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毕业设计（论文）任务书学生姓名学号专业班级11机械A题目名称液化石油气钢瓶制造机械性能试验及射线检验工装设计指导教师刘海潮职称高级工程师所在单位电子科技大学中山学院电话课题类型工程设计、产品开发；理论性研究、调研报告、案例分析；软件开发；应用（实验）；其他课题来源科研；社会生产实践；实验；其他毕业设计（论文）时间2014年12月01日 至2015 年5月5日阶段工作进度安排：1. 实习及收集资料 2014年12月1日-12月28日 2. 编制钢瓶制造工艺流程 2015年1月3日-1月10日3、拟定射线检验工装设计方案 2015年1月11日-1月15日4、绘制车削工装草图 2015年1月16日-2月1日5、完成相关计算 2015年2月1日-2月18日 6、绘制射线检验工装装配图 及零件图 2015年2月19日-3月10日7、修改及撰写设计说明书 2015年3月11日-5月4日8、定稿答辩设计（论文）的主要内容和要求：1.通过实习参观，制定液化石油气钢瓶封头制造工艺流程；2.进行下料冲园工艺及模具设计，包括模具装配设计、模具零件设计以及设备选型。推荐参考文献：1 付宏生.冷冲压成型工艺与模具设计制造M. 北京：化学工业出版社，2005.2 夏琴香.冲压成形工艺及模具设计M. 广州:华南理工出版社,2004.3 吴诗淳.冲压工艺及模具设计M. 西安:西安工业大学出版社,2002.4 卢险峰.冲压工艺模具学M. 北京：机械工业出版社，2006.5 机械设计、课程设计教材 指导教师签名： 年 月 日毕业设计（论文）专家组意见：同意下达任务书不同意下达任务书 负责人签名： 年 月 日注：阶段工作包括查阅文献、调研、撰写开题报告、实验或设计、撰写毕业设计（论文）或设计说明书、定稿及答辩等。毕业设计（论文）成绩评定表设计（撰写）过程评语： 指导教师： 年 月 日成绩论文评阅评语： 评阅教师： 年 月 日成绩论文答辩评语：答辩组长： 年 月 日成绩总分审核人： 年 月 日液化石油气钢瓶制造-机械性能试验及射线检验工装教学单位专业名称学 号学生姓名指导教师指导单位完成时间 液化石油气钢瓶制造-机械性能试验及射线检验工装摘 要液化石油气 ( LPG) 钢瓶作为生活燃气的载体, 已在城乡得到广泛应用。据不完全统计, 目前在役的 LPG钢瓶超过 1000万只, 因此, 人们十分关心 LPG钢瓶的安全性能。我国有关部门为了确保 LPG钢瓶的安全, 制定了相应的管理措施和规范, 如钢瓶交付前须经压力试验检验, 合格后才能投入使用,LPG钢瓶检验周期为 5年, 使用 15年强制报废等。液化石油气钢瓶的性能检验有很多方法，如力学性能检验、耐压试验、气密试验、爆破试验等有损检测；射线检测、超声检测、磁粉检测、渗透检测等无损检测。关键词: 液化石油气；液化石油气钢瓶；机械性能试验；射线检验工装； Liquefied petroleum gas cylinder manufacturing - mechanical performance test and X-ray inspection toolingAbstractAs a carrier of gas, LPG cylinder has been widely used in urban and rural areas. There are more than 10 million cylinders in service according to incomplete statistics which aroused peoples concern about the safety performance of the cylinders. Chinas related departments have made corresponding management measures and specifications, such as the qualified cylinders require a pressure test before delivery; the inspection cycle for the cylinders is 5 years; compulsory discarding for 15-year-used cylinders and so on.There are several methods to test the performance of the cylinder: mechanical property test, compression test, the air tight test, the blasting test and other destructive testing; Radiographic testing, ultrasonic testing, magnetic particle testing, penetrant testing and other nondestructive testing.Key words: LPG; LPG