射线检测对裂纹检测的研究总结

裂纹是焊接接头中最危险的缺陷，所以裂纹检出问题，始终是射线照相技术研究的重点。

裂纹是一种面积型缺陷。所谓面积型缺陷，是指该类缺陷的第三维尺寸(开口宽度W)远小于其余两维尺寸(长度l和高度d)。与气孔、夹渣之类体积型缺陷相比，射线照相裂纹的检出率要低得多。

有关研究表明，影响裂纹检出率的关键是底片对影像细节的显示能力，所谓细节是指底片上小对比度的小尺寸影像。

这是因为很多情况下裂纹的识别要靠影像细节(例如尖端、黑丝、分叉)来辨认特征才能判定其性质。

另一方面，有些裂纹尺寸很小，裂纹本身就是一个影像细节，细节不能显示既意味着底片上没有裂纹影像，当然就无法检出。

从射线照相角度来看，表达裂纹形态自身特征参数有六个(见图3-27)

（1）长度l（长度方向的延伸可能是曲折的）；

（2）走向α（对焊接接头来说，主要走向是纵向和横向，但也可发生在其他任意方向）；

（3）裂纹离试件表面的距离，即埋藏深度h（表面裂纹h=0）；

（4）裂纹平面对工件表面法线倾角θ（此角度可能沿裂纹长度及深度方向有变化）；

（5）裂纹在试件厚度方向的尺寸，即自身高度d（高度方向的延伸可能是曲折的）；

（6）两裂面之间的间距，即裂纹的开口尺寸或宽度W（对自然裂纹，从裂纹的一端开始，W往往是有变化的）。

从射线探伤的角度来看，其中后三个，即W、θ、d是关键参数。

底片的灵敏度是用像质计来衡量的，像质计灵敏度高，缺陷的检出率就高。

这一关系对体积型缺陷是成立的，但对裂纹类缺陷，检出率与像质计灵敏度对应关系并不好。

在某些范围，像质计灵敏度提高很多，而裂纹的检出率并未增加多少；有时虽然底片的灵敏度足够高，但仍发生裂纹漏检事故。

这类情况说明，裂纹能否检出并不完全取决于照相灵敏度，还受到其他因素影响。

裂纹的检出率与像质计灵敏度对应关系之所以不好，是因为裂纹缺陷与像质计人工缺陷的形状、分布状态、尺寸有较大差异。

例如，以丝型像质计的人工缺陷--与金属丝与裂纹比较，存在以下差异：

在形状方面：两者截面形状不同。金属丝截面为圆形，而裂纹截面的模型为三角形（表面裂纹）或菱形（埋藏裂纹）或进一步简化为窄槽型。

有关研究表明：对小缺陷来说，缺陷的截面形状对其影像对比度有影响。

在投影方向方面：因为金属丝截面为圆形，所以不具有方向性；

而裂纹则具有明显的方向性：试件中向不同方向延伸的裂纹，或从不同方向照射裂纹的射线，得到的影像是不同的。

在尺寸方面：裂纹的横向尺寸（开口宽度）一般比金属丝直径要小。有关研究表明：对小缺陷来说，其横向尺寸越小检出率越低。

由于裂纹是一种面积型缺陷，射线从不同方向透照穿过裂纹的行程不一样。

由图3-28所示可以看出，射线方向与裂纹方向一致时，底片上裂纹影像的对比度最大，检出率最高。

一般认为裂纹是垂直于工件表面的，所以照相工艺中要求主射线束与工件表面垂直。

为防止横向裂纹漏检，要求控制透照厚度比K值。

有些裂纹方向与工件表面不是垂直的(如焊道下裂纹)，如欲检测此类裂纹，则应使主射线束与裂纹方向尽量一致。

对开口宽度尺寸远远小于焦点尺寸的裂纹，必须考虑几何因素对影像对比度的影响。

相关的几何因素包括L1(源-工件距离)、L2(工件-胶片距离)、df(焦点尺寸)、W(裂纹的宽度)。

如教材中前3.2.4节所述，df、L1、L2共同决定W´值的大小，而W´与W的比值决定底片上裂纹影像是否有实影，当W´＞W时，底片上裂纹影像没有实影，仅由半影组成，其对比度急剧下降。

几何因素导致裂纹影像发生的变化是：实影消失，对比度降低，横向尺寸变宽，边界变模糊。

如教材中前3.2.4节所述，由于射源不是点源，实际焦点有一定尺寸且焦点上每一点都发出射线，按图3-29所示的布置进行透照，到达胶片上P点的射线不是图中射线束中心线这一条路径，而是通过裂纹截面部分所有路径。

