數(shù)字探測器陣列成像檢測技術(shù)中管道焊縫一次透照長度的計(jì)算

壓力管道是特種設(shè)備的重要組成部分，其檢測一般包括外觀檢測、焊接接頭表面缺欠檢測、焊接接頭內(nèi)部缺欠檢測、耐壓試驗(yàn)和泄漏性試驗(yàn)，其中焊接接頭內(nèi)部缺欠檢測是壓力管道檢測中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。射線檢測是壓力管道埋藏缺欠檢測常用的無損檢測方法之一，對實(shí)現(xiàn)壓力管道制造過程中的質(zhì)量控制、節(jié)約原材料、改進(jìn)制造工藝、提高生產(chǎn)效率，保證在用管道的安全具有重要意義。常規(guī)膠片照相技術(shù)存在檢測效率低、環(huán)境污染、統(tǒng)計(jì)查詢不便等缺點(diǎn)，數(shù)字探測器陣列（DDA）成像檢測成為壓力管道數(shù)字射線檢測技術(shù)發(fā)展的新方向。DDA檢測的平板探測器具有尺寸固定、剛性不能彎曲、無法緊密貼附曲面工件等特點(diǎn)，其一次透照長度是焊縫數(shù)字射線檢測工藝中的重要參數(shù)，不僅影響工藝制定，同時影響檢測效率和檢測結(jié)果的可靠性。實(shí)際檢測工作中一次透照長度受兩個因素限制，一個是射線源的有效照射場范圍，一次透照長度不可能大于有效照射場的尺寸；另一個是射線檢測標(biāo)準(zhǔn)中有關(guān)透照厚度比K值的規(guī)定，該參數(shù)間接限制了一次透照長度的大小。實(shí)際檢測僅采用透照厚度比K值確定一次透照長度難以保證缺欠的檢出率和檢測效率，難以適用于壓力管道焊縫檢測，因此確定管道焊縫DDA檢測技術(shù)的一次透照長度對優(yōu)化無損檢測工藝，提高檢測效率具有重要意義。1管道縱縫一次透照長度計(jì)算管道縱縫指管道長度方向的直縫，其透照方式包括單壁單影和雙壁單影?？v縫DDA透照布置如圖1所示。圖1縱縫DDA透照布置示意（η為有效半輻射角；L3為一次透照長度；d點(diǎn)為射線源；T為工件公稱厚度；f為射線源至工件的距離；F為射線源至探測器的距離；P為探測器側(cè)工件上射線束中心位置到探測器的距離；Leff為探測器側(cè)焊縫的劃線長度；LT為成像長度；ΔL為工件與探測器的相對偏差長度）在射線有效射束范圍內(nèi)，透照厚度比K、成像長度LT，放大倍數(shù)M存在如下關(guān)系：由上式可知，平板工件射線的一次透照長度與母材厚度無關(guān)，主要取決于射線輻射角度和透照的幾何條件，透照厚度比只與透照的輻射角度有關(guān)。在實(shí)際檢測中，對于常用的定向X射線機(jī)，其輻射角度一般為40°，為了控制橫向裂紋的檢出率，研究人員通過大量的試驗(yàn)得出結(jié)論：照射角度（半輻射角）超過15°時，隨著角度增大，裂紋檢出率顯著降低?；诖?，實(shí)際檢測時應(yīng)控制射線有效輻射場角度不大于30°。由于該輻照場范圍內(nèi)K值最大不超過1.07，不是一次透照長度的主要限制因素，一次透照長度主要受探測器的長度和射線的輻射場限制。對于DDA檢測，若被檢工件的厚度相比焦距非常小，且探測器緊貼焊縫，直縫的一次透照長度近似為一次透照探測器的成像長度。但在實(shí)際工作中，剛性的探測器往往不能緊貼焊縫，一次透照長度的計(jì)算公式為：ΔL與檢測工裝精細(xì)程度和操作仔細(xì)程度有關(guān)，在實(shí)際檢測中ΔL應(yīng)通過現(xiàn)場實(shí)際情況確定，其取值范圍一般為20~60mm。探測器側(cè)焊縫劃線長度Leff為：實(shí)際透照時，若搭接標(biāo)記放置在射線源側(cè)，則DDA圖像上搭接標(biāo)記之間長度即為有效評定長度，若搭接標(biāo)記放置在探測器側(cè)，則DDA圖像上的有效評定長度為搭接標(biāo)記之間的長度附加搭接長度。2環(huán)焊縫中心透照一次透照長度計(jì)算環(huán)焊縫內(nèi)透中心法曝光效率較高，主要用于大管徑壓力管道安裝過程中的檢測。該技術(shù)將射線源置于管道正中心，其檢測布置如圖2所示。