使用计算机X射线检查复合材料管道

摘要

复合材料已经证明自己是一个不错的选择之间的工程材料的选择，因为他们的一些特性，如机械性，耐腐蚀，重量轻，耐久性好。但是，因为它是与任何种类的合金的情况下，复合材料具有在它们的使用寿命，这可能需要的地方，无论是在制造过程中或同时，他们正在执行他们的工作功能要被检查。在石油工业中，复合材料已经聘用越来越多的时候，尤其是对于流体输送管道。一般来说，在粘结接头的缺陷，是最常见的是孔隙度，裂缝和缺乏粘接剂的存在下。本研究旨在评估采用计算机放射成像（CR）的可行性聚合物粘合剂一起加入玻璃纤维增​​强环氧树脂制成的管道段，用于检测不连续性。进行测试，以评估包含管道内流体的某些关节的不连续性的可探测性，以模拟真实的工作条件。结果表明，它有可能检测到的缺陷，即使在管道中的流体，这是高度相关的复合材料制成的检查执行管线。

关键词：计算机X射线成像，复合管道，缺乏胶粘剂，成像板。

1。介绍

谋叛海上石油和天然气开发的复合材料是相当明显的，在过去​​十年中，经过35多年的航空航天和交通运输等行业提供满意的服务。海上生产从低水深处提取促使努力使复合材料的使用，具有成本效益的替代标准的金属材料[1]。

复合材料已经证明自己是一个不错的选择之间的工程材料的选择，因为他们的一些特性，如机械性，耐腐蚀，重量轻，耐久性好。但是，因为它是与任何种类的合金的情况下，复合材料具有在它们的使用寿命，这可能需要的地方，无论是在制造过程中或同时，他们正在执行他们的工作功能要被检查。在石油工业中，复合材料已经聘用越来越多的时候，尤其是对于流体输送管道。

胶接接头稍微圆锥形（锥形）钟型端和加工（圆柱或圆锥）插口端刚性接头组成。或者，钟和沉头孔的锥度可螺纹连接。在图1中示出一个典型的粘合剂胶接接头。

图1。典型的粘合剂的胶接接头[2]。

胶接接头具有最低的材料成本之间的所有其他类型的关节，并作出正确的结构高效。如果使用圆筒形插头，接头​​是由肩膀。锥形钟和锥形套管接头有两个匹配的锥形表面和不化妆的肩膀。前者的优点是很容易地确定有利的位置，最终使。后者（锥/锥关节）是一个强大的联合，但如果装配不正确位置的误差，可削弱关节更容易发生。

胶接接头的生产过程中会变得更加困难，对于较大规模的，特别是对于直径大于450毫米的管道。其中一个主要关注的问题是时所建立的联合是由粘接剂珠，这可能伸入管的孔中的大小。这不仅可能造成重大堵塞因素，但也可以提供一个源侵蚀和气蚀破坏[2]以及。

这是最经常发现的玻璃纤维增​​强环氧树脂（GRE）管道系统的缺陷是缺乏粘合剂，和分层剥离的在保税接头，只能通过水压试验，或在操作条件下，由于诱发振动检测。在复合材料系统服务故障大多是由于在组装阶段的失误。

这一事实点的相关评估工具，能够进行准确的检测，以及数据库建设项目的资格和创造等系统的装配程序的需要。

当粘合剂脱节或失去其附着力，线路上的压力损失可发生，以及漏油或油污染，从而导致的生产力损失，环境损害，甚至致命事故。由于这些原因，是能够评估的完整性和关节等中使用的粘合剂的质量检查方法的冲动。

中断商业生产过程中暗示的困难和成本高，往往需要采用非破坏性的方法进行联合评价，特别是因为它可以在不中断生产过程的情况下在现场进行。因此，有提供可靠的检测技术能检查这类材料的一个大问题。
本文提出了基于计算机放射成像（CR）的检验方法的发展过程中。它的目的是要证明，这项技术可能会被用来检查由环氧树脂和玻璃纤维增​​强复合管的粘接接头。

2。复合管射线测试

放射照相术（RT）是非常有用的，用于检测壁的厚度变化，水的侵入，积垢和一些空洞，并且缺乏粘接剂的地方，以及由碰撞引起的损害的存在下，孔隙度或夹杂物，与等体积型缺陷。此外，裂缝还可以被检测到，以及不正确的插入管的粘接插座和内部过量的粘合剂[3，4]。重要的是要提到，放射线照相技术是不敏感的表面粗糙度，但它是敏感的缺陷的取向[4]。

应调整放射线照相测试参数（即管电压和曝光时间）相比，由于密度低的聚合物和复合材料的钢。适合中低管电压摄片玻璃纤维增​​强环氧树脂（GRE）[4]。

较暗区域的薄膜在粘接（粘接层）上出现空洞。的缺陷很容易发现，只要有键合面之间的空气隙。如果空气间隙小于
0.5mm时，这是非常难以检测，而无需修改缺乏粘接剂的粘接剂，通过添加的重元素，作为对比度增强剂。 ZnI2，硫酸钡，氧化铅和W（在5％（重量））的功能以及对比度增强剂[3]。图2示出了与ZnI2添加剂的接合接头的射线照相图像。

图2。检测剥离的地区瘾ZnI2的胶粘剂。

3。方法论

3.1。感性

作为具体图像质量指标（IQIs）的这些材料不存在，IQI，将工作作为对比灵敏度的X光图像的透度计。此像质计由一小片包含两个圆形孔的直径分别为1.00毫米和2.00毫米，粘接材料（1.00毫米厚）。它将被用于检查放射线图像的敏感性检测到空隙中的粘接剂区域。图3显示了对比敏感度像质计。

