長(zhǎng)管拖車(chē)?yán)p繞氣瓶纖維層沖擊損傷的數(shù)字射線(xiàn)檢測(cè)

黃 良,金明哲,何 琦,王 騫,柴 森

(中國(guó)特種設(shè)備檢測(cè)研究院,北京 100029)

0 引言

長(zhǎng)管拖車(chē)作為重要的天然氣運(yùn)輸設(shè)備，隨著我國(guó)天然氣用量的不斷攀升而持續(xù)發(fā)展。在車(chē)輛總體尺寸和總重量的限制下，長(zhǎng)管拖車(chē)需要通過(guò)提高容重比，以提高氣體運(yùn)輸效率。長(zhǎng)管拖車(chē)發(fā)展趨勢(shì)主要體現(xiàn)在大型化和輕型化兩個(gè)方向[1]。大型化主要是增加氣瓶的長(zhǎng)度與外徑，目前氣瓶長(zhǎng)度達(dá)到將近12 m，外徑達(dá)到720 mm左右，現(xiàn)有技術(shù)已經(jīng)很難通過(guò)增加尺寸提高容重比；輕型化主要是采用復(fù)合材料以減輕氣瓶重量。已投入市場(chǎng)使用的鋼內(nèi)膽玻璃纖維環(huán)纏繞氣瓶，在相同工作壓力下，纏繞氣瓶重量只有鋼質(zhì)氣瓶重量的2/3，其容重比相對(duì)于鋼質(zhì)氣瓶提高大約70%[2]。纏繞瓶長(zhǎng)管拖車(chē)已經(jīng)在天然氣市場(chǎng)形成了相當(dāng)?shù)谋Ｓ辛?，且陸續(xù)有企業(yè)在積極研制纏繞瓶長(zhǎng)管拖車(chē)。采用復(fù)合材料的氣瓶輕量化，是未來(lái)長(zhǎng)管拖車(chē)發(fā)展的重要趨勢(shì)之一。

長(zhǎng)管拖車(chē)用復(fù)合氣瓶通常在鋼質(zhì)內(nèi)膽外表面采用玻璃纖維或碳纖維纏繞(見(jiàn)圖 1)，纖維層一般要承載一半以上的內(nèi)壓載荷，外層的纖維受到碰撞和刮擦后極易損傷，纖維層是整個(gè)復(fù)合氣瓶的相對(duì)薄弱點(diǎn)，也是保證氣瓶安全使用的關(guān)鍵點(diǎn)。復(fù)合材料氣瓶在制造、存放、運(yùn)輸和使用過(guò)程中會(huì)不可避免地受到外來(lái)物的低速?zèng)_擊[3-4]。復(fù)合材料結(jié)構(gòu)的沖擊損傷破壞模式主要表現(xiàn)為侵入、基體開(kāi)裂、纖維斷裂、纖維與基體界面脫膠開(kāi)裂和分層等[5]。在復(fù)合材料氣瓶直筒段位置處，纏繞層纖維斷裂與基體開(kāi)裂首先發(fā)生在內(nèi)層，然后再發(fā)展到外層破壞[4]。