圖2環(huán)焊縫中心透照布置示意環(huán)焊縫內(nèi)透中心法焦距固定，無須考慮輻射角和搭接長度。該透照方式有半圓心角α等于半輻射角η，最少透照次數(shù)N的計(jì)算式為：此時一次透照長度L3和探測器側(cè)劃線弧長Leff為：式中：r為管道內(nèi)半徑；R為管道外半徑。3源在外雙壁單影透照一次透照長度計(jì)算對于管徑為100~400mm的管道或無法實(shí)現(xiàn)單壁透照環(huán)焊縫（小徑管除外）檢測時，采用的透照方式一般為雙壁單影透照，即射線源發(fā)出的中心射線束偏離源側(cè)焊縫（但要通過環(huán)縫圓心），對探測器側(cè)焊縫成像，其透照布置如圖3所示。該透照方式的DDA一次透照長度僅受有效輻照場范圍和探測器的有效成像長度限制。圖3環(huán)焊縫雙壁單影法透照布置示意當(dāng)射線源焦點(diǎn)離環(huán)焊縫較遠(yuǎn)時，會出現(xiàn)兩個輻射臨界角（η1和η2），當(dāng)η=η1時，K為極大值，當(dāng)η=η2時，K值為0，由于η1<η<η2時，K值變化較大，一般不用于內(nèi)部缺陷檢測。實(shí)際檢測時改變焦距F，使η<η1，故僅討論η<η1的情況。射線所穿過的壁厚T′為：按照K值的定義，其計(jì)算式為：N，L3和LT計(jì)算式為：式中：η′為有效半輻射角；D0為外直徑；Di為內(nèi)直徑；θ為影像最大失真角。該類透照方式通常推薦采用以下步驟確定一次透照長度和實(shí)際透照次數(shù)：(1)依據(jù)射線檢測標(biāo)準(zhǔn)要求確定透照厚度比K值，若θ不變，焦距F增大，則η角減小，α角減小，透照次數(shù)N增大，一次透照長度L3減小，對于源在外雙壁單影透照，F(xiàn)=D0時，焦距最小，透照次數(shù)最少，一次透照長度最大。實(shí)際檢測時為保證檢測效率，焦距應(yīng)盡可能小，同時，為防止射線機(jī)和探測器擺放位置偏差導(dǎo)致的成像不均勻或出現(xiàn)“白片頭”，一般應(yīng)在探測器成像區(qū)尺寸上減去一個誤差控制量，約30~50mm，再以此作為探測器的有效成像區(qū)長度。(2)根據(jù)焦距F、透照厚度比K值等參數(shù)，計(jì)算出探測器成像長度LT，比較LT與探測器有效成像區(qū)長度的相對大小。若LT小于探測器有效成像區(qū)長度，則按公式(7)和(12)計(jì)算透照次數(shù)并向上取整后得到實(shí)際透照次數(shù)，按式(5)和(6)計(jì)算一次透照長度和探測器側(cè)劃線弧長。若探測器有效成像區(qū)長度小于LT，則以探測器有效成像區(qū)長度作為新的LT，按式(17)計(jì)算有效半輻射角η′，按公式(11)計(jì)算K值，按公式(14)計(jì)算θ，當(dāng)D0>>T時，θ≈cos-1K-1，按公式(12)計(jì)算圓心角，再計(jì)算所需透照次數(shù)，最后計(jì)算一次透照長度。實(shí)際檢測計(jì)算中若求出的η大于20°，則應(yīng)增加焦距F，令η小于20°，實(shí)際η不宜大于15°，否則將出現(xiàn)灰度不均勻或“白片頭”現(xiàn)象。4源在內(nèi)環(huán)焊縫單壁單影透照對于直徑大于400mm的環(huán)縫檢測，可采用單壁單影透照方法，分為源在內(nèi)和源在外兩種方式。源在外單壁透照實(shí)際檢測中極少使用，故主要分析源在內(nèi)單壁透照方式的一次透照長度，其布置如圖4和圖5所示。圖4環(huán)縫源在內(nèi)單壁單影透照方式（F>R）布置示意圖5環(huán)縫源在內(nèi)單壁單影透照方式（F<R）布置示意在圖4情況下，可將其視為雙壁單影透照，各參數(shù)可按雙壁單影透照的公式計(jì)算。若為F＜R的情況，則按下列方法計(jì)算：式中：L3′為探測器側(cè)等分長度。若F＞R，則無需考慮搭接的問題；若F＜R，則需考慮搭接長度，以避免漏檢。結(jié)語(1)根據(jù)輻射角計(jì)算出射線源有效照射場范圍，比較射線源有效照射場范圍與平板探測器有效成像區(qū)大小，選擇兩者較小值作為探測器可用長度。(2)管道環(huán)焊