鑄鋼件檢測(cè)中提高射線(xiàn)照相寬容度的方法

征立剛,魯海洋

(共享鑄鋼有限公司， 銀川 750021)

?

鑄鋼件檢測(cè)中提高射線(xiàn)照相寬容度的方法

征立剛,魯海洋

(共享鑄鋼有限公司， 銀川 750021)

鑄鋼件形狀復(fù)雜，壁厚尺寸變化大，對(duì)其射線(xiàn)照相檢測(cè)時(shí)，為使透照底片有效范圍內(nèi)的黑度滿(mǎn)足標(biāo)準(zhǔn)要求，通常需對(duì)檢驗(yàn)區(qū)域進(jìn)行多次分段曝光，但此做法易帶來(lái)檢驗(yàn)成本增加和效率降低的問(wèn)題。為了在有效透照范圍內(nèi)最大限度地減少透照次數(shù)，從鑄件透照區(qū)域劃分，射線(xiàn)源特性運(yùn)用，多膠片技術(shù)，厚度補(bǔ)償和屏蔽等方面入手，對(duì)提高鑄鋼件射線(xiàn)照相寬容度的操作技巧及其試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行介紹和分析，以為同行提供參考。

射線(xiàn)照相檢測(cè)；鑄鋼件；多膠片技術(shù)；屏蔽

鑄鋼件具有結(jié)構(gòu)性強(qiáng)、可靠性高、適應(yīng)范圍廣和設(shè)計(jì)靈活等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于機(jī)械、能源、壓縮機(jī)、造船/海洋石油機(jī)械等工業(yè)領(lǐng)域中。

由于鑄鋼件常服役于高溫高壓環(huán)境下，故對(duì)其內(nèi)部質(zhì)量的控制至關(guān)重要。鑄鋼件內(nèi)部質(zhì)量檢測(cè)最常用的方法有超聲波檢測(cè)法和射線(xiàn)檢測(cè)法，這兩種檢測(cè)方法各有利弊。射線(xiàn)照相檢測(cè)法由于采用底片作為記錄介質(zhì)，可得到直觀(guān)的缺陷圖像，故常應(yīng)用于鑄鋼件關(guān)鍵部位內(nèi)部質(zhì)量的檢測(cè)中。

射線(xiàn)照相寬容度是指膠片有效黑度范圍相對(duì)應(yīng)的曝光厚度范圍[1]，提高射線(xiàn)照相寬容度是優(yōu)化射線(xiàn)照相工藝的主要措施之一。文章主要從透照區(qū)域劃分，放射源特性運(yùn)用，多膠片技術(shù)，厚度補(bǔ)償和屏蔽等方面出發(fā)，總結(jié)了一些提高鑄鋼件射線(xiàn)照相寬容度的實(shí)踐技巧和工藝方法，以為優(yōu)化鑄鋼件射線(xiàn)照相工藝提供參考。

1 鑄件透照區(qū)域的劃分

鑄鋼件具有幾何形狀復(fù)雜，截面尺寸變化較大的特點(diǎn)，射線(xiàn)照相檢測(cè)依據(jù)寬容度進(jìn)行透照區(qū)域的劃分，可以?xún)?yōu)化工藝參數(shù)，減少透照次數(shù)。

進(jìn)行透照區(qū)域劃分時(shí)應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：在滿(mǎn)足輻射場(chǎng)和一次透照長(zhǎng)度的條件下盡可能做到歸一化處理；將厚度相同的區(qū)域劃分到同一張膠片內(nèi)進(jìn)行一次透照；對(duì)于厚度變化區(qū)域，利用膠片寬容度和多膠片技術(shù)進(jìn)行最大限度增加一次透照長(zhǎng)度，減少透照次數(shù)；對(duì)于厚度對(duì)稱(chēng)區(qū)域，采用對(duì)稱(chēng)性的劃分一次曝光多張膠片。

