨道式扫查装置。
依据被检工件的材料、尺寸、批准的焊接工艺及检测区域，选择了合适的设备与探头组合，设置起始晶片和激发晶片的数量、聚焦的类型、聚焦的位置，合适的角度范围及角度步进，生成一个扇形扫描，通过选择合适的步进偏移，实现对检测区域的全覆盖。
相控阵波束覆盖示意同时，该工艺设置了一组TOFD(超声波衍射时差法)探头，用以提高焊缝内部缺陷的高度定量精度，确保该工艺在焊缝各个区域具有良好的检测能力。
由标准DNV-OS-F101-2013《海底管线系统》可知，TOFD波束覆盖示意和PAUT 检测工艺显示视图如下图所示。
TOFD波束覆盖示意PAUT检测工艺显示视图数据采集装置针对海底管线焊缝检测的特点，设计了新型轨道式扫查装置，该扫查装置可同时夹持2组探头，实现电动扫查，最大扫查速度可达100mm/s，探头偏移精度可控制在-1~1mm之内，周向扫查精度在-5~5mm之内。
验证试验焊接缺陷的制备在PAUT检测能力验证时，采用的试验管道管径为323mm，壁厚为11.1mm，在焊缝内部表面及内部不同深度处设置不同的焊接缺陷，缺陷类型包括根部未焊透､坡口未熔合､外表面开口､焊缝中心气孔､夹渣等。
试验数据分析为了验证PAUT检测工艺的缺陷检测能力及可靠性，对加工好的缺陷焊缝分别进行PAUT、AUT和RT(射线检测)，采用相同的扫查零点和扫查方向，记录每个缺陷的长度、深度和高度。
相控阵超声扇形扫描技术在海底管道焊缝检测中的应用
海底管线是海洋油气田内部设施连接和油气资源外输的重要设施。
海底管线处于风浪、海流、腐蚀等恶劣服役环境中，易产生各类缺陷。
近年来，自动超声波检测技术在海底管线检测中得到了广泛的应用，其高检测能力、高效、环保等优势在海底管线铺设过程中得到了充分的体现。
检测人员依据标准要求，基于扇形检测技术开发了相控阵超声扇形扫描工艺，验证了工艺的重复性和可靠性，通过评定不同阈值的POD(检出率)值，确定了最佳缺陷评定基准，实现了相控阵超声扇形扫描技术在海底管线项目中的成功应用。
01相控阵超声扫描技术特点常规全自动超声(AUT)检测技术采用分区法，将焊缝沿壁厚方向分成若干区域，如根部区、钝边区、热焊区以及填充区等，分区高度为1~3mm，每个分区设置独立的反射体，使用独立的检测波束对每分区分别进行扫描，以A扫描-双门带状图的形式显示（焊缝分区，波束配置及图像显示见图1）。
图1 带状图及AUT检测波束配置示意相控阵超声扇形扫描技术是将一对相控阵探头对称布置于焊缝两侧，每个探头可同时激发一组或多组不同角度范围的超声波束实现对焊缝检测区域的扫描，以A扫描、B扫描、C扫描及扇形扫描的方式显示；相控阵超声扇形扫描技术波束配置及图像显示如图2所示。
图2 相控阵超声扇形扫描技术波束配置及图像显示示意相比于传统分区法AUT检测技术，相控阵超声扇形扫描技术具有以下优势：① 使用一个角度范围覆盖检测区域，提供更多的检测角度；② 焊缝每侧探头发射的超声波波束覆盖整个焊缝区域，可得到更多的检测数据；③ 分区法轨道安装精度要求±1mm，扇形扫查安装精度可允许±3mm内，扫查器安装效率更高；④ 调试方法简便，调试效率高；⑤ 可使用便携检测系统，满足不同施工环境的检测需求，检测成本更低。
02相控阵超声扇形扫描工艺设计检测工艺相控阵超声扇形扫描工艺是基于相控阵检测系统，两个相控阵探头对称布置于焊缝两侧，设置一组波束覆盖焊缝内外表面及填充区域，设置第二组波束覆盖根部区域，焊缝两侧采用相同的波束设置，采用机械扫查方式，实现焊缝检测的过程。
0超声相控阵技术在焊缝缺陷检测中的应用
第二章 习题答案 页脚内容1 超声相控阵技术在焊缝检测中的应用
摘要：简述了超声相控检测方法诞生的背景以及相对传统超声检测方法的技术的优势，着重介绍了超声相控阵技术在对接焊缝以及T型角焊缝缺陷检测中的应用，并对超声相控阵技术应用前景进行了展望。
关键字：超声相控阵技术 对接焊缝 T型角焊缝 缺陷检测
Abstract: Outlined the advantages of ultrasonic phased detection methods compared with conventional ultrasonic detection methods and its technical background. Highlighted the application of ultrasonic phased array technology in the butt welds and T-type fillet weld defect detection, and prospected the phased array technology.