影像中P点的黑度不是由裂纹高度d决定，而是由到达P点的所有射线所穿过的裂纹面积△S决定。

按等面积代换原理，可将裂纹截面（三角形或菱形）换算为一个矩形，矩形的宽为W´，高为dm´´，当W´=W时，平均值dm´´仅为裂纹高度d的一半。

在高度相同的各种缺陷中，裂纹形状的缺陷的穿越行程平均值dm´´是最低的，其影像对比度也最低。

底片对影像细节的显示能力是裂纹检出的关键。
随着工件厚度增大，各种对影像细节的显示能力不利的因素都在增大。

在对比度方面，为穿透厚度更大的工件就要选用更高能量的射线，同时散射比随工件厚度增加相应增大，工件厚度增大，散射比越大，射线照相的对比度就越低。

在清晰度方面，几何不清晰度与工件厚度成正比，固有不清晰度随射线能量增大而增大。

在颗粒度方面，射线能量增大后，颗粒度也要增大。

厚工件的透照几何条件对裂纹检出也是不利的，工件越厚，工件-胶片距离L2越大，而源-工件距离L1则受到限制不可能很大，这就使W´值增大，而W´增大后，可检出的裂纹的宽度W也增大。

可以对厚工件射线照相作一近似定量分析。

有关研究表明，按常规透照参数用X射线分别透照40mm和10mm厚的工件，前者与后者相比，对比度系数约降到1/8，固有不清晰度增大2.5倍，几何不清晰度增大4.2倍，40mm厚工件的底片上可识别的像质计钢丝直径大约为0.5~0.63mm，而10mm厚工件的底片上可识别的像质计钢丝直径大约为0.1~0.16mm。

假设焦距600mm，焦点3mm，则40mm厚工件照相的W´=0.2mm，而10mm厚工件照相的W´=0.05mm。

由裂纹和像质计钢丝截面形状差异可计算出：对40mm厚工件照相，自身高度小于1mm的裂纹细节可能得不到清晰显示。

由透照几何因素关系可知，射源侧表面开口宽度小于0.2mm的裂纹没有本影，得不到清晰图像。

如果考虑透照角度的影响，不能检出的裂纹尺寸值更大。

由此可以看出，厚工件射线照相，不仅小裂纹检出率低，即使较大尺寸裂纹，也可能因为细节显示不清而发生漏检或误判。

虽然射线照相对厚试件中的裂纹检出率较低，但对于薄试件，只要照相角度适当，底片灵敏度符合要求，裂纹检出率还是足够高的。

按以上定量分析，10mm厚工件中，高度0.32mm和开口宽度0.05mm以上的裂纹均可能被检出，这一结果高于一般超声波检测的检出能力。

对用裂纹倾向较大的材料制造的容器进行射线照相时，要特别注意射线源的选择以及源和胶片种类的配合。

从提高射线照相灵敏度和裂纹检出率的角度考虑，选择射线源应优先选X射线机。

试验表明：X射线底片的对比度、清晰度、颗粒度均优于γ射线底片。

任一种γ射线源，即使是能量较低的Ir192、Se75，在其最合适的厚度上应用，其照片灵敏度和成像质量仍然不如X射线。

X射线与γ射线的照相质量差异的主要原因是由于两者的能量分布，即能谱不同，X射线为连续谱，而γ射线为线状谱。

由于连续谱既含有穿透力较强的主能量部分，又含有大量有利于提高对比度的软线质部分，所以照相灵敏度比线状谱高。

γ射线的照相质量不如X射线的另一原因是：X射线管的能量可以管电压调节，可以按试件的厚度选用合适的管电压，从而获得高对比度和高灵敏度。

而γ射线的能量是由同位素的种类决定的，每一种放射性同位素放射出γ射线的波长是特定的，其能量不可调节，所以大多数情况下得不到最佳对比度。

对每种放射性同位素规定了适用厚度范围。使用γ射线源需要注意不能超出规定的厚度范围，尤其是在低于适用厚度范围的薄工件上应用，照相灵敏度将急剧下降。

改善γ射线成像质量的一种有效方法是使用梯噪比等级更高的胶片。

对厚度30mm以上工件照相如选择Ir192γ射线源，应配合使用T2类型胶片，其成像质量大致接近X射线与T3类型胶片。

而厚度30mm以下工件应选用Se75γ射线源。

如用Ir192γ射线源照相，即使用了T2类型的胶片，仍与X射线成像质量有较大的差距。