聚乙烯管道热熔焊接质量的x射线数字成像检测方法
【专利摘要】本发明公开了一种聚乙烯管道热熔焊接质量的X射线数字成像检测方法，涉及石油行业的压力管道检测【技术领域】，步骤为（1）将焊接接头、探测器分别放置在机械检测平台和探测器轴上；开启相应程序，探测器与射线管自动搭配。（2）打开X射线，获取实时图像，调节检测平台和探测器轴，使待检测试件置于检测区域中心合适位置和最佳放大倍数并存储此检测位置。（3）调节电压和电流，让灰度值在合适的范围内，直到获得满意的图像后保存。（4）计算机上显示焊接缺陷的检测结果，对检测结果进行缺陷等级评定。此方法对缺陷的性质、大小及位置等能实时、直观准确地显示，具有灵敏度高、检测速度快及成本低等优点。
【专利说明】聚乙烯管道热熔焊接质量的X射线数字成像检测方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及石油行业的压力管道检测【技术领域】，确切地说涉及一种聚乙烯管道热熔焊接质量的X射线数字成像检测方法。
【背景技术】
[0002]聚乙烯管道因其良好的抗腐蚀性能、焊接性能等普遍应用于我国城镇中低压燃气输配系统，并随着聚乙烯材料性能的提高，成功进入次高压燃气管网。目前现场应用最多的聚乙烯管道连接方式是热熔焊接，在实际焊接过程中，常因操作环境恶劣或者操作不当而引入各种缺陷，比如裂纹、孔洞、未熔合等缺陷，因此，聚乙烯管道焊接接头的缺陷对管道运行是一个很大的威胁；同时，有实践表明，聚乙烯管道焊接接头是整个管道的薄弱环节，容易产生裂纹、泄漏等，甚至造成更为严重的事故。因此，采用有效、可靠的无损检测方法对焊接接头质量进行定期检测是聚乙烯燃气管网安全无故障运行的重要保证。
[0003]工程上常用的检测方法主要有目视检测、破坏性试验以及超声检测，另外，微波扫描技术用于聚乙烯管道焊接接头质量检测的可行性也得以验证。
[0004]目视检测只能观察到外表面缺陷，对于管道安全性威胁更大的内部缺陷信息不能获得，检测结果不可靠。
[0005]破坏性试验是一种抽样检测方法，无法针对焊接接头进行检测，检测结果有很大的局限性。
[0006]相对而言，超声检测是目前较为有效的方法；近几年，很多检验、检测单位以《无损检测聚乙烯管道焊缝超声检测》(JB/T10662-2006)推荐标准作为依据，对聚乙烯管道焊接接头进行超声波检测；超声波可以实现对常见内部焊接缺陷的检测，但灵敏度不高，不能分辨小颗粒缺陷等；而且难以检测出因焊接工艺(如温度、压力等)引起的缺陷，如冷焊；冷焊缺陷危险性大且难以发现，这是因为大多数的冷焊表现为焊接接头良好，但实际上熔合区只是刚刚形成，界面层的聚乙烯分子并未充分地扩散与缠结，分子之间渗透的深度不足，接头连接强度不够；另外，聚乙烯比金属材料声速小，声波衰减系数大，超声回波小，不容易对缺陷定性、定量，影响检测结果的准确性，同时也增加了超声检测的难度。
[0007]经过试验发现，微波扫描法可以检测出冷焊缺陷，但此方法整体上还处于初步探索阶段，而且目前只证明了未熔合、裂纹等少数几种缺陷检测的有效性。
[0008]美国McElroy.Mfg公司使用传统的A扫描方法(超声波A型扫描显示，用X轴代表时间，Y轴代表幅度的超声信号显示方式)对聚乙烯焊接接头质量进行检测，但只能检测出接头中的一些夹杂物，对其他焊接缺陷不能准确地检测；日本Osaka Gas公司使用传统的B扫描方法(超声波B型扫描显示，以幅度在预置范围内的回波信号的声程长度与探头仅沿一个方向扫查时声束轴线位置之间的关系而绘制的受检件的横截面图)也没能取得很好的检测效果。
[0009]国内学者在传统超声检测的基础上做了大量的研究，并取得了新的进展。2008年，郑津洋教授等首次提出了聚乙烯管道热熔焊接接头耦合聚焦超声波检测方法及检测装置，但未广泛应用于工程实践。
[0010]南昌航空大学无损检测技术教育部重点实验室的于润桥等测量了聚乙烯管道的纵横波声速及热熔焊接接头声衰减系数，确定了聚乙烯管道的声学性能。采用小波域去噪理论去除噪声，提高了检测回波的信噪比。试验表明，超声波检测方法适用于聚乙烯管道热熔焊接质量的检测，但其准确性和现场适用性还有待提高。
【发明内容】
[0011]本发明旨在针对上述现有技术所存在的缺陷和不足，提供一种聚乙烯管道热熔焊接质量的X射线数字成像检测方法，采用本方法，在检测过程中能够实现实时成像，直观清晰地观察到聚乙烯管道热熔焊接处存在的缺陷，整个检测过程受外界因素影响小，只要检测参数能够满足检测要求，就能够保证图像质量，从而准确地评判热熔焊接缺陷。
[0012]本发明是通过采用下述技术方案实现的:
一种聚乙烯管道热熔焊接质量的X射线数字成像检测方法，其特征在于步骤包括:
