使用計(jì)算機(jī)X射線檢查復(fù)合材料管道

摘要

復(fù)合材料已經(jīng)證明自己是一個(gè)不錯(cuò)的選擇之間的工程材料的選擇，因?yàn)樗麄兊囊恍┨匦裕鐧C(jī)械性，耐腐蝕，重量輕，耐久性好。但是，因?yàn)樗桥c任何種類的合金的情況下，復(fù)合材料具有在它們的使用壽命，這可能需要的地方，無(wú)論是在制造過(guò)程中或同時(shí)，他們正在執(zhí)行他們的工作功能要被檢查。在石油工業(yè)中，復(fù)合材料已經(jīng)聘用越來(lái)越多的時(shí)候，尤其是對(duì)于流體輸送管道。一般來(lái)說(shuō)，在粘結(jié)接頭的缺陷，是最常見的是孔隙度，裂縫和缺乏粘接劑的存在下。本研究旨在評(píng)估采用計(jì)算機(jī)放射成像（CR）的可行性聚合物粘合劑一起加入玻璃纖維增​​強(qiáng)環(huán)氧樹脂制成的管道段，用于檢測(cè)不連續(xù)性。進(jìn)行測(cè)試，以評(píng)估包含管道內(nèi)流體的某些關(guān)節(jié)的不連續(xù)性的可探測(cè)性，以模擬真實(shí)的工作條件。結(jié)果表明，它有可能檢測(cè)到的缺陷，即使在管道中的流體，這是高度相關(guān)的復(fù)合材料制成的檢查執(zhí)行管線。

關(guān)鍵詞：計(jì)算機(jī)X射線成像，復(fù)合管道，缺乏膠粘劑，成像板。

1。介紹

謀叛海上石油和天然氣開發(fā)的復(fù)合材料是相當(dāng)明顯的，在過(guò)去​​十年中，經(jīng)過(guò)35多年的航空航天和交通運(yùn)輸?shù)刃袠I(yè)提供滿意的服務(wù)。海上生產(chǎn)從低水深處提取促使努力使復(fù)合材料的使用，具有成本效益的替代標(biāo)準(zhǔn)的金屬材料[1]。

復(fù)合材料已經(jīng)證明自己是一個(gè)不錯(cuò)的選擇之間的工程材料的選擇，因?yàn)樗麄兊囊恍┨匦裕鐧C(jī)械性，耐腐蝕，重量輕，耐久性好。但是，因?yàn)樗桥c任何種類的合金的情況下，復(fù)合材料具有在它們的使用壽命，這可能需要的地方，無(wú)論是在制造過(guò)程中或同時(shí)，他們正在執(zhí)行他們的工作功能要被檢查。在石油工業(yè)中，復(fù)合材料已經(jīng)聘用越來(lái)越多的時(shí)候，尤其是對(duì)于流體輸送管道。

膠接接頭稍微圓錐形（錐形）鐘型端和加工（圓柱或圓錐）插口端剛性接頭組成。或者，鐘和沉頭孔的錐度可螺紋連接。在圖1中示出一個(gè)典型的粘合劑膠接接頭。

圖1。典型的粘合劑的膠接接頭[2]。

膠接接頭具有最低的材料成本之間的所有其他類型的關(guān)節(jié)，并作出正確的結(jié)構(gòu)高效。如果使用圓筒形插頭，接頭​​是由肩膀。錐形鐘和錐形套管接頭有兩個(gè)匹配的錐形表面和不化妝的肩膀。前者的優(yōu)點(diǎn)是很容易地確定有利的位置，最終使。后者（錐/錐關(guān)節(jié)）是一個(gè)強(qiáng)大的聯(lián)合，但如果裝配不正確位置的誤差，可削弱關(guān)節(jié)更容易發(fā)生。

膠接接頭的生產(chǎn)過(guò)程中會(huì)變得更加困難，對(duì)于較大規(guī)模的，特別是對(duì)于直徑大于450毫米的管道。其中一個(gè)主要關(guān)注的問題是時(shí)所建立的聯(lián)合是由粘接劑珠，這可能伸入管的孔中的大小。這不僅可能造成重大堵塞因素，但也可以提供一個(gè)源侵蝕和氣蝕破壞[2]以及。