2 射線(xiàn)源特性運(yùn)用

常用射線(xiàn)源主要有χ射線(xiàn)機(jī)、γ源和加速器，其適用透照厚度和使用優(yōu)勢(shì)各不相同。χ射線(xiàn)機(jī)主要用于鑄件薄壁區(qū)域的透照，透照靈敏度優(yōu)于γ射線(xiàn)；γ源則對(duì)一些復(fù)雜內(nèi)腔鑄件的內(nèi)透檢測(cè)更適合，且可以周向曝光；加速器主要特點(diǎn)是能量大、穿透力強(qiáng)、透照時(shí)間短、檢驗(yàn)效率高、照相厚度寬容度大。表1是常用射線(xiàn)源的透照厚度范圍。

表1 常用射線(xiàn)源的透照厚度范圍

2.1 選用高能射線(xiàn)源

選用高能射線(xiàn)源對(duì)鑄件進(jìn)行射線(xiàn)照相檢測(cè)，具有較大的透照厚度寬容度。不同能量高能X射線(xiàn)對(duì)鋼的透照厚度偏差如圖1所示[2]。從圖1中可知，高能X射線(xiàn)的能量越高，其透照厚度偏差越大(即寬容度越大)。如采用9 MeV高能X射線(xiàn)對(duì)鋼進(jìn)行透照，底片黑度在1.5～3范圍內(nèi)的透照厚度差在50 mm左右；也就是說(shuō)透照厚度差在50 mm內(nèi)時(shí)，采用合適的曝光量，薄厚位置均可以滿(mǎn)足黑度要求范圍。筆者公司運(yùn)用DZ-9/3000型駐波直線(xiàn)加速器對(duì)鑄鋼件進(jìn)行射線(xiàn)照相檢測(cè)，可有效增大厚度寬容度；又因其焦點(diǎn)小于2 mm，焦距大，照相清晰度高，透照厚度50～380 mm范圍內(nèi)的照相靈敏度優(yōu)于1%。

圖1 不同能量高能X射線(xiàn)對(duì)鋼的透照厚度偏差

2.2 利用高能射線(xiàn)照射場(chǎng)強(qiáng)度的分布特點(diǎn)

不同能量加速器照射場(chǎng)強(qiáng)度分布及底片黑度變化趨勢(shì)見(jiàn)圖2[3]。利用加速器照射場(chǎng)強(qiáng)度成“錐形”分布的特點(diǎn)，讓主射線(xiàn)束分布在厚度較大的位置，次射線(xiàn)束分布在厚度較小的位置，這樣穿透工件到達(dá)膠片的射線(xiàn)強(qiáng)度較為均勻，使得不同厚度區(qū)域的透照底片黑度差值較小，可有效提高射線(xiàn)照相的寬容度。以DZ-9/3000型駐波直線(xiàn)加速器為例，在偏離X射線(xiàn)中心軸線(xiàn)7.5°處的最小劑量率為中心軸線(xiàn)上強(qiáng)度的55%；也就是射線(xiàn)束邊緣與中心強(qiáng)度之比為0.55∶1，則可應(yīng)用此比例關(guān)系對(duì)厚度變化區(qū)域進(jìn)行曝光量的選擇；具體射線(xiàn)源布置實(shí)例如圖3所示。

圖3 利用照射場(chǎng)強(qiáng)度錐形分布特點(diǎn)的透照示意

3 采用多膠片技術(shù)

多膠片技術(shù)是指在暗袋中同時(shí)放入兩張或多張感光速度相同或不同的膠片進(jìn)行透照的檢測(cè)技術(shù)。當(dāng)暗袋中放入感光速度不同的膠片進(jìn)行透照后，透照厚度大的部位用感光速度快的膠片進(jìn)行觀(guān)察評(píng)定，透照厚度小的部位用感光速度慢的膠片進(jìn)行觀(guān)察評(píng)定；當(dāng)暗袋中放入感光速度相同的兩張膠片進(jìn)行透照后，厚度大的部位可將兩張底片疊加進(jìn)行觀(guān)察評(píng)定，厚度小的部位用單片觀(guān)察評(píng)定。多膠片技術(shù)的特點(diǎn)是：一次曝光被透照區(qū)域內(nèi)不同厚度部位的底片黑度都能夠滿(mǎn)足標(biāo)準(zhǔn)要求，并有很好的黑度連貫性。