cylinder; mechanical property test; ray inspection tooling; testing; radiographic testing目录1 概 述 2 1.1各种气瓶的分类2 1.2 液化石油气钢瓶结构规格和结构21.2.1 液化石油气钢瓶的表示方法21.2.2 液化石油气钢瓶规格21.2.3 液化石油气钢瓶结构3 1.3 液化石油气钢瓶整体制造工艺4 1.4本次论文主要工作和思路42 机械性能试验5 2.1水压试验52.1.1水压试验的作用52.1.2实验操作方法52.1.3试验合格标准6 2.2气密性试验6 2.3力学性能试验72.3.1拉伸试验72.3.2弯曲试验82.3.3冲击试验93 射线检验工装设计方案10 3.1射线照射法的原理10 3.2射线检测设备13 3.3射线照相工艺要点14 3.4 钢瓶X射线检测装置工装设计说明173.4.1 X射线检测装置结构简述183.4.2 检测车结构设计说明193.4.3 检测装置运行过程19参考文献.20附录一 液化石油气钢瓶制造工艺21附录二 钢瓶水压试验工艺规程22附录三 钢瓶气密试验工艺规程23附录四 力学性能试验的拉力试样图24附录五 力学性能检验的取样图25附录六 X射线检测装置结构示意图26附录七 检测车的结构示意图27致 谢 28V前 言我国是世界最大的发展中国家，日常生活中其对石油气的消耗也是非常巨大的。随着科技的进步，虽然管道石油气也越来越多的走进了城市人的家庭，但是现阶段对绝大多数人来说，钢瓶式液化石油气才是市场的主力军。 作为液化石油气存储容器之一，液化石油气钢瓶是特种设备，在国民经济各个领域和人民群众生活中有广泛的使用，中国的液化石油气产业整体来说是健康的，对进口气的依赖程度在逐步下降。由于石油资源的制约，同期国内液化石油气的产量远远不能满足这一消费需求，国内液化石油气的缺口日益扩大，因此液化石油气瓶的生产和发展空间仍然巨大。制作液化石油气瓶需要按照国家有关规定（GB 58422006液化石油气钢瓶）进行设计，生产，检验。产品合格后方可投放市场。液化石油气瓶的生产机械性能试验与射线检验工装是生产的重要环节，关乎着液化石油气钢瓶是否安全地投放于我们生活之中，所以其检验的效率与精度是否能做到高效、准确，在生产中起了至关重要的作用。11 概述1.1 各种气瓶的分类液化石油气钢瓶是众多气瓶种类中的一种，气瓶按不同的分类可有多种形式。（一） 从结构上分类（1）无缝气瓶氧气瓶（ 2）焊接气瓶液化石油气瓶（二） 油气钢瓶从材质上分类从材质上分类从材质上分类从材质上分类（1）钢质气瓶（2）铝质气瓶（3）玻璃钢气瓶（4）复合材料气瓶（5）其他材料气瓶（三） 从充装介质上分类（1）永久气体气瓶（2）液化气体气瓶（3）溶解乙炔气瓶（四） 从制造方法上分类（1）冲压拉伸气瓶（2）管子收口气瓶（3）焊接气瓶（五） 从工作压力分类（1）高压气瓶5MPa （2）低压气瓶5MPa1.2 液化石油气钢瓶结构规格和结构1.2.1 液化石油气钢瓶的表示方法YSP 改型序号（用罗马字母表示）特征参数（钢瓶的公称容积，L）表示液化石油气瓶注：改型序号用来表示YSP系列中某一规格钢瓶的结构，瓶阀型号等发生改变。如无改变，改型序号可不标注。1.2.2 液化石油气钢瓶规格液化石油气钢瓶在国外规格较多，小到用过即扔的500g小瓶，大到可以重复充装的100kg大瓶。在结构上各国也有不同的区别。我国的液化石油气钢瓶在GB5842-2006液化石油气钢瓶标准中规定常用规格有6种，GB17259-1998机动车用液化石油气钢瓶，按公称容积为150L、240L等几种。常用钢瓶型号和参数（如：表1）表1 液化石油气常用钢瓶型号和参数型号 参数备注钢瓶内直径mm工程容积L最大充装量kg封头形状系数YSP4.72004.71.9K = 1.0YSP1224412.05.0K = 1.0YSP26.229426.211.0K = 1.0YSP35.531435.514.9K = 0.8YSP11840011849.5K = 1.0YSP118-II40011849.5K = 1.0用于气化装置的液化石油气存储设备注:钢瓶的护罩结构尺寸、底座结构尺寸应符合产品图样要求。1.2.3 液化石油气钢瓶结构液化石油气钢瓶有三种类别，其结构现仅以其中之一YSP35.5进行说明（如 图1）图1液化石油气钢瓶（YSP35.5）结构图图2各种结构的液化石油气钢瓶以YSP35.5型钢瓶为例，钢瓶的瓶体由上、下封头组成，中间有一条环焊缝，焊缝为带垫板（或缩口）的单面自动焊。阀座焊接在上封头上，用以装配瓶阀。护罩与上封头采用焊接连接，即不可拆卸连接。护罩的作用一是保护瓶阀，二是便于提携。护罩上刻有钢字，表示钢瓶的型号、规格、参数、制造厂名称等内容。底座焊接在下封头上。底座的作用是使钢瓶稳定直立。底座上钻有小孔，便于排除积水，防止底座和下封头腐蚀生锈；底座应有一定高度，以便使瓶底与地平面保持一定的距离。钢瓶座直立，如果不直立，瓶内液面会倾斜，至使液体直接从瓶阀流出，迅速气化造成事故。为了保护钢瓶外壳，钢瓶表面涂有一层油漆或喷涂上一层环氧树脂粉末，油漆或粉末经加热后固化在钢瓶表面上。