X射線周向檢測(cè)瞄準(zhǔn)定位系統(tǒng)研制

潘貞貞*，余郅，黃志新

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X射線周向檢測(cè)瞄準(zhǔn)定位系統(tǒng)研制

潘貞貞*，余郅，黃志新

（中國(guó)航發(fā)成都發(fā)動(dòng)機(jī)（集團(tuán)）有限公司 成都市 610503）

采用周向X射線機(jī)對(duì)電子束焊環(huán)形焊縫進(jìn)行檢測(cè)時(shí)，要求X射線中心束與焊縫熔合線的夾角不能大于±2°。在這個(gè)過(guò)程中，憑借裸眼觀測(cè)以及普通的測(cè)量很難保證射線機(jī)的管頭準(zhǔn)確位于環(huán)形工件中軸線上并最終處于檢測(cè)需要的最佳位置。因此研制了一種瞄準(zhǔn)定位系統(tǒng)，以解決X射線中心束和電子束焊焊縫熔合線的夾角控制問(wèn)題。結(jié)果表明，該瞄準(zhǔn)定位系統(tǒng)不僅能夠滿足環(huán)形工件對(duì)焦中心的要求，且對(duì)檢測(cè)角度的精確控制可達(dá)0.86°，具有很大的應(yīng)用價(jià)值。

X射線周向檢測(cè)；電子束焊；瞄準(zhǔn)定位系統(tǒng)

引言

目前用于焊縫檢測(cè)的X射線機(jī)主要有定向X射線機(jī)和周向X射線機(jī)兩種，在對(duì)環(huán)形工件焊縫檢測(cè)過(guò)程中，采用周向X射線機(jī)可以一次完成整條環(huán)形焊縫的檢測(cè)，檢測(cè)效率以及檢測(cè)效果都遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于采用定向X射線機(jī)檢測(cè)，因此，采用周向X射線機(jī)檢測(cè)環(huán)形工件焊縫是目前應(yīng)用最多的方法。采用該方法時(shí)，需要把射線機(jī)放置于環(huán)形工件的中軸線上，射線機(jī)嚴(yán)格沿中軸線移動(dòng)使射線機(jī)焦點(diǎn)位于檢測(cè)的最佳位置。特別是對(duì)電子束焊焊縫進(jìn)行X射線檢測(cè)時(shí)，要求X射線中心束與焊縫熔合線的夾角不能大于±2°[1]。

在這個(gè)過(guò)程中，憑借裸眼觀測(cè)以及普通的測(cè)量很難保證射線機(jī)的管頭準(zhǔn)確位于環(huán)形工件中軸線上并最終處于檢測(cè)需要的最佳位置。由于上述情況的出現(xiàn)，導(dǎo)致射線機(jī)焦點(diǎn)到焊縫上各點(diǎn)的距離不一致，最終檢驗(yàn)得到的底片黑度也就不一致。甚至由于射線機(jī)焦點(diǎn)偏離檢測(cè)最佳位置，導(dǎo)致一些危害性缺陷無(wú)法檢出，存在安全事故隱患。因此對(duì)環(huán)形工件電子束焊環(huán)形焊縫進(jìn)行X射線檢測(cè)時(shí)的瞄準(zhǔn)定位系統(tǒng)進(jìn)行了開(kāi)發(fā)，以解決X射線中心束和電子束焊焊縫熔合線的夾角控制問(wèn)題。

1 機(jī)械系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及開(kāi)發(fā)

1.1 工件放置臺(tái)

工件放置臺(tái)結(jié)構(gòu)可設(shè)計(jì)為“十”字型或梅花型，為了減少工件放置臺(tái)的用材量，降低工件放置臺(tái)的重量，優(yōu)先考慮設(shè)計(jì)為“十”字型結(jié)構(gòu)。為了使工件放置臺(tái)的中心突出明顯，“十”字型工件放置臺(tái)設(shè)計(jì)有中心標(biāo)記和用于調(diào)整工件中心軸線與工件放置臺(tái)中心重合的工件安裝調(diào)整標(biāo)記，如圖1所示，圖1（a）為設(shè)計(jì)圖，（b）和（c）為實(shí)物圖。如果將工件放置臺(tái)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)為梅花型結(jié)構(gòu)，最好每個(gè)花瓣在徑向方向上都設(shè)計(jì)有帶刻度標(biāo)尺，用于調(diào)整位置，使得工件中心軸線與工件放置臺(tái)中心重合。

圖1 中心標(biāo)記為“十”型的工件放置臺(tái)