應(yīng)用實(shí)例：筆者公司在實(shí)際檢驗(yàn)中用不同型號(hào)的膠片制作了曝光曲線(xiàn)。圖4所示為柯達(dá)AA400和M125型膠片用DZ-9/3000駐波直線(xiàn)加速器在2 000 mm處曝光(自動(dòng)沖洗)，黑度為1.5和3.5的曝光曲線(xiàn)(為方便表述，圖中縱坐標(biāo)數(shù)值未完全按比例標(biāo)示)；這兩種膠片組合采用多膠片技術(shù)，從曝光曲線(xiàn)上可以看出透照劑量為180 rad時(shí)，透照厚度在70～170 mm范圍，最大和最小厚度處的底片黑度均在1.5～3.5范圍內(nèi)，大大提高了透照厚度寬容度；而且在同一位置使用兩種不同型號(hào)底片、不同黑度進(jìn)行影像觀(guān)察，更容易獲得缺陷的最佳觀(guān)測(cè)黑度和對(duì)比度。

圖4 AA400和M125型膠片黑度為1.5和3.5曝光曲線(xiàn)

4 厚度補(bǔ)償和屏蔽

很多鑄鋼件形狀復(fù)雜、透照厚度差大，采用高能X射線(xiàn)加速器透照往往能夠滿(mǎn)足透照能力，同時(shí)也增大了底片灰霧度，會(huì)出現(xiàn)“邊蝕”現(xiàn)象；根據(jù)檢測(cè)的具體部位制作配套的補(bǔ)償塊和進(jìn)行必要的屏蔽措施，可減小底片黑度差和“邊蝕”影響，增大底片寬容度，提高底片清晰度。

5 結(jié)語(yǔ)

鑄鋼件因使用和設(shè)計(jì)要求不同，形狀結(jié)構(gòu)變化多樣，截面尺寸變化較大。只有結(jié)合鑄鋼件實(shí)際情況，選用合適的透照工藝和技術(shù)措施，才能保證射線(xiàn)照相檢測(cè)方法的有效實(shí)施和質(zhì)量控制。主要從透照區(qū)域劃分，放射源特性運(yùn)用，多膠片技術(shù)，厚度補(bǔ)償，屏蔽等方面對(duì)提高鑄鋼件射線(xiàn)照相寬容度的實(shí)踐應(yīng)用進(jìn)行了介紹。介紹的方法在實(shí)際操作中工藝效果明顯，可以有效提高射線(xiàn)照相寬容度，保證射線(xiàn)照相底片對(duì)比度和靈敏度，獲得滿(mǎn)意的檢測(cè)效果。

[1] 強(qiáng)天鵬.射線(xiàn)檢測(cè)第二版[M].北京：中國(guó)勞動(dòng)社會(huì)保障出版社，2007：58.

[2] 劉耀紅.Varian Linatron高能X射線(xiàn)的應(yīng)用[D].北京：北京機(jī)械自動(dòng)化研究所，2000：11-32.

[3] 美國(guó)無(wú)損檢測(cè)學(xué)會(huì). 美國(guó)無(wú)損檢測(cè)手冊(cè)(射線(xiàn)卷)第一版[M].上海：世界圖書(shū)出版公司，1992：318-342.

Application of Latitude Improvement in Casting Radiographic Inspection

ZHENG Li-gang, LU Hai-yang

(Kocel Steel Foundry Co., Ltd., Yinchuan 750021, China)

During casting radiographic inspection, the inspection area is normally divided into several sections when the shape and dimension change sharply, so that one can obtain standard transmitted film density in valid area. With this method, on the other hand, one may get a poor efficiency and an increment in the cost. In order to reduce exposure times at the maximum extent and improve radiographic inspection latitude, a systematic discussion was made on the exposure area division, source application, multiple films technique, thickness compensation and screening etc in this paper. Also, some experimental information was investigated and the effective operation technique was analyzed in order to improve radiographic inspection latitude.

Radiographic inspection; Casting; Multiple films technique; Screening

2016-07-19

征立剛(1977-)，男，助理工程師，主要從事無(wú)損檢測(cè)及研究工作。

征立剛，E-mail: zhenglg751203@163.com。

10.11973/wsjc201612018

TG115.28

B

1000-6656(2016)12-0074-02