【正文】 第 6章 常用無損檢測方法 圖 645 焊縫裂紋照片 第 6章 常用無損檢測方法 2） 未焊透 未焊透是熔焊金屬與基體材料沒有熔合為一體且有一定間隙的一種缺陷 。 因為斷裂寬度 、 裂紋取向 、 斷裂深度不同 ， 使其影像有的較清晰 ， 有的模糊不清 。 第 6章 常用無損檢測方法 1. 1） 裂紋 裂紋主要是在熔焊冷卻時因熱應(yīng)力和相變應(yīng)力而產(chǎn)生的 ， 也有在校正和疲勞過程中產(chǎn)生的 ， 是危險性最大的一種缺陷 。 它們的厚度之比稱為材料的 “ 等效系數(shù) ” 。 以不同的焦距試驗時 ， 就可得到一組曲線 ， 如圖 644所示 。根據(jù)式（ 635）和式（ 629）知，所以管電壓要相應(yīng)增大。 第 6章 常用無損檢測方法 圖 643 材料厚度與曝光量的關(guān)系曲線 第 6章 常用無損檢測方法 ② 不同焦距下，材料厚度與管電壓的關(guān)系曲線。若以 x為縱軸， d為橫軸，當(dāng)焦距一定時，則給定一個厚度 d，對應(yīng)于某一管電壓可以求得一個 x值。 第 6章 常用無損檢測方法 5) 曝光曲線 ①不同管電壓下，材料厚度與曝光量的關(guān)系曲線，材料厚度 d與曝光量 x的關(guān)系為： Cdx ???? ?（ 647） 式中： μ 為吸收系數(shù)；為常數(shù)。 由于射線源有一定的幾何尺寸 ， 從而產(chǎn)生幾何不清晰度 Ug， 如圖 642所示 。 第 6章 常用無損檢測方法 圖 642 透照影像幾何不清晰度 第 6章 常用無損檢測方法 4) 焦距是指從放射源 (焦點 )至膠片的距離 。如果兩個區(qū)域的黑度分別為 D D2，則它們的對比度為： Δ D=D1D2 。 即 212221)()(LLII ? （ 645） 第 6章 常用無損檢測方法 圖 641 曝光距離與射線強度的關(guān)系 第 6章 常用無損檢測方法 3） 射線照相對比度 射線照片上影像的質(zhì)量由對比度、不清晰度、顆粒度決定。 第 6章 常用無損檢測方法 在一定范圍內(nèi)，如果 E為常數(shù)，則 i與 t存在反比關(guān)系： E =i1t1 = i2t2 (644) 一般在選用管電流和曝光時間時 ， 在射線設(shè)備允許范圍內(nèi) ，管電流總是取得大些 ， 以縮短曝光時間并減少散射線的影響 。s(毫安 min(毫安 對 X射線來說 ， 當(dāng)管壓一定時 ， 其強度與管電流成正比 。h(毫居里 通常將 60～ 150 kV定為中等硬度 X射線 ， 60 kV以下定為軟 X射線 。 但是 ， 如果希望在材料的厚薄相鄰部分一次曝光 ， 則要選用較硬的射線 。因而 xdx eII ?? （ 642） 在工業(yè)射線透照中 ， 總是希望膠片上的影像襯度盡可能高 ，以保證檢測質(zhì)量 。 例如：當(dāng)一束強度為 I0的射線 ， 通過被透照厚度為 d的物體后 ， 其強度將衰減為 Id(由公式 （ 636）描述 )；通過一厚度為 x的缺陷后 ， 其強度為 Ix (由公式 （ 637）描述 )。 射線硬度對透照膠片影像的質(zhì)量有很大關(guān)系 。 波長越短硬度越大 ， 則穿透力就越強 ， 對某一物質(zhì)即具有較小的吸收系數(shù) 。 圖 640 金屬熒光增感屏結(jié)構(gòu)示意圖 第 6章 常用無損檢測方法 4） 增感方式的選擇 增感方式的選擇通常考慮三方面的因素：產(chǎn)品設(shè)計對檢測的要求 、 射線能量和膠片類型 。 