Один из авторов статьи — Ксендзов Илья Дмитриевич — главный специалист отдела по контролю качества Дирекции по строительству
Повышение технического уровня сварочного производства во многом определяется развитием направления по неразрушающему контролю качества сварных соединений. В настоящее время при строительстве ремонте и реконструкции нефтегазопроводов используются в обязательном порядке визуальный и измерительный контроль для выявления поверхностных дефектов сварных соединений. Для обнаружения внутренних дефектов используют ультразвуковой и радиографический методы контроля, как раздельно, так и в дополнении друг друга.
Рисунок 1 — Схема радиографического контроля: 1 — источник излучения; 2 — объект контроля; 3 — детектор излучения; 4 — средства расшифровки и оценки результатов контроля.
Наибольшее применение в практике строительства нашел радиографический метод контроля, основанный на регистрации ионизирующего излучения (гамма или рентгеновского в зависимости от применяемого оборудования) после взаимодействия с контролируемым объектом и преобразовании его в радиографическое изображение или записи этого изображения на запоминающее устройство с последующим преобразованием в световое изображение (Рис. 1). В качестве источников ионизирующего излучения используют
Для регистрации результатов контроля используют специальную рентгеновскую пленку, в эмульсионном слое которой под действием ионизирующего излучения формируется скрытое изображение сварного соединения. Для его визуализации требуется специальная фотохимическая обработка, включающая проявление и фиксацию и некоторые промежуточные операции. После сушки снимки поступают на ручную расшифровку по результатам которой выдается заключение о годности/не годности сварного соединения.
Достоинствами этого метода является наглядность и возможность документирования его результатов, высокая чувствительность. К основным недостаткам следует отнести: низкая производительность, радиационная опасность поражения персонала, высокая стоимость работ, получение результатов контроля с большим отставанием от процесса сварки, ограниченный срок хранения результатов контроля на пленке, плохая чувствительность к плоскостным дефектам с расположением их плоскости более 35–40° от оси плоскости излучения.
До настоящего времени существовало два основных направления, устранения недостатков пленочной радиографии можно было разделить на две группы. Первое — применение многоразовых фосфорных (люминофорных) запоминающих пластин, в которых под действием ионизирующего излучения накапливается заряд, формируя, подобно рентгеновской пленке, скрытое изображение. Далее пластина загружается в сканер, который сканирует экспонированную пластину лазерным пучком, высвобождая наколенную энергию виде света. Этот свет собирается фотоприемником и конвертируется в цифровой сигнал, преобразуемый в цифровое изображение. Фосфорные пластины обладают большей чувствительностью, что позволяет уменьшить время экспозиции и дозовую нагрузку на персонал, однако высокая стоимость и чувствительность к механическим повреждениям не позволяет применять данные детекторы в трассовых условиях.
Другим направлением служило создание комплексов автоматической расшифровки радиографических изображений сварных соединений путём их сканирования. Данные комплексы позволяют решить задачи архивации радиографических снимков, а также поддерживает все основные операции расшифровки: поиска, определения размеров, классификации и оценки изображений дефектов, оценки наихудшего участка сварного соединения, оценки качества сварного соединения в целом, выпуска заключения о качестве сварного соединения (изделия). Применение данных комплексов упрощает архивацию и увеличивает объективность радиографических изображений, однако в месте с этим увеличивается время контроля за счет дополнительных операций.
В последнее время разработчиками оборудования уделяется большое внимание системам основанным на детекторах, позволяющих напрямую преобразовывать рентгеновское излучение в цифровое изображение (без использования расходных материалов). Данный метод контроля получил название цифровая радиометрия. Суть его заключается в измерении экспозиционной дозы или дозы излучения после взаимодействия с объектом контроля.
Рисунок 2. Схема регистрации рентгеновского излучения
Детектором для радиометрического контроля был выбран фотодиод с нанесенным на него слоем сцинтиллятора (Рисунок 2) . Рентгеновские кванты сначала взаимодействуют со сцинтиллятором, с образованием фотонов света, а затем свет преобразуется в электрический сигнал.
Радиометрический контроль относится к системам цифровой радиационной дефектоскопии. Отличием от радиографии является то, что радиометрия работает в режиме построчного сбора (сканирования), а не накопления информации.
В рамках исследовательской работы
Рисунок 3. Установка радиометрического контроля
Принципиальная схема проведения контроля представлена на рисунке 4. Источник рентгеновского излучения размещается по панорамной схеме просвечивания внутри трубы напротив контролируемого сварного шва. В качестве источника излучения для радиометрического контроля применяют рентгеновские аппараты только постоянного напряжения с отклонением не более 1% от номинальной величины напряжения; рентгеновские аппараты могут быть установлены на «кроулеры» (самоходные установки) или ручные тележки.
