您當(dāng)前的位置：檢測資訊 > 科研開發(fā)
嘉峪檢測網(wǎng) 2021-05-10 13:56
裂紋缺陷的特殊性
裂紋是焊接接頭中最危險(xiǎn)的缺陷，所以裂紋檢出問題，始終是射線照相技術(shù)研究的重點(diǎn)。
裂紋是一種面積型缺陷。所謂面積型缺陷，是指該類缺陷的第三維尺寸(開口寬度W)遠(yuǎn)小于其余兩維尺寸(長度l和高度d)。與氣孔、夾渣之類體積型缺陷相比，射線照相裂紋的檢出率要低得多。
有關(guān)研究表明，影響裂紋檢出率的關(guān)鍵是底片對影像細(xì)節(jié)的顯示能力，所謂細(xì)節(jié)是指底片上小對比度的小尺寸影像。
這是因?yàn)楹芏嗲闆r下裂紋的識(shí)別要靠影像細(xì)節(jié)(例如尖端、黑絲、分叉)來辨認(rèn)特征才能判定其性質(zhì)。
另一方面，有些裂紋尺寸很小，裂紋本身就是一個(gè)影像細(xì)節(jié)，細(xì)節(jié)不能顯示既意味著底片上沒有裂紋影像，當(dāng)然就無法檢出。
從射線照相角度來看，表達(dá)裂紋形態(tài)自身特征參數(shù)有六個(gè)(見圖3-27)
（1）長度l（長度方向的延伸可能是曲折的）；
（2）走向α（對焊接接頭來說，主要走向是縱向和橫向，但也可發(fā)生在其他任意方向）；
（3）裂紋離試件表面的距離，即埋藏深度h（表面裂紋h=0）；
（4）裂紋平面對工件表面法線傾角θ（此角度可能沿裂紋長度及深度方向有變化）；
（5）裂紋在試件厚度方向的尺寸，即自身高度d（高度方向的延伸可能是曲折的）；
（6）兩裂面之間的間距，即裂紋的開口尺寸或?qū)挾萕（對自然裂紋，從裂紋的一端開始，W往往是有變化的）。
從射線探傷的角度來看，其中后三個(gè)，即W、θ、d是關(guān)鍵參數(shù)。
裂紋的檢出率與像質(zhì)計(jì)靈敏度對應(yīng)關(guān)系
底片的靈敏度是用像質(zhì)計(jì)來衡量的，像質(zhì)計(jì)靈敏度高，缺陷的檢出率就高。
這一關(guān)系對體積型缺陷是成立的，但對裂紋類缺陷，檢出率與像質(zhì)計(jì)靈敏度對應(yīng)關(guān)系并不好。
在某些范圍，像質(zhì)計(jì)靈敏度提高很多，而裂紋的檢出率并未增加多少；有時(shí)雖然底片的靈敏度足夠高，但仍發(fā)生裂紋漏檢事故。
這類情況說明，裂紋能否檢出并不完全取決于照相靈敏度，還受到其他因素影響。
裂紋的檢出率與像質(zhì)計(jì)靈敏度對應(yīng)關(guān)系之所以不好，是因?yàn)榱鸭y缺陷與像質(zhì)計(jì)人工缺陷的形狀、分布狀態(tài)、尺寸有較大差異。
例如，以絲型像質(zhì)計(jì)的人工缺陷--與金屬絲與裂紋比較，存在以下差異：
在形狀方面：兩者截面形狀不同。金屬絲截面為圓形，而裂紋截面的模型為三角形（表面裂紋）或菱形（埋藏裂紋）或進(jìn)一步簡化為窄槽型。
有關(guān)研究表明：對小缺陷來說，缺陷的截面形狀對其影像對比度有影響。
在投影方向方面：因?yàn)榻饘俳z截面為圓形，所以不具有方向性；
而裂紋則具有明顯的方向性：試件中向不同方向延伸的裂紋，或從不同方向照射裂紋的射線，得到的影像是不同的。