圖1 纖維纏繞氣瓶結(jié)構(gòu)示意

纖維纏繞層存在各向異性，聲能衰減大，且無(wú)磁性等情況，大多數(shù)常規(guī)檢測(cè)方法難以對(duì)其有效檢測(cè)。目前應(yīng)用于檢測(cè)纖維纏繞層損傷的主要有如下檢測(cè)方法：紅外熱成像、激光剪切散斑、聲發(fā)射、超聲導(dǎo)波、超聲相控陣和數(shù)字射線(xiàn)檢測(cè)等。金國(guó)鋒等[6]對(duì)厚度3～4 mm的復(fù)合材料采用超聲紅外熱波方法進(jìn)行檢測(cè)研究,結(jié)果表明，超聲熱波方法對(duì)碳纖維復(fù)合材料上擴(kuò)展深度大于1.8 mm的裂紋，深度1 mm、直徑15 mm以上的分層以及沖擊能量28.7 J的沖擊損傷等界面貼合型缺陷能夠?qū)崿F(xiàn)快速檢測(cè)和識(shí)別；而對(duì)脫黏等非界面貼合型缺陷檢測(cè)無(wú)效果。激光電子剪切散斑干涉成像技術(shù)(ESPI)是20世紀(jì)80年代興起的、用于表面變形測(cè)量的新型光學(xué)技術(shù)，Choi等[7]針對(duì)復(fù)合材料蜂窩結(jié)構(gòu)中沖擊引起的分層，開(kāi)展了ESPI方法的可檢性試驗(yàn)研究，并驗(yàn)證了其可行性。楊思民等[8-11]分別對(duì)聲發(fā)射檢測(cè)復(fù)合材料成果進(jìn)行了報(bào)道，表明聲發(fā)射檢測(cè)能夠在復(fù)合氣瓶的結(jié)構(gòu)完整性評(píng)價(jià)方面提供重要的指標(biāo)，費(fèi)利西蒂比與爆破強(qiáng)度存在著較高對(duì)應(yīng)關(guān)系，并且能夠?qū)Ρ茝?qiáng)度合格與否作出預(yù)測(cè)；但該方法只能確定缺陷的大致位置，而不能確定缺陷的大小。劉松平等[12]報(bào)道了超聲導(dǎo)波(Ultrasound Guided Wave)在檢測(cè)航空復(fù)合材料方面的研究進(jìn)展，近些年的研究主要基于傳統(tǒng)超聲波激勵(lì) Lamb 波的方法和基于激光超聲激勵(lì) Lamb 波的方法，目前所處的階段以缺陷可檢性和復(fù)合材料中 Lamb 波基本行為及其潛在應(yīng)用的實(shí)驗(yàn)室探索為主。李懷富等[13]報(bào)道了他們?cè)诔曄嗫仃嚪矫娴难芯砍晒?，與傳統(tǒng)超聲檢測(cè)相比，其檢測(cè)速度快、成像效果好，能有效檢出航空復(fù)合材料構(gòu)件中的分層及未貼合等缺陷；但在實(shí)際檢測(cè)時(shí)，也有理想焦點(diǎn)與實(shí)際焦點(diǎn)存在偏差的問(wèn)題，嚴(yán)重時(shí)可能實(shí)際并不存在焦點(diǎn)，并最終會(huì)影響檢測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確性。但超聲方法檢測(cè)分層通常存在一些不足，如果存在多層分層且在一處位置上下疊加時(shí)，超聲方法往往難以識(shí)別，有時(shí)甚至?xí)霈F(xiàn)漏檢。

射線(xiàn)檢測(cè)能夠獲得缺陷的直觀圖像，定性準(zhǔn)確，對(duì)長(zhǎng)度、寬度尺寸的定量也比較準(zhǔn)確[14-16]。數(shù)字射線(xiàn)可利用其動(dòng)態(tài)檢測(cè)的功能調(diào)整照相角度，以提高對(duì)面狀缺陷的檢出能力。徐麗等[17]對(duì)數(shù)字射線(xiàn)檢測(cè)能夠檢測(cè)非金屬材料中的裂紋、分層和夾雜物,且具有較高的靈敏度進(jìn)行了報(bào)道。射線(xiàn)能夠穿透各種材質(zhì)的構(gòu)件檢測(cè)內(nèi)部埋藏缺陷，相對(duì)于上述檢測(cè)方法一次檢測(cè)僅能針對(duì)一種材料的情況，應(yīng)用數(shù)字射線(xiàn)檢測(cè)長(zhǎng)管拖車(chē)鋼內(nèi)膽纏繞氣瓶，無(wú)疑有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。