第 6章 常用無損檢測方法 3） 金屬熒光增感屏是在鉛箔上涂一層熒光物質(zhì)組合而成的 ， 其結(jié)構(gòu)如圖 640所示 。 如鉛增感屏 ， 當(dāng)管電壓低于 80 kV時 ， 則基本上無增感作用 。 金屬屏的增感特性通常是 ， 原子序數(shù)增加 ， 增感系數(shù)上升 ， 輻射波長愈短 ， 增感作用越顯著 。 第 6章 常用無損檢測方法 圖 639 熒光增感屏構(gòu)造示意圖 第 6章 常用無損檢測方法 2） 金屬增感屏在受射線照射時產(chǎn)生 β 射線和二次標(biāo)識 X射線對膠片起感光作用 。 在射線透視照相中 ， 所用的增感物質(zhì)稱為增感屏 ， 其增感系數(shù)為 量時，用增感屏所需曝光產(chǎn)生相同的攝影密度時，無增感所需曝光量在攝影密度為DDK ?（ 640） 第 6章 常用無損檢測方法 1） 熒光增感屏是利用熒光物質(zhì)被射線激發(fā)產(chǎn)生熒光實現(xiàn)增感作用的 ， 其結(jié)構(gòu)如圖 639所示 。 第 6章 常用無損檢測方法 圖 638 金屬絲透度計示意圖 第 6章 常用無損檢測方法 2. 由于 X射線和 γ 射線波長短 、 硬度 （ 見下文 ） 大 ， 對膠片的感光效應(yīng)差 ， 一般透過膠片的射線 ， 大約 1％中的銀鹽微粒感光 。 第 6章 常用無損檢測方法 %100dK ?? 使用金屬絲透度計時，應(yīng)將其置于被透照工件的表面，并應(yīng)使金屬絲直徑小的一側(cè)遠離射線束中心。 金屬絲一般分為兩類 ， 透照鋼材時用鋼絲透度計 ， 透照鋁合金或鎂合金時用鋁絲透度計 。 金屬絲透度計是以一套 （ 7～ 11根 ） 不同直徑 （ ～ mm） 的金屬絲均勻排列 ， 粘合于兩層塑料或薄橡皮中間而構(gòu)成的 。 對不同厚度的工件照相 ， 可分別采用不同型號的透度計 。 （ 1） 槽式透度計 。透度計要用與被透照工件材質(zhì)吸收系數(shù)相同或相近的材料制成 。 在透視照相中 ， 要評定缺陷的實際尺寸是困難的 ， 因此 ， 要用透度計來做參考比較 。 通常用兩種方式表示：一是絕對靈敏度 ， 是指在射線膠片上能發(fā)現(xiàn)被檢測試件中與射線平行方向的最小缺陷尺寸；二是相對靈敏度 ， 是指在射線膠片上能發(fā)現(xiàn)被檢測試件中與射線平行方向的最小缺陷尺寸占試件厚度的百分數(shù) 。 放大照相可以檢測出材料中的微小缺陷 。 此法的優(yōu)點是靈敏度高 、 直觀可靠 、 重復(fù)性好 ， 是 Χ 射線檢測法中應(yīng)用最廣泛的一種常規(guī)方法 。 膠片曝光后經(jīng)暗室處理 ， 就會顯示出物體的結(jié)構(gòu)圖像 。 通過一定方式將這種不均勻的射線強度進行照相或轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘栔甘?、 記錄或顯示 ， 就可以評定被檢測試件的內(nèi)部質(zhì)量 ， 達到無損檢測的目的 。 當(dāng)一束強度為 I0的 Χ射線平行通過被檢測試件 (厚度為 d)后 ， 其強度 Id由式 （ 631） 表示 。 第 6章 常用無損檢測方法 射線的質(zhì)量吸收系數(shù)和散射系數(shù)表示如下： 34 ??? ZCA ??AZ?? ??