在油田天然氣井叢管網(wǎng)的檢修中，發(fā)現(xiàn)一些焊縫根部及母材內(nèi)壁有腐蝕坑存在，其主要形狀為孔蝕和片蝕，對(duì)管道的安全運(yùn)行構(gòu)成了極大隱患，因此需要對(duì)腐蝕深度進(jìn)行精確測(cè)量，作為RBI(基于風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估的設(shè)備檢驗(yàn))分析的依據(jù)。傳統(tǒng)的超聲檢測(cè)、相控陣檢測(cè)、渦流檢測(cè)等技術(shù)往往難以確定內(nèi)壁小面積腐蝕坑的最大腐蝕深度位置，且對(duì)焊縫及其鄰近區(qū)域的腐蝕坑測(cè)量可靠性低。

X射線射入金屬材料時(shí)會(huì)發(fā)生衰減，衰減量與穿透厚度具有函數(shù)關(guān)系，數(shù)字X射線攝影（DR）技術(shù)可把不同的透照射線強(qiáng)度以灰度記錄下來(lái)形成數(shù)字圖像。利用該原理，吉林亞新工程檢測(cè)有限責(zé)任公司和包頭市北國(guó)無(wú)損檢測(cè)技術(shù)有限公司的技術(shù)人員通過(guò)模擬試驗(yàn)建立了厚度-灰度數(shù)學(xué)模型，采用算法計(jì)算得出了腐蝕坑深度，下面讓我們來(lái)詳細(xì)了解一下吧。

模擬試驗(yàn)

選擇與天然氣管道形狀、材料相近的鋼管，加工不同深度的平底孔作為模擬試塊，如圖1所示，設(shè)置的平底孔參數(shù)如表1所示。

圖1 模擬試塊結(jié)構(gòu)示意

表1 模擬試塊上設(shè)置的平底孔參數(shù)

采用X射線對(duì)模擬試塊不同深度的平底孔進(jìn)行透照，透照時(shí)采用相同的透照布置、曝光參數(shù)，采集圖像后測(cè)量平底孔及相鄰母材部位的灰度，平底孔編號(hào)順序如圖2所示，灰度測(cè)量結(jié)果如表2所示。

圖2 平底孔編號(hào)順序示意

表2 灰度測(cè)量結(jié)果

數(shù)據(jù)歸一化處理

理論上相同的曝光條件下，母材的灰度應(yīng)是相同的，但是在實(shí)際檢測(cè)中焦距、照射方向的厚度差異會(huì)引起母材的灰度差異，亦會(huì)引起腐蝕坑的灰度差異，可以通過(guò)歸一化計(jì)算法降低該偏差，歸一化計(jì)算結(jié)果如表3所示。

表3 歸一化灰度處理結(jié)果

由曲線斜率k的計(jì)算公式k=ΔG/Δh（ΔG為灰度差，Δh為平底孔深度）得出平均斜率圖片=1262，數(shù)據(jù)相對(duì)偏移量為-1.20%~15.82%，絕對(duì)偏移量為-0.12~0.32mm，數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)結(jié)果如表4所示。

表4 曲線斜率及不確定度統(tǒng)計(jì)結(jié)果

腐蝕坑深度h的計(jì)算公式為：h=ΔG×圖片。通過(guò)數(shù)據(jù)分析，灰度差與平底孔深度呈線性關(guān)系，其關(guān)系曲線如圖3所示。

圖3 灰度差與平底孔深度關(guān)系曲線

現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)

按照操作指導(dǎo)書(shū)采集DR圖像。在選擇灰度測(cè)量點(diǎn)時(shí)，首先應(yīng)著重考慮散射線的影響，盡可能選擇散射比接近的兩點(diǎn)作為參考點(diǎn)，降低散射比不同引起的灰度差。散射比與焦距、照射場(chǎng)、射線能量、穿透厚度、焊縫余高、鋼管曲率等均有關(guān)系；其次，要考慮射線束偏離中心導(dǎo)致的透照厚度的變化，射線束偏心對(duì)透射率也有一定的影響。

