射線檢測作為承壓設備內部質量檢測的重要方式之一，從最簡單的膠片發展到圖像射線照相技術，再發展到數字成像檢測技術。數字成像器件和圖像處理技術的不斷發展，為射線數字成像檢測技術的發展提供了廣闊的空間，現在，檢測人員甚至可以利用先進的網絡技術進行遠程評片及診斷[1]。 

數字射線成像檢測技術與射線膠片照相技術在原理上是相同的。在進行射線膠片照相檢測時，射線穿透被檢工件，一部分射線能量被材料吸收，另一部分射線能量穿透被檢工件后在膠片上感光，產生潛影，經暗室處理后底片上會呈現具有黑度差異的影像，通過觀察影像即可對被檢工件的質量進行評定。數字射線成像檢測技術是用數字接收器將穿過被檢工件的射線轉換為數字信號，再經計算機處理后，檢測人員可在屏幕上直接進行觀察及評定。數字射線成像檢測儀器具有分辨率高、靈敏度高、信噪比高、圖像清晰、成像速度快、存儲與觀察評定方便等優點，是目前工業產品檢測中廣泛使用的工具。 

對于筆者公司產品余熱鍋爐模塊，根據標準NB/T 47013.11—2015《承壓設備無損檢測 第11部分：X射線數字成像檢測》的要求，需要對對接焊口進行100%的射線檢測。因產品體積大、質量大（長度為22 m，寬度為4 m，質量為20 t）、不便于移動，且具有復雜的多層結構（見圖1），需要焊接一層，檢測一層，檢測層管屏檢測合格后，才能進行上面一層管屏的管口裝配與焊接。公司現有曝光室及管屏DR系統都無法滿足余熱鍋爐模塊的射線檢測要求。因產品無法移動，故無法使用公司現有的固定式DR檢測系統，目前的檢測方式為：在車間無工人工作時，深夜進行射線膠片檢測。 

圖  1  模塊的結構示意

在有限的工作時間、有限的場地范圍內，為保證監督區的輻射水平，無法配置大量射線檢測操作人員。為此，考慮設計一種新式鉛房，可在白天正常工作環境下進行檢測，將射線限制在鉛房內，以減少射線對其他工序工位的影響。并在此基礎上，以數字成像技術替代膠片，設計合理的工裝，選擇合適的數字平板，降低檢測成本，提升檢測效率。 

1.   射線防護

專用鉛房設計示意如圖2所示。該鉛房配備鉛屏風、鉛簾與鉛擋板（見圖3），可將射線限制在鉛房內部，控制外部泄漏劑量率，除鉛簾側低于國家標準GBZ 117—2022《工業探傷放射防護標準》要求的2.5 μSv/h外，其余各方向均接近輻射本底值0.1 μSv/h。其中，鉛擋板裝配時采用多段拼裝方式，每一個鉛擋板架有4個萬向輪，以降低搬運時人員的勞動強度；相鄰鉛擋板采用高低搭配的方式拼裝，并保證拼接時有10 mm以上的重疊。另外鉛房與鉛擋板均向內折邊，以減少射線從底部泄漏的情況。 

圖  2  鉛房的設計示意

圖  3  鉛擋板的設計示意

2.   數字平板及運動控制

由于余熱鍋爐模塊具有多層結構，且各層結構之間空間狹小，故需要選擇很薄的數字射線成像平板，文章選用某公司生產的Whale1613FDI-T型超薄平板探測器，其厚度僅為15 mm，滿足其檢測要求。該探測器需要與之適配的軌道，故文章將軌道設計為多段合頁折疊式，方便插入模塊的兩層結構之間。 

對余熱鍋爐模塊最下面一層進行檢測時，需將軌道放置在專用的軌道架上，軌道架材料為輕質合金，下部為萬向輪，方便移動，且旋轉萬向輪的固定螺栓可以調整軌道架的高度，其結構示意及實物如圖4所示。安裝時，合頁各端部及結合處均放置一個軌道架，以保證平板在軌道上平穩移動，不上下起伏。 

圖  4  導軌及導軌架的結構示意及實物

平板的移動通過伺服電機帶動同步皮帶進行控制。伺服電機固定在軌道一端，皮帶固定輪盤安裝在軌道另一端。根據模塊的特點，設計專用的管屏間平板移動導軌，檢測時，成像平板與X射線機同步移動。平板導軌及伺服電機的設計圖與實物如圖5所示。 

圖  5  導軌及伺服電機的設計圖與實物

計算機圖像處理系統由奧龍射線有限公司獨立自主研制開發，可以根據不同行業用戶的需求，編寫不同的應用界面及圖像處理程序。其高性能的編程技術使操作界面簡單易懂，可最大限度減少操作步驟，快速滿足操作人員的需求。機械傳動采用電動控制、無極變速；電氣控制采用國際上流行的鋼琴式多功能操作臺，將系統中的X射線機控制、工業電視監控、機械操作等功能集于一體，操作簡單方便。 

3.   機械設備及試驗步驟

3.1   技術參數

鉛房按照電壓為250 kV的X射線防護要求進行設計。鉛房主體尺寸（長×寬×高）為4 300 mm×2 400 mm×1 980 mm。對現場的開機狀態進行了實測，測量得到的輻射泄漏結果符合國家安全標準GBZ 117—2022中的要求（2.5 μSv/h）。在嚴格遵守輻射安全管理規定的前提下，移動鉛房可在車間正常生產時同步使用。數字射線成像檢測系統由160 kV高頻移動式探傷機、數字平板成像系統、計算機圖像處理系統、機械電氣系統、射線防護系統等幾部分組成。鉛房及數字射線成像檢測系統實物如圖6所示。 