美国和欧洲的一些国家要求钢瓶表面必须镀锌，以防空气中有害离子的侵蚀。瓶阀主体材料是黄铜HPb59-1棒材。1.3 液化石油气钢瓶整体制造工艺（如 图附录一液化石油气钢瓶整体制造工艺图）液化石油气钢瓶的制作分四个流程：（一）零件成型线：封头，底座，护罩，瓶阀（外购），瓶阀座（外购）。（二）零件组装线：封头车削，冲孔，组装，焊接。（三）瓶体检测线：环缝检测，水爆实验，水压试验（四）后续保障线：瓶体除锈，喷漆，上瓶阀，气密性检查，印刷，检测，入库。1.4 本次论文主要工作和思路液化石油气钢瓶制作是一项浩大的工程，总共分为20个组（人）来共同完成。中间生产制造过程分为许多个要点，本人主要负责生产后的检测工序的理论和实际的论述，主要由其机械性能试验和射线检测两大内容组成。本次设计是以YSP35.5为例子进行展开的。2 机械性能试验 液化石油气钢瓶的机械性能试验主要包括：物理、化学性能试验;力学性能试验；耐压试验；气密试验和爆破试验。这里主要介绍耐压试验、气密试验与力学性能试验。2.1水压试验2.1.1水压试验的作用 压力容器的水压试验是一种采用静态超载方法验证容器整体强度的，对容器质量进行综合性考核的试验。水压试验可以防止带有严重质量问题或缺陷的容器投入使用。在容器设计或制造过程中有可能出现错误，例如结构设计错误，强度计算错误，材料使用错误，焊接、组装、热处理等工序出现失误等等，虽然在设计或制造过程有各种审查、检查和试验，但由于检验的局限性，难免有漏检情况。如果容器存在比较严重而又未被发现的质量问题或缺陷，通过水压试验可使其暴露出来。因此，水压试验是压力容器产品竣工验收必需的和最重要的试验项目，只有水压试验合格产品才能出厂。 水压试验也是在用压力容器定期检验的重要项目，在多年使用后容器状况可能发生变化(材质劣化、壁厚减薄、原有缺陷扩展或新缺陷产生)，此时需要判断压力容器在工艺要求的工作压力下运行是否安全。虽然在容器定期检验中所进行的各项检验结果可以作为判断依据，但有很多因素限制检验不能充分进行，同时检验也可能出现疏漏。而水压试验可以使容器存在的某些缺陷因过载而暴露，在试验压力下产生明显的塑性变形或破裂。可以说压力容器的水压试验的作用是其他检验方法难以替代的。 水压试验的另一作用是改变容器的应力分布和改善缺陷处的应力状况。由于结构或工艺方面的原因，容器局部区域可能存在较大的残余拉伸应力，试验时，它们与试验载荷应力相叠加，有可能使材料局部屈服而产生应力再分布，从而消除或减小原有的残余拉伸应力。较高的试验压力，可以使裂纹尖端产生较大的塑性变形，裂纹尖端的曲率半径将增大，从而使裂纹尖端处材料的应力集中系数减小，降低了尖端附近的局部应力。在卸压后，裂纹尖端的塑性变形区会受到周围弹性材料的收缩的影响使此区域出现残余压缩应力，从而可以部分抵消容器所承受的拉伸应力。因此容器存在的裂纹经受过载应力后，在恒定低载荷下，裂纹扩展速度可能明显延缓。当压力容器或零部件的强度难以准确地计算时，还可以采用水压试验来确定最高许用工作压力。2.1.2实验操作方法将装满清水的钢瓶置于水压试验装置上，装置上的压力表必须符合要求； 初步压紧瓶口，启动试压泵排除装置中空气，再压紧瓶口； 启动水压泵，当压力表的示值升至1.6MPa压力时，停止水压泵，检查受试瓶是否有泄滑。若发现某只受试瓶瓶体泄漏，则关闭相应的进水阀和开启相应的卸压阀，中止该受试瓶的试验，在该瓶体上作出泄漏标记，将泄漏情况记入记录； 在无泄漏的情况下，启动水压泵，使其压力升至3.2MPa后关闭试压泵保压，保压时间至少lmin，且仔细观察压力麦值有无下降，瓶体有无渗漏等异常现象； 达到规定时间后，卸掉压力，检查瓶体有无可见变形、裂纹和渗漏； 从试验装置上卸下受试瓶。2.1.3试验合格标准试验压力为3.2MPa，保压时间不得小于1min，在保压过程中压力表不允许有回降现象，气瓶不允许有渗漏和肉眼可见的变形。（其工艺规程表详见附录二）2.2气密性试验 气密性试验必须安排在水压试验之后，喷漆之前进行。前者是为了检验工作的安全，即避免发生物理性爆炸，后者是为了有效地进行检漏。有些缺陷，例如焊缝上的针孔泄漏，漆层覆盖以后再进行气密性试验，其泄漏处就难以发现。 受检钢瓶应采用水浸法逐只进行气密性试验，经残液回收及蒸汽吹扫或焚烧处理后合格的钢瓶，其气密性试验介质可选择空气，否则应选用氮气。试验压力为2.1MPa，保压不少于1min。在保压过程中压力表不允许有回降，气瓶不允许有泄漏。气密性试验装置要考虑安全防护问题，应在水槽中充气，以免发生事故。水槽内壁应呈白色并应保持清洁透明，气密性试验的环境温度应不低于5C。气密性试验装置的要求应符合GB/T12137的规定。具体操作如下： 将气瓶与气密性试验系统相连接，并将气瓶放于水槽中，使气瓶任伺部位离水面最小深度大于50mm； 向气瓶内缓慢充入压缩空气至2.1MPa，保压lmin，并缓慢地转动气瓶，观察瓶壁各部有无气泡出现。发现有固定不动的气泡，应将其抹去，观察是否继续出现气泡，如发现继续出现气泡或连续冒出的气泡，则认为该瓶气密性试验不合格； 试验结束后缓慢放气使钢瓶内表压力为零，并将不合格气瓶瓶体渗漏处作好明显标记井记入记录；记录并将气瓶表面擦干；记录内容应包括实际试验压力和实际保压时间，瓶体有无泄漏，压力表显示有无压力下降现象。