La transition de la radiographie sur film à la DR

La transition de la radiographie sur film à la radiographie numérique (DR)

Premièrement publié dans le magasine Materials Evaluations de mai 2009

 

Au cours des dernières années, la radiographie numérique, couramment appelée par les initiales anglaises DR (Digital Radiography), s'est taillé une place sur le marché du CND, depuis que les spécialistes se sont aperçus que cette technologie dépasse la radiographie sur film et ses technologies de remplacement.


La radiographie numérique portable apporte de nombreux avantages aux utilisateurs. L'obtention rapide d'images à la demande, pour analyse immédiate, signifie qu'on ne fait plus aucun compromis sur la qualité d'image et on n'a pas besoin de se repositionner. Les systèmes DR offrent une réduction du temps de travail et des coûts, et une augmentation des profits pour les prestataires de service de CND. Cet article se concentre sur le contrôle non destructif au moyen d'un système DR portable.


Le présent article montre des inspections effectuées dans un laboratoire et dans une raffinerie au moyen d'un capteur plan portable au silicium amorphe, associé à une source à isotopes d'iridium (Ir-192) et à une source de rayons X pulsés à 270 kV. Ces exemples montrent que le temps d'exposition nécessaire est divisé par 10 et que la sécurité de l'inspecteur est améliorée. La durée d'arrêt de fonctionnement de l'usine est réduite et les inspections s'effectuent dans un minimum de temps. La démonstration de divers outils logiciels, disponibles pour une analyse immédiate sur le site, sera présentée avec des exemples de l'industrie pétrochimique et tuyauteries, des essais aéronautiques et au service de l'art.



Les systèmes procurent la mobilité, une haute qualité d'images et l'efficacité de l'inspection en tout lieu. La DR constitue une combinaison idéale de résultats en temps réel avec des outils logiciels sophistiqués d'analyse, permettant au personnel de CND de travailler au laboratoire et sur le site avec le même équipement, fournissant les résultats rapidement et efficacement avec une plus grande capacité d'analyse.

 

1. LA RADIOGRAPHIE NUMÉRIQUE DANS UN LABORATOIRE

 

En 2008 fut entrepris un grand projet pour tester les capacités des systèmes de radiographie numérique dans le domaine de la CND de tuyauterie. Le système utilisé pour cet essai était un capteur plan Vidisco (16 384 niveaux de gris) associé à une source de rayons X pulsés Golden XRS-3 (270 kV). L'essai porta sur divers échantillons de soudages de tuyauterie avec des défauts intentionnels, tels des scories, des morsures, de la corrosion, de la porosité et des fissures. Les critères de succès de l'essai étaient le temps pris pour obtenir une image et la visibilité des défauts et des fils étalons IQI (inspection de qualité industrielle).

 

 

 Set up and test X-ray of carbon steel 60.3mm pipe

FIGURE 1 : Montage et radiographie de l'essai d'un tuyau d'acier carboné de 60,3mm

 

 

La figure 1 montre un soudage en forme de V, effectué sur un tuyau d'acier carboné 5355 de 60,3 mm de diamètre extérieur, avec une épaisseur de paroi de 2,9 mm (~6 mm d'épaisseur de paroi totale). Le montage externe et les paramètres de prise de vue radiographique ont été enregistrés, ainsi que les conditions et le temps d'exposition. Les mesures de diamètre du tuyau et l'épaisseur de la paroi sont également inscrites dans des annotations (effaçables) sur l'image. Le temps d'exposition était de 3,54 secondes (53 impulsions). La distance focale du détecteur (FDD) était 50 cm et l'angle de « prise de vue » était 90 degrés. Le type de fil étalon IQI utilisé pour vérifier la sensibilité de 2% était EN13FE. Un bloc d'acier a été placé comme une référence de mesure pour cet essai. Les défauts dans la soudure sont clairement visibles.

