射线检测方法.ppt

3 2X射线检测方法X射线照相能够得到工件内部状况的二维图象 但是由于几何关系二维投影像不可能完全真实地反映工件内部真实的缺陷形状和大小 这是由于焦点 焦距和缺陷位置等因素的影响 有可能产生放大 畸变 重叠 半影等情况 必须根据实际情况作出恰当的判断 3 2 1X射线机X射线机按其结构形式大致可分为两大类 移动式X射线机和携带式X射线机 移动式X射线机的管电压可达420kV 携带式X射线机的管电压一般可达300kV 两者在结构上和应用上都有些不同 1 移动式X射线机X射线管放在充满冷却 绝缘油的管头内 高压发生器用油浸在高压柜内 X射线管用强制循环油冷却 移动式X射线机的体积和重量一般都比较大 适用于实验室 车间等固定场所 可用于透照比较厚的工件 2 携带式X射线机X射线管和高压发生器放在一起 没有高压电缆和整流装置 因此体积小 重量轻 适用于流动性检验或对大型设备的现场探伤 同时X射线机也可按射线束辐射方向分为定向辐射和周向辐射两种 其中周向X射线机特别适用于管道 锅炉和压力容器的环形焊缝检测 由于一次曝光可以检测整条焊缝 工作效率显著提高 此外 还有一些特殊用途的X射线机 如软X射线机 管电压60kV以下 可用于检测金属薄件 非金属材料等低原子序数物质的内部缺陷 微焦点X射线机 焦点尺寸0 01 0 1mm 最小可达0 005mm 适用于检测半导体器件 集成电路 陶瓷等内部结构和焊接质量 X射线管是X射线探伤装置的核心 一台X射线探伤机的优劣主要是看其X射线管的技术性能 如穿透能力 透照清晰度 使用寿命等 这些都与X射线管的质量直接有关 X射线管的阴极起着发射电子和聚焦电子的作用 由发射电子钨丝和聚焦电子的凹面组成 阳极焦点的形成取决于阴极的形状 阴极头的形状 大小 凹面直径 深度 灯丝直径和位置都对X射线焦点的形状和大小有直接影响 钨丝的温度决定于加热电流强度 当达到一定管电压而管电流不再增加时 称为饱和电流 发射X射线过程中90 以上能量转换成热 因此在阳极构造上特别要考虑耐高温和散热 一般阳极靶与管轴垂直方向约成20o倾斜角 X射线束则形成一个约40o圆锥向外辐射 其强度与均匀度如图所示 X射线窗口中心部位的射线强度为100 时 靠近阴极侧的射线强度比阳极侧偏高 因此一般透照焊缝时 尽量使焊缝垂直于X射线管轴线 以获得曝光均匀的底片 X射线管焦点是决定X射线管光学特性好坏的重要标志 焦点大小直接影响探伤灵敏度 由于多数X射线管的阴极形状是线焦点 在阳极靶面上呈长方形 X射线从这个长方形射线源发出 这就是实际焦点 当靶面与X射线管轴线的垂直线之间倾斜20o时 其有效焦点面积约为实际焦点面积的三分之一 X射线照相灵敏度与有效焦点直接有关 实际焦点面积大对散热有利 有效焦点面积小对透照灵敏度有利 一般所说的是指有效焦点 常用有效焦点2 3 2 3 3 3 4 4 mm 等尺寸 采用特殊的磁聚焦方法可以使有效焦点尺寸达到0 1 0 2mm 新出厂或存放一段时间的X线管必须经过训练试验 将管内气体吸收掉才能正常使用 小焦点X射线管虽然具有探伤灵敏度高 透照清晰的优点 但是由于焦点面积小 阳极靶很容易因局部过热而被烧坏 一般大型X射线管 如1400kV 常常采用大小不同的两个焦点 即所谓双焦点X射线管 这样对一般射线检测可用大焦点 要求灵敏度高时可用小焦点 