這是最經(jīng)常發(fā)現(xiàn)的玻璃纖維增​​強(qiáng)環(huán)氧樹脂（GRE）管道系統(tǒng)的缺陷是缺乏粘合劑，和分層剝離的在保稅接頭，只能通過(guò)水壓試驗(yàn)，或在操作條件下，由于誘發(fā)振動(dòng)檢測(cè)。在復(fù)合材料系統(tǒng)服務(wù)故障大多是由于在組裝階段的失誤。

這一事實(shí)點(diǎn)的相關(guān)評(píng)估工具，能夠進(jìn)行準(zhǔn)確的檢測(cè)，以及數(shù)據(jù)庫(kù)建設(shè)項(xiàng)目的資格和創(chuàng)造等系統(tǒng)的裝配程序的需要。

當(dāng)粘合劑脫節(jié)或失去其附著力，線路上的壓力損失可發(fā)生，以及漏油或油污染，從而導(dǎo)致的生產(chǎn)力損失，環(huán)境損害，甚至致命事故。由于這些原因，是能夠評(píng)估的完整性和關(guān)節(jié)等中使用的粘合劑的質(zhì)量檢查方法的沖動(dòng)。

中斷商業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中暗示的困難和成本高，往往需要采用非破壞性的方法進(jìn)行聯(lián)合評(píng)價(jià)，特別是因?yàn)樗梢栽诓恢袛嗌a(chǎn)過(guò)程的情況下在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行。因此，有提供可靠的檢測(cè)技術(shù)能檢查這類材料的一個(gè)大問題。
本文提出了基于計(jì)算機(jī)放射成像（CR）的檢驗(yàn)方法的發(fā)展過(guò)程中。它的目的是要證明，這項(xiàng)技術(shù)可能會(huì)被用來(lái)檢查由環(huán)氧樹脂和玻璃纖維增​​強(qiáng)復(fù)合管的粘接接頭。

2。復(fù)合管射線測(cè)試

放射照相術(shù)（RT）是非常有用的，用于檢測(cè)壁的厚度變化，水的侵入，積垢和一些空洞，并且缺乏粘接劑的地方，以及由碰撞引起的損害的存在下，孔隙度或夾雜物，與等體積型缺陷。此外，裂縫還可以被檢測(cè)到，以及不正確的插入管的粘接插座和內(nèi)部過(guò)量的粘合劑[3，4]。重要的是要提到，放射線照相技術(shù)是不敏感的表面粗糙度，但它是敏感的缺陷的取向[4]。

應(yīng)調(diào)整放射線照相測(cè)試參數(shù)（即管電壓和曝光時(shí)間）相比，由于密度低的聚合物和復(fù)合材料的鋼。適合中低管電壓攝片玻璃纖維增​​強(qiáng)環(huán)氧樹脂（GRE）[4]。

較暗區(qū)域的薄膜在粘接（粘接層）上出現(xiàn)空洞。的缺陷很容易發(fā)現(xiàn)，只要有鍵合面之間的空氣隙。如果空氣間隙小于
0.5mm時(shí)，這是非常難以檢測(cè)，而無(wú)需修改缺乏粘接劑的粘接劑，通過(guò)添加的重元素，作為對(duì)比度增強(qiáng)劑。 ZnI2，硫酸鋇，氧化鉛和W（在5％（重量））的功能以及對(duì)比度增強(qiáng)劑[3]。圖2示出了與ZnI2添加劑的接合接頭的射線照相圖像。

圖2。檢測(cè)剝離的地區(qū)癮ZnI2的膠粘劑。

3。方法論

3.1。感性

作為具體圖像質(zhì)量指標(biāo)（IQIs）的這些材料不存在，IQI，將工作作為對(duì)比靈敏度的X光圖像的透度計(jì)。此像質(zhì)計(jì)由一小片包含兩個(gè)圓形孔的直徑分別為1.00毫米和2.00毫米，粘接材料（1.00毫米厚）。它將被用于檢查放射線圖像的敏感性檢測(cè)到空隙中的粘接劑區(qū)域。圖3顯示了對(duì)比敏感度像質(zhì)計(jì)。