 

 

Set up and test X-ray of weld ellipse in pipe

FIGURE 2 : Montage et radiographie d'un soudage en ellipse sur un tuyau

 

 

Sur la figure 2, le manque de pénétration à la racine apparaît clairement au sommet du soudage. En bas à gauche on peut distinguer de la porosité et, en bas a droite, une scorie et une morsure sont clairement visibles. Il s'agit d'un tuyau d'acier carboné 5355 de diamètre extérieur 88,9 mm, épaisseur de paroi 3,2 mm (épaisseur de paroi totale 6,4 mm).



La figure 3 montre un tuyau d'acier carboné 5355 en forme de T, de diamètre extérieur 60 mm et une épaisseur de paroi de 2,9 mm (épaisseur totale de la paroi à pénétrer par le rayonnement X : ~6 mm). Une exposition de seulement 4,3 secondes a suffi et la distance entre le détecteur et la source était 50 cm ; l'angle de 90 degrés et le fil étalon IQI utilisé était du type EN10FE, pour vérifier la sensibilité de 2%. Une scorie et le manque de pénétration à la racine sont clairement visibles dans le coin supérieur gauche de soudage, de même que les fils IQI au centre.

 

 

Set up and test X-ray of carbon steel 60mm pipe

FIGURE 3 : Montage et radiographie de l'essai d'un tuyau d'acier carboné de 60 mm 

 

 

2. LA RADIOGRAPHIE NUMÉRIQUE SUR LE TERRAIN

 

Un test d'évaluation de l'efficacité de la radiographie numérique a été mené récemment dans l'une des raffineries TOTAL en France. L'objectif était de comprendre les avantages de l'utilisation d'un système d'inspection de radiographie numérique avec une source de rayons gamma. Le système utilisé dans l'essai était le système d'inspection portable Fox- Rayzor avec son capteur plan de silicium amorphe de 13 mm d'épaisseur. Les critères de succès de l'essai étaient le temps d'installation du capteur et de la source en place, le temps jusqu'à l'obtention d'une bonne image, la qualité des images en comparaison avec des images connues de l'objet testé et les outils d'analyse disponibles sur le site.


La source utilisée est une source de rayons gamma à isotopes Ir192, 16Ci. La distance entre le détecteur et la source était 50 cm - la même distance utilisée lors des inspections précédentes, sur film. Le temps d'exposition variait de 8 à 16 secondes. Les images sont apparues sur l'écran en temps réel, sans nécessité de développement ou de balayage. Si une image n'est pas assez bonne, elle était reprise immédiatement et la nouvelle image était disponible en quelques secondes. Aucun compromis n'était nécessaire sur la qualité d'image puisque de bonnes images étaient réalisables sur place.


Le système tient dans une valise robuste et peut être apporté à n'importe quel lieu de la raffinerie. Le système DR Vidisco offre la combinaison d'images de haute qualité, le temps le plus court d'obtention de l'image et le logiciel sophistiqué FlatfoX pour l'analyse des résultats sur le site. Ce logiciel est convivial et permet l'utilisation des outils d'amélioration de l'image les plus récents pour faciliter l'analyse au plus haut niveau. Les outils logiciels les plus couramment utilisés pour l'analyse du site sont les suivants : la calibration de la fenêtre, l'algorithme de netteté, le gaufrage, la superposition, la mesure d'épaisseur de paroi et le moyennage. Avec ces outils, le niveau d'analyse réalisable sur place est grandement accru. Cela donne à l'opérateur les outils nécessaires pour prendre immédiatement une décision correcte concernant la qualité de l'image et l'information obtenue.

 

2.1 Calibration de la fenêtre

L'outil de calibration de la fenêtre est une fonctionnalité du logiciel qui permet à l'operateur de CND de tirer le plus grand parti des informations obtenues du système DR. Le capteur plan portable fournit une image avec 14 bits de dynamique, ce qui signifie une information avec 16 384 niveaux de gris. Un écran d'ordinateur ne montre normalement que 256 niveaux de gris. L'outil de calibration de la fenêtre permet à l'operateur d'éclaircir ou de foncer une image, en examinant un spectre particulier des niveaux de gris à chaque fois, rendant ainsi visibles certains détails d'information plus spécifique sur un écran à 8 bits.