早期對(duì)復(fù)合材料的射線(xiàn)檢測(cè)研究以膠片成像法為主。1985年，潘載德[18]采用大密度的二碘甲烷、四溴乙烷等溶劑滲入碳纖維材料板材的邊緣或打孔后產(chǎn)生的分層，以垂直透照的方式成像獲取高對(duì)比度影像。1992年，Lahirl等[19]采用切向X照相的方法檢測(cè)碳纖維增強(qiáng)塑料管，沿纖維層厚度方向分成3段，有效檢出了靠近內(nèi)表面段和中間段的纖維分層與孔隙。1999年，胡紹海[20]檢測(cè)了碳纖維復(fù)合材料航空構(gòu)件(層壓板等)，采用垂直照相法檢測(cè)出構(gòu)件在強(qiáng)迫裝配過(guò)程中產(chǎn)生的斷裂缺陷。2011年，王曉勇等[21]采用切線(xiàn)透照方式，分段檢測(cè)碳纖維纏繞燃?xì)馄坷p繞層，檢測(cè)出纏繞層分層、層間裂紋，柱段纏繞層與襯層脫黏等缺陷。隨著射線(xiàn)檢測(cè)技術(shù)的發(fā)展，應(yīng)用數(shù)字射線(xiàn)檢測(cè)復(fù)合材料的嘗試越來(lái)越多。2008年，張?jiān)伡t等[22]在研究X射線(xiàn)實(shí)時(shí)成像檢測(cè)航空復(fù)合材料關(guān)鍵參數(shù)的基礎(chǔ)上，指出射線(xiàn)實(shí)時(shí)成像可檢出裂紋和沖擊損傷等缺陷。2014年，朱延霆[23]應(yīng)用數(shù)字射線(xiàn)成像法對(duì)3.0 L呼吸器用鋁內(nèi)膽碳纖維復(fù)合材料氣瓶進(jìn)行較為全面的檢測(cè)，分別應(yīng)用雙壁單影法和切向透照法對(duì)纏繞層的表面撞擊、條形劃痕和分層等缺陷實(shí)施透照，并實(shí)現(xiàn)了有效檢出；但是未能開(kāi)展纖維斷裂的研究。而近幾年國(guó)外復(fù)合材料 X 射線(xiàn)檢測(cè)的研究主要集中在微結(jié)構(gòu)的表征、蜂窩夾層結(jié)構(gòu)中的蜂窩芯的檢測(cè)。2013年，Revol等[24]報(bào)道了利用X射線(xiàn)散射成像方法，開(kāi)展碳纖維增強(qiáng)樹(shù)脂基復(fù)合材料層壓纖維結(jié)構(gòu)表征的試驗(yàn)研究；2014年，Dietrich等[25]采用μ-CT(Computed micro-Tomography)方法檢測(cè)蜂窩夾芯微觀和介觀結(jié)構(gòu)，試驗(yàn)結(jié)果表明，μ-CT對(duì)試樣中夾芯結(jié)構(gòu)的蜂窩芯的微觀、介觀結(jié)構(gòu)和沖擊變形有較好表征效果，利用 3D 圖像分析技術(shù)可以表征蜂窩芯的幾何變化和面板纖維的取向；2017年，Prade等[26]報(bào)道了在這方面的試驗(yàn)研究結(jié)果，采用了一種X射線(xiàn)向量照相法(X-ray Vector Radiography)表征短纖維增強(qiáng)復(fù)合材料中的纖維取向，取得了較好的試驗(yàn)研究效果。

從以上文獻(xiàn)可知，射線(xiàn)檢測(cè)能夠檢測(cè)復(fù)合材料的多種缺陷，包括沖擊產(chǎn)生的纖維斷裂、分層和脫黏等缺陷，早期以膠片成像法為主，且主要集中在航空用碳纖維復(fù)合材料的檢測(cè)，采用數(shù)字射線(xiàn)檢測(cè)的兩種材料試樣為線(xiàn)吸收系數(shù)較為接近的鋁和碳纖維復(fù)合材料；對(duì)于纖維斷裂等缺陷主要采用垂直照相法，對(duì)于分層和脫黏主要采用切向透照技術(shù)。但是上述研究均未能給出纖維裂紋檢測(cè)的定量結(jié)果；對(duì)圓柱形工件切向透照同一部位要多次成像，且存在檢測(cè)盲區(qū)。

