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如何用数字X射线成像技术轻松测量管道壁厚和直径?

2021-08-27 13:35     来源:无损检测NDT     无损检测X射线

定期对管道进行无损检测,评估管道壁厚的变化,可以对管道腐蚀情况进行监测以及对管道焊接质量进行把控。

随着时间的推移,来自外部的腐蚀、来自内部的侵蚀,以及流经管道的气体或流体施加的压力,都可能影响管道的原始壁厚。即使是最微小的变化也会影响管道的耐压能力,从而影响到相关操作。这种壁厚的衰减可能导致裂缝更快的发展,甚至整个管道的破裂。

在尝试使用数字射线照相测量壁厚时,无损检测操作人员面临着许多挑战:

为了进行准确检测,需要了解穿透材料的数量和种类(保温层和管材、内部介质分别是什么材料?)、散射线的影响(对于穿透能力与灰度值饱和度的影响)以及几何放大的效果(图像失真和图像不清晰度)等。

为了开发用户友好的无损检测数字X射线工具,Vidisco推出了一种新的壁厚(单壁和双壁)测量工具,集成在其XbitPro和VEO Pro软件中,有效克服了以上难题。

测量工具图

对材料厚度的处理

• 对于管材,穿透中间和穿透管壁两侧,在穿透厚度方面存在巨大差异,特别是薄壁大口径管。这样,在透照时就会出现曝光量的选择难题,很难兼顾到曝光中心(壁厚的2倍)和管侧(管径越大,理论上穿透厚度越接近于管直径)。

• Vidisco的数字射线照相软件能够自动抓取多个图像,并收集精确切向壁厚测量和双壁检测所需的所有数据,以及自动进行测量校准。

测量方法

• 利用切向技术,可以测量像素强度沿着直径方向的分布情况。采用双壁测量,可以测量灰度(强度)。在这两种情况下,数据都被转换为实际的数值测量值,单位可以是英寸,也可以是毫米。只需要简单的点击左侧的单壁或者双壁图标即可完成相应的测量。


切向技术测量管径和壁厚

• 关于这种技术的一个常见错误是,必须穿透的材料厚度(即透照厚度)等于其中一个管壁厚度的两倍。根据这个假设,如果管道的壁厚是3mm,那么就需要穿透6mm的钢才能达到精确测量。但是,这种假设是错误的。

• 在处理外壁时,需要穿透的材料厚度几乎为零。而对于管道的内壁,实际情况却是相反的。如下图所示,为了获得准确的测量值,需要穿透的材料要厚得多。

• 双壁技术在识别和测量壁损、点蚀等方面是非常有用的。在这种情况下,最终结果以毫米或英寸为单位提供,并进行比较,以测量灰度的差异。

例如,一根壁厚2.5mm的4英寸管道,需要穿透至少31.3mm的钢,即要穿透双壁厚度的6倍以上,才能清楚地看到管道内壁。

代号

尺寸

单位

尺寸

单位

D=

4

inch

101.6

mm

r=

2

inch

50.08

mm

d=

0.1

inch

2.5

mm

Y=

1.9

inch

47.58

mm

X=

1.23

inch

31.3

mm

 

考虑放大效应

• 放大倍数等于源和探测器之间的距离(a+b),除以源和测量点之间的距离(a)。由于管是圆形的,并且所使用的测量方式是切向测量(圆管最外层的射线方向与圆的外表面相切),这个点到探测器的距离记为b,如下图所示:

• 由探测器与测点之间的距离(b)产生了两个问题:首先,在探测器上的壁厚方向上的投影大于实际管壁厚度。第二,图像变得不清晰。管子离面板越远,放大效果就越大,图像不清晰度也会增加。如果管道被绝缘材料或者保温层覆盖,问题就会变得更加复杂,这也是现在DR技术在不拆除保温层条件下检测管道所遇到的现实难题。

• 使用壁厚测量工具,将已知尺寸的物体放置在与管道中心对应的平面上,从而实现对捕获的X射线图像的完全自动校准。

• 要获得测量值,用户只需输入对象的尺寸,即可对测量结果进行校准。Vidisco为此提供了一个精确的直径为1英寸(25.4毫米)的钢球。圆形的钢球有效地防止了投影畸变。

• 另一种能够自动校准测量值的选择是利用管道本身,前提是已知管道的确切直径,且其外层光滑无腐蚀。当使用管道本身进行校准时,校准和测量过程也是完全自动的——管道的直径只需要输入一次即可。

• 彻底克服放大/不清晰的现象是可能的,应用自动数学算法系统地标记出不清晰内、外壁的确切位置,并精确测量两点之间的距离。

• 由上图可见用户测点的线轮廓,并显示了自动算法的实现。用户在完成校准(计算放大倍数)后,即可测量管径和壁厚投影,扣除放大效果后,即可准确标注实际管径和壁厚。

• 利用数字射线检测技术的宽动态范围(16位/ 65536灰阶水平)和Vidisco独特功能的探测器,可以准确找到所需的能量,将管材的内壁和外壁完美成像在一张图像中,从而完整显示出整个管道的结构和缺陷信息。

• 为了提高灵活性和允许使用同位素(Ir- 192),Vidisco开发了一个独特的算法——壁厚测量宏,这种算法可以自动获取多张图像以及整合所有必要的数据信息来准确识别外壁的确切位置(没有过饱和的区域边界)。

过度饱和导致管道外壁的边蚀现象

 

所有的管道信息都可以清晰显示和精确自动测量

Vidisco的XbitPro和VEO Pro软件可以实现全自动、直观和准确的壁厚测量,同时克服了当前存在的一些检测难题。这种用户友好的工具能够在切向和双壁厚测量中,确保准确性和测量重复性——即使在不同时间和由不同用户操作时。此外,测量结果可以文档形式预览、打印,方便保存。


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