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文档简介

1,射线检测,第四章射线照相检验的基本技术,2,4.1透照布置,4.1.1基本透照布置射线照相的基本透照布置如图所示,考虑透照布置的基本原则是使透照区的透照厚度小,从而使射线照相能更有效地对缺陷进行检验。在具体进行透照布置时主要应考虑的方面有:1)射线源、工件、胶片的相对位置;2)射线中心束的方向;3)有效透照区(一次透照区)。,3,图4-1射线照相的基本透照布置1射线源2中心束3工件4胶片5像质计,4,在图4-1中,射线源与工件源侧表面的距离一般记为f,有效透照区一般记为L,射线源与工件胶片侧表面的距离一般记为F,并称为焦距,中心射线束与透照区边缘射线束的夹角一般记为,并称为照射角。T是工件厚度,对于一个具体工件,通常所说的透照厚度,即是指工件本身的厚度。,5,4.1.2射线源、工件、胶片的相对位置,射线源与胶片分别置于工件的两侧,具体考虑:一是工件和设备的具体情况和特点。二是可能出现的缺陷类型和特点。,6,4.1.3有效透照区,有效透照区,即一次透照的有效透照范围(因此,也可称为“一次透照区”),是指透照区内在射线照片上形成的影像满足下面要求的区域:1)黑度处于规定的黑度范围;2)射线照相灵敏度符合规定的要求。,7,1规定透照厚度比,透照厚度比定义为,有效透照范围内最大透照厚度与最小透照厚度之比。按图所示,透照厚度比K可以表示为KT/T式中T中心射线束的透照厚度;T边缘射线束的透照厚度。,8,2规定射线源与工件源侧表面距离和有效透照区大小的关系,这种规定直接规定射线源与工件源侧表面距离和有效透照区大小的比,通过此比值的方式规定有效透照区。常用的规定为:A级技术:f2LB级技术:f3L在射线照相检验技术标准中,A级技术是一般灵敏度技术,B级技术是高灵敏度技术,此外存在比B级灵敏度更高的技术。,9,3规定同一张射线照片的黑度,这种规定是一种间接的规定方式。它规定,同一张射线照片的黑度必须处于规定的黑度范围之内,超出的区域,除非另外证明这些区域的射线照相灵敏度达到了规定的要求,否则不能作为质量评定区。例如,美国的一些标准常如下规定:最大黑度应不高于:D0+0.30D0最小黑度应不低于:D00.15D0其中D0是像质计所在处的黑度。,10,4.1.4中心射线束的方向,一般情况下应指向有效透照区的中心,为了使整个有效透照区的厚度变化较小,使射线的照射角较少,提高检验性。,11,4.2基本透照参数,4.2.1透照参数概念射线能量、焦距、曝光量,12,4.2.2射线能量的确定,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。对于射线是射线源辐射的主要射线的能量或这些主要能量的等效能量。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。,13,4.2.3焦距,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。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。,14,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。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。,15,4.2.4曝光量的确定,曝光量是射线照相检验的又一个基本参数,它直接影响底片的黑度和影像的颗粒度,因此,也将影响射线照片影像可记录的细节最小尺寸。曝光量通常用符号E表示。曝光量本应是透照时曝光时间(透照时间)与射线强度的乘积,即HIt但在实际射线照相检验中,都采用与射线强度相关的量代替射线强度来表示曝光量。对于X射线,采用管电流与曝光时间之积表示曝光量,即Eit对于射线,常用射线源的放射性活度与曝光时间之积表示曝光量,即EAt,16,在一些标准中对X射线照相推荐了下面的最小曝光量值:对一般灵敏度技术曝光量应不小于:15mAmin;对较高灵敏度技术曝光量应不小于:20mAmin;对高灵敏度技术曝光量应不小于:30mAmin。