Цифровая радиография для контроля сварных соединений технологических трубопроводов и строительных конструкций

Введение

Более 120 лет назад было открыто рентгеновское излучение. Одним из наиболее востребованных методов неразрушающего контроля [1, 2], базирующемся на рентгеновском излучении, является радиографический метод. С момента появления радиографического метода контроля основным и фактически единственным средством фиксации рентгеновского излучения являлась рентгеновская пленка. В процессе развития техники и технологий, предназначенных для проведения радиографического контроля, появились дополнительные средства фиксации рентгеновского излучения. В дополнение к рентгеновской пленке все активнее используются системы цифровой радиографии с запоминающими многоразовыми пластинами [3]. Кроме этого, для сохранения архивных рентгеновских пленок, все чаще выполняется оцифровка пленок с помощью специальных сканеров. В результате данной процедуры аналоговые рентгеновские снимки переводятся в цифровой формат и сохраняются в виде файлов. После оцифровки рентгеновский снимок становится набором пикселей (точек) с разными оттенками серого цвета.

АО «КТБ ЖБ» является динамично развивающейся компанией, которая постоянно совершенствуется и старается внедрять современные технологии. В развитие ГОСТ 7512-82 «Контроль неразрушающий. Соединения сварные. Радиографический метод» специалистами бюро разработан стандарт организации СТО 14258110-008-2015 «Строительные конструкции и изделия. Радиационный метод неразрушающего контроля». Данный стандарт распространяется на строительные конструкции и изделия, устанавливает радиационный метод определения их параметров, а также радиографический метод контроля сварных соединений с фиксацией параметров на рентгеновскую пленку, фосфорные пластины и плоскопанельные детекторы.

В настоящее время лаборатория неразрушающего контроля АО «КТБ ЖБ» ведет работы по неразрушающему контролю сварных соединений технологических трубопроводов на Московском НПЗ и развивает направление цифровой радиографии.

Стандарты по цифровой радиографии

В зарубежных странах разработан ряд стандартов в области цифровой радиографии (комплекс цифровой радиографии) [5÷9].

До последнего времени в Российской Федерации основным и, фактически, единственным государственным стандартом являлся ГОСТ 7512-82 «Контроль неразрушающий. Соединения сварные. Радиографический метод». Данный стандарт предусматривает применять в качестве детектора излучения рентгеновскую пленку. С момента последнего издания ГОСТ 7512 появилось новое направление неразрушающего радиографического контроля – цифровая радиография. В конце 2018 года вступил в действие новый государственный стандарт ГОСТ ISO 17636-2-2017 «Неразрушающий контроль сварных соединений. Радиографический контроль. Часть 2. Способы рентгено- и гаммаграфического контроля с применением цифровых детекторов».

До появления ГОСТ ISO 17636-2-2017, не смотря на отсутствие государственных стандартов, ряд крупных российских компаний, ориентированных на экспорт продукции в зарубежные страны, разработал собственные стандарты организаций для проведения цифровой радиографии. Данные СТО основывались на зарубежных стандартах качества.

ГОСТ ISO 17636-2-2017 позволит в значительной мере нивелировать отставание Российской Федерации от зарубежных стран в развитии цифровой радиографии. Однако несмотря на появление указанного стандарта цифровая радиография не может динамично развиваться без достаточного количества квалифицированных специалистов, способных работать со специализированной техникой. Специалисты, выполняющие неразрушающий контроль в соответствии с ГОСТ ISO 17636-2-2017, должны быть квалифицированы в соответствии со стандартом [4].

Цифровая радиография

Все чаще на смену аналоговой радиографии, в которой используется рентгеновская пленка, приходит цифровая радиография с применением запоминающих многоразовых пластин. При цифровой радиографии контроль сварного соединения выполняется подобно аналоговой радиографии, за исключением проявки рентгеновской пленки. Цифровой радиографический контроль выполняется в следующей последовательности:

• гибкая фосфорная пластина закрепляется к объекту контроля (например, сварному шву);
• производится экспонирование с помощью источника рентгеновского излучения;
• пластина сканируется с помощью специализированного сканера и, при необходимости, очищается для последующего использования;
• выполняется обработка и расшифровка полученного изображения.