菲古拉3。粘合劑孔式IQI。

的粘接劑層，以保持相同的厚度和倍率，像質(zhì)計(jì)的內(nèi)壁之間的管道材料相同的材料制成的一個(gè)墊層庫(kù)存。圖4示出了像質(zhì)計(jì)的位置。

菲古拉4。 IQI的位置。
3.2 - 203 - 1999測(cè)試

的射線照相試驗(yàn)在兩個(gè)步驟：模擬操作條件下的實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)和測(cè)試。

對(duì)于在實(shí)驗(yàn)室測(cè)試中，由一個(gè)4英寸直徑的管，粘合在一起的兩件，并在水平和垂直條紋形式的粘合劑含有缺乏的試驗(yàn)樣品confectioned，如圖5所示。

圖5。具有水平和垂直粘合劑缺乏的試驗(yàn)樣品。
圖像，得到了恒電位X射線設(shè)備。 IP高清PLUS（杜爾）圖像板和CR的系統(tǒng)模型CR50P（GEIT）。

作為供試樣品管道切割制造的，他們被置于一定的方式，以模擬雙壁單的圖像（DWSI）的設(shè)置，這是推薦的用于這種檢查的幾何形狀。圖6顯示了測(cè)試的幾何設(shè)置。

圖6。設(shè)置DWSI模擬。

在操作條件下的測(cè)試，放射線圖像得到從有界關(guān)節(jié)開發(fā)的液壓回路，以模擬在管道中的水流量，以評(píng)價(jià)缺陷的可探測(cè)性和圖像質(zhì)量的影響下，配管內(nèi)的液體的存在下。

所述液壓回路是由含有粘接接頭的直徑為4英寸的管。在組裝階段中，在粘合劑層中的缺陷被插入，以模擬真實(shí)的不連續(xù)性，可以發(fā)現(xiàn)在這種關(guān)節(jié)。進(jìn)行放射線圖像的粘結(jié)接頭的粘接缺陷的缺乏，以及一個(gè)聯(lián)合呈現(xiàn)缺乏粘附缺陷和無(wú)缺陷的一個(gè)關(guān)節(jié)的圖像。在實(shí)驗(yàn)室測(cè)試中，采用聯(lián)合四象收購(gòu)的DWSI技術(shù)。圖7示出的液壓回路，并檢查接頭的方案，圖8示出的曝光設(shè)置。

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圖7。液壓回路和被檢查的關(guān)節(jié)的定位。圖8。曝光設(shè)定（DWSI）。

表1顯示了在實(shí)驗(yàn)室測(cè)試和操作條件測(cè)試中使用的曝光時(shí)間。在這兩個(gè)試驗(yàn)中，70 kV，管電流為3 mA的高電壓。

表1中。曝光時(shí)間（s），用于在射線照相檢測(cè)。

3。結(jié)果

圖9顯示了放射線圖像的缺乏粘接樣品的實(shí)驗(yàn)室測(cè)試。在a）和b），它是無(wú)粘接劑（紅色箭頭指示的），水平和垂直條紋的存在下，以通知。在c）和d），顯示相同的圖像處理后，與計(jì)算濾波器增強(qiáng)細(xì)節(jié)“。

圖9所示。在實(shí)驗(yàn)室測(cè)試中收購(gòu)射線圖像。

圖10和圖11中示出的關(guān)節(jié)的放射線圖像呈現(xiàn)不足的附著力（1和2），其中a）和c）分別是圖像，在不與水
在管道內(nèi)，和b）和d）是與計(jì)算濾波器增強(qiáng)細(xì)節(jié)“的相同的圖像處理。缺乏的附著力，它由管道壁之間的粘附和粘合差或沒有，不能進(jìn)行可視化。只有那里沒有任何粘接劑或它的數(shù)量是小于推薦接合標(biāo)準(zhǔn)可以在將顯示在圖像。這些空區(qū)域輻射較低的衰減在這些領(lǐng)域（紅色箭頭指示的），由于在圖像中顯示為黑點(diǎn)。