,17,4.3增感,4.3.1增感概念当射线入射到胶片时,由于射线的穿透能力很强,大部分穿过胶片,胶片仅吸收入射射线很少的能量。为了更多地吸收射线的能量,缩短曝光时间,在射线照相检验中,常使用前、后增感屏贴附在胶片两侧,与胶片一起进行射线照相,利用增感屏吸收一部分射线能量,达到缩短曝光时间的目的。描述增感屏增感性能的主要指标是增感系数,它定义为式中E0底片达到一定黑度不用增感屏时所需的曝光量;E底片达到一定黑度使用增感屏时所需的曝光量;k增感系数。,18,4.3.2增感屏的类型与特点,增感屏主要有三种类型:金属增感屏、荧光增感屏、复合增感屏(金属荧光增感屏)。,19,4.3.3增感屏使用,使用时增感屏常分为前屏和后屏。前屏应置于胶片朝向射线源一侧,后屏置于另一侧,胶片夹在两屏之间。使用增感屏时主要应注意:1)正确选取增感屏的类型和规格;2)增感物质表面(金属箔、荧光物质)应朝向胶片;3)增感物质表面与胶片表面之间应直接接触,不能放置其他物品,如纸张;4)在向前后屏之间装入胶片或从它们之间取出胶片时应尽量避免摩擦,以免因摩擦产生荧光或静电,使胶片感光;5)使用前应检查增感屏表面是否受到污染或损坏,存在这些问题的增感屏不能使用。,20,4.4散射线的控制,4.4.1散射线的产生射线入射到物体后,由于射线量子与物质发生相互作用,一部分被吸收,一部分被散射,一部分沿直线穿透物体。因此,在透射射线中总包括下列的成分:从射线源发出沿直线穿透物体透射的一次射线,射线与物体相互作用中产生的次级射线,即散射线。在常规的射线照相检验中,散射线是有害的射线,应采取各种措施进行控制,减少它对底片影像质量的影响。,21,图4-8散射线产生示意图1射线源2工件3暗盒4胶片5地面,22,对于实际的射线照相检验工作。到达胶片的散射线,最主要的是来自被透照的工件本身,其次(当对散射线防护不好时)是工件背面与周围的物体,特别是原子序数比较低的物体产生的散射线。从图中可见,对胶片来说,散射线可来自前方、后方、侧面等各个方向,来自后方和侧面的散射线常被称为“背散射线”,它们可从暗盒的背面入射到胶片,产生曝光作用。,23,所产生的散射线的多少,与射线能量相关,与射线照射物体的材料、厚度、面积也相关。对散射比来说,它们之间的关系可简单地概括如下:1)随着射线能量的提高散射比将降低,应注意的是这是对能量变化较大的一般结论;2)随着透照厚度的增大散射比也增大;3)在较小的面积范围内,随着面积的增大散射线比也增大,但当面积增大到一定程度后,散射线比不再增大。,24,图4-9散射比与射线能量和透照厚度的关系,25,4.4.2散射线对影响质量的影响,散射线对影像质量可产生重要的影响,主要表现在两个方面:降低影像的对比度。从射线照相对比度的基本公式可以清楚地看到,如果散射比较大,影像的对比度将降低很多,也就是散射线会严重地影响小缺陷和裂纹性缺陷的检验。,26,4.4.3散射线防护的主要方法,减少到达胶片的散射线的主要方法是滤波、光阑、遮蔽、屏蔽等方法,具体的布置示意图如图4-10所示。,27,1铅屏蔽,在实际射线照相检验中,采用铅屏蔽防护散射线是经常使用的措施。主要的防护方法是用适当厚度的铅屏蔽板遮盖工件非透照区,用适当厚度的铅屏蔽板遮盖工件以外的胶片,采用适当的金属增感屏吸收来自工件的散射线,或者在工件与胶片之间放置适当厚度的铅屏蔽板,吸收从被透照工件产生的散射线。,28,2光阑与准直器,减少散射线的另一个主要方法是尽量减少物体被检验区以外受到射线照射的范围大小,除了采用铅屏蔽板遮盖外,常用的方法是用光阑或准直器限制射线束的大小,限制透照的区域。光阑采用对射线具有强烈吸收性能的材料制做,例如,采用铅板制做,其厚度应能有效地吸收入射的射线。光阑的孔径和孔的形状可按照透照区的大小和形状设计,光阑通常放在靠近射线源的位置。,29,3滤波,在X射线照相中使用的连续谱X射线,其长波(低能量)部分X射线对射线照相检验不起主要作用,但当它们直接照射胶片或穿过薄的物体到达射线胶片时,可以被强烈吸收并产生散射线。