（其工艺规程表详见附录三）2.3力学性能试验 压力容器材料复验、焊接工艺评定、焊工考试和产品焊接试板都需要进行力学性能试验。常用的力学性能试验主要有拉伸试验、弯曲试验、冲击试验。其中材料复验的力学性能试验应符合GB l50附录E的要求；焊接工艺评定的力学性能试验应符合JB 4708钢制压力容器焊接工艺评定中的具体规定；产品焊接试板的力学性能试验应符合GB 150附录E和JB 4744钢制压力容器产品焊接试板力学性能检验的要求。原材料(板材、管材、锻件、棒材)和焊接接头是两类不同性质的试验对象，进行试验和对结果评价时应当注意它们之间存在的区别。此外，对有色金属焊接接头与钢制焊接接头进行力学性能试验也要注意两者的区别。力学性能试验主要包括：拉伸试验、弯曲试验和冲击试验。下面主要介绍力学性能试验中的拉伸试验。2.3.1拉伸试验拉伸试验是测定材料在轴向、静载下的强度和变形的一种试验，它可在常温、高温和低温下进行。这里所述的三个外界条件包括应力状态，温度和加载速度。换句话说，拉伸试验是在指定温度下，材料处于一种单向、均匀的拉应力状态下的一种试验方法。拉伸试验方法虽然比较简单，但却是最典型、最重要和应用最广泛的试验。1)拉伸试验的验收指标按照金属拉伸试验方法，对于原材料取圆截面拉伸试样。通过拉伸试验，可测得屈服点 g、抗拉强度b、伸长率s和断面收缩率。这四项指标均可作为评价材料是否符合标准验收指标。对于焊接试板，多采用矩形截面的扁拉伸试样。与原材料的圆截面试样不同的是，在拉伸变形时，由于受矩形截面的影响，g、s、这三项指标不能准确测定，故这三项不能作为验收指标，只有b才是验收指标。同时，焊接接头中的焊缝，熔合区、热影响区的力学性能不均匀，断裂位置在哪个区，对试验结果评定有影响，因此必须注明。如果不注明，就不能确定所得到试验数据是焊接接头的还是母材的。为此，拉伸试验报告上必须有“断裂位置”和“试样截面尺寸”这两项。2)拉伸试样的加工 试样形状、尺寸、表面粗糙度应符合相应标准规定。尤其要注意原材料拉伸与焊接接头拉伸的受试部分的长度不同，后者为缩截面试样；矩形截面受试部分四棱边应倒圆，焊缝余高应用机械方法削平，刀痕应平行于试样长轴；分层取样时，按试验机能力在厚度方向均分；复合钢板拉伸试样，是否去掉覆层，取决于设计时的壁厚计算方法。若强度计算中计人覆层，则不能去掉；否则可保留也可去掉。3)拉伸试验的操作拉伸试验的具体操作要求在GBT228金属材料 室温拉伸试验方法中有规定。监督试验时需要注意的事项包括：试验机应完好，且经过计量检定；测力指示正确，夹具对中；试样符合标准，有标记；应采用专门表格，过程数据记录应齐全；试验完毕，应及时计算强度值，做好数据修约处理，记录断裂位置。4)拉伸结果的有效性凡出现下列情况之一者，拉伸结果无效：试样断裂在标记外或断在机械刻划的标距标记上，而且断后伸长率小于规定最小值；试验期间设备发生故障，影响了试验结果。5)拉伸结果的评定评定原材料拉伸结果，要注意其数值是否在标准规定的上下限之内。认为只要大于下限就为合格的看法是片面的。此外应注意屈强比是否合格，当屈强比大于0.8时，容器设计上需要特殊考虑或不允许。当分层取样时，一般以多个试样的算术平均值作为评判指标。产品焊接试板的拉伸结果评定，b合格指标要大于或等于下列规定之一：a)产品图样的规定值；b)钢材标准规定的抗拉强度下限值；c)对不同强度级别组成的焊接接头，则为抗拉强度下限值较小者；d)分层取样的算术平均值不低于上述要求，同时，该组单片试样最低值不低于钢材标准抗拉强度下限值的95(碳素钢)或97(低合金钢和高合金钢)。焊接工艺评定试板的拉伸结果评定，除分层取样的每片拉伸抗拉强度大于或等于母材规定值的下限外，其余与产品焊接试板相同。焊材鉴定的抗拉强度评定，按相应焊材标准规定。这些标准尚未规定上限值。拉伸试验的复验，除焊接工艺评定外，其余均可取双倍复验，且每个试样均应合格。2.3.2弯曲试验 焊接接头的弯曲试验的目的有两个：一是评定焊接接头的塑性变形能力，即测定力学性能；二是揭示接头内部缺陷，即评定焊接接头的工艺性能和焊工的操作技能。 对于原材料一类均匀体来说，可以认为进行弯曲试验是单纯评价金属材料的塑性变形能力。而对于焊接接头来说，其实弯曲试验评价的并不是简单塑性变形能力，所评价的内涵是比较复杂的。因为从力学角度来看，焊接接头是不均匀体，焊缝、熔合区、热影响区的组织、强度、塑性各不相同。弯曲时这三个区域中的强度低者先塑性变形，随着弯曲角度增大，不同区域的强度塑性差异导致变形不能协调而发生开裂。所以弯曲试验并不能表达各区的真正塑性，只是评价焊接接头三个区之间的“比较塑性”，因此说弯曲试验是评定焊接接头的比较塑性的力学性能试验。 选择弯曲试验作为焊接接头的工艺性能试验方法，就是通过“比较塑性”来检验接头三个区的塑性是否匹配，从而判断焊材选择、焊接工艺和焊后热处理是否恰当；预测压力容器筒节校圆时的冷变形能力是否足够；通过缺口弯曲试验，还可判断焊工焊制优质焊缝的能力。 正因为如此在焊接接头弯曲试验中，当接头弯曲出现裂纹时，一定要注明裂在何处，以便做出正确判断。2.3.3冲击试验 压力容器的冲击试验属于简支粱型式的缺口冲击弯曲试验，通常在摆锤式冲击试验机上进行。