在尺寸方面：裂紋的橫向尺寸（開口寬度）一般比金屬絲直徑要小。有關(guān)研究表明：對小缺陷來說，其橫向尺寸越小檢出率越低。
透照角度θ對裂紋檢出率的影響
由于裂紋是一種面積型缺陷，射線從不同方向透照穿過裂紋的行程不一樣。
由圖3-28所示可以看出，射線方向與裂紋方向一致時(shí)，底片上裂紋影像的對比度最大，檢出率最高。
一般認(rèn)為裂紋是垂直于工件表面的，所以照相工藝中要求主射線束與工件表面垂直。
為防止橫向裂紋漏檢，要求控制透照厚度比K值。
有些裂紋方向與工件表面不是垂直的(如焊道下裂紋)，如欲檢測此類裂紋，則應(yīng)使主射線束與裂紋方向盡量一致。
裂紋的開口寬度W和透照幾何條件對裂紋檢出率的影響
對開口寬度尺寸遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于焦點(diǎn)尺寸的裂紋，必須考慮幾何因素對影像對比度的影響。
相關(guān)的幾何因素包括L1(源-工件距離)、L2(工件-膠片距離)、df(焦點(diǎn)尺寸)、W(裂紋的寬度)。
如教材中前3.2.4節(jié)所述，df、L1、L2共同決定W´值的大小，而W´與W的比值決定底片上裂紋影像是否有實(shí)影，當(dāng)W´＞W(wǎng)時(shí)，底片上裂紋影像沒有實(shí)影，僅由半影組成，其對比度急劇下降。
幾何因素導(dǎo)致裂紋影像發(fā)生的變化是：實(shí)影消失，對比度降低，橫向尺寸變寬，邊界變模糊。
裂紋截面形狀對檢出率的影響
如教材中前3.2.4節(jié)所述，由于射源不是點(diǎn)源，實(shí)際焦點(diǎn)有一定尺寸且焦點(diǎn)上每一點(diǎn)都發(fā)出射線，按圖3-29所示的布置進(jìn)行透照，到達(dá)膠片上P點(diǎn)的射線不是圖中射線束中心線這一條路徑，而是通過裂紋截面部分所有路徑。
影像中P點(diǎn)的黑度不是由裂紋高度d決定，而是由到達(dá)P點(diǎn)的所有射線所穿過的裂紋面積△S決定。
按等面積代換原理，可將裂紋截面（三角形或菱形）換算為一個(gè)矩形，矩形的寬為W´，高為dm´´，當(dāng)W´=W時(shí)，平均值dm´´僅為裂紋高度d的一半。
在高度相同的各種缺陷中，裂紋形狀的缺陷的穿越行程平均值dm´´是最低的，其影像對比度也最低。
透照厚度對裂紋檢出率的影響
底片對影像細(xì)節(jié)的顯示能力是裂紋檢出的關(guān)鍵。
隨著工件厚度增大，各種對影像細(xì)節(jié)的顯示能力不利的因素都在增大。
在對比度方面，為穿透厚度更大的工件就要選用更高能量的射線，同時(shí)散射比隨工件厚度增加相應(yīng)增大，工件厚度增大，散射比越大，射線照相的對比度就越低。
在清晰度方面，幾何不清晰度與工件厚度成正比，固有不清晰度隨射線能量增大而增大。
在顆粒度方面，射線能量增大后，顆粒度也要增大。
厚工件的透照幾何條件對裂紋檢出也是不利的，工件越厚，工件-膠片距離L2越大，而源-工件距離L1則受到限制不可能很大，這就使W´值增大，而W´增大后，可檢出的裂紋的寬度W也增大。
可以對厚工件射線照相作一近似定量分析。