Keywords: Ultrasonic phased array technology butt weld T-type fillet weld defect detection
1 超声相控阵检测方法 1.1传统超声检测方法 随着科学技术的发展，超声波检测发展为两种检测方法：传统超声检测（UA） 和超声相控阵检测(UPA)。 传统超声检测的探头中只有一个晶片，通过加不同角度的楔块，使得声束偏转角度改变。这种方法起源于二十世纪四十年代，在五十年代时广泛应用于一些先进国家的机械制造和造船工业等领域中[1]。五十年代初期的研究侧重于超声探头制作和材料的改良方面，提高了成像的分辨率[2]。五十年代后期侧重于超声检测仪的研制及超声检测标准的制定。六十年代，德国KrautKramer 公第二章 习题答案 页脚内容2 司成功研制了小型超声波检测仪，是超声波检测技术的一次飞跃[3][4][5]。八十年代，微处理器在检测系统的成功应用标志着数字超声检测时代的到来。随着计算机技术和大规模集成电路以及信号处理技术的发展，超声检测由手动检测向全自动检测方向发展，进一步提高了检测效率[6]。随着检测要求的提高，传统超声检测的灵敏度也需要提高。
相控阵超声技术在长输管道检测中的应用
相控阵超声技术在长输管道检测中的应用摘要：超声波矩阵检测可以利用计算机软件调整声束的角度和采集距离，利用一个多芯片相位组传感器从多个角度检测同一部件的焊接缝。
此外，还表明了检测复杂几何形状、高机动性和灵活性的焊接缝的良好效率。
利用计算机设备收集和处理信号和数据，可以更直观地显示超声波检测结果。
本文主要分析相控阵超声技术在长输管道检测中的应用。
关键词：相控阵超声检测；无损检测；应用引言相控阵超声检测(PAUT)技术的基本思想来自雷达电磁波相控阵技术。
相控阵雷达由阵列排列的许多发射元件组成。
相控阵雷达通过天线阵监测每个元件的幅度和相位，调节电磁波的辐射方向，并在特定空间合成灵活、快速聚焦的扫描雷达波束。
超声成像研究始于20世纪20年代，但当时落后的技术延缓了发展。
近年来，通过计算机模拟、软件技术、数据处理和分析、纳秒脉冲信号控制、压电复合材料等先进技术的发展，相控阵超声传感技术得到了飞速发展。
目前应用于长输管道、石化、核电、航空等领域。
1、ＰＡＵＴ概念及工作原理相控阵超声测试由许多小压电板组成，许多板(例如，16、32、64、128)组装在探针壳体中，以生成和接收超声束。
压电板各阵列中激励脉冲的相位是电子控制的，检测时产生的超声场相互干涉和叠加，可以得到光束和焦点位置的给定入射角，同时形成超声辐射场的控制形状。
因此，相控阵超声检测本质上是由受控的超声相位转换器阵列来实现的。
超声相控阵检测系统采用先进的计算机技术，准确控制发送和接收状态下相位光束的相位，获得最佳光束特性，达到光束偏转、聚焦等效果，并结合机器扫描和电子扫描实现可视化。
焊接过程的主要缺陷是多孔性、含渣性、不完全渗透、层间不完全融合、根部不完全接合、开裂、烧穿、焊瘤。
2、ＰＡＵＴ技术的优点速度快。
大管径的长输管道整个过程需３～５ｍｉｎ，适用于大管径管道、工期有特殊要求的工程。
检出率较高。
相控阵超声波检测对线型和面积型的缺陷较敏感，检出率较高。
X射线线阵实时成像焊缝缺陷检测方法
X射线线阵实时成像焊缝缺陷检测方法
陈明;马跃洲;陈光
【期刊名称】《焊接学报》
【年(卷),期】2007(028)006
【摘要】针对X射线线阵探测器实时成像的焊缝图像,提出了降噪处理、焊缝图像分割及缺陷检测的方法.通过自适应中值滤波方法对焊缝图像进行滤波降噪,利用类间、类内方差比分割法和数学形态学方法进行焊缝图像分割,对焊缝部分应用高频加强变换提取焊接缺陷.结果表明,采用自适应中值滤波能够有效去除噪声的同时保留焊缝和缺陷的边缘细节;类间、类内方差比分割方法与数学形态学方法并用能准确地将图像分割为焊缝与母材区域;高频加强变换能使焊缝中心部位灰度变化突显进而实现缺陷检测.
