Развитие цифровой рентгеновской дефектоскопии сварных кольцевых соединений: основные преимущества метода исследования

2019-12-04

На сегодняшний день учеными разработано немало методик, помогающих выявить дефекты сварочного шва быстро и с минимальными проблемами. Среди основных способов выделяют:

• Визуально-измерительный контроль с использованием поверенного инструмента.
• Ультразвуковой контроль при помощи специализированных дефектоскопов.
• Магнитный контроль, в котором задействованы особые суспензии и порошки.
• Капиллярный контроль при помощи пенетрантов, очистителей и проявителей.
• Радиографический контроль, разделяющийся на классический с использованием пленок, цифровой и компьютерный.
• Течеискание и многие другие способы.

Типы радиографического контроля

Условно процесс радиографического контроля разделяют на 2 крупные категории в зависимости от способа получения изображения.

Первый вариант — использование систем, работа которых основана на запоминании изображений. Это либо работа с привычными всем рентгеновскими пленками или запоминающими многоразовыми пластинами для компьютерной радиографии CR.

Другой вариант относится к применению систем, позволяющих получать изображения практически в режиме реально времени. Их работа может быть основана на использовании сцинтилляционных детекторов (рентгеновское телевидение, со структурой сцинтиллятор-полупроводник) либо детекторов прямого преобразования в основе которых монокристаллические полупроводники, поликристаллические полупроводники или аморфные полупроводники.

Оценка качества изображений, полученных методом цифровой радиографии

В ноябре 2016 года вступил ГОСТ Р ИСО 10893-7-2016, в 7 части которого подробно описаны стандарты работы с цифровыми системами получения радиографических снимков. На данный момент выделяются следующие критерии оценки качества изображений:

• Базовое пространственное разрешение или основная пространственная разрешающая способность: SR_b=U_g/ 2^. За искомую при этом принимается самая первая пара проволок, у которых соотношение глубины провала к высоте пиков в профиле не меньше, чем 20%. Значение нерезкости U_g можно найти в паспорте на двухпроволочный эталон.
• Модуляционная передаточная функция. Может обозначаться как MTF (Modulation Transfer Function). Этот показатель выражает зависимость контраста расположенных рядом объектов от того, как велико расстояние между ними.
• Пространственная частота. Данная величина обратна расстоянию между соседними объектами. Измерение производится в парах линий на миллиметр. Так, для детектора БАРС при условии MTF 10% разрешающая способность составляет 4 пары линий / мм (125 мкм).
• Отношение сигнала и шума (SNR или Signal to Noise Ration). Этот параметр выражает величину отношения среднего значения сигнала (интенсивности) к стандартному отклонению или шуму. При этом детектор характеризуют таким показателем, как нормализованное соотношение: SNR_norm=SNR x 88,6 мкм / SR_b. Расчет SNR_norm  производят по уже измеренному основному металлу, который примыкает к зоне сварочного шва. При этом минимальное значение должно быть 70 для класса качества А и не превышать 100 для класса В. В данном случае класс А — контроль при стандартной чувствительности, класс В — с улучшенной (класс чувствительности определяют в соответствии с ИСО 17636).
• Отношение контраста и шума (CNR). Выражается отношением разности уровней сигнала между материалами двух разных толщин и стандартного принятого шума (отклонения интенсивности) базового основного материала.

Беспленочная автоматизированная система «БАРС» для рентгенографического контроля

Автоматизированная система «БАРС» идеально подходит для проведения рентгенографического неразрушающего контроля в любых условиях, в том числе и полевых. В состав установки включены несколько элементов:

1. Детекторный модуль, передающий изображение на ПК.
2. Каретка для перемещения и позиционирования, полностью автоматизированная.
3. Рентгеновский источник излучения.
4. Блок управления и питания.
5. Переносной ПК с установленным на нем специализированным ПО.

В основе детекторного модуля чувствительный элемент размером 100х50 мм. Его разрешающая способность составляет 125 мкм. Использовать установку можно для проверки труб диаметром более 150 мм, но менее 1420 мм. При этом потребляемая устройством мощность составляет 24 В, 3,5 А.

Основные преимущества системы «БАРС»:

1. Быстрый и простой монтажи демонтаж каретки непосредственно на трубу.
2. Высокая скорость контроля, приближенная к показателю в 0,6 м/мин. Так, например, для проверки трубы диаметром 1420 мм и толщиной стенки в 22 мм потребуется приблизительно всего 20 мин.
3. При работе с трубами исключительно большого диаметра специалист может использовать сразу несколько кареток «БАРС» одновременно.
4. Наличие возможности установки на передвижную каретку источника, обеспечивающего автоматизированное фронтальное просвечивание, без применения специальных бандажных ручек.
5. Детекторный модуль подвижен. Его можно перевести в консольное положение, что даст доступ к сварным швам, находящимся рядом с отводом труб, и позволит провести диагностику швов, сваренных несоосно.
6. В случае если проводится диагностика труб из нержавейки, которые не имеют ферромагнитных свойств, для фиксации кареток можно использовать бандажные ручки.

Блок управления и питания установки «БАРС»

В состав блока включена емкая аккумуляторная батарея LiFePO4 с напряжение 25 В и емкостью в 20 Ач. Благодаря этому возможна работа с установкой в любых условиях. Батареи полностью хватает на работу в течение всей смены. Восполнить ее заряд можно всего за 2 часа.