 

 

Window levelling tool screen

FIGURE 4 : Ecran d'outil de calibration de la fenêtre

 

 

La figure 4 illustre l'action de l'outil de calibration de la fenêtre. L'image radiographique d'une armature de l'aile d'un engin volant (fabriquée par moulage d'aluminium) est successivement visionnée dans les domaines qui mettent en valeur la fissure à l'extrémité épaisse, à droite, et les défauts autour du trou du boulon à l'extrémité fine, à gauche.

 

 2.2 Algorithme de netteté

L'outil de netteté est un algorithme puissant, qui accentue l'image avec un minimum d'augmentation du bruit. L'outil de netteté est particulièrement utile lors de l'utilisation d'une source Ir-192, qui rayonne dans toutes les directions et a donc une tache focale élargie qui rend les images floues. Cette fonctionnalité peut aider à faire ressortir des détails de défauts dans une image.
 

 

 2.3 Gaufrage

L'algorithme de gaufrage traduit l'échelle de niveaux de gris en relief, créant un effet de 3 dimensions et faisant apparaître l'image comme gravée dans du métal. Cela facilite la détection de défauts tells que la corrosion et la porosité dans les tuyaux.

 

 

Emboss effect compared to original X-ray

FIGURE 5 : Effet de gaufrage en comparaison de la radiographie d'origine

 

 

La figure 5 montre comment l'effet de gaufrage fait ressortir des dépressions dans le matériau d'un tuyau d'acier carboné de diamètre extérieur 3,5" et les rend plus faciles à remarquer. Au clic d'un bouton, l'image sur l'ecran se transforme immédiatement pour permettre la commodité de l'analyse.

 

2.4 Superposition

Le mode de superposition réalise la combinaison de deux images, une au-dessus de l'autre. Ce mode s'avère très utile quand différentes parties de l'objet radiographié exigent des temps d'exposition différents. Cela permet de visionner différentes épaisseurs et différents matériaux sur une seule image.

Sur la figure 6, la différence de matériaux entre le tuyau lui-même et son isolation rend difficile la vision de tous les détails par une seule exposition. La première exposition est de 10 secondes et la deuxième seulement 3 secondes. Alors les images sont combinées automatiquement exactement une au-dessus de l'autre, dans le mode de superposition. On peut alors voir tous les détails sur une seule image pour une analyse bien claire.
 

 

Insulated pipe in overlay mode

FIGURE 6 : Tuyau avec isolation dans le mode de superposition

 

 

2.5 Moyennage

La fonction de moyennage effectue la combinaison de deux images ou plus, en prenant la moyenne entre leurs valeurs pour chaque pixel. La fonction de moyennage automatique fait la moyenne entre un certain nombre d'images (déterminé par l'utilisateur) en prenant les images successives une après l'autre et en affichant une image qui est le résultat de la moyenne des images successives. Le résultat fournit une image plus nette par la réduction du bruit, ce qui permet de distinguer les détails fins.

 

2.6 Essai combiné

Une section de tuyau de la raffinerie a été apportée au laboratoire pour procéder à une comparaison entre une source de rayons X pulsés et une source de rayonnement gamma.


La figure 7 montre que la source de rayons X pulsés a réussi à obtenir des résultats plus nets avec un temps d'exposition minimal. Une seule exposition avec une source XRS-3 à 270kV (c) fournit une image de haute qualité qui surpasse même l'image résultant du moyennage de 6 images avec une source d'Ir192 (b), et elle est bien sûr meilleure qu'une seule exposition de la source d'Ir-192 (a).


L'effet de gaufrage révèle que de nouveaux défauts se trouvent détectés sur l'image créée par la source (c) de rayons X pulsés.
L'image de gauche (a) a été prise avec un temps d'exposition de 9 secondes avec l'Ir-192, celle du milieu (b) est la moyenne de 6 images de ce type (9 fois 6 = 54 secondes de temps d'exposition total avec Ir-192) et l'image de droite (c) est celle d'une source de rayons X pulsés XRS-3, avec une exposition de seulement 2,03 secondes. Pas seulement les rayons X sont moins dangereux que l'Iridium radioactif, mais ses rayons sont plus concentrés et directionnels et le temps d'exposition est plus court.

