射线检测实验.doc

实验一 曝光曲线的制作
一、实验目的与任务
1．掌握常用曝光曲线的制作方法；
2．制作某一型号X射线机的曝光曲线。
二、实验设备与器材
1．X射线机 一台
2．阶梯试块 一套
3．密度计 一台
4．铅箔增感屏和胶片等 若干
5．普通坐标纸和对数坐标纸各 一张
三、实验原理
选用任意一台X射线机，采用相同的增感屏、胶片、显影液、定影液及显影、定影时间和显影温度的情况下，对同一材料的不同厚度工件的透照时，所用的曝光条件（焦距、管电压、管电流和曝光时间），是不一样的，如果我们固定其中的一些因素，使透照厚度仅随其中某一种因素的变化而改变，那么我们就可以获得一条相关曲线，这条曲线就是曝光曲线。
曝光曲线是检测的工具。一台X射线机在不同的工艺和环境条件下其曝光曲线是不同的。因此，已经制成的曝光曲线只适用于与当时特定条件相同的状态，否则应制作新的曝光曲线。常用曝光曲线有两种：
1．管电压——厚度曝光曲线：
在X射线机、胶片、增感屏、焦距、暗室处理条件保持不变的情况下，固定曝光量（mA·min）对阶梯试块进行透照。为了使不同厚度部分的黑度值一样，就必须随着厚度的变化而改变曝光强度（管电压KVP），这就是我们在实际生产运用中最常用的基本曲线。
根据数学分析可以知道，管电压与透照厚度之间不存在简单的线性关系，因而得到的不是直线而是一条曲线，但从实验中可以看出这条曲线的曲率不大，在某些区域内可以近似的看作直线，在实验中用阶梯试块实现不同厚度d的透照，在同一焦距和曝光量条件下，用不同的管电压进行多张胶片曝光，经暗室处理可得一组底片，通过这组底片可获得多条黑度与厚度的曲线（每张底片即是一条黑度——厚度的曲线），当我们选取某一黑度值时，不同管电压对应的不同厚度即有一对应点，将选取的各点标注于普通坐标纸上便可得一条曝光曲线，这一曝光曲线，就是管电压——厚度曝光曲线。
2．曝光量——厚度曝光曲线
同制作管电压——厚度曝光曲线一样，在各种条件不变的情况下，固定管电压（KVP）改变曝光量（mA·min），对阶梯试块进行分次曝光。
在管电压不变的情况下，d与logIt呈直线关系。在实验中用阶梯试块实现不同厚度d的透照，在同一管电压下用不同的曝光量进行多张胶片曝光，经暗室处理可得一组底片。通过这组底片可获得多条黑度——厚度的关系曲线（每张底片即是一条黑度——厚度的曲线）。我们选取某一黑度值时不同的曝光量对应不同的厚度即有一对应点。将各实验点标注于对数坐标纸上便可得一条曝光曲线，这一曝光曲线就是曝光量——厚度曝光曲线。
曝光量——厚度曝光曲线在对数坐标纸上是一条直线，这是因为：
I = I0t－μd （1-1）
通过推论可得：
log （1-2）
四、实验方法与步骤
1．阶梯试块的准备
加工阶梯试块，其材质与被检工件相同或相似。形状、尺寸如图1-1所示。阶梯厚度梯按极差为2mm的等差数列变化，从2mm～20mm，另外再制备厚度为10mm和20mm的平板试块各一块，如加在阶梯试块下面，可扩大制作曲线的厚度范围。