【总页数】4页(P81-84)
【作者】陈明;马跃洲;陈光
【作者单位】兰州理工大学,材料科学与工程学院,兰州,730050;兰州理工大学,材料科学与工程学院,兰州,730050;兰州理工大学,材料科学与工程学院,兰州,730050【正文语种】中文
【中图分类】TG115.28
【相关文献】
1.核燃料棒焊缝缺陷数字X射线实时成像检测技术的发展综述 [J], 李向阳;许雯雯
2.X射线焊缝图像中缺陷的实时检测方法 [J], 孙怡;孙洪雨;白鹏;王昱;田岩平
3.基于背景重构X射线钢管焊缝缺陷检测方法 [J], 王家晨;王新房
4.焊缝X射线实时成像图像中缺陷的提取 [J], 蒋文凤;赵立宏
5.基于ButterWorth滤波的X射线钢管焊缝缺陷检测方法 [J], 王家晨;王新房因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
管道对接焊缝相控阵超声检测
管道对接焊缝相控阵超声检测随着工业的发展和科技的进步，相控阵超声检测逐渐被广泛应用于各种金属结构的无损检测中。
相控阵超声技术是一种高精度、高效率和高可靠性的无损检测方法，能有效地检测金属结构中的缺陷和损伤。
在管道对接焊缝的检测中，相控阵超声技术具有非常重要的作用，因为该技术能够在非破坏性的情况下检测到焊缝中的各种缺陷，从而保证管道的安全和可靠性。
管道对接焊缝通常是将两根管道连接起来的重要部分，因此，其质量的好坏直接影响着整个管道系统的安全和可靠性。
然而，在管道对接过程中，焊接工艺的不稳定性和操作不当等因素常常会导致焊缝中产生各种缺陷，如气孔、夹杂、裂纹等。
这些缺陷不仅会降低管道的承压能力和耐腐蚀能力，还可能在使用中引起泄漏和爆炸等严重事故。
因此，对管道对接焊缝进行无损检测，及时发现和修复其中的缺陷，就显得非常必要。
相控阵超声技术是一种声学探伤技术，其原理是利用声波在金属材料中传播的特性来检测其中的缺陷，因此其检测精度和效率都非常高。
相比传统的超声检测技术，相控阵超声技术具有以下优点：1.检测精度高：相控阵超声技术能够实现多角度、多方向的扫描，可以获得更加准确的检测结果。
2.检测速度快：相控阵超声技术可以快速地完成对管道对接焊缝的全面检测，提高了工作效率。
3.自动化程度高：相控阵超声技术采用数字化处理和图像显示技术，可以实现自动检测和数据处理。
在管道对接焊缝的相控阵超声检测中，通常使用的探头一般具有多个发射和接收元件，能够在焊缝表面产生多个声束，以不同的方向和角度对焊缝进行全面扫描。
利用相控阵技术，可以实现对焊缝中各种缺陷的精确定位和识别，确定缺陷的大小、形状和深度等参数，并生成二维和三维图像以便进行后续的分析和处理。
相控阵技术在点焊焊点熔核直径测量上的运用报告
相控阵技术在点焊焊点熔核直径测量上的运用报告相控阵技术是一种高精度、高效率的无损检测技术，广泛用于工业生产领域。
在点焊焊点熔核直径测量中，相控阵技术有着很好的应用前景。
本文将介绍相控阵技术在点焊焊点熔核直径测量上的应用。
1. 点焊焊点熔核直径的意义点焊焊点熔核直径是指点焊过程中电极在材料表面产生的熔核直径。
熔核直径的大小会影响点焊的强度和焊点质量。
因此，获取点焊焊点熔核直径对于保证点焊接头的质量起着至关重要的作用。
2. 点焊焊点熔核直径测量方法目前，测量点焊焊点熔核直径主要采用目视法和计量器测量法。
目视法是一种简单但不精确的测量方法，主要通过人眼观察焊点熔核的大小进行判断。
计量器测量法是一种相对比较精确的测量方法，它使用平板尺、卡尺、显微镜等工具进行测量，但该方法需要较高的技术水平。