Для того, чтобы система цифровой радиографии функционировала полноценно, требуется методика проведения радиографического контроля [10, 11]. Методика в обязательном порядке должна содержать указания:

• по выбору типа запоминающей пластины;
• по определению времени экспонирования;
• по выбору режима считывания изображения при сканировании;
• прочие указания.

Преимущества цифровой радиографии перед аналоговой

Радиографический контроль сварных соединений обладает рядом значимых преимуществ перед аналоговой системой [10]:

1. Выполнение работ в полевых условиях, например, при контроле сварных соединений несущих металлических конструкций на объектах гражданского и промышленного назначения или технологических трубопроводов на объектах нефтяной и газовой промышленности. Условия использования запоминающих пластин мало чем отличается от условий использования рентгеновской пленки. Пластины легко изгибаются и, при необходимости, могут быть обернуты вокруг трубопровода в зоне сварного шва; пластины не требуют внешнего источника электроэнергии и создания каких-то специальных условий контроля.
2. Отсутствие необходимости использования «мокрых» процессов и химических реактивов. Как известно для получения снимка на рентгеновской пленке необходимо выполнить ряд операций: проявка и закрепление изображения, промывка и сушка пленок. Данные операции выполняются ручным способом или с использованием проявочной машины. Для получения готового снимка необходимо не менее десяти минут. Кроме этого необходимо утилизировать использованные химические реактивы. При использовании запоминающих пластин химические реактивы не применяются, после экспонирования пластину устанавливают в специальный сканер, который считывает с нее изображение. Операция по сканированию пластины может занимать от нескольких секунд до нескольких минут и зависит от размера пластины и режима считывания.
3. Многократное использование пластин. После считывания сканером изображения с запоминающей пластины, ее очищают. Очистка выполняется специальным встроенным в сканер лазером, соответственно процессы считывания изображения и очистка пластины происходят последовательно и позволяют избежать расхода дополнительного времени. После завершения очистки пластина готова к новому использованию. Пластина может быть повторно использована до нескольких тысяч раз.
4. Высокая чувствительность. По своей чувствительности запоминающие пластины не только не уступают рентгеновской пленке, а во многих случаях значительно превосходят ее.
5. Высокое разрешение. В настоящее время предложенные на рынке системы цифровой радиографии могут обеспечить разрешение до 12,5 мкм. Данное разрешение позволяет использовать их как для контроля трубопроводов в нефтегазовой отрасли, так и в атомной и авиационной промышленности. Из опыта проведении неразрушающего контроля трубопроводов известно, что качественное изображение получается при разрешении 50÷100 мкм.
6. Широкий диапазон экспозиций. Сканер, как правило, обладает широким диапазоном режимов усиления, т.е. в зависимости от выбора усиления снимок может иметь большую или меньшую яркость. Например, при первичном сканировании пластины сигнал получился недостаточно ярким, при этом, если пластина не была очищена, имеется возможность выполнить ее повторное сканирование, но с использованием более высокого усиления. При повторном сканировании изображение будет более качественным и пригодным для расшифровки.
7. Цифровое изображение. Изображение, получаемое в процессе неразрушающего контроля, изначально получается в цифровом формате. Многие крупные компании зачастую требуют выполнять оцифровку рентгеновских снимков, выполненных на пленке, поэтому данное обстоятельство является дополнительным преимуществом запоминающих пластин и позволяет снизить как финансовые издержки, так и временные затраты. Оцифровка аналоговых рентгеновских снимков довольно затратная работа, так как специализированные сканеры, позволяющие с высоким качеством сканировать пленки, являются достаточно дорогостоящим оборудованием.
8. Хранение информации и архивирование. В зависимости от требований руководящих документов организаций аналоговые рентгеновские снимки подлежат хранению от одного года до нескольких лет. Для хранения таких пленок необходимо специализированное помещение, в котором должна поддерживаться определенная температура и влажность. А учитывая большое количество хранимых материалов поиск конкретной пленки может быть затруднен. Цифровые снимки, полученные с использованием запоминающих пластин, могут храниться на сервере организации, в облачном хранилище и в архивах (на носителях информации, например, на CD или DVD дисках). Хранение цифровых снимков не требует устройства специализированного помещения, а поиск необходимого снимка может быть быстро выполнен при помощи компьютера. Данное преимущество также позволяет значительно снизить финансовые издержки.