Рисунок 4. Схема просвечивания трубы с использованием
Для повышения производительности контроля радиометрическую
Для точного позиционирования начала и конца участков сканирования в механизм перемещения включен шаговый двигатель, позволяющий точно устанавливать систему в начало просвечивания и возвращать ее в исходное положение автоматически.
При перемещении детекторов, изображение с них регистрируется в реальном времени с каждого датчика, что позволяет оператору отслеживать формирование снимка и оценивать параметры контроля.
Перемещая блоки детектирования относительно контролируемого сварного соединения, получаем непрерывно считываемый массив данных (Рисунок 5.). Этот массив записывается на жесткий диск для последующего более детального исследования и архивирования, а в обработанном виде выводится в виде полутонового изображения на монитор для оперативной оценки качества контролируемого участка в реальном времени.
Рисунок 5. Процесс контроля сварных соединений с применением
При сканировании сварного шва, оператор должен производить текущий просмотр результатов контроля на мониторе, установленном в кунге автолаборатории. При несоответствии фактических параметров контроля установленным требованиям (недостаточная чувствительность контроля, нестабильная и сомнительная идентификация дефектов сварки
Просмотр, расшифровка и оценка качества сварного соединения проводится по изображению контролируемого соединения на мониторе персонального компьютера с применением прикладных программ, которые позволяют улучшить изображение и провести его анализ (Рис. 6). Просмотр изображения контролируемого участка проводится в двух основных режимах:
В режиме «реального времени»(on line) — изображение выводится на монитор ПК одновременно с процессом считывания информации с контролируемых участков сварного соединения (четыре участка).
В режиме «стоп — кадр», когда записанная ранее информация считывается с жесткого носителя.
Рисунок 6. Изображение сварного шва на экране оператора
Скорость перемещения и масштаб изображения в режиме «стоп — кадр» регулируются с помощью специальных программ, работающих в диалоговом режиме. Привязкой для определения местоположения обнаруженных дефектов служит изображение мерного пояса, установленного на контролируемое сварное соединение.
Чувствительность контроля соответствует 2 классу по
Машинное время контроля кольцевого сварного соединения труб 1420*12–25 мм. составляет не более 5 минут в зависимости от контролируемой толщины, а время перемещения от стыка к стыку (11 — 12 м.) не более 6 минут. Время подготовки к работе не превышает 10–15 минут.
В связи с появлением на рынке новых детекторов в рамках
Таблица 1. Сравнительные данные применяемых детекторов
Сравнивая изображения, полученные при применении матричного детектора (Рис. 7) следует обратить внимание на проволочные эталоны чувствительности по
Рисунок 7 Сравнение изображений сварных соединений одинаковой толщины на диодную линейку (слева) и на матрицу (справа).
Была также проведена адаптация программного обеспечения
Затем после сканирования радиографических снимков были получены их изображения. Были также сформированы
На рисунке 1 представлены соответственно фрагмент изображения радиографического снимка и фрагмент
Рисунок. 7. Фрагмент изображения радиографического и радиометрического снимков
Следует отметить, что, с одной стороны, количество и расположение обнаруженных (выделенных на рис. 7) дефектов совпадает, с другой стороны, дефекты отличаются формой контуров и размерами.
Проводилось количественное сравнение результатов расшифровки изображений радиографических снимков и
Рис. 8. Результаты расшифровки фрагмента изображения радиографического снимка
Рис. 9. Результаты расшифровки фрагмента изображения, сформированного РМУ
На основании проведённого сравнительного анализа можно сделать вывод о том, что результаты расшифровки радиографических изображений образцов, которые (изображения) получены по разным технологиям на различном оборудовании, являются согласованными.
В настоящее время идут работы по конструктивному оформлению установки на новых детекторах. В перспективе ведется разработка установки, позволяющей контролировать сварные соединения по схеме «Черед две стенки» (при отсутствии внутреннего доступа к стыку).
Развитие цифровых радиометрических методов неразрушающего для непосредственного преобразования ионизирующего излучения в цифровое изображение является перспективным направлением в области рентгеноскопии сварных соединений. Применение радиометрических комплексов повысит производительность контроля, позволит значительно сократить затраты на расходные материалы и оборудование для фотохимической обработки, а также упростит архивацию результатов контроля.