菲古拉3。粘合剂孔式IQI。

的粘接剂层，以保持相同的厚度和倍率，像质计的内壁之间的管道材料相同的材料制成的一个垫层库存。图4示出了像质计的位置。

菲古拉4。 IQI的位置。
3.2 - 203 - 1999测试

的射线照相试验在两个步骤：模拟操作条件下的实验室试验和测试。

对于在实验室测试中，由一个4英寸直径的管，粘合在一起的两件，并在水平和垂直条纹形式的粘合剂含有缺乏的试验样品confectioned，如图5所示。

图5。具有水平和垂直粘合剂缺乏的试验样品。
图像，得到了恒电位X射线设备。 IP高清PLUS（杜尔）图像板和CR的系统模型CR50P（GEIT）。

作为供试样品管道切割制造的，他们被置于一定的方式，以模拟双壁单的图像（DWSI）的设置，这是推荐的用于这种检查的几何形状。图6显示了测试的几何设置。

图6。设置DWSI模拟。

在操作条件下的测试，放射线图像得到从有界关节开发的液压回路，以模拟在管道中的水流量，以评价缺陷的可探测性和图像质量的影响下，配管内的液体的存在下。

所述液压回路是由含有粘接接头的直径为4英寸的管。在组装阶段中，在粘合剂层中的缺陷被插入，以模拟真实的不连续性，可以发现在这种关节。进行放射线图像的粘结接头的粘接缺陷的缺乏，以及一个联合呈现缺乏粘附缺陷和无缺陷的一个关节的图像。在实验室测试中，采用联合四象收购的DWSI技术。图7示出的液压回路，并检查接头的方案，图8示出的曝光设置。

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图7。液压回路和被检查的关节的定位。图8。曝光设定（DWSI）。

表1显示了在实验室测试和操作条件测试中使用的曝光时间。在这两个试验中，70 kV，管电流为3 mA的高电压。

表1中。曝光时间（s），用于在射线照相检测。

3。结果

图9显示了放射线图像的缺乏粘接样品的实验室测试。在a）和b），它是无粘接剂（红色箭头指示的），水平和垂直条纹的存在下，以通知。在c）和d），显示相同的图像处理后，与计算滤波器增强细节“。

图9所示。在实验室测试中收购射线图像。

图10和图11中示出的关节的放射线图像呈现不足的附着力（1和2），其中a）和c）分别是图像，在不与水
在管道内，和b）和d）是与计算滤波器增强细节“的相同的图像处理。缺乏的附着力，它由管道壁之间的粘附和粘合差或没有，不能进行可视化。只有那里没有任何粘接剂或它的数量是小于推荐接合标准可以在将显示在图像。这些空区域辐射较低的衰减在这些领域（红色箭头指示的），由于在图像中显示为黑点。

图12显示了本联合“无缺陷”的放射线图像，其中a）和c）的图像和不与水在管道内，和b）和d）相同的图像处理，通过计算过滤器“增强详细信息“。无显示或表示缺陷的存在地区被发现。

图13示出了本联合“胶合剂”缺乏的放射线图像，其中a）和c）的图像和不与水在管道内，和b）和d）通过使用计算滤波器的相同的图像处理增加细节“。红色箭头指示界共同的缺陷被发现的地方。可以注意到，有不是一个完美的耦合的管道元件，示出在组装过程中发生了故障。

4。结论

实验表明检查界GRE管道接头采用影像学技术的可行性。在所有试验中的对比敏感度的像质计的圆形孔进行检测。这表明，它是未能检测缺乏的粘合剂和小区域，这可以用作透度计，为了评价复合材料中的图像，类似于空穴型的IQIs中常用的金属材料侧位的放射线敏感性的图像质量指示符。

的CR技术被证明是能够在工作状态关节，即不连续的检测，包含在管道内的流体。这是一个很大的优点，因为没有需要中断生产和漏极线，以便进行检查。

这种技术的另一个优点是由计算滤波器处理的图像的可能性。这些过滤器已被证明是非常有用的，在检测缺陷的适应症，导致具有高对比度增强的图像。

缺乏粘附接头有相同种类的表示空隙。然而，由于缺乏附着力不能被清楚地识别。当有界的接头有正确的数量的粘合剂，但不存在组件的粘合，在X光片的粘接剂层和管道壁之间的空间是不可见的，因为层，叠加在图像上。

致谢

部分支持这项工作是由巴西国家石油公司（Petrobras），全国发展Conselho西恩蒂菲科ÉTECNOLOGICO（CNPq），卡洛斯·查加斯氏菲略FUNDAÇÃO安帕罗Pesquisa做ESTADO的里约热内卢（FAPERJ）和经营分包商AperfeiçoamentoPessoal NIVEL高级（短斗篷）。

参考文献

[1]杰里米C.价格“，”国家的艺术“，在石油和天然气工业的复合材料的发展与应用”，第十二届（2002）国际海洋与极地工程会议论文集，北九州市，2002年

[2] ISO 14692-3 - 石油和天然气工业玻璃纤维增​​强塑料（GRP）管道系统第3部分：系统设计，2002年;

[3] ISO 14692-4 - 石油和天然气工业玻璃纤维增​​强塑料（GRP）管道系统第4部分：制造，安装和运行，2002年;

[4] NORSOK标准的M-622 - GRP管道系统，1994年制作安装