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一、X射线探伤方法需要改进和创新
长期以来工业锅炉主要焊缝的无损探伤检验是以X射线胶片照相探伤为主要方法。X射线胶片探伤方法（以与简称胶片照相方法），具有检测结果直观、准确，有底片可存档备查等优点，因而受到制造厂、用户及监检部门的认同和重视。由于该胶片照相方法技术成熟、工艺稳定、四十多年几乎没有大的改进。在科学技术不断进步的今天，只有坚持技术改进和创新才能促进X射线探伤方法的进一步发展。
二、X射线数字化成象检测技术可以代替胶片照相探伤方法
随着无损检测技术的发展和计算机应用的普及，现在一种新兴的无损检测技术 X射线数字化实时成象检测技术（以下简称“数字化实时成象”检测技术）应运而生。数字化实时成象技术是基于以下原理：粗糙度测量仪 http://www.cucaoduceliangyi.com X射线透过金属材料，经图象增强器的接收将隐含的检测信号转换成可视模拟图象，模拟图象输入计算机（或经数码摄象机采集）形成数字图象，数字图象经计算机处理能够提供金属表面及内部缺陷信息，应用计算机对图象进行评定，从而达到金属材料无损检测的目的。由X射线数字化实时图象的质量与胶片照相底片相当或者完好，因此，X射线数字化及时成象检测技术可以代替胶片照相探伤方法。
数字化实时成象技术具有胶片照相探伤方法原有优点，并且改进了照相探伤方法的不足，因此，数字化实时成象检测技术在无损检测领域中有良好的应用前景。目前已经在气瓶对接焊缝探伤中得到成功的应用，国家质量技术监督局已正式发布了GB17925-1999《气瓶对接X射线实时成象检测》国家标准，为该技术在锅炉压力容器的应用开创了先河。
三、数字化实时成象检测设备的基本配置
1．X射线机
采用小焦点直流恒压水冷X射线机，它具有清晰高、X射线能量稳定、能长时间工作等优点。也可以选择气体绝缘、风冷、变频X射线机，工作频率为120～300Hz或更高，其输出波型近似方波，也能较稳定地输出X射线，与直流恒压电流功能相近。不论选择何种Χ射线机，X射线管焦点尺寸≤1.0×1.0mm ，最好采用金属陶瓷管X射线管。金属陶瓷管虽然造价高些，但坚固耐用，性能稳定。
2．锅筒移动（转动）工装
锅筒在探伤时应能在工装上均匀地移动或转动。通常是锅筒将放置在机械传动的滚轮架上，滚轮架装在机械小车上，小车在探伤室轨道上行走。通过小车均匀行走，可实现纵焊缝的探伤；通过滚轮的转动，可实现环焊缝的探伤。
3．机械悬臂
探伤时，X射线机需伸入锅筒内，通常将X射线管头固定在悬臂端部，高压电缆缚在悬臂上，悬臂的另一端固定在支架上。为了适应不同直径的锅筒探伤，悬臂能在支架上作上下移动，支架能在基础上作短距离的移动。悬臂不必前后伸缩。
4．图象增强器
X射线穿透焊缝后，被图象增强器所接收。图象增强器前屏涂布有荧光物，能激发出可见光，光束经收敛聚集在后屏上，被摄像机摄取，从而将隐含的X射线检测信号转换为可见光的检测图象。选用高分辨率（6-8LP/mm）的图象增强器。图象增强器的分辨能指标对设备系统的固有分辨率有很大的关系。图象增强器输入屏直径以150～230mm（6〃～9〃）为宜。因为输入屏直径较大，图象分辨率可能会下降；输入直径较小，分辨率提高，但焊缝一检测长度较短，工效较低。图象增强器只要不意外损坏损坏，其工作寿命很长。
5．摄像机
