رادیوگرافی صنعتی
رادیوگرافی صنعتی (نام علمی: Industrial radiography) یا آزمون رادیوگرافی (به انگلیسی: Radiographic testing (RT)) یکی از روش‌های آزمون‌های غیر مخرب است.
آزمون رادیوگرافی به استفاده از امواج گاما و ایکس، که قابلیت نفوذ در بسیاری از مواد را دارا می‌باشند، برای بررسی مواد و تشخیص عیوب محصولات گفته می‌شود. در این روش اشعه ایکس یا رادیواکتیو به سمت قطعه هدایت می‌شود و پس از عبور از قطعه بر روی فیلم منعکس می‌شود. ضخامت و مشخصه‌های داخلی باعث می‌شوند نقاطی در فیلم تاریکتر یا روشن‌تر دیده شوند.
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.
فواید پرتونگاری دیجیتال
پرتونگاری دیجیتال پرتابل دارای فواید زیادی به شرح ذیل برای کاربران می‌باشد.
- زمان پرتوگیری تا ۱۰ برابر کاهش یافته و امنیت پرتونگاران و مردم عادی از لحاظ پرتوگیری به اندازه زیادی افزایش یافته‌است.
- تعطیلی کارخانه‌ها کاهش یافته و بررسی قطعات در حداقل زمان ممکن انجام می‌شوند.
- با استفاده ابزارهای نرم‌افزاری متنوع موجود می‌توان خیلی سریعتر عملیات تحلیل قطعات تست شده را مطابق استانداردهای جهانی انجام داد
پرتونگاری دیجیتال یک ترکیب ایده‌آل برای پرتونگاران می‌باشد که می‌توان با استفاده از تجهیزات و ابزارهای نرم‌افزاری تحلیل‌های مشکل و پیچیده را انجام داد و همچنین می‌توان فعالیت‌ها را در یک آزمایشگاه یا در مکان ساخت قطعات انجام داد و در سریعترین زمان به نتایج تست دست پیدا کرد.
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.
پرتونگاری دیجیتال در میدان
این آزمایش برای درک مزایای فعالیت با سیستم بررسی پرتونگاری دیجیتال بااستفاده از منبع اشعه گاما شروع به کار کرده‌است. سیستم مورد استفاده در این آزمایش، سیستم بازرسی قابل حمل FX-Rayzor با پانل تخت سیلیکون آمورف نازک ۱۳ میلی‌متر بود. معیارهای مورد نظر برای موفقیت آزمون عبارت است از:
- زمان برای راه اندازی آشکارساز و منبع در محل
- زمان برای گرفتن یک تصویر خوب
- کیفیت تصاویر در مقایسه با تصاویر شناخته شده از شی مورد آزمایش
- ابزارهای تجزیه و تحلیل موجود در سایت
منبع مورد استفاده عبارتست از منبع گاما 16Ci, Ir192. فاصله میان آشکارساز و منبع ۵۰ سانتی‌متر بود که همانند فاصله مورد استفاده هنگام انجام بررسی‌ها با فیلم می‌باشد. زمان پرتوگیری در محدوده ۸ تا ۱۶ ثانیه قرار دارد. تصاویر بر روی صفحه نمایش در زمان واقعی و بدون نیاز به توسعه یا مرور اجمالی ظاهر شدند. اگر یک عکس به اندازه کافی خوب نبود، فوراً مجدداً تکرار می‌شد و یک عکس جدید دوباره در چند ثانیه در دسترس قرار می‌گرفت. هیچ نیازی برای در نظر گرفتن کیفیت عکس به عنوان تصاویر خوب که در مکان گرفته شده بود، وجود ندارد.
این سیستم دستی است و در یک مورد تحکیم شده در هر مکانی از پالایشگاه انجام می‌شود. سیستم DR ویدیسکو ترکیبی از با کیفیت‌ترین عکس‌ها، کمترین زمان برای عکسبرداری و نرم‌افزار برتر Flatfox برای تحلیل نتایج در سایت را ارائه می‌دهد.
این نرم‌افزار کاربر پسند است و امکان استفاده از ابزار پیشرفته تصویر پیشرفته را برای تسهیل در بالاترین سطح تجزیه و تحلیل فراهم می‌کند.
ابزارهای نرم‌افزاری که معمولاً برای تجزیه و تحلیل سایت مورد استفاده قرار می‌گیرند عبارتند از: تغیر دانسیته، دقیق سازی، برجسته شدن، پوشش، اندازه‌گیری ضخامت دیوار و میانگین گرفتن. با استفاده از این ابزار، سطح تحلیلی که اپراتور می‌تواند در سایت انجام دهد، به‌طور قابل توجهی افزایش می‌یابد؛ و همچنین ابزاری برای تصمیم‌گیری درست و سریع در مورد کیفیت تصویر و اطلاعات در اختیار اپراتور قرار می‌دهد.
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.
نتیجه‌گیری
- سیستم سیلیکون DR غیرمستقیم قابل حمل خود اثبات کرده‌است که کارایی دارد زیرا راه حل‌های عملی برای استفاده‌های آزمایشگاهی از NDT و همچنین انجام بازرسی‌ها در محل ارائه می‌دهد.
- متصدیان سیستم DR دستی برای انجام بررسی در ۱۰ موقعیت مکانی تنها به ۳ ساعت فعالیت در پالایشگاه نیاز دارند. انجام یک بررسی مشابه هنگام استفاده از فیلم یا تکنولوژی‌های جایگزین فیلم که به مرور اجمالی و توسعه نیاز دارند، احتمالاً بیش از یک روز طول می‌کشد (از جمله توسعه فیلم به استثنای تحلیل که برای نتیجه‌گیری به زمان بیشتری نیاز دارد).
- بدین صورت نه تنها زمان بررسی کوتاه می‌شود، بلکه نیازی هم به تعطیلی ماشین آلات نبوده و کیفیت تصاویر فوراً مشخص می‌شود. بازگشت برای انجام بررسی‌های بیشتر نیز مورد نیاز نمی‌باشد، زیرا متصدی می‌توانست در صورت بروز یک اشتباه در سایت، آن را بیان (زیرا تصاویر فوراً بر روی صفحه نمایشگر مشاهده می‌شدند) و فوراً تصحیح کند- بنابراین همیشه تصاویر خوبی در بررسی سایت بدست می‌آید.
- اشعه ایکس قابل حمل در آزمایشگاه‌ها، موزه‌ها، و دستگاه‌های هوافضا با توجه به نرم‌افزار پیشرفته پیچیده، تحلیل را آسان‌تر می‌کند. نتایج فوراً و با بالاترین کیفیت بدست آمدند.
در نتیجه: سیستم‌های DR فرصتی را برای دستیابی به نتایج خوب در زمانی کوتاهتر و افزایش کیفیت تحلیل‌ها برای ارئه دهنده NDT فراهم می‌کند؛ بنابراین خدمات ایجاد شده را می‌توان توسعه و هزینه‌هایش را کاهش داد. سودمندی و امنیت متصدی به‌طور چشمگیری افزایش می‌یابند.