3. 基于相控阵技术的点焊焊点熔核直径测量方法相控阵技术是一种高分辨率的波束成像技术，与传统的测量方法相比，它没有接触测量的限制，不会对被测物品造成任何损伤，并且具有高精度和高速度的特点。
因此，相控阵技术在点焊焊点熔核直径测量上有很好的应用前景。
相控阵技术测量点焊焊点熔核直径的原理是：通过超声波传播时间的变化（至焊点顶部和焊点底部），计算出焊点熔核的大小。
通过控制相控阵探头的发射角度和焊点表面的距离，可以实现对焊点熔核直径的高精度测量。
4. 相控阵技术在点焊焊点熔核直径测量中的优势相控阵技术具有如下优势：（1）高灵敏度：超声波传播速度的变化可以被精确捕捉、分析和处理，从而得到高精度的测量结果。
（2）高分辨率：相控阵技术的波束可以被控制和聚焦，从而实现对焊点熔核直径的高分辨率测量。
（3）速度快：相控阵技术的数据采集和处理速度非常快，可以实现实时控制和监测。
（4）无损检测：相控阵技术的测量过程不会对被测物品造成任何损伤，适合于很多对测量要求高、要求非接触的领域。
5. 结论相控阵技术作为一种高精度、高效率的无损检测技术，在点焊焊点熔核直径测量中有着广泛的应用前景。
管道对接焊缝相控阵超声检测
管道对接焊缝相控阵超声检测
管道对接焊缝相控阵超声检测是一种利用超声波技术检测管道对接焊缝缺陷的方法。
它通过将超声波引入被测管道中，利用超声波在材料中的传播和反射特性，对焊缝进行检
测和评估。
这种检测方法具有非接触、高效、准确、可靠等优点，在工业检测中得到了广
泛应用。
相控阵超声检测是利用探头上排列有多个发射和接收元件的特殊超声探头，通过电子
器件对每个元件的发射和接收进行控制，从而实现对被测物体内部的全方位扫描。
相控阵
超声技术可以实现对焊缝的三维成像，能够全方位地检测焊缝的内部缺陷，如气孔、夹杂、未熔合等。
管道对接焊缝相控阵超声检测采用的主要设备包括超声探头、接收电路、信号处理系
统和显示系统等。
超声探头是整个系统的核心组成部分，它由多个发射和接收元件组成，
通过控制每个元件的工作时间和幅度，可以实现对焊缝的全方位扫描。
接收电路用于接收
探头发射的超声波信号，并将其转换为电信号，传递给信号处理系统进行处理。
信号处理
系统用于对接收到的信号进行滤波、放大、增益调节等处理，以提高检测的灵敏度和可靠性。
显示系统用于将处理后的信号转换为图像，并进行图像显示和分析，以便操作人员对
焊缝缺陷进行判断和评估。
管道对接焊缝相控阵超声检测可以有效地检测出焊缝的内部缺陷，并且可以实时显示
缺陷位置和形态，对于焊接质量的评估具有重要意义。
它可以提高焊接过程中的质量控制
水平，减少缺陷的发生和对设备和工程的损害，具有很高的应用价值。
随着相控阵超声技
术的不断发展和成熟，管道对接焊缝相控阵超声检测将在工业应用中发挥更加重要和广泛
的作用。
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文章编号:1673-5196(2007)04-0022-05线阵技术在焊管检测中的应用马跃洲1,何山林1,陈 明2,陈 光1(1.兰州理工大学材料科学与工程学院,甘肃兰州 730050;2.兰州三磊电子有限公司,甘肃兰州 730000)摘要:螺旋焊管管端焊缝检测方法中的胶片拍片法虽然灵敏度和分辨率高,但检测效率较低、成本高、不便于存档,图像增强器法效率高,但灵敏度、分辨率低.为此设计一套新型螺旋焊管管端焊缝检测设备,采用线扫描数字成像技术进行X射线检测.其灵敏度和分辨率优于图像增强器,检测效果达到了胶片的水平,弥补了图像增强器和胶片照相法的不足,提高了检测效率,降低了检测成本,实现了螺旋焊管无损检测的数字化.系统软件选用VC++语言进行编写,能够实现图像的降噪、焊缝提取和缺陷识别等功能.关键词:螺旋焊管;数字成像;图像处理;实时成像中图分类号:TP273 文献标识码:A
