4--射线透照工艺

2019/10/31射线检测第四章射线透照工艺山东省特种设备检验研究院淄博分院刘铁民2011年03月2019/10/32射线透照工艺4．1透照工艺条件的选择4．2透照方式的选择和一次透照长度的计算4．3曝光曲线的制作及应用4．4散射线的控制4．5焊缝透照常规工艺4．6射线透照技术和工艺研究2019/10/334．1透照工艺条件的选择射线透照工艺是指为达到一定要求而对射线透照过程规定的方法、程序、技术参数和技术措施等，也泛指详细说明上述方法、程序、参数、措施的书面文件。工艺条件是指工艺过程中的有关参变量及其组合。透照工艺条件包括设备器材条件、透照几何条件，工艺参数条件，工艺措施条件等。2019/10/344．1透照工艺条件的选择射线照相检验的基本透照参数是射线能量、焦距、曝光量。它们对射线照片的质量具有重要影响，简单地说，采用较低能量的射线、较大的焦距、较大的曝光量可以得到更好质量的射线照片。2019/10/354．1透照工艺条件的选择4．1．1射线源和能量的选择1．射线源的选择射线能量，对于X射线是以X射线管所施加的高压，即管电压表示，一般称它为透照电压。对于射线是以射线源辐射的能量或这些主要能量的等效能量。2019/10/364．1透照工艺条件的选择射线能量是重要的基本透照参数，它对射线照片的影像质量和射线照相灵敏度都具有重要影响。主要是随着射线能量的提高，线衰减系数将减小，胶片固有不清晰度将增大，此外还将影响散射比。推荐的选取射线能量的原则是，在保证射线具有一定穿透能力条件下选用较低的能量。2019/10/374．1透照工艺条件的选择按照射线的衰减规律，不同能量的射线具有不同的穿透物体的能力，即入射射线强度相同、但能量不同的射线，在穿透同样厚度物体后透射射线强度不同。透射射线强度高的穿透能力强，能量高的射线具有较强的穿透能力。在透照厚度较大的物体时，应采用能量较高的射线，否则很难在适当的时间内得到足够的曝光量。2019/10/384．1透照工艺条件的选择如果透照厚度较小的物体，采用较高能量的射线，尽管可以在更短的时间内得到足够的曝光量，但将因线衰减系数的降低、不清晰度的增大等，而使影像质量降低。所以，选取的射线能量应与透照物体的材料和厚度相适应。在实际的射线照相检验工作中，确定射线能量时，对低能X射线必须遵守的一项具体规定是，透照电压不能高于允许的最高透照电压。2019/10/394．1透照工艺条件的选择2019/10/3104．1透照工艺条件的选择对于γ射线来说，穿透力取决于放射源种类，表4.1b给出了常用γ射线源适用的透照厚度范围，由于放射性同位素发出的射线能量不可改变，而用高能量射线透照薄工件时会出现灵敏度下降的情况，因此表中的透照厚度不仅规定了上限，而且规定了下限。2019/10/3114．1透照工艺条件的选择JB/T4730.2—2005给出了常用X.γ射线源适用的透照厚度范围2019/10/3124．1透照工艺条件的选择选择射线源时，还必须注意x射线和γ射线的照相灵敏度差异。由有关理论可知，对比度△D、不清晰度U和颗粒度σD是左右射线照相影像质量的三大基本参数。而对比度△D又正比于比衬度Cs，从图4.1可见，实验表明，在40mm以下的钢厚度，用Irl92透照所得射线底片的对比度不如x射线底片。2019/10/3134．1透照工艺条件的选择以25mm钢厚度为例，前者的对比度大约比后者要低40％。对比度自然影响到像质计灵敏度，因此40mm以下钢厚度用Irl92γ射线透照所得像质计灵敏度不如X射线所得像质计灵敏度。但对40mm以上钢厚度，则两者的像质计灵敏度值大致相同。2019/10/3144．1透照工艺条件的选择另一方面，Ir192的固有不清晰度Ui值（O.17）比400KVX射线还大，它分别是100KV、150KV、200KV、250KV、300KV、350KVX射线Ui值的3.4倍、2.4倍、1.8倍、1.7倍、1.4倍、1.3倍。