一種承壓設(shè)備兩大Cl法的圖像質(zhì)量評價方法
相關(guān)鏈接： 中國安全網(wǎng) 中國質(zhì)量網(wǎng) 中國論文網(wǎng) 中國資訊網(wǎng)
鄭曉敏
在TOFD法中，缺陷顯示的正負(fù)相位灰度對比度和端部分辨力是評估圖像質(zhì)量的重要參數(shù)。在相控陣法中，缺陷信號的圖像質(zhì)量，是用彩色色譜表征。此圖像色譜代表A型顯示中反射體的回波動態(tài)曲線，借此可評估反射體尺寸。
本文介紹作為焊縫承壓設(shè)備NDE“現(xiàn)在進(jìn)行式”的兩大CI（計(jì)算機(jī)成像）法-TOFD法和相控陣法的圖像質(zhì)量評定要領(lǐng)，并結(jié)合焊接試樣中面型缺陷和體型缺陷的檢測顯示，給出像質(zhì)評定的示例。兩大CI法的圖像特征（“斑馬紋”圖和“彩虹”圖）概貌比照，如圖1所示。
1衍射時差(TOFD)法
1.1 TOFD圖像特征
1.1.1灰度條紋
TOFD法基于衍射現(xiàn)象，正負(fù)相位的聲波用相關(guān)于聲強(qiáng)的不同灰度級表示。此灰度級條紋（又稱斑馬紋）由A掃描（或波形）信號轉(zhuǎn)化而來，如圖2所示。
TOFD圖像一般是由A掃描的射頻波形轉(zhuǎn)換集積而成的黑白條紋顯示（通常稱為D掃描顯示），TOFD黑白條紋的灰度層次與A掃描波形相位和波幅的對應(yīng)性如圖3所示。直通波和底波信號分別呈有一定寬度的、連續(xù)的黑白相間的條紋，中間的面狀缺陷，則呈現(xiàn)上端部信號和下端部信號轉(zhuǎn)化的兩道黑白相間的條紋，缺陷信號的條紋顯示介于直通波與底波信號條紋顯示之間。所有信號的條紋顯示均為多周期信號的條紋顯示。
1.1.2相位信息
TOFD灰度級條紋圖顯示相位信息，有些信號呈白一黑一白條紋，有些則呈黑一白一黑條紋。借此可識別波源（缺陷上端部或下端部等），也可用于缺陷定量。根據(jù)入射脈沖的相位（通常為負(fù)電壓），直通波是正相位；隨后，第一個衍射（缺陷上端部）信號是負(fù)相位，第二個衍射（下端部）信號是正相位，而底面信號是負(fù)相位。典型的TOFD布置和A掃描射頻波形及正負(fù)相位顯示的圖例見圖4。此相位信息對TOFD檢測圖像信號的解釋評定很有用，因此，射頻(RF)信號和不檢波信號常用于TOFD檢測。圖像中的相位信息可用于正確識別和表征信號屬性（如缺陷上端部和下端部，以及缺陷類別等），也可用于缺陷準(zhǔn)確測深定高。
1.2 TOFD像質(zhì)測評
為測評TOFD圖像質(zhì)量等級，特制作了板厚60mm的焊接試板作為校驗(yàn)試樣，試樣中加工了兩條寬1mm的人工線槽和一個≯3mm橫孔，分別代表面型和體型缺陷。
圖5即為測評TOFD法圖像質(zhì)量用的校驗(yàn)試樣和專用掃查器。掃查器由微型電機(jī)驅(qū)動，無需更換硬件，能同時進(jìn)行平行掃查和非平行掃查。
用TOFD雙探頭對上述校驗(yàn)試樣用不同中心間距(PCS)作TOFD檢測時，人工缺陷顯示的不同圖像質(zhì)量等級示例，如圖6～圖11所示。
圖12歸納了面型和體型兩類缺陷、三種等級的TOFD圖像質(zhì)量特征。I級：缺陷上下端部斑馬紋（黑白條紋）輪廓清晰，給出的斷面測量值準(zhǔn)確；Ⅱ級：缺陷上下端部斑馬紋（黑白條紋）上清下糊，或上糊下清；Ⅲ級：缺陷上下端部斑馬紋（黑白條紋）上下不清。
以線槽（代表面型缺陷）TOFD圖像為例，其圖像質(zhì)量與線槽參數(shù)和檢測參數(shù)的相關(guān)性見表1。TOFD圖像的像質(zhì)評估用相位灰度對比度（I、Ⅱ、Ⅲ級）表示，端部分辨力高低評估用A、B、C表示。
2相控陣(PA)法
2.1 PA圖像特征
與TOFD法一樣，相控陣法的圖像質(zhì)量水平，也關(guān)系到焊縫超聲檢測設(shè)備的設(shè)置和檢測能力。測評方法也用焊接校驗(yàn)試樣中參考反射體的顯示圖像。典型的相控陣圖像（稱為彩虹圖）有以下四種基色：
理想的PA圖像示例見圖13。顯示色譜由紅一綠，代表回波聲強(qiáng)由強(qiáng)一弱。