 

 

Soutirage Catalyseur FCC Unit, comparison with XRS-3 - Emboss tool

FIGURE 7 : Catalyseur de soutirage de particules FCC, comparaison avec la source XRS-3 – outil de gaufrage

 

 

3. COMPARAISON DU TEMPS D'EXPOSITION

 

Les systèmes d'inspection DR portables sont désormais à la disposition des operateurs de CND. Pour compléter le tableau des capacités du CND de tuyauteries au moyen de DR portable, voici les résultats des temps d'exposition obtenus par un grand prestataire de services de CND finlandais dans son travail quotidien sur le terrain.

La table 1 effectue une comparaison des temps d'exposition de CND  de tuyaux de divers matériaux et de différentes tailles. La comparaison concerne les temps d'exposition requis en utilisant la radiographie sur film contre celle suffisant à un système DR portable. Tous ces essais ont ete effectu'es avec une source à l'Ir-192.
 

 

Table 1 : Comparaison des temps d'exposition

Objet inspecté

 Diamètre du tuyaur

Matériau

Epaisseur de paroi

Contenu liquide

Temps d'exposition avec une source Ir 192 et le FoX Rayzor
Temps d'obtention d'image

Temps d'exposition avec une source Ir 192 et radiographie sur film -
Sans développement**

Lance d'incendie

208mm

Inox 35

7,2 mm

Aucun

30 secondes

3 minutes

Profil de fibres de verre

700mm

Fibres de verre

~25 mm

Aucun

70 impulsions* (environ 4,3 secondes)

30 secondes

Tuyau d'eau de traitement

150mm

Inox 2343

Total une paroi 6 mm

Eau

20 secondes

15 minutes

Système de refroidis-sement de vapeur

250 mm + isolation

10Crx

Total une paroi 40 mm

Aucun

50 secondes

~1 heure

Tuyau de vapeur à base pression

400 mm + isolation

Inox 35

12mm

Aucun

30 secondes

~20 minutes

Tuyau de détergent de carburant

100 / 80mm

Inox 2343

6mm

Détergent

15 secondes

10 minutes

 

* Essai effectué avec une source XRS-3 pulsée

** Temps d'exposition seulement, développement du film non compris
 

 

CONCLUSION

 

Le système DR portable au silicium amorphe s'avére efficace : il procure des solutions pratiques, aussi bien pour les utilisations en laboratoire d'essais non destructifs que pour effectuer des inspections sur le terrain. Dans la raffinerie il a suffi de 3 heures aux opérateurs du système DR portable pour effectuer leurs inspections dans 10 endroits différents. Une inspection similaire au moyen de la radiographie sur film ou des technologies de remplacement de film, qui nécessitent la numérisation et le développement, peut prendre plus d'une journée ( y compris le développement du film , mais sans compter l'analyse, ce qui ajoute encore du temps pour obtenir les résultats finaux des essais) .

 

En plus du gain de temps d'inspection, il n'a pas été nécessaire d'arrêter le fonctionnement de l'usine et la qualité des images était connue immédiatement. Il n'a pas été nécessaire de revenir à mener de nouvelles inspections pour une erreur de positionnement ; l'opérateur pouvait s'en apercevoir immédiatement ( parce que les images sont immédiatement visibles sur l'écran) et corriger sur le champ – et ainsi toujours obtenir de bonnes images lors de l'inspection sur le site.

 

Dans les laboratoires, dans les musées et dans les industries aéronautiques, la radiographie portable rend l'analyse plus facile grâce à un logiciel d'amélioration sophistiqué. Les résultats sont immédiats et de la plus haute qualité.

 

Pour conclure : les systèmes de DR donnent au prestataire de services CND l'occasion de fournir de bons résultats dans un temps plus court et augmenter la qualité de l'analyse. Le service fourni s'en trouve donc amélioré et son coût réduit. La rentabilité et la sécurité de l'opérateur sont sensiblement accrues.

 

Pour plus d'informations, veuillez lire l'article « Utilisation quotidienne de la technologie de pointe de radiographie numérique en CND ».

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