本文針對(duì)長(zhǎng)管拖車(chē)?yán)p繞氣瓶的典型沖擊損傷進(jìn)行數(shù)字射線(xiàn)檢測(cè)研究，采用雙壁單影法透照線(xiàn)吸收系數(shù)相差較大的玻璃纖維纏繞層和鋼內(nèi)膽，探究檢測(cè)纏繞層斷裂性缺陷的靈敏度；另外，采用補(bǔ)償塊的方法優(yōu)化圓柱形工件大厚度差切向透照工藝，減少透照次數(shù)和盲區(qū)。

1 試驗(yàn)方法、試樣制備與試驗(yàn)設(shè)備

本文所用長(zhǎng)管拖車(chē)?yán)p繞氣瓶見(jiàn)圖2，該氣瓶長(zhǎng)11 580 mm，內(nèi)膽外徑559 mm，鋼質(zhì)內(nèi)膽壁厚8.5 mm，內(nèi)膽材料為鉻鉬鋼；玻璃纖維在內(nèi)膽直管段總共纏繞27層，玻璃纖維樹(shù)脂復(fù)合層厚度13.5 mm。由于鋼的線(xiàn)吸收系數(shù)比玻璃纖維樹(shù)脂復(fù)合層的大很多，雙壁透照時(shí)要穿透2層纏繞層和2層鋼內(nèi)膽，所需的透照能量比透照單層纏繞層也大很多，降低了對(duì)比度。切向透照氣瓶直管段纏繞層時(shí)，由于其圓環(huán)形結(jié)構(gòu)，其穿透厚度由纏繞層外表面至纏繞層內(nèi)表面從0增加至176 mm，一次透照時(shí)灰度變化巨大。

圖2 試驗(yàn)用長(zhǎng)管拖車(chē)?yán)p繞氣瓶

1.1 試驗(yàn)方法

纏繞層斷裂性缺陷的檢測(cè)靈敏度通常以能夠檢測(cè)的最小缺陷尺寸來(lái)進(jìn)行測(cè)定和表征。在纏繞層制作不同深度的人工矩形刻槽模擬不同大小的纏繞層斷裂性缺陷，通過(guò)人工刻槽的影像情況反映數(shù)字射線(xiàn)的檢測(cè)靈敏度。纖維斷裂的方向與纏繞層壁厚方向大致相同，故采用雙壁單影透照進(jìn)行檢測(cè)，如圖3所示。

圖3 雙壁單影透照示意

工藝參數(shù)通過(guò)工藝試驗(yàn)確定，工藝試驗(yàn)用16 mm和18 mm的階梯試塊與2層13.5 mm的纏繞層模擬透照試樣，透照參數(shù)的確定,主要從圖像的分辨率和靈敏度優(yōu)劣來(lái)進(jìn)行選擇，分辨率用NB/T 47013.11—2015《承壓設(shè)備無(wú)損檢測(cè)》規(guī)定的雙絲像質(zhì)計(jì)測(cè)定；對(duì)于復(fù)合材料射線(xiàn)靈敏度評(píng)判的標(biāo)準(zhǔn)，目前國(guó)內(nèi)主要采用GJB 1038.2A—2004《纖維增強(qiáng)復(fù)合材料無(wú)損檢測(cè)方法 第2部分 X射線(xiàn)照相檢驗(yàn)》，由于復(fù)合材料的線(xiàn)型像質(zhì)計(jì)加工困難，且缺少可靠的封裝方式，其采用的是溝槽像質(zhì)計(jì)。為了更好地評(píng)判圖像質(zhì)量，在試驗(yàn)時(shí)放置與玻璃纖維復(fù)合材料密度接近的鋁材線(xiàn)型像質(zhì)計(jì)，與槽型像質(zhì)計(jì)一同測(cè)定像質(zhì)靈敏度。由于工藝參數(shù)受試驗(yàn)設(shè)備條件影響，詳細(xì)的工藝參數(shù)將在下文進(jìn)行確定。最終檢測(cè)的靈敏度以可看到的最細(xì)刻槽深度和最細(xì)的鋁像質(zhì)絲確定。槽型像質(zhì)計(jì)的型號(hào)、規(guī)格見(jiàn)表1，圖樣見(jiàn)圖4，槽型像質(zhì)計(jì)實(shí)物見(jiàn)圖5；鋁材線(xiàn)型像質(zhì)計(jì)采用NB/T 47013.11—2015規(guī)定的型號(hào)和規(guī)格。工藝試驗(yàn)時(shí)各型像質(zhì)計(jì)均放在工件靠近成像板側(cè)。