a、布置X射线数字成像装置:选取相互配套使用的X射线管和平板探测器，平板探测器与计算机连接，X射线管和平板探测器分别置于检测平台的两端，在X射线管和平板探测器之间的检测平台上布置焊接接头，且焊接接头能够自由旋转并在X射线管和平板探测器之间能自由移动；
b、焊接接头位置调整:打开X射线管，锥形X射线束沿焊接接头的周向和径向照射焊接接头，在X射线管的初始电压和电流情况下，且在焊接接头的初始位置下，计算机获得并显示由平板探测器成像处理后传送的实时图像，作为初始图像；
然后调节焊接接头在X射线管与平板探测器之间的移动位置，计算机再次获得并显示由平板探测器成像处理后传送的实时图像，作为调整图像；
对比初始图像，当调整图像最佳时，确定焊接接头在X射线管与平板探测器之间的位置，计算机存储此检测位置；
C、图像调整:调节X射线管的管电压至160KV，管电流至160 μΑ,使所获得的图像灰度值在10000至52000的范围内；
d、获取焊接接头的图像:当需要检测焊接接头时，打开X射线管，X射线束照射焊接接头，一部分被焊接接头吸收，其余部分穿过焊接接头到达平板探测器，经过平板探测器成像处理后转化为可见图像传送至计算机，获得图像后保存；
e、对照计算机上所获取的图像，观察图像上显示的焊接缺陷检测结果，并进行缺陷等级评定。
[0013]所述a步骤中，焊接接头是通过安装在检测平台上的旋转轴实现自由旋转的，当需要检测焊接接头的不同面的检测图像，则旋转焊接接头到合适的面进行检测。
[0014]所述a步骤中，旋转轴是通过与检测平台上设置的放大轴配合，实现焊接接头在X射线管和平板探测器之间的自由移动，从而确定焊接接头的成像最佳放大倍数。
[0015]所述X射线管选取240KV微焦点的X射线管，管电流范围为0.0f 3mA，并配套采用16位分辨率的平板探测器。
[0016]与现有技术相比，本发明所达到的有益效果如下:
一、本发明a步骤中的“焊接接头能够自由旋转”，因而能够实现焊接接头的全方位检测，从而不会遗漏对热熔焊接缺陷的检测；“焊接接头能够在X射线管和平板探测器之间自由移动”因而能够自由调整焊接接头的成像最佳放大倍数，获得更为清晰的图像。
[0017]二、本发明中，采用对焊接接头的初始位置，X射线管的初始电压和初始电流进行调整，比照初始图像和调整图像，从而获得最佳位置、最佳电压和电流的方式，能够使所成像更加清晰，进一步确保了成像的质量，从而能更加准确地评判热熔焊接缺陷；特别是，调节X射线管的管电压至160KV，管电流至160 μΛ,能保证有适合PE管焊缝的足够的穿透能量以及使得灰度值范围拉开，更细小的缺陷能被发现。
[0018]三、本发明中，对所成像的灰度值调整到10000至52000的范围内，能够使被检测物满足检测要求，且成像质量更高，能使灰度值范围拉开，更细小的缺陷能被发现。
[0019]四、本发明中，特定的选择240KV微焦点的X射线管，管电流范围为0.0f 3mA，并配套采用16位分辨率的平板探测器，能保证射线强度同时提高检测效率。
[0020]此外，本发明还具有如下技术效果:
1、在检测过程中能够实现实时成像，直观清晰地观察到聚乙烯管道热熔焊接处存在的缺陷。
[0021]2、X射线数字成像系统自动化程度高，整个检测过程受外界因素影响小，只要检测参数能够满足检测要求，就能够保证图像质量，从而准确地评判热熔焊接缺陷。
[0022]3、此方法能够全方位且连续地检测焊接接头，不遗漏对热熔焊接缺陷的检测。
[0023]4、借助计算机对热熔焊接缺陷的辅助判定，大大地提高了检测速度。
[0024]5、X射线数字成像检测方法能够检测出聚乙烯管道热熔焊接接头的常见缺陷，另夕卜，能够有效地检测出不易检测的低温焊缝，如图4所示，低温焊缝的饱和度明显不及合格焊缝。
[0025]6、X射线数字成像检测方法是首次用于聚乙烯管道热熔焊接接头的检测，并取得了良好的效果，填补了国内聚乙烯管道热熔焊接接头X数字成像检测技术的空白。
【专利附图】
【附图说明】
[0026]下面将结合说明书附图和【具体实施方式】对本发明作进一步的详细说明，其中:
图1为X射线数字成像用于聚乙烯管道热熔焊接缺陷检测原理图。
[0027]图2为本发明提供的合格焊缝X射线数字成像检测结果示意图。
[0028]图3为本发明提供的低温焊缝X射线数字成像检测结果示意图。
[0029]图4为本发明提供的夹铁屑焊缝X射线数字成像检测结果示意图。
[0030]附图标记:平板探测器1、锥束X射线2、焊接接头3、X射线管4、旋转轴5、放大轴
6、合格焊缝7、低温焊缝8、夹铁屑焊缝9。
【具体实施方式】
[0031]实施例1
作为本发明的一较佳实施方式，步骤包括:
