空分设备铝合金薄板焊接接头的射线检测

[2019-03-27]

在中、小型空气分离设备(shèbèi)中,常遇到10mm以下铝合金(熔点660℃)薄板(性质:宝石学术语)焊接接头的射线检测(检查并测试)。与碳(C)合金钢焊接接头射线检测比较,在检测工艺、射线成像和主要缺陷等方面都存在较大的差异。对此作初步分析:

1 检测原理

射线检测是利用射线穿透物体,使照相胶片感光而产生可见图像来巡查物体内部缺陷。射线在穿透物体时会被吸收、散射,使强度(strength)衰减(attenuation)(如图1)。设射线未穿透物体时,在某一点P0的强度为I0,穿透物体后在P点的强度为I,则I和I0的关系可用下式表示:

I= (1+n)I0e-μT

式中:μ——吸收系数(或衰减系数);

e——自然对数的底(e=2.7183);

T——穿透的物体厚度;

n——散射比。

物体对射线的吸收取决于其厚度、密度和物体的吸收系数。如图2所示几种物质的吸收系数。从图2可见,一定能量的射线穿透厚度相同的铝和钢物体时,铝的吸收系数较小,而透过的射线强度较大。要产生相同的射线照相结果,就需提高kV值,或爆光量,或两者。表1为经过近似的射线照相当量因子。

材料 管电压(kV值) 100 150 220 铝 1.0 0.12 0.18 钢 12 1.0 1.0

注:在100kV时,基准材料为铝(Al);100kV以上,基准材料为钢。

因此,铝合金与碳素钢材料(Material)射线检测(检查并测试)存在较大的差异。

2 射线透照条件的确定

l.能量的选择

射线照相之所以能发现物体内部存在的缺陷,是由于缺陷部分和无缺陷部份在底片上产生了黑度差——底片对比度,可表示为:

△D=-0.434μγσ△T/(1+n) 
  (2)

式中:γ-胶片梯度;

σ-修正系数;

△T-厚度差。

为了清晰显示厚度为△T的微小缺陷,必须提高底片对比度△D。要提高△D,按


  (2)需提高μγσ值,减少n值。由于射 线检测所使用的射线源种类(即射线线质)不同,μ、n值是大不相同。

透照铝合金(alloy)焊接接头时宜采用软射 线机。软射线机使用铍窗口的射线管, 可最大化减少自身对射线的吸收。图3表示两种 射线机吸收曲线,如透照相同厚度的铝 材,用普通透照碳钢的射线机要得到与 软射线机透照相同的透射(tòu shè)线量率,必须提高管电压,就回使底片对比度降低。

但实际工作中,由于条件的限制(limit),透照 铝合金焊接接头射线机,常使用普通透 照用的射线机,则需确定较合适的曝光条件。——为软射线机——为普通射线机

到达射线胶片射线强度随管电压、 管电流和焦点——胶片之间的距离的不同而 变化。如图4,两种不同电流下工作射线 管辐射谱曲线和两种不同电压在相同电流下 工作射线管的辐射能谱曲线。从上图(a)可知,改变管电流只改变 射线束强度而不改变射线质,图(b)可 知,改变管电压是不仅影响射线线质,而且

也影响其强度。

用透照碳(C)钢的射线机透照铝(Al)合金(alloy)材料 时,需用较大的管电流和较低的管电压。即 使射线束具有较长的波长、较低的能量, 而射线束强度(strength)较大。

2.胶片、增感方式和暗室处理

由于铝合金(alloy)焊合接头在射线底片反 差较小,即对比度差,为此需使用反差较大的胶片(如天津V型胶片),即γ增大,△D也增大。实际工作中常使用的是天津Ⅲ 型胶片,则需根据胶片的特性曲线(Curve)确定其最大胶片梯度,根据底片黑度D要求,确定 其曝光(exposure)条件。胶片的丁值与暗室处理的显影 液成分和湿影时间有关,使用提高反差的显影液可以得到对比高度的胶片,适当增加显

影时间,可使胶片了值有所提高。

在一般企业中,无软射线线机,同 时因产品材料品质较多(常规为碳钢),使用的 胶片为Ⅲ型。使用一般工业射线机检测(检查并测试) 铝合金焊合接头必须制订合理的射线检 测工艺。为此,用普通2515型射线机进 行以下试验:

射线设备(shèbèi):Y--2515型(上海产)

试样:平板对接

材质:LF2,厚度6mm

焊接方法:单面焊双面成型

焊缝余高:1mm+0.5mm

胶片和显影配方:天津Ⅲ型, 显影温度 19—20℃

焦点一胶片距离:600mm

前/后增感屏:0.03mm/0.1mm

试样缺陷和长度:裂缝37.4mm

管电压:60kVp

象质计:A1一Ⅲ型

通过改变管电流(Electron flow)、曝光时间、增感方 式,测定底片的黑度、
象质计指数和缺陷检 出长度,其数据表2所示。

表2 管电流、曝光时间和增感方式对裂纹检出率的影响(influence)

底片 编号 管电流(mA) 曝光时间(min) 底 片 黑 度 象质计 指数 裂缝 长度(mm) 裂纹检出率(%) 增 感 方 式母材(最高值) 焊 缝 中心 最低值 1 15 1 2.20 1.48 1.21 16 35 93.58 无 2 10 1.5 3.50 3.12 2.92 16 35 93.58 无 3 15 0.8 1.89 1.36 1.16 16 33 88.23 无前增感屏有后屏 4 10 1.2 2.94 2.55 2.40 16 34 90.91 无前增感屏有后屏 5 15 0.6 0.79 0.62 0.56 12 30 80.02 有前、后屏。

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