رادیوگرافی صنعتی

پرتونگاری یکی از کاربردی‌ترین روش‌های بازرسی می‌باشد. در این روش از پرتوهای ایکس و گاما برای شناسایی عیوب درون قطعه استفاده می‌شود.

پرتوهای ایکس و گاما دارای طول موج‌های بسیار کوتاه هستند و به همین دلیل انرژی بسیار زیادی داشته و قدرت نفوذ و عبور از درون قطعه را دارند.

عبور این پرتوها از هر محیطی همراه با تضعیف و جذب قسمتی از آن توسط محیط است. میزان تضعیف تحت تأثیر چندین عامل است که شامل چگالی و ساختار محیط و همچنین نوع، شدت و انرژی فوتون پرتو خواهد بود.

اساس این روش تغییر ضریب جذب و تغییر در میزان اشعه عبوری از قسمت‌های سالم و معیوب قطعه است. وجود هرگونه عیب که دارای چگالی متفاوتی با قطعه باشد باعث کاهش یا افزایش میزان اشعه عبوری از قطعه می‌شود. با استفاده از فیلم پرتونگاری این پرتوها ثبت شده و پس از ظهور فیلم می‌توان به تفسیر عیوب فیلم پرداخت.
فیلم پرتونگاری پس از ظهور بر اثر دریافت اشعه سیاه می‌شود و قسمت‌هایی که اشعه بیشتری دریافت کرده تیره‌تر و قسمت‌هایی که اشعه کمتری دریافت کرده روشن‌تر خواهد شد.
عیوبی مانند دانه‌های اکسیدی که چگالی بالاتری از قطعه دارند، دارای ضریب جذب بالاتری هستند و شدت اشعه عبوری را کاهش می‌دهند، در نتیجه این نقاط اثر روشن تری بر روی فیلم می‌گذارند یا بالعکس عیوبی مانند حفره و مک گازی که دارای چگالی کمتری هستند اثر تیره تری بر روی فیلم می‌گذارند.
با تفسیر دقیق فیلم و آشنایی با فرایند انجام شده بر روی قطعه می‌توان در مورد عیوب احتمالی موجود در درون قطعه اظهار نظر نمود؛ ولی در حال حاضر نیز با توجه به پیشرفت علم و تکنولوژی صنعت رادیوگرافی صنعتی نیز با استفاده از دانش‌های الکترونیک و کامپیوتر در جهت دیجیتال کردن فرایند تست پرتونگاری گام مؤثری را برداشته‌است.
پرتونگاری دیجیتال (DR) جایگاه خود را پس از شناخت برتری این تکنولوژی نسبت به تکنولوژی عکسبرداری در بازار تست‌های غیر مخرب توسط متخصصان بدست آورده‌است.

پرتونگاری دیجیتال در یک آزمایشگاه

سیستم مورد استفاده در این آزمایش یک سیستم بازرسی پرتو ایکس قابل حمل قابل حمل foisco-rayzor بود که حاوی پانل ۱۴ بیتی (۱۶٬۳۸۴ پیکسل خاکستری) با منبعی از نوع XRS-3 با ۲۷۰کیلو ولتاژ می‌باشد و نمونه‌های متعدد جوشکاری لوله‌های حمل مواد نفتی با نقص‌های عمدی همچون slag, undercut, porosity and cracks مورد آزمایش قرار گرفتند.