由于冲击试验试样加工简便、试验时间短，所以得到广泛应用。压力容器材料与焊接接头冲击试样规定采用夏比V型缺口，冲击吸收功用AKV表示。 冲击试验的目的：测定原材料和焊接接头各区的冲击韧性；根据冲击韧性评价焊材选择和焊接工艺的合理性；评定原材料的冶金质量和热加工后的产品质量；评定材料在不同温度下的脆性转变趋势；确定应变时效敏感性。3 射线检验工装设计方案 射线的种类很多，其中广泛用于乘压设备焊缝和其他工业产品、结构材料缺陷检测的是X射线和射线。射线检测是工业无损检测的一个重要专业门类。射线检测最主要的应用是探测试件内部的宏观几何缺陷。按照不同特征（例如使用的射线种类、记录的器材、工艺和技术特点等）可将射线检测分为许多种不同的方法。射线照相法是指用X射线或射线穿透试件，试件中因缺陷存在影响射线的吸收而产生强度差异，通过测量这种差异来探测缺陷，并以胶片作为记录信息的器材的无损检测方法。该方法是最基本的，应用最广泛的一种射线检测方法。3.1射线照射法的原理 X射线和射线都是波长极短的电磁波，从现代物理学波粒二相性的观点看也可将其视为能量极高的光于束流，两者基本区别在于X射线是从X射线管中产生的，而射线是从放射性同位素的原子核中放射出来的。X射线管是一种两极电子管，将阴极灯丝通电，使之白炽，电子就在真空中放出，如果两极之间加几十千伏以至几百千伏的电压(叫做管电压)时，电子就从阴极向阳极方向加速飞行。获得很大的动能，当这些高速电子撞击阳极时，与阳极金属原子的核外库仑场作用，发生韧致辐射而放出X射线（如图3）。 图3 X射线的发生 图4 连续X射线谱由X射线管所发出的X射线能谱（如图4）所示。这种能谱称为连续谱，因其波长分布是连续的。连续谱的最短波长。与管电压千伏值(kVP)的关系为 （1）管电压越高，最短波长的值就越小，平均波长越短，X射线的能量越高，线质越硬，穿透物质时衰减越少，穿透力越强。所以在射线检测时，一般是根据试件的材质和厚度来选择管电压。X射线的强度大致与管电压的平方和管电流的大小成正比。X射线的强度越大，照相所需的曝光时间越短。 放射性同位素是一类不稳定的元素，会时刻不停地衰变并放出射线。每一种放射性同位素发出的射线的波长是一定的，也就是说射线的能量是由同位素的种类决定的。射线源的放射强度会随着时间的推延而逐渐减弱，强度减小到初始强度的一半的时间叫做半衰期。在无损检测中应用的射线源，其半衰期至少应在几十天以上，否则就没有什么实用价值。能满足这个条件并且常用的同位素有Co60(钴60)、Ir192(铱192)、Se75(硒75)等。射线强度是不可调节的，随时间推移强度减弱，经过23个半衰期后其强度显得不足，需要较长的曝光时间。 图5 Co60的 射线的线状光谱 射线的波长是不连续的，例如Co60发出1.17MeV和1.33MeV两种能量的射线，其能谱（如图5）所示，这种能谱称为线状谱。射线的能量分布会影响照相灵敏度，具有连续谱的X射线的照相灵敏度比具有线状谱的射线要高。 X射线和射线通过物质时，其强度逐渐减弱。X射线和射线的强度减弱，一般认为是由光电效应引起的吸收、康普顿效应引起的散射和电子对效应引起的吸收三种原因造成的。射线强度的衰减由以下公式表示： (2)式中：I-通过物体后的射线强度，R/min； Io-未通过物体前的射线强度，R/min； -物质的衰减系数，cm-1； T-物体厚度，cm。 式(2)中，称为衰减系数，它随射线的种类和线质的变化而变化，也随穿透物质的种类和密度而变化。对X射线和射线来说，假如穿透物质相同，则波长越短就越小；假如波长相等，则穿透物质的原于序数越小越小；物质密度越小也越小。显然，值越小即意味着射线穿透该物质越容易。当X射线或射线照射胶片时，与普通光线一样，能使胶片乳剂层中的卤化银产生潜像中心，即使胶片感光，经过显影和定影后就黑化，接收射线越多的部位黑化程度越高，这个作用叫做射线的照相作用。底片的黑化程度称为底片黑度，定义为照射底片光强为Lo与透过底片后的光强为L的对数： （3） 工业射线检测使用的胶片称为非增感型胶片，胶片的感光特性可用（如图6）所示的胶片特性曲线说明。该曲线纵坐标表示黑度D，横坐标表示相对曝光量E的常用对数IgE。曲线A和B表示两种非增感型胶片。特性曲线的斜率用G来表示，称为梯度。实际使用的是平均梯度： （4） 由图可知，G值随黑度D增大而增大。胶片A与胶片B相比，较片B的梯度更大。此外，得到相同黑度D，胶片A所需的E比胶片B要小得多，所以曲线越偏于左面其感光速度就越快。可是胶片感光度越高，其梯度就越低(G值小)，粒度越粗，成像质量越差。胶片性能最重要的指标是梯噪比(梯度/颗粒度)，梯噪比大的胶片成像质量好。胶片性能比较见（如表2）所示。 因为X射线或射线的使卤化银感光作用比普通光线小得多，所以必须使用一种能加强感光作用的材料称为增感屏，增感屏通常用铅箔做成，除能提高感光效率，减少曝光时间外，增感屏还有过滤散射线，提高照相灵敏度的作用。射线照相的原理（如图7）所示，厚度为T(cm)的物体中有厚度为T(cm)的缺陷时，X射线透过无缺陷部位的底片的黑度为D，而X射线透过有缺陷部位的底片黑度应为D+D，把这种曝过光的胶片在暗室中经过显影、定影、水洗和干燥。