ApplicationoflinearraytechnologyinweldedpipedetectionMAYue-zhou1,HEShan-lin1,CHENMing2,CHENGuang1(1.CollegeofMaterialsScienceandEngineering,LanzhouUniv.ofTech.,Lanzhou 730050,China;2.LanzhouSanleiElectronicsCoLtd,Lanzhou 730000,China)
Abstract:Althoughthefilmphotographyusedforwelddetectionofspirallyweldedpipesexhibitedits
highsensitivityandresolution,itsdetectionefficiencywaslow,costhigh,anditswasinconvenienttofilethefilms.Asforthemethodofimageenhancementforweltdetection,ithadlowsensitivityandresolutionwithhighefficiency,though.Thus,asetofnewwelddetectionfacilityofspiralweldedpipeendwasde-signed,wherethetechniqueoflinescanningdigitalimagingwasusedtoperformX-raydetection.Itssens-itivityandresolutionweresuperiortothoseoftheimageenhanceranditsdetectionresultreachedashighlevelasthefilmphotography,sothatmadeupthedefectwiththeforegoingtwodetectionmethods,re-duceditscost,andrealizedakindofdigitizeddetectionwithoutdamageofdetectedobjects.VC++wasusedfortheprogrammingofsystemsoftware,sothefunctionssuchasimagenoisereduction,weldextrac-tion,anddefectidentificationcouldbeimplemented.Keywords:spiralweldedpipes;digitalimaging;imageprocessing;rea-ltimeimaging
随着石油天然气长输管线检验标准的提高,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,成为国内外重要长输管线防止线状危害性缺陷漏检,保障管线质量的重要手段,可有效杜绝管端危害性缺陷的漏检.但该方法存在拍片检验速度慢、劳动强度大、暗室处理麻烦、伪缺陷多、检测结果评判滞后、底片质量波动等缺点,且耗材费用高,污染环境,对人体有害[1].图像增强器法虽然具有较高的检测效率,但其灵敏度和分辨率不高,不能保证焊管管端等处部位焊接质量要求较高的检测.所以, 收稿日期:2006-07-26 作者简介:马跃洲(1963-),男,陕西汉中人,博士,教授.急需一种新型、高效的检测方法来代替现有的胶片法和工业电视检测法.新型螺旋焊管管端焊缝X射线数字成像系统采用线扫描DR(digitalradio-graphy)数字成像技术,弥补了上述2种方法的不足,真正实现了双面螺旋埋弧焊钢管管端焊缝无损检测的数字化.