为了减少射线中的这部分成分,常采用滤波的方法。即在X射线管窗口附近放置滤波片,射线从窗口出射之后首先要穿过滤波片,使长波部分的X射线被大量吸收。滤波片就是适当厚度的某种金属材料平板,它的厚度应按射线能量选取。,30,4背散射防护,在射线照相检验中,当胶片后方较近的地方存在物体时,必须注意采用背铅板对背散射线进行防护。否则,背散射线很可能会使底片无法达到规定的影像质量要求。背铅板的厚度一般应大于1mm。背铅板的厚度是否满足防护背散射线的要求,可以采用下述的方法检验。在胶片暗袋背面贴附铅字“B”。透照后观察底片,如果底片上未出现这个铅字B的影像或出现黑度高于背景黑度的铅字B影像,则说明防护铅板的厚度符合要求。如果出现黑度低于背景黑度的铅字B的影像,则说明防护不足,应加大背铅板的厚度。,31,4.5曝光因子,曝光因子给出的是曝光量与X射线机的管电流或放射性同位素源的活度、曝光时间、焦距的关系。它指出,在曝光过程中,只要保持曝光因子值不变,就可以给出相同的曝光量,因此也就可以给出相同黑度的底片。,32,导出曝光因子需要使用平方反比定律和互易律,平方反比定律给出了光线强度与距离变化的规律,互易律给出了射线强度与曝光时间在感光时间的感光作用中的相互关系。将平方反比定律和互易律结合在一起,就可以得到射线照相中的曝光因子的概念。X射线可以写为:射线可以写为:,33,在二次曝光的时候,只要二次曝光满足上面的等式,则可以得到相同黑度的底片对于X射线可以记:射线可以记:,34,4.6曝光曲线与曝光量计算,4.6.1曝光曲线概述曝光曲线是在一定条件下绘制的透照参数(射线能量、焦距、曝光量)与透照厚度之间的关系曲线。这些条件主要是透照工件材料;射线源;胶片、暗室处理技术、增感;射线照相质量要求等。,35,实际进行射线照相时确定透照参数经常采用曝光曲线,从曝光曲线给出的关系可方便地确定某种材料、某个厚度的工件、满足规定的质量要求应选用的射线能量、焦距、曝光量等。,36,4.6.2曝光曲线的典型形式,对X射线照相检验,常用的曝光曲线有两种类型,第一种类型曝光曲线以透照电压为参数,给出一定焦距下曝光量对数与透照厚度之间的关系。第二种类型曝光曲线以曝光量为参数,给出一定焦距下透照电压与透照厚度之间的关系。图4-11是第一种类型,图4-12是第二种类型。,37,图3-16以透照电压为参数的曝光曲线,38,图3-17以曝光量为参数的曝光曲线,39,第一种类型曝光曲线,纵坐标是曝光量,单位是毫安分(mAmin),采用对数刻度尺,横坐标是透照厚度,常用毫米(mm)为单位,采用算术刻度尺。图中的曲线是在相同的焦距下对不同的透照电压画出来的。从图中的曲线可以看到,采用某一透照电压但透照不同厚度时,曝光量相差得很大。由于曝光量既不能很大,也不能很小,所以某个透照电压实际上只适于透照一较小的厚度范围。,40,第二种类型曝光曲线,纵坐标是透照电压,单位名称为千伏,单位符号为kV,采用算术刻度尺;横坐标是透照厚度,单位常用毫米(mm),采用算术刻度尺。图中曲线是在相同的焦距下对不同曝光量画出的。很显然,它不是直线。,41,射线曝光曲线的一般形式如图3-18所示,它是以黑度为参数,对于一个射线源画出的曝光量与透照厚度的关系曲线。图中纵坐标是曝光量,采用对数刻度尺,横坐标是透照厚度,采用算术刻度尺。另一种曝光曲线是以焦距为参数的曝光量与透照厚度的关系曲线。,42,图3-18射线曝光曲线,43,射线源的放射性活度随时间不断减弱,因此在使用射线的曝光曲线时,必须知道射线源使用时的放射性活度。这可以按照放射性衰变规律绘制出适用于任何射线源的曲线,给出射线源放射性活度随时间改变的一般关系。,44,4.6.3曝光曲线的应用,如果射线照相检验的条件与制作曝光曲线的条件完全一致,则可以简单地从曝光曲线直接查出所需要的透照参数。这时,首先确定透照厚度,然后按透照厚度选择适当的透照电压或射线源,进一步再确定曝光量。对于厚度均匀的工件,一般取工件的公称厚度为透照厚度。对变截面工件或在透照区中透照厚度变化较大的工件,则需作进一步的考虑。