معیار موفقیت این آزمایش برابر با زمان گرفته شدن یک عکس، قابلیت دیدن نقص‌ها، و سیم‌های IQI است.
شکل ۱ لوله فولاد کربن ۵۳۵۵ با قطر خارجی ۶۰٫۳ میلی‌متری و ضخامت ۲٫۹ میلی‌متری که به صورت شکل V جوشکاری شده را نشان می‌دهد. تنظیمات خارجی و پارامترهای شات اشعه ایکس همانند شرایط و زمان اشعه ایکس و همچنین اندازه‌گیری‌های قطر لوله و ضخامت نیز به عنوان حاشیه نویسی‌های عکس ثبت شده‌اند. زمان پرتوگیری ۳٫۵۴ ثانیه (۵۳ پالس) بوده‌است.
فاصله نقطه کانونی تا آشکارساز ۵۰ سانتی‌متر بوده و زاویه «عکسبرداری» ۹۰ درجه می‌باشد؛ و همچنین شاخص کیفیت تصویر از نوع 13.19FE برای بررسی حساسیت ۲٪ استفاده شده‌است.
یک بلوک فولادی برای این آزمون به عنوان یک مرجع اندازه‌گیری قرار داده شده‌است و نقص‌های موجود در جوشکاری را می‌توان به وضوح دید.
در شکل ۲ عدم نفوذ ریشه به وضوح در بالای جوش دیده می‌شود. در پایین سمت چپ جوش، تخلخل را می‌توان تشخیص داد و در سرباره قائمه پایین‌تر و پایین‌تر دیده می‌شود. لوله از فولاد کربنی ۵۳۵۵ ساخته شده و دارای قطر خارجی ۸۸٫۹ میلی‌متر و ضخامت دیواره ۳٫۲ میلی‌متر است.
شکل ۳ یک لوله ۵۳۵۵ فولاد کربنی به شکل T با قطر بیرونی ۶۰ میلی‌متر و ضخامت ۲٫۹ میلی‌متری را نشان می‌دهد. پرتوگیری تنها ۴٫۳ ثانیه طول کشید و فاصله بین آشکارساز و نقطه کانونی ۵۰ سانتی‌متر بود. زاویه ۹۰ درجه بود و از شاخص کیفیت 10.16FE برای بررسی حساسیت ۲٪ استفاده شده‌است. سرباره و عدم نفوذ ریشه در جوشکاری با چگالی بالا به وضوح قابل مشاهده است.

تغیر دانسیته

ابزار ترازیابی دریچه، یک بخش نرم‌افزاری است که امکان بدست آوردن اکثر اطلاعات ایجاد شده توسط سیستم DR را برای متصدی NDT فراهم می‌کند. تصویرگر مسطح دستی، تصویری با برد ۱۴ بیتی را ارائه می‌دهد که معادل ۱۶۳۸۴ سطح خاکستری اطلاعات می‌باشد. نمایشگر کامپیوتر به‌طور معمول تنها ۲۵۴ سطح خاکستری را نشان می‌دهد. ابزار ترازیابی دریچه امکان روشن یا تیره کردن تصاویر را برای متصدی فراهم کرده، طیف مخصوص سطوح خاکستری را هربار بررسی کرده، و میدان دید اطلاعات خاص تر را بر صفحه نمایشگر ۸ بیتی فراهم می‌کند.
شکل ۴ ابزار تغیر دانسیته را در حین فعالیت نشان می‌دهد. تصویر اشعه ایکس یک بالگرد هواپیما (ساخته شده از ریخته‌گری آلومینیوم) در محدوده ای مشاهده می‌شود که شکاف موجود در انتهای ضخیم سمت راست آن و نقص‌های موجود در حفره عمود بر انتهای نازک سمت چپ را آشکار می‌کند.

دقیق سازی

ابزار دقیق سازی یک الگوریتم پیچیده‌است که تصویر را با حداقل نویز افزوده دقیق و تیز می‌کند. ابزار دقیق سازی مخصوصاً هنگام استفاده از منبع Ir-192 مفید واقع می‌شود که اشعه‌های آن را در هر جهتی پرتاب می‌کند و بنابراین نقطه کانونی بزرگی دارد که منجر به ایجاد ناهماهنگی در تصاویر می‌شود. این ویژگی می‌تواند به پیدا کردن جزئیات نقص‌ها در یک تصویر کمک کند.

برجسته کردن

الگوریتم برجسته کردن، مقیاس سطح خاکستری را به تفضیل تفسیر کرده، اثر سه بعدی را ایجاد می‌کند، و تصویر را به صورت منقوش شده بر روی فلز نشان می‌دهد.

این ویژگی‌ها شناسایی نقص‌هایی همچون خوردگی و تخلخل در لوله‌ها را آسان‌تر می‌کند.
شکل ۵ چگونگی آشکارسازی مواد فرورفته در لوله فولادی کربنی با قطر بیرونی ۳٫۵ اینچی و بسیار راحت شدن مشاهده توسط اثر برجسته سازی را نشان می‌دهد. برای راحتی انجام تحلیل‌ها، تصویر با یک کلیک دکمه فوراً به روی صفحه نمایشگر منتقل می‌شود.