圖12顯示了本聯(lián)合“無(wú)缺陷”的放射線圖像，其中a）和c）的圖像和不與水在管道內(nèi)，和b）和d）相同的圖像處理，通過(guò)計(jì)算過(guò)濾器“增強(qiáng)詳細(xì)信息“。無(wú)顯示或表示缺陷的存在地區(qū)被發(fā)現(xiàn)。

圖13示出了本聯(lián)合“膠合劑”缺乏的放射線圖像，其中a）和c）的圖像和不與水在管道內(nèi)，和b）和d）通過(guò)使用計(jì)算濾波器的相同的圖像處理增加細(xì)節(jié)“。紅色箭頭指示界共同的缺陷被發(fā)現(xiàn)的地方。可以注意到，有不是一個(gè)完美的耦合的管道元件，示出在組裝過(guò)程中發(fā)生了故障。

4。結(jié)論

實(shí)驗(yàn)表明檢查界GRE管道接頭采用影像學(xué)技術(shù)的可行性。在所有試驗(yàn)中的對(duì)比敏感度的像質(zhì)計(jì)的圓形孔進(jìn)行檢測(cè)。這表明，它是未能檢測(cè)缺乏的粘合劑和小區(qū)域，這可以用作透度計(jì)，為了評(píng)價(jià)復(fù)合材料中的圖像，類似于空穴型的IQIs中常用的金屬材料側(cè)位的放射線敏感性的圖像質(zhì)量指示符。

的CR技術(shù)被證明是能夠在工作狀態(tài)關(guān)節(jié)，即不連續(xù)的檢測(cè)，包含在管道內(nèi)的流體。這是一個(gè)很大的優(yōu)點(diǎn)，因?yàn)闆]有需要中斷生產(chǎn)和漏極線，以便進(jìn)行檢查。

這種技術(shù)的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是由計(jì)算濾波器處理的圖像的可能性。這些過(guò)濾器已被證明是非常有用的，在檢測(cè)缺陷的適應(yīng)癥，導(dǎo)致具有高對(duì)比度增強(qiáng)的圖像。

缺乏粘附接頭有相同種類的表示空隙。然而，由于缺乏附著力不能被清楚地識(shí)別。當(dāng)有界的接頭有正確的數(shù)量的粘合劑，但不存在組件的粘合，在X光片的粘接劑層和管道壁之間的空間是不可見的，因?yàn)閷樱B加在圖像上。

致謝

部分支持這項(xiàng)工作是由巴西國(guó)家石油公司（Petrobras），全國(guó)發(fā)展Conselho西恩蒂菲科ÉTECNOLOGICO（CNPq），卡洛斯·查加斯氏菲略FUNDAÇÃO安帕羅Pesquisa做ESTADO的里約熱內(nèi)盧（FAPERJ）和經(jīng)營(yíng)分包商AperfeiçoamentoPessoal NIVEL高級(jí)（短斗篷）。

參考文獻(xiàn)

[1]杰里米C.價(jià)格“，”國(guó)家的藝術(shù)“，在石油和天然氣工業(yè)的復(fù)合材料的發(fā)展與應(yīng)用”，第十二屆（2002）國(guó)際海洋與極地工程會(huì)議論文集，北九州市，2002年

[2] ISO 14692-3 - 石油和天然氣工業(yè)玻璃纖維增​​強(qiáng)塑料（GRP）管道系統(tǒng)第3部分：系統(tǒng)設(shè)計(jì)，2002年;

[3] ISO 14692-4 - 石油和天然氣工業(yè)玻璃纖維增​​強(qiáng)塑料（GRP）管道系統(tǒng)第4部分：制造，安裝和運(yùn)行，2002年;

[4] NORSOK標(biāo)準(zhǔn)的M-622 - GRP管道系統(tǒng)，1994年制作安裝