射线无损检测在压力容器焊缝余高检测中的几何参数测量

射线无损检测是压力容器焊缝质量控制的关键技术，而焊缝余高作为焊缝成形的核心指标，其几何参数（高度、宽度、过渡角）直接影响容器的应力分布与服役安全。传统手工测量（如直尺、样板）易受人为因素干扰，且无法实现非接触检测，射线检测凭借数字化成像与穿透性优势，成为余高几何参数精准测量的重要手段。本文围绕射线检测的原理、参数定义、工艺实施及数据处理展开，为实际应用提供技术参考。

射线无损检测用于余高测量的基本原理

射线检测通过射线（X/γ）穿透物体时的衰减差异形成图像：余高区域金属厚度大于母材，射线衰减更明显，在探测器上呈现“暗区”，母材则为“亮区”。数字化探测器（如平板探测器）将射线信号转换为灰度图像，通过图像处理提取余高的边缘轮廓。例如，X射线能量100kV时，碳素钢母材（厚度10mm）的灰度值约160，余高（厚度12mm）的灰度值约120，灰度差为40，足以区分边界。

为保证图像清晰度，需控制放大倍数（1.2~2.0倍）：放大倍数过小会导致余高细节模糊，过大则增加畸变。例如，焦距600mm时，射线源至工件距离400mm，放大倍数为1.5倍（M=F/f=600/400），可清晰显示0.1mm的余高高度变化。

压力容器焊缝余高的核心几何参数定义

余高是焊缝表面超出母材的部分，其参数包括：余高高度（h）——母材基准线至焊缝最高点的垂直距离；余高宽度（w）——余高在母材表面的投影宽度；过渡角（θ）——余高侧面与母材的夹角。根据GB 150标准，碳素钢容器的余高高度应≤3mm（母材厚度≤20mm时），过渡角≥45°，否则会引发应力集中（余高过高）或焊缝强度不足（余高过低）。

例如，某16mm厚的低合金钢容器，余高高度2.8mm符合要求；若余高为4mm，应力集中系数会从1.1升至1.5，增加疲劳破坏风险。

射线检测前的准备与工艺规划

检测前需清理焊缝表面：去除油污、锈蚀、飞溅物，确保表面平整。若有涂层（如油漆），厚度超过0.5mm时需剥离，避免涂层吸收射线导致图像灰度异常。

射线源选择：壁厚≤20mm选X射线（能量50~200kV），分辨率高；壁厚>20mm选γ射线（如Ir-192），穿透力强。探测器选平板探测器（像素尺寸≤100μm），比胶片检测更快捷（无需暗室处理）。

透照参数确定：透照角度≤5°（垂直于焊缝轴线），避免余高投影畸变；焦距根据放大倍数计算（F=M×f，f为射线源至工件距离）。例如，工件厚度10mm，放大倍数1.5，f=400mm，则F=600mm。

射线图像中几何参数的提取方法

图像预处理：用高斯滤波（3×3窗口）降低噪声，直方图均衡化增强对比度。例如，原始图像灰度范围80~200，均衡化后扩展至50~250，焊缝与母材的灰度差从60增至100，便于边缘检测。

边缘检测用Canny算子：先算梯度（Sobel算子），再抑制非极大值（保留边缘方向的峰值），最后双阈值（高阈值100、低阈值50）确定边缘。通过算子可提取母材的两条平行边缘（基准线）、余高的两条侧面边缘及最高点。

参数计算：余高高度=（最高点像素-基准线像素）×校准系数（如0.05mm/像素）；余高宽度=（余高两侧边缘在基准线的交点像素差）×校准系数；过渡角=余高侧面边缘的梯度角度与基准线的夹角（用反正切函数计算）。

检测误差的来源与控制措施

误差来源包括：透照角度偏差（>5°）导致投影畸变；图像噪声（如探测器热噪声）导致边缘误检；像素校准不准确（如校准块尺寸误差）。例如，透照角度10°时，余高宽度测量误差可达8%；噪声过大时，边缘检测可能遗漏余高侧面的微小变化。

控制措施：用激光定位仪调整透照角度（≤3°）；选高信噪比探测器（DQE≥60%）；用计量校准过的标准块（精度±0.01mm）校准像素。例如，标准块10mm长度在图像中占200像素，校准系数0.05mm/像素，误差≤0.001mm/像素。

射线检测与其他方法的对比优势

与超声检测相比，射线检测提供直观图像，便于追溯余高形状，而超声需通过波形间接判断（误差≥0.2mm）；与手工测量相比，射线为非接触式，精度更高（误差≤0.1mm vs 手工0.5mm）；与磁粉检测相比，射线可同时检测内部缺陷（如气孔）与余高参数，而磁粉仅能检测表面裂纹。

例如，某不锈钢容器焊缝检测中，射线检测余高2.7mm（千分尺测量2.68mm），超声检测3.0mm，射线结果更准确，因超声受探头角度影响大。

实际应用案例与注意事项

某化工企业φ1200mm×12mm容器检测：用X射线机（150kV）、平板探测器（80μm像素），透照焦距700mm，放大倍数1.4倍。清理表面后，图像预处理用高斯滤波+直方图均衡化，Canny算子检测边缘。结果：余高2.9mm，宽度15mm，过渡角47°，符合GB 150要求。

另一案例：某企业透照角度12°，余高宽度测量16.2mm（实际15mm），调整角度至2°后，测量15.1mm，误差降至0.7%。原因是角度过大导致余高投影拉伸，调整后畸变消除。

注意事项：检测时需设置安全警戒区（距射线源≥10m），操作人员戴剂量计；图像需保存原始数据（如DICOM格式），便于后续追溯。