表1 像質(zhì)計(jì)型號(hào)和規(guī)格

圖4 槽型像質(zhì)計(jì)圖樣

圖5 玻璃纖維槽型像質(zhì)計(jì)實(shí)物

纏繞層切向透照需要分段透照的根本原因是一次透照區(qū)域內(nèi)射線(xiàn)穿透厚度差異巨大，造成影像灰度變化巨大，為了得到符合灰度要求的影像，被迫采取分段透照的工藝。因此，要解決透照次數(shù)的問(wèn)題，應(yīng)從解決大穿透厚度差的方面入手。纏繞層厚度方向由內(nèi)膽外表面到纏繞層外表面，穿透厚度從176 mm連續(xù)減小至0，如需減小這種厚度差異，應(yīng)采用材質(zhì)相同或相近的補(bǔ)償塊進(jìn)行穿透厚度修正。如將長(zhǎng)管拖車(chē)?yán)p繞氣瓶的纏繞層割取下來(lái)，覆蓋在整個(gè)被檢纏繞層區(qū)域，如圖 6所示，其補(bǔ)償前后的穿透厚度(BC和AD)變化根據(jù)上節(jié)所列出的尺寸，按照弦長(zhǎng)公式計(jì)算得出相關(guān)數(shù)據(jù)，用OriginLab軟件擬合得出穿透厚度與纏繞層離內(nèi)膽表面距離變化關(guān)系曲線(xiàn)如圖 7所示。

圖6 切線(xiàn)透照穿透厚度示意

圖7 補(bǔ)償前后穿透厚度對(duì)比

由此可以看出，補(bǔ)償后穿透厚度差異約70 mm，穿透厚度差減小一半多，但是厚度差仍然較大，而且最大穿透厚度增加至250 mm左右，所需透照電壓增加，降低了主因?qū)Ρ榷取檫M(jìn)一步縮減穿透厚度差并減小最大穿透厚度，應(yīng)以補(bǔ)償前最大穿透厚度為基準(zhǔn)，垂直于射線(xiàn)方向修正補(bǔ)償塊，如圖6中BE和CF線(xiàn)，理想條件下厚度差可修正為0。故補(bǔ)償塊設(shè)計(jì)穿透厚度定為179 mm。切向透照如圖8所示。

圖8 切向透照示意

其工藝試驗(yàn)用13層13.5 mm的纏繞纖維層試板疊加，以模擬切向透照情況,工藝參數(shù)選擇方法與上述雙壁單影透照一致。為了驗(yàn)證補(bǔ)償塊的效果，一是用選擇的工藝透照帶分層缺陷的纏繞層試樣，通過(guò)可見(jiàn)分層的情況來(lái)進(jìn)行表征；二是測(cè)定有效透照區(qū)域內(nèi)的灰度范圍，其灰度至少應(yīng)滿(mǎn)足NB/T 47013.11—2015的AB級(jí)規(guī)定。

1.2 試樣設(shè)計(jì)及制備

纏繞層刻槽試樣是在圓筒形試樣環(huán)上同時(shí)制作一系列深度的環(huán)向刻槽和軸向刻槽，由于該長(zhǎng)管拖車(chē)?yán)p繞氣瓶纏繞層為27層，單層玻璃纖維絲厚度在0.5 mm左右，設(shè)定一個(gè)單層厚度的0.5 mm刻槽。為進(jìn)一步驗(yàn)證檢測(cè)能力，根據(jù)刻槽加工精度能力，最小刻槽深度設(shè)定在0.25 mm，另設(shè)幾個(gè)較深的刻槽；為模擬裂紋，槽寬宜盡量窄，以能夠加工的最窄尺寸為準(zhǔn)。人工刻槽尺寸如表2所示。