提供了选择余地 普通X射线管的射线束一般为40o圆锥角 透照范围比较小 为了提高透射效率 可采用360o辐射的周向X射线管 金属 陶瓷X射线管是X射线管制造上的一次重大变革 这种管子结构简单 如图所示 金属 陶瓷组件被熔接在金属管内以形成真空密封 并且为阴极和阳极提供机械支承 起到两极绝缘 提供高压电缆联接插座 这种射线管的优点是尺寸小 重量轻 耐机械振动 选择X射线机要考虑其透过力 可搬动性 焦点尺寸 管电流大小 X射线束形状等 穿透能力取决于X射线的能量或波长 管电压愈高则射线透过能力愈强 被透照物质的原子序数和密度愈大 则对射线的吸收也愈大 因此需选用较高的管电压 X射线机发展的趋势是继续向小型化 轻型化发展 以及随着微机应用的普及一般X射线机的操纵箱采用微机控制 3 2 2象质计与几何不清晰度 1 灵敏度与象质计射线照相灵敏度是指在射线透照的底片上所能发现的工件中沿射线穿透方向上最小缺陷的尺寸 称为绝对灵敏度 由于射线照相时 不同厚度工件所能发现缺陷的最小尺寸不同 比较薄的工件容易发现细小缺陷 厚工件则只能发现尺寸稍大一些的缺陷 因此 采用绝对灵敏度往往不能反映不同厚度工件的透照质量 用所能发观的最小缺陷尺寸占被透照工件厚度的百分比表示 则更能反映不同厚度工件的透照质量 这称为相对灵敏度或百分比灵敏度 目前一般所说的X射线照相灵敏度 都是指相对灵敏度 但在射线照相前 被透照工件中所能发现的最小缺陷尺寸是无法知道的 一般采用带有人工缺陷的象质计来确定透照灵敏度 象质计的材质应与被透照工件相同 目前国内外采用的主要有3种象质计即槽状象质计 孔型象质计和金属丝象质计 金属丝象质计是以一系列直径不同的金属丝所组成 利用在底片上显示金属丝的粗细来评价透照质量 金属丝象质计制作简单 使用方便 在国内外得到广泛采用 1号象质计钢丝 0 1 0 4mm 用于透照厚度20mm以下钢件 2号象质计 0 25 1 0mm 用于透照厚度5 60mm钢件 3号象质计 0 8 3 2mm 用于透照厚度50 100mm钢件 采用金属丝象质计时 透照灵敏度按下式计算一般要求灵敏度小于等于2 要求高的在一定厚度范围内要达到1 按标准我国X射线照相质量分为3级 A级成象质量一般 适用于承载负荷较小的产品与部件 AB级成象质量较高 适用于锅炉和压力容器产品与部件 B级成象质量最高 适用于航天及核设备等极为重要的产品与部件 象质计要放在工件靠近射线源的表面 与放在靠近胶片一面表面上相比 在相同透照条件下 靠胶片容易显示更细的金属丝 因为愈靠近胶片半影愈小 成象愈清楚 同样 工件中相同性质和大小的缺陷越靠近胶片时越容易在底片上发现 所以将象质计放在工件靠近射线源表面上透照后 能在底片上显示出来 说明工件中远离胶片的缺陷也能在底片上显示出来 其次 象质计应放在接近胶片的一端 而不是在胶片中心 因为象质计放在中心部位时灵敏度够了 不能说明边缘部分灵敏度也够 当把象质计放在胶片一端时灵敏度达2 则说明整个底片的灵敏度都够了 每张底片原则上都必须有象质计 当采用周向360o等距离透照时 可每隔90o放一象质计 2 几何不清晰度影响射线透照灵敏度的因素之一是几何不清晰度 与射线源尺寸有关 在进行透照时 缺陷在底片上影象边缘会出现半影 几何不清晰度可用半影宽度Ug度量 缺陷远离胶片时在底片上形成的半影最大 