a、布置X射线数字成像装置:选取相互配套使用的X射线管和平板探测器，平板探测器与计算机连接，X射线管和平板探测器分别置于检测平台的两端，在X射线管和平板探测器之间的检测平台上布置焊接接头，且焊接接头能够自由旋转并在X射线管和平板探测器之间能自由移动；
b、焊接接头位置调整:打开X射线管，锥形X射线束沿焊接接头的周向和径向照射焊接接头，在X射线管的初始电压和电流情况下，且在焊接接头的初始位置下，计算机获得并显示由平板探测器成像处理后传送的实时图像，作为初始图像；
然后调节焊接接头在X射线管与平板探测器之间的移动位置，计算机再次获得并显示由平板探测器成像处理后传送的实时图像，作为调整图像；
对比初始图像，当调整图像最佳时，确定焊接接头在X射线管与平板探测器之间的位置，计算机存储此检测位置；
C、图像调整:调节X射线管的管电压至160KV，管电流至160 μ A,使所获得的图像灰度值在10000至52000的范围内；
d、获取焊接接头的图像:当需要检测焊接接头时，打开X射线管，X射线束照射焊接接头，一部分被焊接接头吸收，其余部分穿过焊接接头到达平板探测器，经过平板探测器成像处理后转化为可见图像传送至计算机，获得图像后保存；
e、对照计算机上所获取的图像，观察图像上显示的焊接缺陷检测结果，并进行缺陷等级评定。
[0032]b步骤和c步骤同时进行或顺序调换。
[0033]所采用的平板探测器，为与X射线管配合的X射线平板探测器，当前广泛使用的平板探测器主要采用硫氧化钆(Gd202S，G0S)、碘化铯(Cesium 1dide, CsI)和非晶硒(Amorphous Selenium, A-Se)作为转换材料。将闪烁体(G0S或CsI)与非晶娃光电二极管以及TFT耦合起来构成非直接转换平板探测器，将A-Se直接与TFT耦合起来构成直接转换平板探测器。例如瓦里安公司生产的各类X射线平板探测器均适用，属于现有技术。
[0034]a步骤中，焊接接头是通过安装在检测平台上的旋转轴实现自由旋转的，当需要检测焊接接头的不同面的检测图像，则旋转焊接接头到合适的面进行检测。
[0035]a步骤中，旋转轴是通过与检测平台上设置的放大轴配合，实现焊接接头在X射线管和平板探测器之间的自由移动，从而确定焊接接头的成像最佳放大倍数。在实际应用过程中，放大轴为一个导轨，旋转轴的底部设置有与导轨配合的滑槽，因而旋转轴能够与导轨之间产生相对滑动，且旋转轴本身还能够实现自转。旋转轴无论产生滑动动作还是转动动作，都可以通过电动或机械部件实现，这里就不详细介绍了，属于本领域的现有技术。
[0036]本文中所说的焊接接头，具体是指待测聚乙烯热熔焊接接头。
[0037]实施例2
作为本发明的最佳实施方式如下:
本发明采用X射线数字成像检测技术对聚乙烯管道热熔焊接接头进行缺陷检测。检测原理如图1，调试最佳检测参数，X射线管4发射的射线源一部分被焊接接头3吸收，其余部分穿过试件到达平板探测器I成像系统，经过平板探测器处理后转化为可见图像传送至计算机，从计算机上可以直接清晰地观测到检测图像，并根据有关标准对检测结果进行缺陷等级评定，从而达到检测的目的。图2、图3及图4是本次试验的检测结果。
[0038]本发明具体实施步骤如下:
I)将待测聚乙烯管道热熔焊接接头试件、探测器分别放置在机械检测平台和探测器轴上；本次所有检测试件直径< 800mm，高度< 1000mm，重量< 100kg。
[0039]2)打开钥匙开关，设备及X射线控制装置启动，开启主开关。
[0040]3)打开相应射线控制程序，系统执行自动训机。
[0041]4)等待至系统训机完毕，打开相应图像采集程序，系统操作轴会执行自动回零，且探测器与射线管自动搭配。本次试验采用的是240KV微焦点X射线管，管电流范围
0.0Γ3Π1Α ;采用16位分辨率的平板探测器。
[0042]5)操作轴回零完毕后,创建一个所检产品的新项目。
[0043]6)打开X射线，由系统初始电压和电流获取实时图像；调节检测平台和探测器轴，使待检测试件置于检测区域中心合适位置(需旋转并确保待检测试件在检测区域内)和最佳放大倍数；调整检测平台能够使聚乙烯试件360度旋转和上下移动，使X射线源沿管道焊接接头的周向和径向全方位照射；另外，探测器能够实现移位，保证投影出来的图像在探测器探测的范围内。存储此检测位置。
[0044]7)调节电流、电压且尽量选择低电流并增加电压，使其满足检测物的检测要求。要求是一般在没有校正条件下检测图像灰度值始终在10000到52000范围内。
[0045]表I是检测图像灰度值及电流和滤波材料要求表，如下所示:
I10--.最 *+?:15?Ι>5.:οοο,I—
I -- ea a ?'￠:1 s < 5^βοο.1电 3-?