表2 人工缺陷刻槽尺寸 mm

纏繞層的分層缺陷擬用沖擊試驗(yàn)進(jìn)行制作，沖擊缺陷的沖擊能量根據(jù)ISO 11515—2013中的沖擊試驗(yàn)要求選擇，并且沖擊2次，由于球形沖擊頭更易于產(chǎn)生沖擊分層，故選擇球形沖擊頭；先對(duì)整瓶進(jìn)行落錘沖擊試驗(yàn)后，再將沖擊部位截成寬500 mm左右的圓筒形試樣環(huán)進(jìn)行透照試驗(yàn)。試樣具體設(shè)計(jì)參數(shù)如表3所示。圖9為檢測(cè)試樣的示意圖。

表3 沖擊試驗(yàn)參數(shù)

圖9 檢測(cè)試樣示意

1.3 試驗(yàn)設(shè)備與透照工藝

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)條件，設(shè)備選用YXLON SMART EVO 300D/DS型射線(xiàn)機(jī)和ShadoBox HS型成像板。射線(xiàn)機(jī)和成像板性能參數(shù)分別見(jiàn)表4，5。沖擊試驗(yàn)用落錘機(jī)沖擊頭質(zhì)量153.3 kg，沖擊頭最大升限1 100 mm。

表4 數(shù)字射線(xiàn)機(jī)主要技術(shù)參數(shù)

表5 平板探測(cè)器主要技術(shù)參數(shù)

纏繞層斷裂性缺陷，采用雙壁單影法透照，透照布置時(shí)應(yīng)盡量將中心射線(xiàn)束垂直對(duì)正透照部位中心，根據(jù)NB/T 47013.11—2015的B級(jí)像質(zhì)分辨率規(guī)定，像質(zhì)計(jì)應(yīng)放在成像板側(cè)，對(duì)于厚度13.5 mm的纏繞層應(yīng)看到的雙絲像質(zhì)計(jì)絲號(hào)為D10(絲徑0.1 mm)。纏繞層分層采用切向透照，透照布置時(shí)應(yīng)盡量讓中心射線(xiàn)束與透照部位對(duì)正，并與其切線(xiàn)方向一致，其穿透的纏繞層最大厚度179 mm左右，根據(jù)NB/T 47013.11—2015的B級(jí)像質(zhì)分辨率規(guī)定應(yīng)看到D8(0.16 mm)。由于在實(shí)際切向透照時(shí)，擺放像質(zhì)計(jì)不方便，僅在工藝試驗(yàn)時(shí)在工件靠近成像板側(cè)放置像質(zhì)計(jì)。另外，在切向透照沖擊試樣時(shí)，在沖擊部位上方放置補(bǔ)償塊，補(bǔ)償塊在報(bào)廢的纏繞氣瓶上切割軸向長(zhǎng)度200 mm，補(bǔ)償塊中心位置應(yīng)與沖擊部位對(duì)正。

根據(jù)射線(xiàn)機(jī)焦點(diǎn)尺寸和成像板像素尺寸，計(jì)算得到其最佳放大倍數(shù)為1.031。由于切向透照厚度較大且為圓柱形，成像板無(wú)法緊貼透照部位，如果完全按照最佳放大倍數(shù)進(jìn)行透照布置，該射線(xiàn)機(jī)能量不夠，難以達(dá)到較佳的圖像灰度。焦距雙倍單影透照和切向透照選定機(jī)械參數(shù)如表 6所示。

表6 透照機(jī)械參數(shù)