可按下式计算半影宽度式中d 射源尺寸b 工件厚度f 透照焦距 工件厚度b一定时 欲减小半影宽度Ug 主要因素是射源尺寸d和焦距f的大小 焦距即射源至工件表面的距离 射线源愈小 焦距愈大时 半影就愈小 但焦距大则射线强度低 即曝光时间延长 既降低检测效率又增加散射线 实际工作中 要综合考虑 几何不清晰度允许值也可用图中曲线表示 由于焦距不能过大 这就是在射线照相中为什么希望尽量采用小焦点X射线机的道理 3 射线能量的选择射线能量决定于管电压 管电压愈高则射线能量愈大 探伤时穿透能力愈强 射线能量不仅与被透照工件厚度有关 而且与透照灵敏度有关 在能够透过工件的前提下 尽量采用较低管电压 以便提高底片灵敏度和射线照相质量 缺陷部位与无缺陷部位的黑度差取决于胶片上射线强度差 强度差取决于衰减系数 衰减系数愈大则射线强度差愈大 衰减系数与射线波长是三次方正比关系 射线能量愈大 衰减系数愈小 在能穿透工件的情况下 尽量采用较低的管电压 减少射线能量 此时被透照工件对射线的吸收能力增强 这就使有缺陷部位和无缺陷部位的黑白对比度增大 从而提高了底片灵敏度 此外 管电压愈高 它使底片产生的固有不清晰度愈大 有时称为胶片不清晰度 它与射线的能量有关 表为固有不清晰度的实验值 为防止管电压过高使底片质量下降 在射线检测标准中 对不同材料各种厚度允许的最高管电压作了限制 如图所示 在射线检测标准中 对不同材料各种厚度允许的最低管电压没有限制 但也不宜过低 因为X射线强度与被照射面到射线源之间的距离的平方成反比 管电压较低 衬度较高 显示多层次厚度的能力降低了 射线检测的宽容度降低了 对于多层次厚度工件 如小口径金属管 采用较高管电压 适当牺牲衬度 提高宽容度 3 2 3增感屏与胶片的选择 1 增感屏的选择射线可以使胶片感光 但只有一小部分与感光胶片上的AgBr起光化作用而使胶片感光 这将使实际透照时间大大延长 对厚工件甚至无法使底片得到满意的黑度 在射线探伤时 常常要在胶片两侧贴加增感屏 以增加胶片感光速度 减少透照时间 当X射线透照时增感屏产生荧光 除了射线直接使胶片感光外 荧光又使胶片感光 一般采用增感因子 来表示增感屏增感作用的强弱 即 以往X射线照相采用荧光增感屏 荧光物质所发荧光强度与所照射的射线强度成正比 可以增加胶片的感光速度 缩短曝光时间 荧光增感屏常用的荧光物质是钨酸钙 当X射线透照时 钨酸钙增感屏能吸收40 50 的X射线能量并把它转变成荧光 荧光增感屏的增感系数大致10 60 荧光物质会降低影象的清晰度 从而降低底片灵敏度 在X射线探伤中 现在用得比较普遍的是金属增感屏 金属箔 金属增感屏的增感作用 主要是射线对屏照射后能产生二次电子和金属标识X射线 它们将增加胶片感光 金属增感屏的增感因子为2 7 金属增感屏的增感因子虽然不高 但影象很清晰 因为它除了本身晶粒细小外 还能吸收一部分干扰影象的散乱射线 欲获得较高清晰度和灵敏度的底片时 应采用金属增感屏 常用的金属增感屏是铅屏 也可以用其它材料 金属增感屏的增感因素大小与射线软硬 屏的成分 厚度以及胶片特性有关 对软X射线来说 金属增感屏实际上不能缩短曝光时间 射线愈硬 增感因素愈明显 采用 射线照相时由于散射线严重 必须采用金属增感屏增感 在透照时 增感屏与胶片的贴紧对增感屏的使用效果极为重要 如果在透照时增感屏与胶片之间有间隙 