图象增强器输出屏上的图象，经摄像机摄取或采集，输入计算机进行图象处理。可采用高分辨率的CCD摄像机，（CCD 电荷耦合器），按照内前CCD摄像机技术水平，其采集分辨率应不低于768×576×8bit ，靶面尺寸不小于1/3〃。一般摄像机采集的是模拟信号，需要用图象采集卡进行模拟量/数字量的转换，才能为计算机所采集。目前有一种CCD数码摄像机，其输出的信号是数码信号，能被计算机直接接收，不需要图象采集卡进行模/数转换。CCD摄像机体积小，耗电量小，工作寿命长。随着光电耦合技术的发展，高分辨的CCD摄像机已经问世，而且性能/价格比高，为X射线数字化实时成象技术的推广应用畅开了大门。
6．计算机
计算机的普及应用是二十世纪伟大的科技成果。现在计算机已渗透各个领域，同样也渗透在射线探伤领域。X射线数字化实时成象检测技术之所以能应用，很大程度上是借助于计算机图象处理技术。
按照目前计算机的性能/价格水平，可采用较高档的计算机（CP机）配置：333M CPU 128M内存、10G硬盘、43cm（17〃）0.25mm彩显，85Hz刷新频率，并有软驱和光驱以及光盘刻录机。
X射线数字化成象检测系统至少应配置两台计算机，一台用于图象采集和图象处理，一台用于图象评定和数据保存输出。在探伤室内，两台计算机可用点对点方式联网，或者用局域网方式进行联网，管理人员或监检人员能在较远距离查阅焊缝探伤结果。
7．计算机操作程序
可用Windows95/98/2000作为X射线数字化实时成象系统的操作平台，“图无损检测资源网象采集 图象处理 图象评定 图象输出”应用程序，可按实际情况另行开发，例如“XCX2000实时成象检测程序”。
8．设备系统综合性能评价
X射线数字化实时成象检测设备系统综合性能指标用系统分辨率来表示，它实际反映的是设备系统综合性的固有分辨率（或固有不清晰度）。按照GB17925-1999标准，系统分辨率应大于或等于1.4LP/mm 。系统综合分辨率与各分设备性能有关。按照目前配置设备的性能水平，系统综合分辨率可达到1.6～2.0LP/mm。这为提高检测图象质量提供了可靠的设备保证。
四、锅筒对接焊缝X射线数字化实时成象检测的基本方法
1．对于内径≤1000mm锅筒可采用中心定向内照法，对于内径＞1000mm的锅筒，可采用偏心定向内照法。基本方法是将X射线管由悬臂伸进锅筒内，图象增强器在锅筒外，X射线束中心对准图象增强器。由于图象增强器直径较小，因而有用射线的幅射角较小，可通过装在X射线管上的铅准直器，限制X射线管向外幅射的角度，以减少多余射线的对图象质量的影响。
2．为了保护图象增强器不致换坏，图象增强与焊缝方向应保持一段距离。根据几何投影的原理可知，X射线实时成象的检测图象必然是放大的，放大倍数M为：
图象放大不仅是几何投影所必然，而且也提高图象质量所必需。图象放大倍数根据设备系统性能而定，通常存在一个最佳放大倍数Mopt：
式中：Us--成象设备系统固有不清晰度mm ，可通过试验方法测出。
d--X射线机焦点尺寸，mm 通常取M≈Mopt
３．图象可检测出的最小缺陷尺寸dmim为： dmim--图象可检出的最小缺陷尺寸，mm
4．由几何投影原理可知，一幅图象检测长度L3为： Ф--图象增强器输入屏直径，mm
例如：采用6〃图象增强器，Ф=150mm ，图象放大倍数取M=Mopt=1.5
对于要求100%检测的焊缝，为了不漏检，考虑在一幅检测图象两侧各留5mm搭接长度，则一幅图象有效检测长度Leff为：
例如：WNS2-1.0-Y锅炉筒体，内径1600mm，壁厚12mm，焊缝周长5114mm，则一条环焊缝需要检测N环 幅图象：
5．工装设计:假设一节锅筒长度为1600mm，则一条纵焊缝需要检测N纵幅图象