雙壁單影用鋼階梯試塊與玻璃纖維纏繞層板疊加透照，以模擬氣瓶鋼內(nèi)膽和纏繞層，選擇階梯試塊16 mm和18 mm的兩個(gè)與2倍內(nèi)膽厚度(17 mm)最為接近的臺(tái)階像質(zhì)來(lái)確定透照參數(shù)。透照時(shí)間根據(jù)設(shè)備情況設(shè)定為90 s。雙壁單影透照參數(shù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)見(jiàn)表7。

表7 雙壁單影透照參數(shù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)

注：絲號(hào)均為可識(shí)別絲號(hào);A-h5表示A型槽型試塊第h5槽可以識(shí)別

圖10 電壓230 kV影像

由表7可知,序號(hào)3和序號(hào)4透照參數(shù)得到的靈敏度較佳，可識(shí)別W11絲，但序號(hào)4像質(zhì)絲影像可識(shí)別長(zhǎng)度更長(zhǎng)。其兩套參數(shù)透照影像分別如圖10,11所示。故雙壁單影透照應(yīng)選用電壓235 kV的透照參數(shù)。

圖11 電壓235 kV影像

切向透照用厚13.5 mm玻璃纖維復(fù)合板，疊加13塊板，透照時(shí)間也設(shè)定為90 s，以試驗(yàn)切向透照的試驗(yàn)參數(shù)。透照試驗(yàn)數(shù)據(jù)如表8所示。

表8 切向透照參數(shù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)

由表8可知,序號(hào)3透照參數(shù)可識(shí)別的槽型試塊深度最小，得到的靈敏度最佳，其圖像如圖12所示。故最終兩種透照方式的最終透照參數(shù)如表9所示。

表9 雙壁單影和切向透照主要透照參數(shù)

圖12 電壓210 kV影像

2 試驗(yàn)結(jié)果

2.1 雙壁單影透照結(jié)果

經(jīng)用試驗(yàn)篩選的透照工藝檢測(cè)人工刻槽試塊，得到環(huán)向刻槽影像見(jiàn)圖13(a)，縱向刻槽影像見(jiàn)圖13(b)，沖擊部位影像見(jiàn)圖13(c)。

從圖13可知,環(huán)向刻槽圖像和縱向刻槽圖像可識(shí)別雙絲像質(zhì)計(jì)絲號(hào)均能達(dá)到D11，鋁像質(zhì)計(jì)均可看到W11號(hào)絲；環(huán)向刻槽可看到H2，但影像有斷續(xù)；縱向刻槽可以看到Z1，且影響清晰完整。沖擊部位圖像上未能發(fā)現(xiàn)明顯的缺陷影像。

(a)環(huán)向刻槽成像 (b)縱向刻槽成像 (c)沖擊部位雙壁單影成像

圖13 雙壁單影透照成像

2.2 切向透照結(jié)果

切向透照影像如圖14所示，可以看到內(nèi)膽經(jīng)過(guò)沖擊發(fā)生了明顯的內(nèi)凹變形，且纏繞層與內(nèi)膽存在脫黏的情況，在整個(gè)纏繞層截面一半以上厚度范圍內(nèi)存在長(zhǎng)短不一的分層影像。除了因?yàn)闆_擊纏繞層凹陷，在補(bǔ)償塊和氣瓶纏繞層之間存在的縫隙影像接近飽和，其他部位影像皆可觀測(cè)，在此影像纖維部分的左段、中段和右段沿纏繞層厚度方向進(jìn)行了灰度測(cè)定，分別如圖15～17所示?？梢钥闯?，在這3個(gè)部位的整個(gè)纏繞層厚度方向，灰度在6 561～11 911之間。

圖14 纏繞層切向透照成像

圖15 纏繞層右段厚度方向測(cè)定的灰度曲線(xiàn)

圖16 纏繞層中段厚度方向測(cè)定的灰度曲線(xiàn)

圖17 纏繞層左段厚度方向測(cè)定的灰度曲線(xiàn)