则将大大降低增感效果 2 胶片的选择与一般摄影用胶片相比 射线检测用的胶片是在片基两面都涂有比较厚的乳剂层 这是为了吸收更多的射线能量 在射线照射下 乳剂溴化银将因光化作用而分解成银和溴 随射线能量强弱而析出不同量的金属银 形成了所谓潜象 然后经过显影作用使潜象还原成可见象 是黑色的金属银 在底片上所得到的影象就是由这些金属银所组成的 胶片经显影后未被显影而仍带有能感光的溴化银粒子 要用另外的药品把它溶解掉 这种处理称为定影 胶片的暗室处理包括显影 中间冲洗 定影 水洗和烘干 射线检测用胶片的暗室处理与可见光用胶片的暗室处理类似 胶片经上述处理后 就可得到具有黑色影象的底片 由密度不同的黑色金属银所组成 银密度愈大则透光率愈低 看上去愈黑 可见光透过底片的程度也反映了底片黑的程度 底片愈黑 可见光透过率愈小 用透过率T的倒数的常用对数来表示底片上各点黑化的程度 称为底片黑度D式中I0 原有可见光强 I 透过底片后可见光强 黑度D 1意义是只有l 10光线透过底片 D 2则只透过1 100光线 D 3则只透过1 1000光线 下图是两组实验曲线 图a是非增感胶片黑度与衬度关系曲线 两者呈线性关系 斜率随所用胶片种类和增感屏种类不同而变化 图b是增感胶片的黑度与衬度关系曲线 不呈线性关系 曲线具有极大值 该图是黑度与工件厚度和曝光量之间关系 为了利用曲线直线部分 黑度应选在1 5以上 底片黑度值可以用测微光度计测定 底片黑度主要与射线照相时的曝光量有关 曝光量愈大时底片黑度愈大 但两者之间不是简单的递增关系 图示为胶片特性曲线 用以评价胶片感光度 对比度和灰雾度等 X射线照射量的绝对值很难测定 常用照射量相对值的对数lgE作横轴 特性曲线因胶片种类而异 例如图中所示分别为增感胶片和非增感胶片的不同特性曲线 曲线上任意点切线与横轴夹角 正切值 称为衬度系数 胶片反差或胶片对比度 可表示 对于两种不同特性曲线的胶片 同样射线强度差所得到的底片黑度差不一样 衬度系数大的胶片 底片上缺陷与基本金属黑度差大 缺陷影象明显 反之则不明显 衬度系数高的感光胶片透照灵敏度高 在选择胶片时是应考虑该因素 X射线底片的衬度除与胶片种类有关外 还与显影液的成分有关 如高衬度显影液可获得高衬度的X射线底片 因此对任何一种胶片都应按其要求的显影配方和条件进行显影 为了适应各种不同射线照相的需要 生产了各种不同性能的胶片 根据需要进行选择 原则上选用高衬度 细粒度和低灰雾度胶片 胶片质量应该稳定 为了排除由于胶片本身的毛病而误认为是被检工件中的缺陷 可把两张胶片合起来照相 国内外常用的射线检测用胶片按溴化银的粒度大体可分为3类 J1类 包括超微粒胶片和微粒胶片两种 超微粒胶片照相速度最慢 用铅屏增感适用于特别重要的零部件J2类 细颗粒胶片 照相速度比较快 一般采用金属增感屏 满足灵敏度要求时也可采用荧光增感屏 适用于一般零部件J3类 粗颗粒胶片 照相速度快 适用于需要感光速度快 照相质量要求不高的零部件 3 2 4散乱射线的遮蔽与曝光曲线 1 散乱射线的遮蔽照射到胶片上的射线不仅是有用的透过线 还有一些散乱射线也使胶片曝光 由于散乱射线的曝光会使底片增加黑度 降低衬度 降低了底片的质量和灵敏度 因此在射线照相中应尽可能遮蔽有害的散乱射线 散乱射线是由于X射线透过工件时 会产生弹性散射和康普顿散射 也会产生二次