有關(guān)研究表明，按常規(guī)透照參數(shù)用X射線分別透照40mm和10mm厚的工件，前者與后者相比，對比度系數(shù)約降到1/8，固有不清晰度增大2.5倍，幾何不清晰度增大4.2倍，40mm厚工件的底片上可識(shí)別的像質(zhì)計(jì)鋼絲直徑大約為0.5~0.63mm，而10mm厚工件的底片上可識(shí)別的像質(zhì)計(jì)鋼絲直徑大約為0.1~0.16mm。
假設(shè)焦距600mm，焦點(diǎn)3mm，則40mm厚工件照相的W´=0.2mm，而10mm厚工件照相的W´=0.05mm。
由裂紋和像質(zhì)計(jì)鋼絲截面形狀差異可計(jì)算出：對40mm厚工件照相，自身高度小于1mm的裂紋細(xì)節(jié)可能得不到清晰顯示。
由透照幾何因素關(guān)系可知，射源側(cè)表面開口寬度小于0.2mm的裂紋沒有本影，得不到清晰圖像。
如果考慮透照角度的影響，不能檢出的裂紋尺寸值更大。
由此可以看出，厚工件射線照相，不僅小裂紋檢出率低，即使較大尺寸裂紋，也可能因?yàn)榧?xì)節(jié)顯示不清而發(fā)生漏檢或誤判。
雖然射線照相對厚試件中的裂紋檢出率較低，但對于薄試件，只要照相角度適當(dāng)，底片靈敏度符合要求，裂紋檢出率還是足夠高的。
按以上定量分析，10mm厚工件中，高度0.32mm和開口寬度0.05mm以上的裂紋均可能被檢出，這一結(jié)果高于一般超聲波檢測的檢出能力。
射線源和膠片種類對裂紋檢出率的影響
對用裂紋傾向較大的材料制造的容器進(jìn)行射線照相時(shí)，要特別注意射線源的選擇以及源和膠片種類的配合。
從提高射線照相靈敏度和裂紋檢出率的角度考慮，選擇射線源應(yīng)優(yōu)先選X射線機(jī)。
試驗(yàn)表明：X射線底片的對比度、清晰度、顆粒度均優(yōu)于γ射線底片。
任一種γ射線源，即使是能量較低的Ir192、Se75，在其最合適的厚度上應(yīng)用，其照片靈敏度和成像質(zhì)量仍然不如X射線。
X射線與γ射線的照相質(zhì)量差異的主要原因是由于兩者的能量分布，即能譜不同，X射線為連續(xù)譜，而γ射線為線狀譜。
由于連續(xù)譜既含有穿透力較強(qiáng)的主能量部分，又含有大量有利于提高對比度的軟線質(zhì)部分，所以照相靈敏度比線狀譜高。
γ射線的照相質(zhì)量不如X射線的另一原因是：X射線管的能量可以管電壓調(diào)節(jié)，可以按試件的厚度選用合適的管電壓，從而獲得高對比度和高靈敏度。
而γ射線的能量是由同位素的種類決定的，每一種放射性同位素放射出γ射線的波長是特定的，其能量不可調(diào)節(jié)，所以大多數(shù)情況下得不到最佳對比度。
對每種放射性同位素規(guī)定了適用厚度范圍。使用γ射線源需要注意不能超出規(guī)定的厚度范圍，尤其是在低于適用厚度范圍的薄工件上應(yīng)用，照相靈敏度將急劇下降。
改善γ射線成像質(zhì)量的一種有效方法是使用梯噪比等級更高的膠片。
對厚度30mm以上工件照相如選擇Ir192γ射線源，應(yīng)配合使用T2類型膠片，其成像質(zhì)量大致接近X射線與T3類型膠片。
而厚度30mm以下工件應(yīng)選用Se75γ射線源。
如用Ir192γ射線源照相，即使用了T2類型的膠片，仍與X射線成像質(zhì)量有較大的差距。
來源：NDT全國特種設(shè)備無損檢測