8)调节后的射线管电压为160KV，管电流160 μΑ，最佳放大倍数2.24 ;将待测试件放置回检测平台，锥形X射线束沿焊接接头的周向和径向照射热熔焊接接头，一部分被待测聚乙烯试件吸收，其余部分穿过试件到达平板探测器成像系统，经过平板探测器处理后转化为可见图像传送至计算机，获取满意图像后保存。检测结果如图2、图3及图4。
[0046]9)计算机屏幕上能够实时、直接观察图像上热熔焊接缺陷的检测结果，按照本领域的技术标准对检测结果进行缺陷等级评定。
【权利要求】
1.一种聚乙烯管道热熔焊接质量的X射线数字成像检测方法，其特征在于步骤包括: a、布置X射线数字成像装置:选取相互配套使用的X射线管和平板探测器，平板探测器与计算机连接，X射线管和平板探测器分别置于检测平台的两端，在X射线管和平板探测器之间的检测平台上布置焊接接头，且焊接接头能够自由旋转并在X射线管和平板探测器之间能自由移动； b、焊接接头位置调整:打开X射线管，锥形X射线束沿焊接接头的周向和径向照射焊接接头，在X射线管的初始电压和电流情况下，且在焊接接头的初始位置下，计算机获得并显示由平板探测器成像处理后传送的实时图像，作为初始图像； 然后调节焊接接头在X射线管与平板探测器之间的移动位置，计算机再次获得并显示由平板探测器成像处理后传送的实时图像，作为调整图像； 对比初始图像，当调整图像最佳时，确定焊接接头在X射线管与平板探测器之间的位置，计算机存储此检测位置； C、图像调整:调节X射线管的管电压至160KV，管电流至160 μΑ,使所获得的图像灰度值在10000至52000的范围内； d、获取焊接接头的图像:当需要检测焊接接头时，打开X射线管，X射线束照射焊接接头，一部分被焊接接头吸收，其余部分穿过焊接接头到达平板探测器，经过平板探测器成像处理后转化为可见图像传送至计算机，获得图像后保存； e、对照计算机上所获取的图像，观察图像上显示的焊接缺陷检测结果，并进行缺陷等级评定。
2.根据权利要求1所述的聚乙烯管道热熔焊接质量的X射线数字成像检测方法，其特征在于:所述a步骤中，焊接接头是通过安装在检测平台上的旋转轴实现自由旋转的，当需要检测焊接接头的不同面的检测图像，则旋转焊接接头到合适的面进行检测。
3.根据权利要求2所述的聚乙烯管道热熔焊接质量的X射线数字成像检测方法，其特征在于:所述a步骤中，旋转轴是通过与检测平台上设置的放大轴配合，实现焊接接头在X射线管和平板探测器之间的自由移动，从而确定焊接接头的成像最佳放大倍数。
4.根据权利要求1所述的聚乙烯管道热熔焊接质量的X射线数字成像检测方法，其特征在于:所述X射线管选取240KV微焦点的X射线管，管电流范围为0.0Γ3πιΑ，并配套采用16位分辨率的平板探测器。
【文档编号】G01N23/04GK104198504SQ201410272451
【公开日】2014年12月10日 申请日期:2014年6月18日 优先权日:2014年6月18日
【发明者】何莎, 喻建胜, 何慧娟, 宋日生, 彭星煜, 彭蕾, 王文韬, 冯强, 戴斌, 金伟 申请人:中国石油集团川庆钻探工程有限公司