图1-1 阶梯式块示意图
2．制作管电压——厚度曝光曲线（钢铁材料）
管电压——材料厚度曝光曲线是常用的一种曲线，实验时要求：
（1）按阶梯试块大小切好四张胶片（300×80mm），胶片用0.03毫米的铅箔增感，放入暗袋中；
（2）按表1-1所给定的条件逐张分别进行曝光，曝光时应固定焦距，曝光量及暗室处理条件，放置识别标记等；
（3）将曝光后的胶片进行暗室处理；
（4）暗室处理后的底片用黑度计测量每一厚度对应的黑度值，并填入表1-1中；
（5）根据表1-1的数据，在普通坐标纸上作出不同管电压时，材料厚度——黑度的关系曲线，纵坐标为黑度D，横坐标为材料厚度d (mm)；
（6）选黑度D =1.5时，作横坐标的平行线，与每根D —— d曲线相交，并读取交点处的管电压和厚度值并填入表1-2；
（7）根据表1-2的数据，在普通坐标纸上绘制管电压——材料厚度的曝光曲线，纵坐标为KVP，横坐标为d (mm)。
3．制作曝光量——厚度曝光曲线（钢铁材料）
（1）按钢铁阶梯试块的大小切好四张胶片，用0.03毫米铅屏增感，放入暗袋中；
（2）按表1-3所给定的条件逐张分别曝光，曝光时间应固定焦距，管电压及暗室处理条件，放置识别标记等；
（3）将曝光后的胶片进行暗室处理；
（4）暗室处理后的底片用黑度计测量每一厚度对应的黑度值，并填入表1-3中；
（5）根据表1-3的数据，在普通坐标纸上作出不同曝光量时，材料厚度——黑度的关系曲线，纵坐标为黑度D，横坐标为材料厚度d (mm)；
（6）选黑度D =1.5时，作横坐标的平行线，与每根D - d曲线相交，并读取交点处的曝光量和厚度值并填入表1-4中；
（7）根据表1- 4的数据，在对数坐标纸上绘制it（或Logit）与d的曝光曲线，纵坐标为mA·t（或Logit），横坐标为d (mm)。
五、数据处理
1．从表1-4得到一组离散数据，由于d与Log之间存在线性关系，这是因为：
（1-1）
（1-2）
因此，这些点可以连成一条直线，但是在实验过程中由于各种因素的影响而产生误差，这些点都可能偏离直线，利用实验所取得的数据求出直线方程，就是数据处理的主要任务，求解直线方程的方法很多，在此我们采用一元回归方程：
y = bx+a （1-3）
通过一元回归方程，求出（1-3）式中系数a和b。回归直线方程也就得到了。
设有一组实验数据，自变量为x，应变量为y，在求回归方程时，首先按表1-5，将xi和yi值填入，并计算出xiyi，xi2以及它们的和，然后按下式计算系数b和d。
（1-4）
（1-5）
根据求得的b和a值即可得一条直线，这条直线称为y对x的回归直线，（1-3）式y对 x的回归方程，b 为回归系数，a为一常数。这个回归方程所代表的直线，是平面XOY上一切直线中与已知观测值最靠近的一条直线。
曝光量——厚度曝光曲线的Logit与d之间已从数学表达式（1-2）知道具有线性关系，因此可用一元回归法求此直线方程。
2．在实际工作中，由散点图得到的不一定是直线，经常遇到曲线。因此选择适当类型的曲线去拟合各散点，如果各离散实验点趋近于在一直线的附近时，则可用上面的方法进行拟合。
六、实验报告要求
1．简述两种曝光曲线的作用；
2．列出实验数据，画好曝光曲线，并作简要分析；
3．用一元回归方程拟合曝光量——厚度曲线，求出方程，画出直线并与连点法所得直线进行比较；
4．分析讨论管电压——厚度曲线能否用一元回归法拟合，为什么？
5．实验体会（认识、疑问、新的见解等）；
6．将所有实验表格附于报告内。
表1-1
机 型

透照规范
焦距： mm ，曝光量： mA·t
管电压（KVP）
底片黑度测量值

d

D

d

D

d

D

d

D

表1-2 （D =1.5时）
厚度d (mm)

管电压（KVP）

表1-3
机 型

透照规范
焦距： mm ，管电压： KVP
曝光量（mA·t）
底片黑度测量值

d

D

d

D

d

D

d

D

表1-4
厚度d (mm)

mA·t

Logit

注：1．机型和透照规范实验前由老师提供；
2．实验结束后将本页剪下附于实验报告内。

表1-5
实验点
x
y
xy

1

2

┆
┆
┆
┆
┆
x

实验数据（依据表1-4）
实验点

1

2

3

4

注：本页附于实验报告内。

实验二 焊缝的射线探伤检测
一、实验目的：
掌握利用X射线机对金属结构焊缝进行无损检测的方法。
二、实验器材：
1．X射线机 一台
2．焊缝试板 一件
3．R16系列像质计 一套
4．胶片、铅箔增感屏、暗袋和铅字 若干
5．密度计 一台
6．观片灯 一个
7．《JB4730-94压力容器无损检测》标准 一本
三、实验原理：
1．X射线和射线具有穿透物质的特性，在穿透物质过程中，会被物质所吸收，使透过的射线强度减弱，我们称其为衰减作用，这种物质对射线的衰减作用具有一定的衰减规律，其衰减规律可用下列公式表示：
（2-1）
式中：I ——通过物体后的射线强度； Io——通过物体前的射线强度；
μ——物质的衰减系数； d ——物体的厚度。
不同的物质对射线的吸收和衰减系数是不一样的，测量其变化就可以探测物体内部有无缺陷，如图2-1所示：
设：为射线透过无缺陷部位强度，则：
I1 = I0 e－μd （2-2）
设：为射线透过有缺陷部位强度，则：
I2 = I0 e－ μ（d－ x） （2-3）
如果缺陷部位含有杂质或夹有其它物质，则：
I2 = I0 e－ μ（d－ x）－μ′x = I0 e－ μd＋（μ－ μ′）x （2-4）