3 討論

雙壁單影的透照結(jié)果表明，數(shù)字射線(xiàn)檢測(cè)拍攝出能夠有效識(shí)別的0.5 mm的縱向和環(huán)向刻槽影像，尤其對(duì)于縱向刻槽的影像能夠識(shí)別到0.25 mm的刻槽，而現(xiàn)有長(zhǎng)管拖車(chē)?yán)p繞氣瓶纏繞層的單層厚度為0.5 mm左右；此外，此類(lèi)氣瓶的纏繞方式以環(huán)纏和斜纏為主，其纖維斷裂主要為縱向。因此，數(shù)字射線(xiàn)檢測(cè)對(duì)于該類(lèi)氣瓶纏繞層的纖維斷裂具有較高的檢測(cè)靈敏度。但對(duì)于同樣深度的刻槽，尤其對(duì)于較淺的刻槽，縱向刻槽影像的可識(shí)別性?xún)?yōu)于環(huán)向刻槽影像，究其原因，縱向刻槽與環(huán)向刻槽最主要的差別在于，縱向刻槽與成像板和射線(xiàn)源的距離相對(duì)比較一致，而環(huán)向刻槽是變化的，進(jìn)而造成縱向刻槽影像的幾何不清晰度相對(duì)一致，邊界比較清晰，環(huán)向刻槽影像幾何不清晰度不一致，尤其當(dāng)刻槽較淺、影像對(duì)比度較低時(shí)，不一致的清晰度造成影像識(shí)別更加困難。

切向透照的影像的三個(gè)部位的灰度范圍，均在NB/T 47013.11—2015標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的B級(jí)像質(zhì)灰度范圍(6 553～13 107)之內(nèi)。這3個(gè)部位灰度是切向透照影像比較有代表性的位置，由此表明切向透照采用補(bǔ)償塊的方法，能夠很好地滿(mǎn)足NB/T 47013.11—2015標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的AB級(jí)像質(zhì)灰度范圍要求；在切向透照影像上，不僅僅能看到纏繞層與內(nèi)膽的脫黏，而且在整個(gè)厚度方向上顯示出了多層的分層影像，尤其是能夠看到纏繞層外表面的分層，進(jìn)一步證明了添加補(bǔ)償塊對(duì)提高一次透照有效檢測(cè)范圍的有效性。采用補(bǔ)償塊進(jìn)行切向透照的方法，一個(gè)部位不用分次透照[19，21]，更不用為提高透照寬容度而提高透照電壓[21]，造成對(duì)比度的損失。

4 結(jié)論

綜上所述，采用數(shù)字射線(xiàn)檢測(cè)方法，應(yīng)用雙壁單影法透照17 mm鋼內(nèi)膽和27 mm玻璃纖維纏繞層能夠檢出環(huán)向刻槽的最淺深度為0.5 mm，能檢出軸向刻槽的最淺深度為0.25 mm。增加補(bǔ)償塊切向透照的方法，成功地解決了切向一次透照成像纏繞層厚度方向影像灰度差異巨大的問(wèn)題，并且整個(gè)厚度方向的纏繞層影像灰度能控制在NB/T 47013.11—2015標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的灰度范圍內(nèi)，從而消除了檢測(cè)盲區(qū)，減少了透照次數(shù)，極大提高檢測(cè)效率的同時(shí)，還提高了檢測(cè)靈敏度，進(jìn)而保證切向透照成像能夠有效地發(fā)現(xiàn)沖擊產(chǎn)生的分層、脫黏和內(nèi)膽變形等情況。

但是，此次試驗(yàn)未能驗(yàn)證軸向刻槽和環(huán)向刻槽檢測(cè)靈敏度不一致受刻槽方向影響的原因。因采用落錘沖擊試驗(yàn)制作沖擊缺陷的方法，既無(wú)法確保產(chǎn)生纖維斷裂；亦無(wú)法精確控制纖維分層缺陷或纖維斷裂的大小，故無(wú)法用實(shí)際缺陷進(jìn)一步驗(yàn)證雙壁單影法透照的靈敏度；也無(wú)法驗(yàn)證切向透照的檢測(cè)靈敏度。以上問(wèn)題有待進(jìn)一步研究解決。