1 线扫描成像原理
线扫描X射线直接数字成像系统工作原理如图1所示.由X射线发生器发出的一束X射线,穿过被检测工件,由于射线穿过焊缝时缺陷部位和无缺陷部位衰减程度不同,使得透射射线带有焊缝的缺陷信
第33卷第4期2007年8月兰 州 理 工 大 学 学 报JournalofLanzhouUniversityofTechnologyVol.33No.4Aug.2007图1 线扫描成像原理图Fig.1 Principlepflinescanningimaging
息.线阵探测器接收透射射线,并转换成数字信号,传送到计算机中进行处理并在图像显示器上显示出来.由于线阵探测器扫描的是焊缝一条线上的缺陷信息,为了获得完整的图像,就必须使焊缝与成像器之间作相对运动,将连续扫描获得的线信息组合成图像的面信息,从而完成整个检测过程.
2 系统硬件组成线扫描X射线直接数字成像系统由X射线机、线阵探测器、扫描运动机械装置、工控计算机、PLC等部分组成.2.1 线阵探测器结构及特性线阵探测器(如图2所示)是检测系统的核心部件,用于实现:X射线)可见光)电信号)数字信号的转变过程.包括:闪烁体、光电二极管阵列、控制单元、前置电路.其结构如图3所示.
图2 线阵探测器外观图Fig.2 Appearenceoflineararraydetector
图3 线阵探测器结构图Fig.3 Structureoflineararraydetector
1)闪烁体探测器中闪烁体用于吸收X射线,与耦合的光电二极管一起完成光电转换.常用的闪烁体材料是由氧化钨镉酸盐(CdWO4)和碘铯化合物(CsTI)构成.闪烁体材料须根据吸收功率、余辉和光输出特性进行选择.吸收功率(又称中止功率)反映截止一定能量的X射线的能力.吸收功率由平均原子数量和闪烁体材料的密度决定;余辉是遗留在闪烁体中光的百分比;光输出特性包括光的波长、发射光子的数量及均匀性.只有发射波长在500nm以上的闪烁体才能由光电二极管接收并转换成电信号.闪烁体的几何尺寸(长度、截面积)是决定成像器检测特性的关键因素.闪烁体体积越大,允许的射线照射能力越高,而在使用较低能量的射线时,曝光时间变得很长,将降低检测效率.截面积的大小,直接决定成像器的图像分辨率,面积越小,分辨率越高,但面积越小加工难度更大,同时,射线承受能力降低.因此,闪烁体长度、截面积的选择要根据使用的射线能量范围、要求的图像分辨率和检测速度确定.所以,闪烁体材料特性、厚度、截面尺寸将直接影响成像器的曝光时间、承受射线能量范围、空间分辨率等整体性能指标.2)光电二极管阵列光电二极管位于闪烁体下面,用来测量闪烁体发出的可见光(光波>500nm)的光通量.光电二极管最重要的特性就是它的外形、对闪烁体发出可见光的反应特性及溢出电流.光电二极管的外形尺寸即为图像的象素尺寸,它的大小直接影响成像系统的空间分辨率.光电二极管的形状不是通常情况下的方形,通常它的高和间距相等.由于单个光电二极管之间总是存在盲区,所以像素的间距和实际间距之间有微小的差别.本系统所使用的光电二极管阵列尺寸为0.083mm.目前的技术可以制造出小于28Lm的光电二极管阵列.由于0.083mm的光电二极管阵列理论上能产生6LP/mm的空间分辨率,图像质量能达到胶片成像的效果,而较小尺寸的光电二极管成本较高以及硬件配套等其他原因决定采用0.083mm的光电二极管阵列较为合理.3)前置电路前端部分包括放大电路和转换电路.放大电路是用来收集和放大光电二极管阵列输出的低电流的(在几百微安之内).为了获得高分辨率,系统采用CMOS集成芯片放大电路.4)数据采集数据采集系统功能是实现A/D转换.放大电路