,45,实际射线照相检验的条件有时不同于制作曝光曲线的条件,这时候不能简单地直接从曝光曲线确定透照参数,而必须对从曝光曲线得到的透照参数进行修正。主要可分为下面四种情况。在下面的讨论中,所采用的符号意义如下:,46,E0从曝光曲线直接得到的曝光量;E修正后的曝光量;V0从曝光曲线直接得到的透照电压;V修正后的透照电压;F0制作曝光曲线时采用的焦距;F射线照相时实际采用的焦距;D0曝光曲线采用的底片黑度;D射线照相时底片采用的黑度。,47,1焦距不同时的修正,如果射线照相检验时实际使用的焦距不同于制作曝光曲线时的焦距,可以直接应用曝光因子对从曝光曲线得到的曝光量进行修正。,48,2黑度不同时的修正,如果底片采用的黑度不同于曝光曲线给定的黑度,对从曝光曲线得出的曝光量进行修正时,必须结合射线胶片的特性曲线。修正方法如下:先从胶片特性曲线查出对应于黑度D0与D的曝光量H0与H;然后求出这两个曝光量之比:H/H0最后,将曝光曲线上得到的曝光量乘以这个比,即得到黑度改变后应选用的曝光量,49,3胶片不同时的修正,如果制作曝光曲线时使用的是A型胶片,实际射线照相时采用的是B型胶片,那么对从曝光曲线得到的透照参数应进行修正。修正时必须有这两种胶片的特性曲线。具体方法如下:先从胶片特性曲线查出为得到黑度D。它们应采用的曝光量HA、HB,然后求出HB与HA之比,最后将从A型胶片曝光曲线上求出的曝光量乘以这个比值,即得到换用B型胶片时应采用的曝光量,50,4材料不同时的修正,如果被透照的物体的材料不同于制作曝光曲线时的材料,显然,不能直接运用曝光曲线确定透照参数。为了从对一种材料制作的曝光曲线给出其他材料的透照参数,可借助于材料的射线照相等效厚度系数。,51,4.6.4曝光曲线制作,1准备确定制作曝光曲线的条件和准备阶梯试块及补充试块。需确定的制作曝光曲线的条件主要是X射线机型号;透照物体的材料和厚度范围;透照的主要条件(胶片、焦距、增感屏等);射线照相的质量要求(灵敏度、黑度等)。阶梯试块应选用与被透照物体材料相同或相近的材料制做,应具有一定的平面尺寸,例如300100mm,每个阶梯的厚度差常取为2mm,阶梯应具有适当的宽度,如20mm。为适应透照厚度范围,常还需要制做几块补充试块,补充试块是一平板试块,其尺寸一般取为2101005mm。利用阶梯试块和补充试块就可以构成较大的厚度范围。,52,2透照在选定的透照条件下,采用一系列不同的透照电压和不同的曝光量对阶梯试块进行射线照相。严格时应在每个阶梯上放置像质计,以判断射线照相灵敏度是否达到要求。3暗室处理按规定的暗室处理条件进行暗室处理,得到一系列底片。,53,4绘制预备曲线,从得到的底片测量出两组数据:第一组:曝光量较小时,不同透照电压下透照厚度与对应的黑底。第二组:曝光量较大时,不同透照电压下透照厚度与对应的黑底。根据这两组数据,以描点的方法绘制出曝光量不同的两副不同透照电压的黑度与透照厚度的关系曲线,54,5.绘制曝光曲线,按照选定的黑度值,从预备曲线上分别查出两个不同曝光量下不同透照电压对应于该黑度的透照黑度值。,55,4.6.5曝光量的计算,曝光量计算主要可涉及下面三种类型:1)简单的直接运用曝光因子进行的曝光量修正计算;2)曝光因子与胶片特性曲线相结合的曝光量计算;3)曝光因子与放射性衰变规律结合的曝光量计算。,56,4.7典型工件的透照技术,4.7.1平板工件透照技术,57,4.7.2变截面工件透照技术,1双胶片技术双胶片技术是在同一暗盒中放置两张感光度不同或感光度相同的胶片同时透照的技术。当采用两张感光度不同的胶片时,感光度较高的胶片应适于工件厚度较大部分的透照,感光度较低的胶片应适于工件厚度较小部分的透照。当采用两张感光度相同的胶片时,单张胶片观察时评定厚度小的区域,两张胶片叠加观察时评定厚度大的区域,58,2适当提高透照电压技术,对截面厚度变化比较小,特别是截面厚度是连续变化时,可采用适当提高透照电压技术进行透照。当采用不同的透照电压进行透照时,最大透照厚度与最小透照厚度之间的黑度差将不同。较大的透照电压得到的黑度差较小,较小透照电压得到的黑度差较大。这样,对规定的黑度范围,采用较高的透照电压透照,就可以覆盖更大的厚度差范围。