另外由于進(jìn)行射線檢測(cè)的鉛房?jī)?nèi)，地面常出現(xiàn)凹凸不平的情況，為了保證工件放置臺(tái)臺(tái)面的水平度，在工件放置臺(tái)上設(shè)計(jì)有調(diào)整放置臺(tái)平面水平度的微調(diào)機(jī)構(gòu)（如圖2所示），配以水平儀調(diào)整放置臺(tái)平面的水平度，以保證安裝在工件放置臺(tái)上的環(huán)形工件的軸線垂直于地面。

圖2 工件放置臺(tái)臺(tái)面水平度的微調(diào)機(jī)構(gòu)

1.2 X射線發(fā)射對(duì)準(zhǔn)裝置

X射線發(fā)射對(duì)準(zhǔn)裝置由X射線管和位于X射線管下方的紅外線對(duì)準(zhǔn)器構(gòu)成，使用時(shí)要求X射線發(fā)射窗口與紅外線發(fā)射器固定安裝在一起。所述紅外線對(duì)準(zhǔn)器設(shè)計(jì)有不少于4個(gè)的紅外線發(fā)射器：其中不少于3個(gè)位于紅外線發(fā)射器本體同一水平面不同的半徑方向，用于對(duì)準(zhǔn)工件周向焊縫；1個(gè)位于垂直于水平面的紅外線發(fā)射器本體中軸線上，用于對(duì)準(zhǔn)位于其正下方的工件放置臺(tái)中心。

紅外線對(duì)準(zhǔn)器優(yōu)先考慮設(shè)計(jì)5個(gè)紅外線發(fā)射器，其中4個(gè)位于紅外線發(fā)射器本體同一水平面相互垂直兩直徑的4個(gè)半徑方向上，即位于垂直于紅外線發(fā)射器中軸線同一平面相互垂直的兩直徑4個(gè)半徑方向上，1個(gè)位于紅外線對(duì)準(zhǔn)器本體中軸線上，即位于垂直于水平面的紅外線對(duì)準(zhǔn)器的中軸線上，如圖3所示，圖3（a）為設(shè)計(jì)圖，圖3（b）為實(shí)物圖：

圖3 X射線發(fā)射對(duì)準(zhǔn)裝置

紅外線對(duì)準(zhǔn)器采用螺紋方式固定在X射線管上，當(dāng)紅外線對(duì)準(zhǔn)器螺旋旋進(jìn)至無(wú)法再旋進(jìn)時(shí)，此時(shí)X射線發(fā)射窗口與對(duì)準(zhǔn)工件周向焊縫的紅外線發(fā)射器的4個(gè)紅外線發(fā)射窗口處于同一水平線上[2]，保證紅外線對(duì)準(zhǔn)裝置在周向的精確性。同時(shí)，由位于垂直于水平面的紅外線發(fā)射器本體中軸線上，另外一個(gè)紅外線發(fā)射器，用于對(duì)準(zhǔn)其正下方的工件放置臺(tái)中心，如圖4所示：

圖4 X射線發(fā)射對(duì)準(zhǔn)裝置

1.3 裝置架

裝置架的構(gòu)成包括，固定在底座架上的門(mén)型架、通過(guò)導(dǎo)軌副安裝于門(mén)型架上的升降機(jī)架、驅(qū)動(dòng)升降機(jī)架上下移動(dòng)的電機(jī)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、安裝在升降機(jī)架上的承掛橫梁和上端安裝在承掛橫梁上的下伸桿架，底座架上設(shè)計(jì)有使裝置架可在地面上移動(dòng)的機(jī)構(gòu)[3]，如圖5所示：

理1—工件放置臺(tái)；2—紅外線對(duì)準(zhǔn)器；3—下伸桿架；4—升降機(jī)架；5—門(mén)架；6—X射線管；7—傳動(dòng)電機(jī)；8—帶鎖定裝置的滑輪

此外，該裝置架還設(shè)計(jì)有驅(qū)動(dòng)機(jī)架升降的手柄機(jī)構(gòu)，通過(guò)手動(dòng)對(duì)紅外線對(duì)準(zhǔn)器中用于對(duì)準(zhǔn)工件周向焊縫的紅外線發(fā)射器的位置進(jìn)行調(diào)整，以確保從X射線管下部的X射線發(fā)射窗口發(fā)出的X射線，其聚焦點(diǎn)位于工件周向焊縫上。為了便于進(jìn)行調(diào)整，在裝置架的門(mén)型架上和升降機(jī)架上設(shè)計(jì)有上下位移標(biāo)記，如圖6所示：