圖  6  鉛房及數字射線成像檢測系統實物

3.2   數字射線成像檢測流程

對于多層結構的余熱鍋爐模塊，鰭片管管屏第一層對接焊縫檢測時，應采用支架將平板移動工裝支撐在管屏下方，并將防護鉛房吊裝至防護位置，調整好射線機及平板探測器的初始檢測位置，對準焊縫調整射線機角度，逐根管子實施檢測，直至完成所有焊縫的檢測，再更換透照角度，返回行進路線，進行焊縫的第二次檢測。兩次檢測完成后，第一層檢測流程完畢。第一層檢測完成后，將平板移開，開始對不合格焊縫進行返修，返修焊口檢測合格后，將鉛房吊運至其他區域進行檢測。原檢測區域可以進行第二層管子的裝配與焊接。檢測第二層焊管時，先后將導軌與平板工裝插入第一層與第二層之間位置，按照第一層的檢測流程進行檢測。第三層檢測重復第二層的檢測流程。其檢測現場如圖7所示。 

圖  7  余熱鍋爐模塊檢測現場

3.3   數字射線成像與膠片照相技術對比

常規膠片照相射線檢測技術的流程可以簡單概括為拍片、洗片、烘片和評片，都是通過人工來完成的。按一條管屏42個焊口計算，根據標準T/D（被檢工件壁厚/小徑管外直徑）≤0.12的要求，每個焊口需拍兩張片，合計84張底片，在40 min至1 h時間內完成；洗片和烘片的時間約為40 min；評片只能等到次日進行，從整理底片到評定大概需要1 h。 

余熱鍋爐模塊數字射線檢測系統的平均吊運時間為5~10 min；將檢測系統放在需要檢測的模塊上，按一條管屏42個焊口計算，根據標準T/D≤0.12的要求，每個焊口拍兩張片，合計84張圖像，一般在15~20 min就可以完成圖像采集和評片的工作；發現缺陷后，不需要移開鉛房，可以直接在其內部進行返修，返修好后可以直接重新拍片與評定。一條模塊管屏從鉛房安放、電氣設備設置、圖像采集和評定、焊口返修及重新采集評定等流程基本需要1~1.5 h。 

綜上所述，常規膠片照相射線檢測技術從拍片、洗片、烘片和評片大概需要一晚的時間，且若在白天拍片，其他工序無法工作；而DR檢測技術在整個檢測流程中所需要的時間約為1 h。從產品的制作周期上，膠片照相射線檢測需要一周時間才可以完成一屏模塊的制作，而DR檢測只需要三天時間就可以完成一屏模塊的制作，大大提高了工作效率，提高了產能。 

4.   DR成像檢測系統的實際檢測應用結果

采用數字射線成像檢測和常規射線照相膠片分別進行試驗，通過對所檢測的焊口結果進行對比分析，判斷數字射線成像檢測技術的缺陷檢出能力，進一步驗證其檢測結果的可靠性。 

4.1   實際測量結果

4.1.1   數字射線系統空間分辨率

對于系統空間分辨率，采用了雙絲線性像質計進行記錄，如圖8所示，可見，其至少可以識別8D絲，8D絲對的絲徑為0.16 mm，計算分辨率為3.65 lp/mm，即1 mm寬度內能分辨清楚的線對數為3.6個，滿足焊縫檢測要求。 

圖  8  數字射線系統分辨率

4.1.2   圖像靈敏度

當管電流過低時，會出現噪聲嚴重、曝光不足的現象，從而掩蓋檢測工件中細小的影像。增大管電流可以提高圖像的信噪比，但過大的管電流也會造成圖像的過飽和[2]。故在實際的操作中針對不同的透照厚度，一般建議選6~8 mA的管電流，在滿足標準要求的前提下，盡可能選擇低的管電流。不同管電流對圖像質量的影響如圖9所示。 

圖  9  不同管電流對圖像質量的影響

試驗結果表明，115~125 kV的檢測電壓基本上符合標準NB/T 47013.11—2015中規定的檢測靈敏度要求，圖像對比度、清晰度和灰度均基本達到要求。故在保證可以穿透的前提下，盡可能選低的管電壓。不同管電壓對圖像質量的影響如圖10所示。 

圖  10  不同管電壓對圖像質量的影響

4.1.3   對比試驗

確定透照參數后，進行對比試驗。在現場隨機選取了8條管屏合計336個焊口進行盲檢對比。根據標準NB/T 47013.11—2015中針對小徑管橢圓成像的透照技術：T/D0≤0.12，相隔90°透照2次，對672張圖像及膠片進行了對比，所顯示的缺陷分布、缺陷尺寸及性質基本一致。文章選取了部分典型缺陷進行了對比，結果如圖11所示。 

圖  11  焊口部分典型缺陷的檢測結果對比

對數字射線成像的圖像進行了分辨率、靈敏度和信噪比的測定，并進行了分析，結果如表1所示。 

5.   結論

文章提出的余熱鍋爐模塊數字射線檢測系統可以對余熱鍋爐模塊多層次結構進行半自動化檢測，并對檢測系統進行了檢測性能分析，得出以下結論。 

（1）所制作的鉛房和多段鉛擋板的泄漏劑量率完全符合國家標準GBZ 117—2022中要求的2.5 μSv/h。 

（2）所采集的數字射線圖像基本符合數字射線檢測標準的要求。 

（3）數字射線成像檢測系統可以對結構復雜工件焊接環縫焊口進行高效率地數字射線成像檢測，半自動化程度高，可以推廣使用。

文章來源——材料與測試網