母材腐蝕坑測(cè)量

受射線檢測(cè)幾何布置特點(diǎn)的影響，鋼管圓周方向穿透厚度的變化較大，測(cè)量點(diǎn)越偏離管子中軸線，厚度變化就越大，而軸向的穿透厚度變化較小。因此在選擇母材腐蝕坑測(cè)量點(diǎn)時(shí)，第1點(diǎn)選擇在被測(cè)腐蝕坑中灰度值最大的部位，第2點(diǎn)選擇在軸向偏移一定距離的母材完好部位，根據(jù)工件情況也可在腐蝕坑上下對(duì)稱部位取兩點(diǎn)（第2點(diǎn)，第3點(diǎn)）的平均灰度作為母材灰度的測(cè)量值，母材腐蝕坑測(cè)量點(diǎn)位置如圖4所示。

圖4母材腐蝕坑測(cè)量點(diǎn)位置

熔合線附近腐蝕坑測(cè)量

射線透照焊縫時(shí)，較薄部位的射線會(huì)向較厚部位散射，不同部位的散射比變化復(fù)雜，難以量化，因此需要通過(guò)選擇合適的測(cè)量點(diǎn)來(lái)降低散射比的影響。熔合線附近腐蝕坑測(cè)量點(diǎn)的選擇主要考慮內(nèi)外余高疊加引起的透照厚度的變化。因此在選擇測(cè)量點(diǎn)時(shí)，第1點(diǎn)選擇在腐蝕坑灰度最大的部位，第2點(diǎn)選擇在該點(diǎn)附近沿著焊縫偏移至無(wú)腐蝕的部位，熔合線附近腐蝕坑測(cè)量點(diǎn)位置如圖5所示。

圖5熔合線附近腐蝕坑測(cè)量點(diǎn)位置

焊縫腐蝕坑測(cè)量

選擇焊縫腐蝕坑測(cè)量點(diǎn)時(shí)，應(yīng)主要考慮焊縫余高的變化、內(nèi)外余高疊加、雙壁透照時(shí)兩個(gè)焊縫疊加等引起的透照厚度和散射比的變化。第1點(diǎn)選擇在腐蝕坑灰度最大的部位，第2點(diǎn)選擇在該點(diǎn)附近沿著焊縫偏移至無(wú)腐蝕的部位；在選擇第2點(diǎn)時(shí)也應(yīng)考慮射線束偏離中心帶來(lái)的透照厚度的變化，隨著測(cè)量點(diǎn)遠(yuǎn)離曝光中心點(diǎn)，厚度偏差變大，因此將曝光中心設(shè)在第1點(diǎn)和第2點(diǎn)的中間位置可降低該因素的影響，焊縫腐蝕坑測(cè)量點(diǎn)位置如圖6所示。

圖6焊縫腐蝕坑測(cè)量點(diǎn)位置

數(shù)據(jù)整理

根據(jù)測(cè)量的灰度數(shù)據(jù)，按上述計(jì)算方法得出腐蝕坑深度，腐蝕坑灰度及深度數(shù)據(jù)如表5所示。

表5腐蝕坑灰度及深度數(shù)據(jù)

結(jié)語(yǔ)

在役管道腐蝕坑深度的DR檢測(cè)中，圖像灰度與工件厚度、射線能量、材料吸收系數(shù)、散射線、照射場(chǎng)、管內(nèi)介質(zhì)、腐蝕坑內(nèi)容物等均有關(guān)；透照部位偏離射線束中心的程度也會(huì)對(duì)透照厚度和射線透射率產(chǎn)生影響；受鋼管曲率的影響圖像各個(gè)部位的散射比也不同，在實(shí)際應(yīng)用中只有綜合考慮上述因素，才能提高管道腐蝕坑深度的測(cè)量精度。