圖6 裝置加實(shí)物圖

下伸桿架要有足夠的長(zhǎng)度，使安裝于其下端的紅外線對(duì)準(zhǔn)器中位于中水平面內(nèi)的紅外線發(fā)射器到達(dá)待檢測(cè)焊縫位置。下伸桿架可設(shè)計(jì)成“L”型結(jié)構(gòu)下伸桿架，可調(diào)整安裝位置地安裝在承掛橫梁上。底座架上設(shè)計(jì)有使裝置架可在地面上移動(dòng)的機(jī)構(gòu)，是為了保證除工件放置臺(tái)外的整個(gè)系統(tǒng)在水平面上任意移動(dòng)，方便調(diào)整射線管位置剛好處于工件中軸線上。使裝置架可在地面上移動(dòng)的機(jī)構(gòu)，具體可采用滑輪機(jī)構(gòu)，將4個(gè)滾輪機(jī)構(gòu)安裝在底座架上。為了使射線管位置調(diào)整到位后保持不變，裝置架設(shè)計(jì)有與移動(dòng)機(jī)構(gòu)配合使用鎖緊定位機(jī)構(gòu)。如圖7所示：

圖7 裝置架上帶鎖定裝置的滑輪

工藝試驗(yàn)

為了驗(yàn)證開(kāi)發(fā)的機(jī)械系統(tǒng)的精準(zhǔn)度，選取RR航空發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)匣KH26960進(jìn)行X射線周向曝光，如圖8所示：

圖8（a）是零件機(jī)匣KH26960電子束焊焊縫C進(jìn)行X射線檢測(cè)時(shí)采用X射線發(fā)射對(duì)準(zhǔn)裝置進(jìn)行X射線管焦點(diǎn)最佳位置的定位；圖8（b）是該零件的整體透照布置圖，零件放置臺(tái)上放有測(cè)量放置臺(tái)水平度的水平儀；圖8（c）是裝置架上記錄X射線管焦點(diǎn)最佳檢測(cè)位置的標(biāo)尺。

進(jìn)行X射線檢測(cè)時(shí)，首先將機(jī)匣KH26960放置臺(tái)上，調(diào)整位于工件放置臺(tái)底面的微調(diào)裝置，配合水平儀調(diào)整放置臺(tái)平面的水平度，確保臺(tái)面完全水平。然后調(diào)整工件在臺(tái)面上的位置，使工件底面與四條鋼尺接觸點(diǎn)處刻度值完全相同，這時(shí)剛好可以保證放置臺(tái)圓心位于工件中軸線上。然后將紅外線對(duì)準(zhǔn)器通過(guò)螺紋固定在X射線管上，接通電源。利用帶刻度射線機(jī)升降導(dǎo)軌底座的四個(gè)移動(dòng)滑輪調(diào)整X射線管頭支撐架的位置，使垂直于水平面的紅外線發(fā)射器發(fā)射的紅色光點(diǎn)與工件放置臺(tái)上圓心處“十”字標(biāo)識(shí)剛好重合，這時(shí)射線機(jī)就剛好處于工件中軸線上。

控制安裝在裝置架上的電機(jī)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)以及手柄機(jī)構(gòu)，使安裝在下伸桿架下部的X射線發(fā)射對(duì)準(zhǔn)裝置，沿環(huán)形工件中軸線往下移動(dòng)。當(dāng)處于同一水平面上的紅外線發(fā)射器發(fā)出的四個(gè)紅色光點(diǎn)全部落在環(huán)形工件焊縫C上時(shí)，記錄裝置架上的刻度值為629mm。由于焊縫Ｃ所開(kāi)坡口方向與機(jī)匣徑向方向的夾角為10°，焊縫的直徑為465mm，如圖9所示，那么通過(guò)控制手柄調(diào)整X射線管下降，升降導(dǎo)軌下降值為465/2*tan10°≈41mm，然后629mm-41mm=588mm，即得到射線管焦點(diǎn)所需的最佳位置，此時(shí)記錄下該刻度值588mm，即可進(jìn)行檢測(cè)。如果焊縫所開(kāi)坡口方向與機(jī)匣徑向方向的夾角為0°，那么處于同一水平面上的紅外線發(fā)射器發(fā)出的四個(gè)紅色光點(diǎn)全部落在環(huán)形工件焊縫上時(shí)，該裝置架上的刻度值即為射線管焦點(diǎn)所需的最佳位置。