再将干燥的底片放在观片灯上观察，根据底片上有缺陷部位与无缺陷部位的黑度图像不一样，就可判断出缺陷的种类、数量和大小。 图6 X射线胶片的特性曲线 图7 X射线照相原理表2 胶片特性的比较感光度梯度颗粒度（噪声）梯噪比（梯度/噪声）高低大小低高小大3.2射线检测设备 射线照相设备可分为：X射线探伤机、高能射线探伤设备、射线探伤机三大类。 X射线探伤机有携带式和移动式两类。携带式X射线机主要用于现场射线照相，管电压一般小于320kV，最大穿透厚度约50mm。移动式X射线机用在透照室内的射线检测，它具有较高的管电压和管电流，管电压可达450kV，最大穿透厚度约100mm。更大厚度工件X射线照相需使用加速器，其穿透厚度最大可达500mm。使用X射线机照相灵敏度高；其管电压可调节，可根据试件厚度选择射线能量；照相曝光时间一般35min；放射防护相对容易。高能X射线探伤装置有直线加速器和电子回旋加速器，用于大厚度工件射线检测，对钢件的检测厚度可达500mm。射线探伤机具有体积小，重量轻，不用电，可在狭窄场地、高空、水下工作，并可全景曝光等特点，应用日益广泛。当前的设计制造水平为：硒75探伤机重量小于lOkg，铱192探伤机重量约20kg，钻60探伤机重量超过100kg。其参数性能（如表3）所示。表3 常用 射线源参数射线源钴60（Co60）铱192（Ir192）硒75（Se75）半衰期5.3年74天120天焦点尺寸（mm）3*33*33*3源强度（Ci）10010080平均能量（MeV）1.250.3550.20适用厚度范围（钢）（mm）302002010010403.3射线照相工艺要点 照相规范的确定 要得到一张好的射线照相底片，除了合理的选择透照方式外，还必须选择好透照规范，使裂纹能够在底片上尽可能明显地辨别出来，即照相要达到高灵敏度。射线照相对比度、清晰度、颗粒度是影响灵敏度的三大要素。射线照相对比度是指射线底片上有缺陷部分与无缺陷部分的黑度差。用D表示： （5）式中：-材料的吸收系数； G-胶片梯度； T-缺陷的厚度； n-散射比。 从式(5)中可以看出，如果所选择的透照规范，使值大(较低的管电压)，G值大(胶片种类)，n值小(恰当的防护措施)，则所得的缺陷图像对比度就高。 射线照相清晰度是指底片上的图像的清晰程度，它主要由两部分组成，即固有不清晰度Ui和几何不清晰度Ug，总的不清晰度U与Ui和Ug的关系为： （6） 固有不清晰度Ui主要取决于射线能量，射线能量越高，Ui值越大。此外Ui值还与增感屏种类、增感屏与胶片之间的贴紧程度有关。 几何不清晰度Ug如图7所示，由于X射线管的焦点和射线源具有一定尺寸，在缺陷的图像周围就会产生半影，缺陷的半影尺寸称为缺陷的几何不清晰度Ug，Ug可用式(7)表示： （7）式中：b-工件表面到胶片的距离； df-源的大小； F-焦距(源到胶片的距离)。 从上式可以看出，射线源到胶片的距离F愈大，射线源尺寸df愈小，工件表面到胶片的距离b愈小，其半影愈小，清晰度愈好。 射线照相颗粒度是指底片上图像的黑度随机起伏不均匀的程度，即底片噪声。此颗粒度叠加在缺陷影像上，会妨碍射线底片上小黑度差，即小缺陷或细节影像的识别。影响照相颗粒度的主要是胶片种类、射线能量和底片黑度。颗粒度越小，底片上小缺陷和影像细节显示能力越强。 为得到高的缺陷检出率，照相规范的选择应注意以下几点： (1)透照方式的选择和K值控制 按射线源、工件和腔片之间的相互位置关系，透照方式分为纵缝透照法、环缝外透法、环缝内透法、双壁单影法和双壁双影法五种，（如图8）所示。其中双壁单影法用于小直径的容器或大口径管子焊缝；双壁双影法用于100mm以下管子对接环焊缝。 除了管道和无法进入内部的小直径容器只能采用双壁透照外，大多数容器壳体的焊缝照相都采用单壁透照，透照时可以把射线源放在外面而把胶片贴在内壁(称为外透法)，也可以把射线源放在里面而胶片贴在外面(称为内透法)。 外透法的优点是操作比较方便；内透法的优点是透照厚度差小，在满足透照厚度比K值的情况下，一次透照长度较大。图8 焊缝透照方式示意图透照厚度比K的含义（如图10）所示，由图中关系可知： （8） （9） 标准规定：承压设备焊缝AB级射线照相纵缝的K值不得大于1.03，环缝的K值不得小于1.l。限制透照厚度比，也就间接控制了横向裂纹检出角，使之不致过大，过大的角有可能导致横向裂纹漏检。采用源在内的透照方式，其角比源在外方式小得多，尤其是源在中心的内透法，K值为1，角为0，是最佳透照方式。 图9 工件中缺陷的几何不清晰度 图10 焊缝透照厚度比示意图（2）射线能量的选择 愈是使用低能量的射线，吸收系数值就愈大，从而可以得到D较大的缺陷图像。为了达到这一目的，在采用X射线时要尽可能降低管电压在采用射线时，则要选择能量较低的射线源。但是降低管电压会导致射线穿透力减小，因而不能得到黑度足够的底片。所以降低管电压也是有一定限度的，完整的说法是：在能穿透工件的前提下，尽可能地降低X射线管电压。(3)透照距离的选择 焦距(射线源到胶片的距离)愈大，被检物体和胶片贴得愈紧几何不清晰度愈小，在选择透照距离时，应将焦距选得大一些。但是由于射线的强度I与焦距F的平方成反比，即： （10） 所以不能把焦距选得过大，否则透照时，射线强度将不够，所以焦距的选择应在满足几何不清晰度要求的前提下合理选择，一般在单壁透照时，焦距的选择大多在600-800mm间，中心法透照时取工件半径。 (4)曝光量的选择 曝光量E为射线强度I与曝光时间t的乘积，即E=I*t。曝光量的大小要能保证足够的底片黑度。如果管电压偏高，那么小的曝光量也能使底片达到规定黑廑，但这样的底片灵敏度不够好所以焦距为700mm时X射线照相的曝光量一般选择15mA.min以上。 (5)胶片与增感屏的选择 高梯噪比胶片具有细颗粒、高梯度、其底片对比度D大、颗粒度小和裂纹检出灵敏度高等优点，因此检测高强度钢焊缝，或用射线检测时宜选择此种胶片。 照相时根据射线能量选择不同厚度的铅箔增感屏或其他金属增感屏。铅箔吸收射线后放出二次电子，由于这种电子对胶片易于感光，因此用铅箔时感光度可提高27倍。而且铅箔能吸收散乱射线使散射比n减小，从而提高底片的对比度。 (6)底片黑度控制 黑度D值增大，胶片G值也增大，因此一般来说，应使底片黑度D大些，但黑度过大，观片灯亮度不够就不容易看清了，所以底片黑度也不宜太大，AB级照相一般规定底片黑度范围为2.04.0。 (7)像质计(透度计)的应用 像质计是用来检查透照技术和胶片处理质量。衡量该质量的数值是底片上能识别出的最细钢丝的线编号。我国标准规定使用线型像质计，用底片上必须显示的最小钢丝直径与相应的像质指数来表示照相的灵敏度。 所谓射线照相的灵敏度是射线照相能发现最小缺陷的能力，射线照相灵敏度分为绝对灵敏度和相对灵敏度。绝对灵敏度是指射线透照某工件时能发现最小缺陷的尺寸，如JB/T4730中规定B级照相时。母材厚度大于46mm时应能辨认出o.1mm的钢丝，这就是绝对灵敏度表示法。射线照相的相对灵敏度K用透照方向上所能发现缺陷的最小厚度尺寸d与该处的穿透厚度d的百分比表示，即： （11） 目前标准规定的像质指数，换算成相对灵敏度，其值大约在1%2%之间。3.4 钢瓶X射线检测装置工装设计说明 X射线检测钢瓶的设计是提高生产效率的一个重要主成部分，怎样能高效，安全地对钢瓶进行检测，其设计也需要走向更高的自动化。本次设计的X 射线钢瓶检测装置，在检测室两侧墙体上设置进件窗口和出件窗口并在窗口上设置 X 射线防护窗，检测室底部放置检测车，检测车底部装有检测车行走滑轨并固定于检测室内地面上，位于检测车行走滑轨侧面、检测车行走滑轨正上方的 C 型臂装置单独安装在检测室地面上，进件车和出件车分别设置在进件窗口和出件窗口处。本发明采用 V 辊传动为钢瓶运输设备核心部件，由现有检测仪器单开门结构改为方便自动化监测的双侧进出件窗口结构 X 射线防护检测室作为屏蔽保护，检测室内置有相对独立 x 射线管及图像增强器可升降夹持装置，通过设备提供的钢瓶运动，配合 V 轮传动，可对设计直径区间内任意直径尺寸钢瓶进行连续的自适应检测。本发明涉及一种 X 射线钢瓶无损检测装置，在检测室两侧墙体上设置进件窗口和出件窗口并在窗口上设置 X 射线防护窗，检测室底部放置检测车，检测车底部装有检测车行走滑轨并固定于检测室内地面上，位于检测车行走滑轨侧面、检测车行走滑轨正上方的 C 型臂装置单独安装在检测室地面上，进件车和出件车分别设置在进件窗口和出件窗口处。本设计采用 V 辊传动为钢瓶运输设备核心部件，由现有检测仪器单开门结构改为方便自动化监测的双侧进出件窗口结构 X 射线防护检测室作为屏蔽保护，检测室内置有相对独立 x 射线管及图像增强器可升降夹持装置，通过设备提供的钢瓶运动，配合 V 轮传动，可对设计直径区间内任意直径尺寸钢瓶进行连续的自适应检测。3.4.1 X射线检测装置结构简述（结构图详见附录六）在检测室(1) 两侧的墙体上对称设置进件窗口 (3) 和出件窗口 (6)，在进件窗口 (3) 和出件窗口 (6)上设置 X 射线防护窗 (2)，在检测室 (1) 的底部放置检测车 (5)，检测车 (5) 的底部装有检测车行走滑轨 (19)，检测车行走滑轨 (19) 固定于检测室 (1) 的地面上，位于检测车行走滑轨 (19) 的侧面、检测车 (5) 行走滑轨的正上方的 C 型臂装置 (4) 单独安装在检测室 (1) 的地面上，进件车 (36) 和出件车 (37) 分别设置在进件窗口 (3) 和出件窗口 (6) 的一侧。C 型臂装置 (4) 中的 C 型臂架体 (26) 独立固定于检测室 (1) 内的地面上，C 型臂架体 (26) 的中间处安装图像增强器水平移动调节装置 (25)，图像增强器水平移动调节装置 (25) 下悬挂图像增强器 (27)，C 型臂架体 (26) 上分别安装 C 型臂升降丝杠 (20)、C 型臂升降丝母 (21)、C 型臂升降动力机构 (22)、C 型臂 (23) 和 C 型臂升降导动滑轨 (24)，C 型臂 (23) 的另一端吊装 X 射线管水平调整装置 (35)，X 射线管水平调整装置 (35) 下方吊装 X 射线管旋转装置(34)，X 射线管旋转装置 (34) 下方吊装 X 射线管 (33)。