射线检测缺陷检出灵敏度研究与实际应用

　　近年来,随着科学技术的发展,射线检测灵敏度和缺陷检出技术已成为无损检测的重要理论研究课题。本文通过分析像质计灵敏度和缺陷检出灵敏度之间的关系,说明此项技术在实际应用中的作用。

　　1　射线检测缺陷检出灵敏度与像质计灵敏度

　　射线检测缺陷检出灵敏度研究是指对小缺陷的检出能力的研究。所谓小缺陷是指横向尺寸(垂直于射线方向的尺寸)远远小于射线焦点尺寸的缺陷。而灵敏度又是射线检测质量最重要的指标。从定量方面来说,是指在射线底片上可以观察到的最小的缺陷尺寸或最小细节尺寸;从定性方面来说,是指发现和识别小影像的难易程度。

　　一般来说,像质计灵敏度越高,则表示底片影像的质量水平越高,发现缺陷的能力也越强,从而间接定性地反映出射线检测对自然缺陷检出的能力。在射线检测时,被检工件通过射线检测可以发现工件中是否存在缺陷,而沿射线穿透方向上的尺寸却是很难测定的。因此用自然缺陷尺寸来评价射线检测灵敏度是不现实的。为便于定量评价射线检测灵敏度GB 3323《钢熔化焊对接接头射线照相和质量分级》和JB 4730《压力容器无损检测》采用线型像质计,其中射线照相底片上焊缝区显示的像质计最小金属丝直径为像质计灵敏度,但这并不等于工件中能发现的最小缺陷,即像质计灵敏度不等于自然缺陷检出灵敏度。

　　2　裂纹检出灵敏度(见图1)

　　造成压力容器结构破坏的一个重要原因是焊接裂纹。焊接裂纹的种类较多,一般按其发生的时期、位置方向、形态原因进行分类(见表1)。

　　通过表1,可以看出裂纹的分类主要有:在较高温度冷却时发生的热裂纹和冷却到较低温度发生的冷裂纹。如使用埋弧焊、气体保护焊等较大热输入焊接时,焊缝金属中心区域产生的纵裂纹、焊缝弧坑区产生的裂纹、奥氏体不锈钢的焊缝金属裂纹都属于热裂纹。低合金钢焊缝区的焊道下裂纹、焊趾裂纹、根部裂纹等属于冷裂纹。根据裂纹分类,可以发现裂纹发生的特点。给裂纹检出提供了必要的科学的理性信息。裂纹有其自身的个性特点,也有其共性特征。裂纹的共性特征参数有6个(见图1),①长度l;②走向α;③裂纹平面与射线束的夹角θ;④裂纹上端离试件表面的距离h;⑤裂纹在试件厚度方向的尺寸d;⑥裂纹开口宽度w。而裂纹自身的3个关键参数即开口宽度w,以及裂纹自身高d和裂纹与射线的角度θ是影响射线检出率的主要因素。

　　在实际的锅炉压力容器的检测中,自然缺陷自身的几何形状、吸收系数、位置及取向角度等因素是比较复杂的。据有关资料介绍,日本学者提出:几何因素会影响小缺陷的影像对比度,对远远小于焦点的小缺陷影像细节,必须考虑几何因素对小缺陷对比度的影响;由于射线源不是点源,金属丝影像中的黑度不是由直径d决定的,而是由到达底片所穿过的金属丝截面积决定的。所以几何因素导致小缺陷影像发生变化是对比度降低,横向尺寸变宽使边界模糊。欧美学者则通过缺陷高度△T与缺陷对比度关系,主因对比度△I/I=μ△T/(1+n),提出穿过缺陷的射线强度减弱不是由△T决定的,而是由被射线穿过的小缺陷体积△V决定的。当欲检出缺陷的尺寸远远小于焦点尺寸时,对影像黑度起作用不是缺陷高度△T,而是体积△V,对细长型缺陷,△V可简化为截面积△A为细长灵敏度。缺陷形状不同,△V或△A也不同,由此可见缺陷检出的难易程度与缺陷形状有关。