#23#第4期 马跃洲等:线阵技术在焊管检测中的应用 和转换电路之后是数据采集系统.数据采集系统和放大转换电路是集成在同一个单元中的.这样保证成像器直接输出数字量信号,避免了信号传输过程中的噪声.A/D转换器的Bit数决定图像的灰度等级,即系统动态范围.一般情况下,动态范围的理论值应该是A/D转换器的Bit数范围.在实际使用过程中,由于转换器件(光电二极管)的非线性特性,使得动态范围要低于理论值.本系统使用12BitA/D转换器,可以产生理论上的4096级灰度.5)控制单元控制单元主要完成从数据转换到采集及数据输出的过程.控制单元包括数字信号处理传输电路和图像采集接口电路.这部分的工作方式是依靠从计算机发来的指令来控制光电二极管的数据采集、传输及转换.其次,控制单元还要完成积分时间控制、动态校正、标定等逻辑功能.控制单元通过软件设置采集定时间隔.由时序控制电路发出采集信号,对通过转换传输来的模拟电压信号进行采集,并将采集的数据存入行缓存中.由数据传输模块通过PCI接口信号,向计算机总线发出中断请求,由采集卡驱动程序接受中断后,从行数据缓存中读取数据.作为一种新型的DR成像接收器件,线阵探测器主要有以下特点:①可获得动态实时数字图像,极大地提高了检测效率.②硅光电二极管构成的阵列尺寸为83Lm,图像理论空间分辨率达6Lp/mm,图像清晰、灵敏度高.③线扫描成像器每扫描一行只接收几十微米宽度内的X射线,屏蔽掉了有效宽度以外的射线,基本消除了沿扫描方向由于X射线机焦点尺寸大小影响引起的几何不清晰度问题,使得图像边缘更加清晰,提高了系统灵敏度和分辨率.④检测图像动态范围可达4000B1,优于胶片.⑤扫描得到的数字图像噪声极低,质量高,为后续的图像处理提供了方便.2.2 X射线机系统X射线机系统采用便携式大焦点X射线机,为了能连续工作,保证检测效率,选用原Seifert公司42MF系列高频恒压便携机,最高管电压200kV,最大管电流10mA,焦点尺寸3.0mm@3.0mm.射线防护采取铅房防护和铅板隔离的方式.由于射线机工作时产生大量的热,为保护X光机,需要X光机在停止射线发射后,至少应保持通电5min以上方可切断电源以使其冷却.2.3 扫描运动机械装置根据线扫描DR成像的原理,针对螺旋焊管管端焊缝的检测,设计了一套机械运动装置实现对焊缝的扫描.扫描运动机械装置如图4所示,安装在检测流水线的铅房中.机构的各种动作全部由计算机控制,自动完成对焊缝的扫描检测.机械装置可以完成平动、摆动和升降3个自由度的运动.平动和摆动由步进电机驱动,使扫描运动精确定位;升降由三相电机驱动,用于针对不同规格的焊管,调整旋转中心、旋转半径以及射线机透照焦距.焊管由辊道送入检测位置后,调整线阵探测器角度,使之垂直于焊缝,这样才能保证焊缝成像方向平行于检测方向.软件通过参数设置中的管径和焊缝与轴向的夹角计算出旋转电机和平动电机的转动速度,使旋转电机和平动电机速度相匹配,摆动臂上的DR成像器按照工艺要求的线速度沿焊缝表面移动,实现对焊缝的扫描.系统扫描的线速度0.1~1.0m/min,可根据需要通过软件进行调解.系统空间分辨率达到6LP/mm;对7.1mm厚焊缝试板进行扫描试验,可清晰识别金属丝像质计Fe10/16第16号丝,塑料封装影像清晰可见,如图5、6.