此外，还有颗粒性问题：由于Ir192有效能量较高，由此引起的胶片颗粒性—即胶片噪声也会明显增大，从而干扰薄板射线照相中小缺陷的影象显示。2019/10/3154．1透照工艺条件的选择因此，如果就小缺陷检出灵敏度来比较γ射线与X射线，则两者的差距更明显。除了穿透力和灵敏度外，两类设备的其它不同特点也是需要考虑的因素。2019/10/3164．1透照工艺条件的选择(1)X射线机的特点①体积较大，以便携式、移动式、固定式依次增大；②基本费用和维修费用均较大；③能检查40mm以上钢厚度的大型X射线机成本很高，其发展倾向为移动式而非便携式；2019/10/3174．1透照工艺条件的选择④x射线能量可改变，因此对各种厚度的试件均可使用最适宜的能量；⑤x射线机可用开关切断，故较易实施射线防护；⑥曝光时间一般为几分钟：⑦所有x射线机均需电源，有些还需有水源。2019/10/3184．1透照工艺条件的选择(2)γ射线源的特点①射源曝光头尺寸小，可用于x射线机管头无法接近的现场；②不需电源或水源；③运行费用低：④曝光时间长，通常需几十分钟，甚至几小时：⑤对薄钢试件(如5mm以下)，只有选择合适的放射性同位素(如Ybl69，Tml70)才能获得较高的探伤灵敏度。2019/10/3194．1透照工艺条件的选择综合上述各个因素，可列举出一些选择射线源的原则：①对轻质合金和低密度材料，国内使用Yb169，Tm170γ射线源很少，最常用的射线源实际上是x射线。②同样，要透照厚度小于5mm的钢（铁素体钢或高合金钢），除非允许较低的探伤灵敏度，也要选用X射线。③如要对大批量的工件实施射线照相，还是用X射线为好，因为曝光时间较短。2019/10/3204．1透照工艺条件的选择④对厚度大于150mm的钢，即使用最大的γ射源，曝光时间也是很长的，如工作批量大，宜用兆伏级高能x射线。⑤对厚度为50mm～150mm的钢，如果使刚正确的方法，用X射线和γ射线可得到几乎相同的像质计灵敏度，但裂纹检出率还是有差异的。2019/10/3214．1透照工艺条件的选择⑥对厚度为5mm～50mm的钢，用x射线总可获得较高的灵敏度，γ射线源的选用则应根据具体厚度和所要求的探伤灵敏度，选择Irl92或Se75，并应考虑配合适当的胶片类别。⑦对某些条件困难的现场透照工作，体积庞大的x射线机使用不方便可能成为主要问题。2019/10/3224．1透照工艺条件的选择⑧只要与容器直径有关的焦距能满足几何不清晰度要求，环形焊缝的透照应尽量选用圆锥靶周向x射线机作内透中心法垂直全周向曝光，以提高工效和影像质量。对直径较小的锅炉联箱管或其他管道焊缝，也可选用小焦点（0.5mm）的棒阳极x射线管或小焦点（0.5-1mm）r射线源作360O周向曝光。⑨选用平面靶周向x射线机对环焊缝作内透中心法倾斜全周向曝光时，必须考虑射线倾斜角度对焊缝中纵向面状缺陷的检出影响。2019/10/3234．1透照工艺条件的选择2．X射线能量的选择X射线机的管电压可以根据需要调节，因此用x射线对试件透照，射线能量有多种选择。选择x射线能量的首要条件应是具有足够的穿透力。随着管电压的升高，X射线的平均波长变短，有效能量增大，线质变硬，在物质中的衰减系数变小，穿透能力增强。如果选择的射线能量过低，穿透力不够，结果是到达胶片的透射射线强度过小，造成底片黑度不足，灰雾增大，曝光时间过份延长，以至无法操作等一系列现象。2019/10/3244．1透照工艺条件的选择但是，过高的射线能量对射线照相灵敏度有不利影响，随着管电压的升高，衰减系数μ减小，对比度△D降低，固有不清晰度Ui增大，底片颗粒度也将增大，其结果是射线照相灵敏度下降。因此，从灵敏度角度考虑X射线能量的选择的原则是：在保证穿透力的前提下，选择能量较低的X射线。2019/10/3254．