پوشش

حالت پوشش ترکیبی از دو تصویر یکی در بالای دیگر است. این حالت زمانی مفید است که بخش‌های مختلف شی اشعه ایکس نیاز به زمان نوردهی متفاوت داشته باشند. این مورد این اجازه را می‌دهد تا ضخامت و مواد مختلف را در یک تصویر مشاهده کنید.
در شکل ۶، جهت مشاهده تمام جزئیات تفاوت میان مواد لوله حمل مواد نفتی و عایق آن تنها با یکبار پرتونگاری دشوار است. اما با دو مرتبه پرتونگاری با زمان ۱۰ ثانیه و ۳ ثانیه و سپس قرار دادن تصاویر با استفاده از حالت پوششی به‌طور خودکار دقیقاً در قسمت بالای یکدیگر قرار می‌گیرند؛ و تمام جزئیات را می‌توان در یک تصویر برای تحلیل واضح مشاهده کرد.

میانگین

تابع میانگین سازی دو تصویر یا بیشتر با میانگیری مقادیر خود در هر پیکسل ترکیب می‌کند. عملکرد میانگیری خودکار، میانگین تعداد تصاویر (همان‌طور که توسط کاربر تنظیم شده) را با استفاده از گرفتن عکس‌های متوالی یکی پس از دیگری و سپس نمایش یک عکس که نتیجه میانگیری عکس‌های متوالی است، می‌گیرد. این نتیجه به دلیل کاهش پارازیت تمیزتر بوده و جزئیات دقیق تری را نشان می‌دهد.

آزمایش ترکیبی

یک برش از لوله برای مقایسه میان منبع اشعه ایکس پالس و منبع اشعه گاما از پالایشگاه به آزمایشگاه آورده شد.
شکل ۷ نشان می‌دهد که منبع اشعه ایکس پالس قادر به دستیابی به نتایج واضح تر در حداقل زمان پرتوگیری می‌باشد.

تنها یک پرتوگیری با منبع XRS-3 270KV تصویری(C) با کیفیت بالا را ارائه می‌دهد که حتی از تصویر ایجاد شده به وسیلهٔ میانگین‌گیری شش عکس(b) با Ir192 بزرگتر و قطعاً از یک پرتوگیری عکس(a) با Ir-192 بهتر می‌باشد.
اثر برجسته سازی نشان می‌دهد که نقص‌های جدید را می‌توان در تصویر ایجاد شده با منبع اشعه ایکس پالس(C) را شناسایی کرد. تصویر سمت چپ (a) در ۹ ثانیه پرتوگیری با Ir-192 ایجاد شد، تصویر میانی (b) حاصل میانگیری ۶ تا از چنین تصاویری می‌باشد (۹×۶= ۵۴ ثانیه پرتوگیری با Ir-192) و تصویر سمت چپ تصویری است که با منبع اشعه ایکس پالس XRS-3 تنها با ۲٫۰۳ ثانیه پرتوگیری گرفته شد. اشعه ایکس نه تنها نسبت به رادیواکتیو ایریدیوم خطر کمتری دارد، بلکه اشعه‌هایش متمرکز تر و جهت گرا تر بوده و زمان پرتوگیری آن کاهش می‌یابد.

سنجش زمان پرتوگیری

سیستم‌های بررسی پرتابل DR برای متصدی‌های NDT به مدت چند سال در دسترس بود. نتایج بدست آمده از زمان‌های پرتوگیری در فعالیت میدان روزانهٔ ارائه دهنده NDT در فنلاند برای تکمیل قابلیت‌های NDT لوله با DR دستی مورد استفاده قرار می‌گیرند.

جدول ۱ سنجش زمان NDT لوله‌ها را در اندازه‌های مختلف که از مواد متنوع هم ساخته شده‌اند، را به‌طور جزئی نشان می‌دهد. این جدول دفعات پرتوگیری مورد نیاز در هنگام استفاده از فیلم با دفعات پرتوگیری هنگام استفاده از یک سیستم DR دستی را مقایسه می‌کند. تمام این آزمایش‌ها با استفاده از منبع Ir-192 انجام می‌شوند.