检测车(5) 的下方安装有带齿轮的检测车行走电机 (9)，车架 (8) 的下方安装抬升导动滑轨 (7)和抬升气缸 (10)，抬升气缸 (10) 下端固定于车架 (8) 上，另一端连接抬升架 (11)，抬升架(11)的上方安装钢瓶旋转辊(18)，下方安装钢瓶滚动动力轴(13)，钢瓶旋转辊(18)和驱动抬升架 (11) 中间通过钢瓶滚调节滑轨 (16) 连接，V 辊传动电机 (12) 通过轴承座 (14) 固定于抬升架 (11) 的下方，车架 (8) 上方固定了一排 V 辊 (32)，每个 V 辊 (32) 均布置在钢瓶旋转辊 (18) 的间隙处。进件车(36) 固定在进件窗口 (3) 外的地面上，车架 (8) 的下方安装抬升导动滑轨 (7) 和抬升气缸(10)，抬升气缸 (10) 下端固定于车架 (8) 上，另一端连接抬升架 (11)，抬升架 (11) 的上方安装钢瓶旋转辊 (18)，钢瓶旋转辊 (18) 和驱动抬升架 (11) 中间通过钢瓶滚调节滑轨 (16)连接，车架 (8) 上方固定了一排 V 辊 (32)，V 辊传动电机 (12) 安装在车架 (8) 下半部，链条传动机构 (15) 的一端连接于 V 辊传动电机 (12)，另一端连接于 V 辊 (32)，每个 V 辊 (32)均布置在钢瓶旋转辊 (18) 的间隙处。出件车(37) 固定在出件窗口 (6) 外的地面上，车架 (8) 的上方固定了一排 V 辊 (32)，V 辊传动电机(12)安装在车架(8)下半部，链条传动机构(15)的一端连接于V辊传动电机(12)，另一端连接于 V 辊 (32)，每个 V 辊 (32) 均布置在钢瓶旋转辊 (18) 的间隙处。3.4.2 检测车结构设计说明检测车是整个检测车结构的核心，主要控制钢瓶转动和左右运动，让X射线对钢瓶进行拍照。其结构在出件车和进件车上改进，所以本文针对检测车进行详细的说明。（结构图详见附录七）检测车的下方安装有带齿轮的检测车行走电机（3），为检测车行走齿轮齿条机构（16）提供动力。车架的下方安装抬升导动滑轨（1）和抬升气缸（4），抬升气缸（4）下端固定于车架上，另一端连接抬升架（5）。由抬升气缸（4）提供动力驱动抬升架（5）沿着抬升导动滑轨（1）的导动方向进行上下运动。抬升架（5）的上方安装钢瓶旋转辊（12），下方安装钢瓶滚动动力轴（7），钢瓶旋转辊（12）和驱动抬升架（5）中间通过钢瓶滚调节滑轨（10）连接，可以在钢瓶辊调整电机（11）的作用下带动两排钢瓶旋转辊（12）靠近或者远离，从而适应钢瓶直径的变化。钢瓶滚动动力轴（7）和钢瓶旋转辊（12）通过钢瓶转动动力皮带（15）传动，钢瓶滚动动力轴（13）可同时带动一组钢瓶旋转辊（12）转动，钢瓶滚动动力轴（7）的动力由安装在抬升架（5）侧面的钢瓶转动电机（14）提供，两者之间的动力由在钢瓶滚动动力轴（7）和钢瓶旋转滚（12）之间张紧的钢瓶转动动力皮带（15）提供，V 辊传动电机（6）通过轴承座（8）固定于抬升架（5 的下方，车架上方固定了一排 V 辊（17），由安装于车架下半部的 V 辊传动电机（6）提供的动力，通过一端连接于 V 辊传动电机（6）另一端连接于 V 辊（17）的 V 辊链条传动机构（9）传递出来，用来使被测钢瓶在检测车上左右运动，每个 V 辊（17）均布置在钢瓶旋转辊（12）的间隙处，钢瓶旋转辊（12）可以在需要的位置将钢瓶举起在图像增强器和 X 射线管的间隙处进行转动，检测车在检测车行走滑轨（13）上的运动通过检测车行走电机（3）提供的驱动力量，利用检测车行走齿轮齿条机构（16）去完成。3.4.3 检测装置运行过程 进件车将待检钢瓶通过进件窗口传送到检测室内的检测车上，X 射线防护窗关闭后，检测车运动于 C 型臂装置的空隙处，配合 C 型臂装置的运动和抬升机构上的旋转装置对钢瓶进行全方位的实时成像检测。检测过程结束后，出件车将完成的钢瓶从检测车上通过出件窗口运出，在出件车将完成检测的钢瓶从检测车上通过出件窗口运出的同时，进件车将未检测的钢瓶通过进件窗口传送到检测室内的检测车上，实现流水线化的高效自动化检测。参考文献1 陈立德.机械设计基础课程设计指导书M.北京:高等教育出版社.2004.2 刘力等.机械制图M.北京:高等教育出版社.2004.3 陈立德.机械设计基础M.北京:高等教育出版社.2007。4 杨可桢,程光蕴,李仲生等.机械设计基础M.北京:高等教育出版社.2006.5 强天鹏.压力容器检验M.北京:新华出版社.2008.6 中国标准委员会.GB5842-2006 液化石油气钢瓶标准M.北京:中国标准出版社.2006.7 中国标准委员会.GBT 228.1-2010 金属材料 拉伸试验 M.北京:中国标准出版社.2010.8 中国标准委员会.JBT4730.22005射线检测M.北京:中国标准出版社.2005.27附录一 液化石油气钢瓶制造工艺附录一 液化石油气钢瓶制造工艺流程图附录二 钢瓶水压试验工艺规程文件号产品型号零件名称零件图号钢瓶水压试验工艺规程毛坯名称材料牌号工序定员共 1 页 第 1 页ZY01A-16YSP35.5钢瓶YSP35.5钢瓶HP2952修改号：设备名称、型号水压试验机工装模具 试验台、GO2-01、GO2-02量具压力表、计时器序号操 作 规 程检验规程1穿戴整齐劳动保护用品，做好安全生产措施，检查试运行设备。检查配备试压用水，测量记录水温（5），。检验项目检验内容抽样规格抽样频率2设置好试验压力和试压时间并校验压力表：选用两只0.4级经检定合格的压力表，将注满清水的