在脈沖回波法中，我們常用回波動態(tài)曲線來對缺陷進(jìn)行定量。必須采用ASME法規(guī)第V卷附錄VIII規(guī)定的基于斷裂力學(xué)的驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)或基于非波幅法的技術(shù)進(jìn)行定量時，則用缺陷端點(diǎn)尋找法定量。
相控陣(PA)是用多晶片（陣元）探頭的脈沖回波法，而多晶片用不同的時間或相位激發(fā)聲脈沖，如圖14和圖15所示。
2.2 PA像質(zhì)測評
PA最常用的扇形掃描顯示的“下弦月”形圖像對應(yīng)于單晶脈沖法的回波動態(tài)曲線。
為使相控陣圖像有對應(yīng)于100% DAC的正確顯示，典型相控陣圖像的四種基色（紅、黃、綠、藍(lán)）須呈現(xiàn)在參考反射體的扇形掃描顯示圖中。此圓弧長度就是包含藍(lán)一綠一黃一紅一藍(lán)的包絡(luò)圖像（見圖16）。
圖17示出了相控陣彩色編碼的B型顯示（橫斷面顯示）與A掃描信號強(qiáng)度的相關(guān)性。
ASME 2013在第四章新增的附錄NA P中，規(guī)定了PAUT的圖像解讀和評判，總共13張圖；其中7張是圖譜解讀理念，6張是典型焊接缺陷圖譜圖例。
PA像質(zhì)測評和PAUT讀譜必須諳悉圖像彩色與超聲波幅強(qiáng)度的相關(guān)性。UT數(shù)據(jù)常用彩色信號圖或“彩虹”圖(Rainbow color palette)顯示，彩色范圍代表一系列信號幅度。通常，白色代表0%信號幅度，藍(lán)色（或淺色）代表低信號幅度，紅色（或深色）代表判廢信號幅度（見圖18）。
圖19示出了相控陣對線槽作E掃所得彩虹圖的色譜與A掃信號強(qiáng)度的相關(guān)性。
優(yōu)質(zhì)像質(zhì)是確保PAUT缺陷檢測可靠和定量準(zhǔn)確的基本條件。圖20說明聲束角度校準(zhǔn)對缺陷準(zhǔn)確定位、表征的重要性；圖21說明像質(zhì)和光標(biāo)位移取值對缺陷準(zhǔn)確定量的重要性。
有缺陷顯示的超聲相控陣圖像，按顯示的基色組成可劃分成三種質(zhì)量等級，如圖22所示。
3小結(jié)
當(dāng)今成為承壓設(shè)備計(jì)算機(jī)超聲成像檢測(CI)技術(shù)主流的TOFD法和PAUT法，系統(tǒng)校驗(yàn)和檢測設(shè)置關(guān)系到檢測結(jié)果的圖像顯示，而圖像顯示的有效性與可靠性相關(guān)于圖像質(zhì)量。
1) TOFD法的圖像質(zhì)量等級一分為三，像質(zhì)參數(shù)主要有兩個：一是相位對比度，二是端部分辨力。
2) PAUT法的圖像質(zhì)量等級也一分為三，按原色組成（紅黃藍(lán)綠）劃分，對應(yīng)于A掃描動態(tài)回波曲線。影響像質(zhì)的參數(shù)主要是：頻率、角度、聚焦法則。
以上有關(guān)承壓設(shè)備焊接接頭CI檢測圖像質(zhì)量評定的初步研討，可供國內(nèi)同仁操作借鑒。至于CI像質(zhì)的定量評價，各級CI像質(zhì)與系統(tǒng)參數(shù)、設(shè)置參數(shù)的相關(guān)性，還需結(jié)合檢測實(shí)際，進(jìn)一步深化、細(xì)化和標(biāo)準(zhǔn)化。
4摘要：介紹承壓設(shè)備超聲檢測計(jì)算機(jī)成像(CI)兩大主流技術(shù)-TOFD法和PAUT法有關(guān)檢測結(jié)果圖像顯示質(zhì)量的等級評定要點(diǎn)。相位灰度對比度和端部分辨力，是TOFD斑馬紋圖的像質(zhì)評定要素；相應(yīng)于脈沖回波動態(tài)曲線的色譜顯示，是PAUT彩虹圖的像質(zhì)評定要素。結(jié)合焊接試樣中已知缺陷的檢測顯示，給出了像質(zhì)評定示例。引述了最新國際動態(tài)，意在為國內(nèi)及早推出承壓設(shè)備CI法相關(guān)圖像質(zhì)量評定標(biāo)準(zhǔn)提供有用借鑒。