圖9 航空發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)匣KH26960的剖面圖

對(duì)于電子束焊縫的射線檢測(cè)技術(shù)，由于焊接工藝特點(diǎn)及其缺陷特征，為了保證缺陷的檢出率，國(guó)外相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，對(duì)電子束焊縫進(jìn)行射線檢測(cè)時(shí)首先進(jìn)行黑線射線檢測(cè)，確定透照角度，保證射線檢測(cè)的可靠性。為確定射線檢查時(shí)曝光的正確角度，將已經(jīng)定位、夾緊或類(lèi)似的組裝好準(zhǔn)備焊接的零件應(yīng)進(jìn)行X射線檢查，以顯示射線束是否和焊接熔合線平行，一般把它稱(chēng)作“黑線”X射線[4]。下圖10即是KH26960零件的“黑線”X射線底片，從底片上可以看到一條連續(xù)的、尖銳的、清晰的黑線，滿足“黑線”X射線技術(shù)的要求。說(shuō)明機(jī)械系統(tǒng)精度很高，檢測(cè)結(jié)果完全滿足技術(shù)規(guī)范的要求，而且使用便捷，大大提高了工作效率。在該機(jī)械系統(tǒng)沒(méi)有開(kāi)發(fā)使用之前，只能用定向X射線機(jī)檢測(cè)該機(jī)匣，以滿足檢測(cè)精度，使用該機(jī)械系統(tǒng)之后采用周向X射線機(jī)對(duì)整條環(huán)焊縫進(jìn)行一次性曝光，大大降低了生產(chǎn)成本。

圖10 航空發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)匣KH26960電子束焊縫C的“黑線”X射線底片

2 結(jié)論

X射線周向檢測(cè)瞄準(zhǔn)定位系統(tǒng)設(shè)計(jì)巧妙，經(jīng)濟(jì)實(shí)用。研制的環(huán)形工件定位裝置，快速確定不同直徑環(huán)形工件的中心，保證了檢測(cè)底片上焊縫影像黑度均勻性；五點(diǎn)定位紅外線對(duì)準(zhǔn)器，精確控制X射線中心束和電子束焊焊縫熔合線的夾角，解決了周向透照定位不準(zhǔn)的問(wèn)題，滿足了電子束焊縫X射線檢測(cè)要求?？纱蠓忍岣攮h(huán)形零件電子束焊縫檢測(cè)效率，具有很大的應(yīng)用價(jià)值。

[1] ASTM E1742 Standard Practice for Radiographic Examination[S]. 2012.11.1(12): 13, A2.3.

[2] 段占峰, 熊瑛. 電子束焊環(huán)焊縫周向曝光技術(shù)的應(yīng)用[J]. 無(wú)損探傷, 2009, 33(1):16-18.

[3] 朱紹華. 環(huán)形件非環(huán)焊縫周向分區(qū)射線檢測(cè)的應(yīng)用[J]. 無(wú)損檢測(cè), 2015, 37(6):37-39.

[4] P3TF5 Specification Radiographic Inspection[S]. 2015. 7. 20(S16): 12, 4. 1. 2.

The Development of Collimation System When the Complete Circumference to Be Radiographed by X-Ray

PAN Zhenzhen*, YU Zhi, HUANG Zhixin

（AVIC Chengdu Engine(Group)Co., Ltd. Chengdu 610503）

When the complete circumference to be radiographed with a single X-ray exposure，especially X-ray inspection of electron beam weld joint，the angle of the radiation beam and the fusion line of the weld shall not exceed ±2°. In this case, it is too difficult to ensure the X-ray machine cube is placed on the axis of the object and on the best point ultimately before inspection. Therefore，we developed a collimation system to control the angle of the radiation beam and the fusion line of the weld. The results show that this mechanical system not only can meet the X-ray machine cube placed on the axis of the object but can control the angle of the radiation beam and the fusion line of the weld to 0.86°minimum. So this collimation system has strong application value during X-ray inspection.

X-ray circular inspection; electron beam weld; a collimation system

10.19551/j.cnki.issn1672-9129.2017.01.08

中國(guó)分類(lèi)號(hào)：TB472

A

1672-9129(2017)01-0028-04

2016-12-21；

2017-02-01

潘貞貞（1985-），女，河南省駐馬店，NDT工程師、碩士研究生，射線檢測(cè)；余郅（1980-），男，四川省巴中市，NDT工程師、本科，射線檢測(cè)；黃志新（1985-），男，江西省豐城市，NDT工程師、本科，射線檢測(cè)。E-mail：554791789@qq.com