Так же в состав блока включен контроллер, отвечающий за управление перемещением и позиционированием кареткой, большой набор кабелей и точка доступа. Благодаря последней осуществлять управление системой можно на расстоянии. Радиус действия при этом составляет 100 м.

Автоматическая установка прошла ряд испытаний на климатические условия эксплуатации. Были получены следующие результаты:

• Устойчивая работа при диапазоне температур от -40 до +45 С.
• Возможна эксплуатации при атмосферном давлении в 84–107 кПа (632–805 мм рт. ст.).
• Устойчивость к воздействию влаги оборудование сохраняет при температуре до +25 и относительной влажности в 95%.

Возможности программного обеспечения установки «БАРС»

ПО, поставляемое в комплексе с системой разработано специально для управления детектором, а также обработки получаемых в ходе диагностики рентгеновских изображений. Одно из главных преимуществ программы состоит в том, что абсолютно все снимки автоматически сохраняются на компьютер, что помогает избежать утери данных. Размер одного сделанного кадра составляет в среднем 2 Мб. Так, например, полное исследование сварного шва трубы диаметром в 1420 мм займет около 200 Мб памяти.

Задачи, решаемые при помощи ПО

Программное обеспечение обладает достаточно обширным функционалом. С его помощью можно не только редактировать снимки, но и производить ряд измерительных работ. Так, ПО функций, выполняемых ПО, можно выделить следующие:

• Измерение дефектов и SNR.
• Возможность просвечивания на разных энергиях. При помощи программы можно не только суммировать в единое целое несколько изображений, полученных в ходе облучения разными энергиями, но и убрать фоновую засветку. Особенно актуально это в тех случаях, когда снимки делают в условиях повышенного радиационного фона.
• Сращивание изображений.
• Обработка изображений.
• Измерение толщины стен труб с маленьким диаметром.
• Оценка глубины залегания плоскостного дефекта, а также его высоты.

Сравнение пленочной и цифровой радиографии

Начать сравнивать характеристики двух этих методик стоит с самых базовых понятий, таких как выбор анодного напряжения и экспозиции по европейским и российским нормам. Для чистоты эксперимента рассмотрим ситуацию, когда необходимо просветить пластину из стали, толщина которой составляет 25 мм.

Анодное напряжение
По EN 444	260 кВ
По ГОСТ 20426-82	250 кВ
«Барс»	150 кВ

Теперь оценим время просвечивания. При использовании рентгеновской пленки используемое напряжение будет равно 250 кВ, а ток — 0,6 мА. Время просвечивания при этом составит 30 минут. Если же вы воспользуетесь автоматизированной установкой «БАРС», то сможете уменьшить напряжение до 150 кВ, сохранить тот же ток в 0,6 мА, но при этом просвечивание займет всего 6 секунд.

Для наглядной иллюстрации выгоды от применения систем цифровой радиографии приведем еще 1 небольшой пример. Представьте, что вам необходимо провести контроль сварного соединения трубы диаметром 1420 мм и стенками, толщиной в 22 мм.

	Пленочная радиография	Цифровая радиография
Требуемый режим работы источника
Напряжение	270 кВ	160 кВ
Ток	3,5 мА	0,5 мА
Время	3,5 минуты	20 минут
Затраченная работа источника
	945 Вт х 3,5 мин. = 3308 Вт*мин.	80 Вт х 20 мин. = 1600 Вт*мин.

Таким образом мы видим, что энергетическая эффективность работы кроулера при переходе от пленочной радиографии к цифровой возрастает в 2 раза.

Среди основных преимуществ перехода на пониженное анодное напряжение и ток рентгеновского источника выделяют:

1. Повышенный уровень радиационной безопасности персонала даже при работе в полевых условиях.
2. Увеличение времени, в течение которого начинает деградировать чувствительный элемент детектора.
3. Увеличение ресурса рентгеновской трубки.
4. Снижение уровня энергопотребления рентгеновского источника. Это приводит к увеличению времени его работы.
5. Возможность использования источника и кроулера меньших мощностных и весогабаритных характеристик, что влияет на уменьшение его стоимости.
6. Снижение общего энергопотребления комплекса из кроулера и источника, что также ведет к увеличению срока его работы.

К типичным преимуществам цифровой радиографии специалисты относят:

• Отсутствие необходимости в загрузке и разгрузке кассет с пленкой.
• Отсутствие необходимости работать с пленкой, химикатами, обслуживать оборудование и расходовать на это средства.
• Отсутствие проблем с устранение отходов.
• Заметное сокращение продолжительности контроля.
• Сохранение возможности оценки высоты и глубины залегания дефекта при смещении источника.
• Существенно увеличенный динамический диапазон.
• Снижение в десятки раз дозовой нагрузки.
• Мгновенное получение результатов контроля, полностью исключенная процедура повторной засветки.
• Возможность удобной и качественной обработки полученных результатов.
• Небольшой и практичный архив, хранить который можно неограниченное время.

Основные технические и эксплуатационные характеристики рентгеновской пленки, CR и DR

В завершении анализа для максимальной наглядности мы предлагаем вам ознакомиться с таблицей сравнения основных характеристик.

Заказать все необходимое для проведения цифрового рентгенографического контроля по адекватным ценам вы можете у ООО «НДВ-Комплект». Мы предлагаем действительно качественное, проверенное оборудование. Узнать подробные условия сотрудничества, получить консультацию или запросить стоимость необходимой продукции вы можете по телефону или, отправив запрос на email.

Статья написана на основе данных, предоставленных ООО «РаДиаТех».