Особенности применения систем цифровой радиографии

При использовании запоминающих пластин необходимо учитывать несколько важных условий [10]:

• эксплуатация пластин. Срок службы пластин в значительной мере зависит от аккуратности обращения с ними. В случае правильной эксплуатации, пластины могут быть использованы до нескольких тысяч раз. Для предотвращения появление царапин пластины необходимо держать в специальных защитных чехлах. Не допускается сильно скручивать и перегибать пластины. Нужно правильно подбирать размер пластин под конкретную задачу. А в связи с тем, что длинные пластины больше подвержены механическим они не рекомендуются к использованию;
• расположение пластин. Для исключения появления на пластинах областей с максимальной интенсивностью засветки рекомендуется при установке пластин на контролируемом участке избегать их прямой засветки рентгеновским излучением. Очистка областей с интенсивной засветкой потребует несколько раз пропустить пластину через устройство очистки, в результате чего процесс работы замедлится. Однако данное неудобство отсутствует при контроле сварных соединений трубопроводов. Кроме того, засветку можно минимизировать путем правильного подбора размера пластины, установкой защитных экранов или специализированных фильтров рентгеновского излучения.
• внешнее освещение. Запоминающие пластины допускается использовать при обычном искусственном освещении, но стоит избегать яркого солнечного света, так как в его спектре содержаться компоненты, которые стирают изображение с пластин. Для предотвращения стирания изображения пластины должны находиться в защитных чехлах до момента их установки в сканер. Сканирование рекомендуется производить в помещении, куда не попадает солнечный свет и отсутствует очень яркое искусственное освещение.
• источник рентгеновского излучения. Чувствительность запоминающих пластин превышает чувствительность рентгеновской пленки при энергии излучения до 200 кэВ и ниже – при энергиях около 1 МэВ. С учетом этого, при использовании запоминающих пластин, рекомендуется в качестве источника излучения использовать рентгеновские аппараты;
• время экспозиции и режим усиления сканера. Для получения качественного изображения необходимо правильно подобрать время экспозиции пластин и режим усиления сканера. Чтобы добиться максимального качества контроля, в зависимости от толщины контролируемого объекта, следует подобрать напряжение на рентгеновском аппарате (рентгеновской трубке), выбрать разрешение и тип пластины, а также установить величину усиления в сканере так, чтобы обеспечивалось минимальное время. Указанные величины могут быть подобраны как экспериментальным способом, так и при помощи моделирования на компьютере. Кроме этого вышеуказанные величины должны быть отражены в методических рекомендациях или технологической карте, в соответствии с которыми выполняется контроль.

Экономическая составляющая цифровой радиографии. При выполнении большого объема работ, радиографический метод контроля сварных соединений является экономически целесообразным. В таблице приведены сравнительные затраты на основе стоимости расходных материалов, представленных на отечественном рынке.