（ 633） （ 634） 式中： C為常數(shù)； A為元素的原子數(shù)； Z為元素的原子序數(shù)； λ 為射線的波長。 由于物質(zhì)密度愈大 ， 射線在物質(zhì)中傳播時碰到的原子也愈多 ， 因而射線衰減也愈大 。 但它們之間的關(guān)系并不是簡單的直線關(guān)系 ， 而是成指數(shù)關(guān)系的衰減 ， 如圖 634所示 。 射線衰減的程度不僅與透過物質(zhì)的厚度有關(guān) ， 而且還與射線的性質(zhì) (波長 )、 物體的性質(zhì) (密度和原子序數(shù) )有關(guān) 。 第 6章 常用無損檢測方法 2） 射線的衰減是由于射線光子與物體相互作用產(chǎn)生光電效應(yīng) 、 康普頓效應(yīng) 、 湯姆遜效應(yīng)或電子對的產(chǎn)生 ， 使射線被吸收和散射而引起的 。 射線與物質(zhì)中帶電粒子相互作用 ， 產(chǎn)生與入射波長相同的散射線的現(xiàn)象叫做湯姆遜效應(yīng) 。 該過程正比于吸收體的原子序數(shù)的平方 ， 所以高原子序數(shù)的物質(zhì)電子對的產(chǎn)生也是重要的過程 。 在物質(zhì)中電子和正電子都是通過原子的電離而損失動能 ， 在消失過程中正電子和物質(zhì)中的電子相作用成為能量各為 MeV的兩個光子 ， 它們在物質(zhì)中又可以通過光電效應(yīng)和康普頓效應(yīng)進一步相互作用 。 產(chǎn)生電子對所需的最小能量為 MeV， 所以光子能量 hv必須大于等于 MeV， 如圖 632所示 。 第 6章 常用無損檢測方法 圖 631 康普頓效應(yīng) 第 6章 常用無損檢測方法 （ 3） 電子對的產(chǎn)生 。 康普頓效應(yīng)隨著射線能量的增加而減小 ， 其大小也取決于物質(zhì)中原子的電子數(shù) 。 這一過程同樣服從能量守恒定律 ， 即電子所具有的動能為入射光子和散射光子的能量之差 ， 最后電子在物質(zhì)中因電離原子而損失其能量 。 第 6章 常用無損檢測方法 圖 630 光電效應(yīng) 第 6章 常用無損檢測方法 （ 2） 康普頓效應(yīng) 。 當(dāng)光子的能量低于 1 MeV時 ， 光電效應(yīng)是極為重要的過程 。 光子能夠撞擊物質(zhì)中原子軌道上的電子 ， 若撞擊時光子釋放出全部能量 ， 并將原子電離 ， 則稱為光電效應(yīng) (見圖 630)。 在普朗克概念中每束射線都具有能量為 E=hv的光子 。 光電效應(yīng)和康普頓效應(yīng)隨射線能量的增加而減少 ， 電子對的產(chǎn)生則隨射線能量的增加而增加 ， 四種效應(yīng)的共同結(jié)果是使射線在透過物質(zhì)時能量產(chǎn)生衰減 。 第 6章 常用無損檢測方法 3. 射線通過物質(zhì)的衰減定律 1） 射線與物質(zhì)的相互作用主要有三種過程：光電效應(yīng) 、 康普頓效應(yīng)和電子對的產(chǎn)生 。 顯然 ， 這種 X射線與靶金屬原子的結(jié)構(gòu)有關(guān) ， 因此稱其為標(biāo)識 X射線或特征 X射線 。 于是原子的內(nèi)殼層上有了一個空位 ， 鄰近殼層上的電子便來填空 ， 這樣就發(fā)生相鄰殼層之間的電子躍遷 。 在 X射線管內(nèi) ， 高速運動的電子到達陽極靶時將產(chǎn)生連續(xù) X射線 。 