N即为滚轮架机械传动机械的设计参数，也可以将Leff为设计参数。滚轮架的传动具体设计由机械工程师根据实际情况自行确定，从探伤工艺出发，要求每移动或转动一次的精度应控制在±2.5mm 。
6．关于曝光时间
由于数字化实时成象检测技术应用了计算机图象处理技术，无损检测资源网图象处理速度取决于计算机的运算速度。如采用“586”配置，“采集－处理－储存”一幅图象所需时间约4S，机械移动或转动一幅图象的距离约6S，合计10S 。检测一条内径1600mm的环焊缝，需要10×60＝600S ，即曝光时间为10分钟。对于水冷X射线机，能连续长时间曝光，因此，一次连续曝光即可完成检测工作。对于风冷X射线机一次曝光时间仅为5分钟（曝光时间与冷却时间为1:1），因此可分两次曝光。
7．关于焦距L的选取
由于图象增强器输入屏直径较小，在满足焊缝透照厚度比K值（按GB3323-87标准AB级环焊缝K≤1.1 ，纵焊缝K≤1.0）的前提下，L值可以选得小些，有利于选择较低的管电压，也有利于提高图象质量。通常选取M≈Mopt ，根据：
通常L1选取等于或小于锅筒的半径，假设L1=500mm ，M=1.5，则：L2=250mm ，L=L1+L2=750mm 。
8．关于图象不清晰度:根据射线探伤的经典理论，底片不清晰度U与胶片固有不清晰度Us和几何不清晰度Ug有关，底片不清晰度U为：
式中：Us--胶片固有不清晰度，mm ，与胶片特性质和射线能量有关。
Ug--几何不清晰度，mm ，仅与几何投影关系有关。
几何不清晰度Ug为：
相对于高能射线（γ射线，直线加透器产生的X射线）而言，普通X射线机产生的X射线是低能射线，此时，胶片固有不清晰度很小，几乎可以忽略不计，所以，底片的不清晰度主要取决于几何不清晰度。
然而，对于X射线实时成象检测而言，系统的固有不清晰度较大，它与几何不清晰度对图象质量（图象不清晰度）共同起作用，其关系表达式为：
图象不清晰度实质上反映的是细小缺陷能够分离显示的程度，用相邻很近的两根线条能够分辨清楚的间距（mm）表示。当图象放大后，图象的影象随之放大，相邻两线条的间距也随之放大，使图象变得更加清晰，所以，图象放大对提高图象质量是有利的。放大后的图象不清晰度Ut为：
为了与视频技术及计算机技术术语相适应，X射线实时成象技术关于图象清晰程度的描述使用图象分辨率述语。图象分辨率可以用分辨率测试卡在图象上直接测试出来，直观方便。根据分辨率测试卡的设计原理与图象不清晰度的概念，图象分辨率与图象清晰度的对应关系是“互为倒数的二分之一”。
五、Χ射线实时成象探伤操作基本要领
1．将锅筒放置于滚轮架上，由小车推进探伤室；装有Χ射线机头的悬臂相对固定不动，锅筒前端人孔封头缓缓进入悬臂内；图象增强器固定在锅筒外的机架上。Χ射线管焦点对准被检焊缝中心和图象增强器中心。
2．关闭铅门，开启计算机，进入图象采集程序。开启Χ射线“高压”开关，静止地采集一幅图象后，转动（移动）1/N等分或一段距离，再静止地采集一幅图象，直到N幅图象全部采集完，关闭“高压”开关，这样一条焊缝就检测完毕，再移至下一条焊缝，重复以上步骤进行检测。
3．在图象采集过程中，计算机即时对采集的图象进行处理，可以即时看到焊缝的检测结果。将采集到图象传输到另一台计算机，进行更详细的焊缝质量评定。评定结果储存在计算机数据库内，评定后打印探伤报告。焊缝检测图象和探伤报告经刻录机转录到CD-R光盘上长期保存。通常CD-R光盘刻录两份，将检测结果备份保存。
整个探伤过程实现机械化、电脑程序化，大大减少了原来拍片过程中的烦琐操作，工效大大提高，可以说Χ射线数字化实时成象检测是对原来Χ射线照相探伤方法的重大改进和创新。