Выводы

1. Система цифровой радиографии с применением гибких пластин является новым этапом развития неразрушающего контроля и позволяет:
   • исключить «мокрые» процессы обработки и обеспечить экологическую безопасность (отсутствует необходимость в применении и утилизации химических реактивов);
   • снизить себестоимость получения снимков за счет многократного использования пластин;
   • повысить производительность работ за счет исключения «мокрых» процессов и получения цифрового изображения;
   • использовать все преимущества современных компьютерных технологий для обработки и расшифровки полученных изображений, а также для хранения и архивирование результатов;
   • без ограничений применять пластины при выполнении контроля сварных соединений несущих металлических конструкций на объектах гражданского и промышленного назначения или технологических трубопроводов на объектах нефтяной и газовой промышленности.
2. Для динамичного развития системы цифровой радиографии на территории Российской Федерации необходимо:
   • разработка национальных стандартов и апробированных методик, которые позволят охватить весь спектр задач, возникающих при применении цифровой радиографии;
   • наладить качественную подготовку и обучение специалистов, способных работать со специализированной техникой;
   • вести разработку отечественных программных комплексов, позволяющих осуществлять автоматизированную обработку результатов неразрушающего контроля.

Список использованной литературы

1. Неразрушающий контроль: Справочник: В 8 т. / Под общ. Ред. В.В. Клюева. Т1: В 2кн. Кн. 1 Ф.Р. Соснин. Визуальный и измерительный контроль. Кн. 2 Ф.Р. Соснин. Радиационный контроль. – 2-е изд., испр. – М.: Машиностроение, 2008. – 560 с.: ил.
2. Горбачёв В.И., Семёнов А.П. Радиографический контроль сварных соединений: Учебно-методическое пособие / Под ред. К.т.н. В.И. Горбачева. – М.: Издательство «Спутник+», 2009. – 486 с.
3. Мартынюк А.В. Введение в цифровую радиографию. Фосфорные пластины вместо рентгеновской пленки (на правах рукописи), Киев, 2012.
4. AENOR UNE-EN ISO 9712-2012 Non-destructive testing - Qualification and certification of NDT personnel [Неразрушающий контроль - Квалификация и сертификация персонала по неразрушающему контролю].
5. DIN EN ISO 5579-2014 Non-destructive testing - Radiographic testing of metallic materials using film and X- or gamma rays - Basic rules [Контроль неразрушающий. Радиографический контроль металлических материалов с помощью пленок и рентгеновских или гамма-лучей. Основные правила].
6. ISO 10675-1:2016 Non-destructive testing of welds - Acceptance levels for radiographic testing - Part 1: Steel, nickel, titanium and their alloys [Неразрушающий контроль сварных швов. Уровни приемки для радиографического контроля. Часть 1. Сталь, никель, титан и их сплавы].
7. DIN EN ISO 19232-1-2013 Non-destructive testing - Image quality of radiographs - Part 1: Determination of the image quality value using wire-type image quality indicators [Контроль неразрушающий. Качество изображения на рентгеновских снимках. Часть 1. Определение значения качества изображения с использованием показателей качества изображения проволочного типа].
8. DIN EN ISO 19232-2-2013 Non-destructive testing - Image quality of radiographs - Part 2: Determination of the image quality value using step/hole-type image quality indicators [Контроль неразрушающий. Качество изображения на рентгеновских снимках. Часть 2. Определение значения качества изображения с использованием показателей качества изображения типа шаг/отверстие].
9. DIN EN ISO 19232-4-2013 Non-destructive testing - Image quality of radiographs - Part 4: Experimental evaluation of image quality values and image quality tables [Контроль неразрушающий. Качество изображения на рентгеновских снимках. Часть 4. Экспериментальная оценка значений и таблиц качества изображения].
10. Багаев K.А., Варламов А.Н. Применение компьютерной радиографии на основе запоминающих пластин для контроля сварных соединений нефте- и газопроводов // Экспозиция Нефть Газ, 2012, № 2 (20), С. 69-71.
11. Кулешов В.К. Практика радиографического контроля: учебное пособие / В.К. Кулешов, Ю.И. Сертаков, П.В. Ефимов, В.Ф. Шумихин; Томский политехнический университет. – Томск: Изд-во Томского политехнического университета, 2009. – 288 с.