第 6章 常用無損檢測方法 (4) X射線管的管電壓愈高 ， 其連續(xù)X射線的強度愈大 ， 而且其最短波長 λ min愈向短波方向移動 ， 如圖 629所示 。 第 6章 常用無損檢測方法 (2) 連續(xù) X射線的波長在長波方向 ，λ =∞ ；而在短波方向 ， 實驗證明具有最短波長 λ min(見圖 628)， 且有 )nm( in U??（ 629） 式中： U為 X射線管的管電壓，單位為 kV。 在任何 X射線管中 ， 只要電壓達到一定數(shù)值 ， 連續(xù) X射線總是存在的 。 在 X射線管中 ， 高壓電場加速了陰極電子 ， 當(dāng)具有很大動能的電子達到陽極表面時 ， 由于猝然停止 ， 它所具有的動能必定轉(zhuǎn)變?yōu)殡姶挪ㄝ椛涑鋈?。 若要得到鎢的 Kα 線和 Kβ 線 ， 則電壓必須加到 70 kV以上 。 圖 628是在 35 kV的電壓下操作時 ， 鎢靶與鉬靶產(chǎn)生的典型的 X射線譜 。 它能使一些結(jié)晶物體發(fā)生熒光 、 氣體電離和膠片感光 。 在無損檢測中中子射線常被用來對某些特殊部件 (如放射性核燃料元件 )進行射線照相 。 中子射線是由某些物質(zhì)的原子在裂變過程中逸出高速中子所產(chǎn)生的 。 在無損檢測中 γ。 工業(yè)上廣泛采用人工同位素產(chǎn)生 γ 射線 。 X射線的頻率范圍約為 3 109～ 5 1014 MHz。 1) X X射線又稱倫琴射線 ， 是射線檢測領(lǐng)域中應(yīng)用最廣泛的一種射線 ， 波長范圍約為 ～ 100 nm(見圖 627)。 第 6章 常用無損檢測方法 射線檢測 1. 在射線檢測中應(yīng)用的射線主要是 X射線 、 γ 射線和中子射線 。 為了獲得較窄的聲束 ， 需采用晶片尺寸較大的探頭 。 第 6章 常用無損檢測方法 圖 626 復(fù)合材料的 C掃描圖 第 6章 常用無損檢測方法 5） 非金屬材料的檢測圖 超聲波在非金屬材料 （ 木材 、 混凝土 、 有機玻璃 、 陶瓷 、橡膠 、 塑料 、 砂輪 、 炸藥藥餅等 ） 中的衰減一般比在金屬中的大 ， 多采用低頻率檢測 。 脈沖反射法適用于復(fù)合材料是由兩層材料復(fù)合而成 ， 粘合層中的分層多數(shù)與板材表面平行的情況 。 第 6章 常用無損檢測方法 圖 625 (a) 對接接頭； (b) 搭接接頭； (c) T型接頭； (d) 角接接頭 第 6章 常用無損檢測方法 4） 復(fù)合材料是由兩種或多種性質(zhì)不同的材料軋制或粘合在一起制成的 。 發(fā)現(xiàn)缺陷后 ， 即可采用三角法對其進行定位計算 。 焊縫探傷一般采用斜射橫波接觸法 ， 在焊縫兩側(cè)進行掃查 。 焊縫形式有對接 、 搭接 、 T型接 、 角接等 ， 如圖 625所示 。 第 6章 常用無損檢測方法 3) 許多金屬結(jié)構(gòu)件都采用焊接的方法制造 。 檢測時一般選用較低的超聲頻率 ， 如 ～ 2 MHz， 因此檢測靈敏度也低 ， 雜波干擾嚴重 ， 缺陷檢測要求較低 。 第 6章 常用無損檢測方法 圖 624 軸類件徑向和軸向檢測示意圖 第 6章 常用無損檢測方法 2) 鑄件具有組織不均勻 、 組織不致密 、 表面粗糙和形狀復(fù)雜等特點 ， 因此常見缺陷有孔洞類 （ 包括縮孔 、 縮松 、 疏松 、 氣孔等 ） 、 裂紋冷隔類 （ 冷裂 、 熱裂 、 白帶 、 冷隔和熱處理裂紋 ）