六、关于标准问题
推广Χ射线数字化实时成象检测技术时，遇到的第一个问题是问国家有关部门是否承认这项新技术，有没有国家标准。回答是肯定的。国家主管质量工作的国家质量技术监督局是支持这一新技术的，首先在气瓶行业进行试验和试用，成功后再推广到锅炉压力容器行业及其他行业。气瓶行业经过多年的试验和试用，在总结成功以经验的基础上，制订了《气瓶对接焊缝Χ射线实时成象检测》国家标准，标准编号为GB17925-1999 。据悉，国家质量技术监督局正在组织有关部门编制有关“锅炉压力容器管道焊缝Χ射线数字化实时成象检测”国家标准，在此之前，可参考GB17925-1999标准相关内容进行试验和试用。
七、关于图象质量评价
根据GB17925-1999标准，图象质量用灵敏度、灰度、图象分辨率三要素进行评价。
1．图象灵敏度与GB3323-87标准AB规定的要求等同。
2．与GB3323-87标准规定底片黑度控制在1.2～3.5的要求相对应，图象灰度应控制在80～230级之间（注：图象灰度变化范围定义为8bit即256级）。
3．图象分辨率按透照厚度分为三档：透照厚度＜6mm ，图象分辨率≥2.2LP/mm ；透照厚度6～25mm ，图象分辨率≥1.8LP/mm ；透照厚度＞25mm ，图象分辨率≥1.6LP/mm ，与GB3323-87标准AB级规定几何不清晰度相当。
八、经济效益分析
1．一次性投资
按照目前设备与技术（这里讲的技术主要是知识价值）的性能/价格水平，一套Χ射线数字化实时成象检测设备（含技术），一次性投资大约在××～1××万元之间。由于设备的配置选择不同，价格会有较大的伸缩。与原有的胶片照相探伤方法相比，虽然一次性投资较大，但它的技术成熟、投资风险小，回报率高。
2．直接经济效益良好
由于X射线数字化实时成象检测技术可以代替原来的胶片照相探伤方法，仅节约胶片的费用就十分可观。
假设图象采集分辨率为1280×1024×8bit ，一幅图象的宽度为全屏的1/3 ，则一幅图象占有的容量为437KB（1280×1024×1/3=437KB），将检测图象保存于容量为650M的CD R光盘上，则一张光盘可保存1440幅(650÷0.437=1487幅)检测图象。若一幅图象中，焊缝检测长度按90mm计算，则3幅图象相当于一张80×320mm的胶片，则1张光盘保存容量相当于480张(1440÷3=480张)照相底片。按目前的价格水平，一张优质光盘，售价为50元，检测图象按一式两份备份保存，则光盘的成本为100元；如果一张照相底片的直接成本按20元计算，则X射线数字化实时成象检测的直接成本仅是胶片照相检测直接成本的1%[100/(480×20)=1%]，其直接经济效益十分可观。
根据年产500蒸吨工业锅炉的某工业锅炉制造厂的统计资料，焊缝探伤拍片费用一年需要49万元人民币，如果改用Χ射线数字化实时成象检测技术，一年可节约49×(1－1%)=49×99%=48.5万元，也就是说仅2～3年就可以收回一次投资。
3．简接效益十分显著
Χ射线数字化实时成象检测技术具有检测速度快、检测周期短、可以实现实时检测等优点，这些优点是胶片照相探伤方法无可比拟的，对提高企业竞争能力和提高企业知名度有很大作用。
九、结论
综上所述，Χ射线数字化实时成象检测技术是成熟的，是对长期保持相对不变的胶片照相探伤方法的一次改进，是一次创新，因此，可以认为，在工业锅炉行业推广Χ射线数字化实时成象无损检测技术是可行的，并能取得良好的经济效益。
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