应注意的是,这肯定降低了射线照相对比度。,59,3补偿技术,对截面厚度变化大或异形工件采用补偿技术进行透照是比较有效的方法。补偿是采用与被透照工件对射线吸收性质相同或相近的材料,制成的补偿块、补偿粉、补偿液等,对工件的不同厚度部分进行填补,使工件的透照厚度转化为同样的厚度,这样,就可以按照厚度均匀的工件进行透照。使用时主要应注意补偿物体中应不含有影响评定或可能造成误判的缺陷。,60,4.7.3环焊缝透照技术,1射线检测对不同的焊缝有以下几种透照布置方式:,第一种布置:单壁穿透,曲面工件,61,射线检测对不同的焊缝有以下几种透照布置方式:,第二种布置:单壁穿透,曲面工件,第三种布置:单壁穿透,曲面工件,62,射线检测对不同的焊缝有以下几种透照布置方式:,第四种布置:双壁穿透,检验单壁,第六种布置:双壁穿透,检验厚度或材料不同的平面或曲面,第五种布置:双壁穿透,检验双壁,63,在周向透照布置时,显然,透照厚度比在一周焊缝上都是1,因此,对环焊缝透照时,只要可能首先应选用周向透照布置。偏心透照是射线源不放置在环焊缝中心单壁透照的方法。,64,环焊缝的另外可采用的透照布置是射线源在外的单壁单影(像)透照布置。透照布置时,射线源置于焊缝的中心线上,中心射线束垂直指向被透照焊缝区中心。在这种透照布置中,胶片暗盒背面必须放置铅板,以屏蔽来自工件内壁其他部分的散射线。当环焊缝不可能采用单壁透照布置时,可采用射线源在外双壁透照布置。这时候,射线源应偏离焊缝中心线一段距离,以保证源侧焊缝的影像不与透照焊缝的影像重叠,并具有适当的间距。一般偏移的距离应控制在源侧焊缝的影像刚刚移出被透照焊缝热影响区影像的边缘。,65,2各种透照方式的特点,有效透照区随焦距而变化的规律不同对源在外单壁透照布置时,当焦距增大时有效透照区也随之增加。对源在外双壁透照布置时,当焦距增大时有效透照区减少。,66,确定有效透照区的方法,实际工作中按下面顺序确定有效透照长度、照射角和焦距。1)依据T/D、k计算出横向裂纹检验角:;2)按产品特点选定F或f,用得出的值计算出照射角;3)用、之值,计算出有效透照长度和透照次数。,67,4.7.4小直径管对接接头射线照相检验技术,以往标准中通常定义管外径不大于89mm的管为小直径管,但近年的标准一般称管外径不大于100mm的管为小直径管。,68,1透照布置,对小直径管对接接头,其透照布置主要是椭圆成像透照布置和垂直透照布置,图4-25、图4-26是透照布置的示意图。,69,椭圆成像透照布置是源在外双壁透照的方式,但这时候射线穿过焊缝后在胶片上将形成整个环焊缝的影像,所得到的影像应呈现为椭圆形状,故称为椭圆成像透照,也称为双壁双影透照布置。采用椭圆成像透照的条件是:D100mm;W(焊缝宽度)D/4;T8mm。,70,椭圆成像透照布置的基本要求是射线源布置在偏离焊缝中心面适当距离的位置;中心射线束一般指向环焊缝的中心。射线源偏移的距离应保证源侧焊缝和胶片侧焊缝的影像不互相重叠,并应具有适当的间距,以保证热影响区的射线照相影像不被干扰。两侧焊缝影像的间距(椭圆影像的短轴方向距离)常称为(椭圆影像)开口宽度,一般规定其值为1倍焊缝宽度。开口宽度不能过大,否则将影响对周向裂纹性缺陷的检验,如根部未焊透。在不干扰热影响区影像的条件下应尽量取较小的值。依据开口宽度值可以计算射线源应偏移的距离,71,按图4-25所示,椭圆成像透照布置中,射线源偏移环焊缝中心面的距离W为对工程应用来说,采用进行计算已完全可以保证实际的应用要求。垂直透照布置时,射线源布置在焊缝中心面上适当距离的位置;中心射线束垂直指向环焊缝的中心轴线。当主要检验小直径管对接接头的根部未焊透缺陷或不符合椭圆成像透照条件时,则应采用垂直透照布置。一般相隔60进行3次垂直透照。,72,2透照次数,椭圆成像的透照次数一般规定为:T/D0.12,相隔90进行2次透照;T/D0.12,相隔60或120进行3次透照。垂直透照次数一般规定为:相隔60或120

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