1透照工艺条件的选择选择能量较低的射线可以获得较高的对比度，但较高的对比度却意味着较低的透照厚度宽容度，很小的透照厚度差将产生很大的底片黑度差，使得底片黑度值超出允许范围：或是厚度大的部位底片黑度太小，或是厚度小的部位底片黑度太大。因此，在有透照厚度差的情况下，选择射线能量还必须考虑能够得到合适的透照厚度宽容度。2019/10/3264．1透照工艺条件的选择在底片黑度不变的前提下，提高管电压便可以缩短曝光时间，从而可以提高工作效率，但其代价是灵敏度降低。为保照相质量，标准对使用的最高管电压作出限制，并要求有适当的曝光量。图4-1为一些材料的透照厚度对应的允许使用的最高管电压。2019/10/3274．1透照工艺条件的选择2019/10/3284．1透照工艺条件的选择4．1．2焦距的选择1．选择焦距的一般规则焦距是射线源与胶片之间的距离，通常以F记号表示。焦距是射线照相另一个基本透照参数，确定焦距时必须考虑的是：1）所选取的焦距必须满足射线照相对几何不清晰度的规定；2）所选取的焦距应给出射线强度比较均匀的适当大小的透照区。2019/10/3294．1透照工艺条件的选择前者限定了焦距的最小值，后者指导如何确定实际使用的焦距值。在实际的射线照相检验中所使用的射线源，总是具有一定的尺寸，因而必然要产生一定的几何不清晰度。在讨论影像质量时曾给出几何不清晰度的计算公式TFdTUg2019/10/3304．1透照工艺条件的选择从此式可以得到计算焦距最小值的公式；式中Fmin——焦距最小值；d——射线源焦点尺寸；T——物体的透照厚度；Ug——几何不清晰度。gmin1UdTF2019/10/3314．1透照工艺条件的选择焦距直接关系到射线照相的几何不清晰度，并影响其他透照参数的确定，对射线照相得到的影像质量，也就是对射线照相灵敏度具有重要影响。从此式可以看到，在确定焦距时应同时考虑物体的透照厚度、射线源的焦点尺寸、限定的几何不清晰度。近年来我国和国外的许多标准，对钢铁材料焊缝射线照相关于焦距选取，都直接规定焦距最小值与射线源焦点尺寸和透照厚度之间关系，主要的规定如下：2019/10/3324．1透照工艺条件的选择为保证射线照相的清晰度，标准对透照距离的最小值有限制。在我国现行标准中，规定透照距离f(L1)与焦点尺寸df和透照厚度b(L2)应满足以下关系：象质等级透照距离L1Ug值2/31/3A级L1≥7.5dfL2；Ug≤1/15L22/31/3AB级L1≥10dfL2；Ug≤1/10L22/31/3B级L1≥15dfL2；Ug≤1/15L22019/10/3334．1透照工艺条件的选择由于焦距F=f+b(或Ll+L2)，所以上述关系式也就限制了F的最小值。在实际工作中，焦距的最小值通常由诺模图查出。现行JB\T4730-2005标准的诺模图见附录I。诺模图的使用方法如下：在df线和b(L2)线上分别找到焦点尺寸和透照厚度对应的点，用直线连接这两个点，直线与f(L1)的交点即为透照距离f(L1)的最小值，而焦距最小值即为Fmin=f+b(L1+L2)。2019/10/3344．1透照工艺条件的选择可见，这些规定还是限定几何不清晰度，但是它对几何不清晰度的具体限定是随着透照厚度连续改变的，而不是一固定值，也不是按照透照厚度分段规定，这是明显的改进。在实际的射线照相检验工作中，确定焦距最小值常采用诺模图。诺模图是一种计算用的列线图，确定焦距最小值的三线诺模图是把计算焦距最小值的一些关系，利用梯形上底与下底之和等于2倍中线的几何关系，画出的三线计算图。2019/10/3354．1透照工艺条件的选择图2是上面A级和B级技术的诺模图，从此图确定焦距最小值的方法如下：1）在d和T线上分别找到所使用射线源的焦点尺寸和透照厚度对应的点；2）用直线（直尺）连接这两个点；3）直线与f线相交的点对应的值，就是应选用的射线源与透照物体源侧表面的最小距离f值。这样