图2-1 射线透照示意图
透过有缺陷部位和无缺陷部位后的射线强度比为：
I2 / I1= I0 e－ μ（d－ x）－μ′x/ I0 e－μd= I0 e－ μd＋（μ－ μ′）x/ I0 e－μd= e（μ－ μ′）x (2-5)
由2-5式可知，被透照物质吸收系数与缺陷部位吸收系数差越大，则透过有缺陷部位与无缺陷部位的射线强度差越大，从而反映在底片上的黑度差越大。这样就可以通过X或射线透照，来判断缺陷的种类，数量和大小。
2．X或射线对某些物质可以产生光化学作用，利用光化学作用，可以采用荧光显示摄像或感光胶片摄像，将上述过程进行显示和记录，即我们通常所说的X或射线适时成像和X或射线照像技术。
四、实验步骤：
1．根据焊缝试块厚度及形状，制定工艺卡，选择适当的工艺规范。
2．将胶片置于试块下面，在试块上放好中心标记、搭接标记、试件编号、检验日期、检验者代号等标记，垂直于焊缝，距焊缝边缘5mm以上。在胶片三分之一处外侧放置与工件厚度相应的像质计，像质计的金属丝与焊缝垂直相交跨越放置，细丝朝外。如图2-2。

图2-2 识别标记摆放示意图
3．按照选择的工艺规范进行曝光。
4．暗室处理及水洗和干燥。
5．按照《JB4730-94压力容器无损检测》标准进行评片并填写探伤报告，如表2-1。
五、实验报告要求：
按照《JB4730-94压力容器无损检测》标准，对所拍底片进行级别评定。填写探伤报告应包括以下内容：试件名称、焊缝及底片编号、使用仪器、验收标准、透照规范、暗室处理条件、底片质量、缺陷性质及数量、级别和结论等。将上述内容填入表2-1。
六、实验结果分析：
1．缺陷性质及产生原因。
2．如何提高射线探伤灵敏度。

表2-1
X射线探伤报告
试件名称

试件编号

探伤日期
年 月 日
仪器型号

工艺规范
KVP mA min
焦 距
mm
显影时间
分
显影温度
℃
验收标准
《JB4730-94压力容器无损检测》标准
材料厚度
mm

结论：

底片编号
黑度
灵敏度
缺陷性质、数量及位置
级别

操作者： 审核者： 主 管：

实验三 缺陷影像综合分析与等级评定
一、实验目的与任务
1．学会识别常见缺陷的影像特征；
2．掌握缺陷定性评片技术；
3．基本掌握常见缺陷的定量评级技术。
二、实验器材与资料
1．观片灯 一台
2．焊缝射线照相典型缺陷图谱 一册
3．实际焊缝检测底片 若干
4．定级缺陷模拟底片 若干
5．直尺、计算器 各一件
三、评片基本依据及要点
1． 《JB4730-94压力容器无损检测》标准有关底片评定的规定
（1）焊缝质量分级：射线检测的焊缝质量分为Ⅳ级。Ⅰ级焊缝内缺陷最少，质量最高。Ⅱ、Ⅲ级焊缝内缺陷增多，质量依次降低。缺陷数量超过Ⅲ级者作为Ⅳ级。
（2）缺陷数量的规定：Ⅰ级焊缝内允许有圆形缺陷（长︰宽≤3︰1的气孔和夹渣），不允许有裂纹、未熔合、未焊透、条形缺陷（长︰宽＞3︰1的气孔和夹渣）。Ⅱ、Ⅲ级缝内允许有圆形缺陷、条形缺陷和不加垫板的单面焊未焊透，不允许有任何裂纹、未熔合、双面焊或加垫板单面焊的未焊透。
（3）按照《JB4730-94压力容器无损检测》标准，射线评片分为“计点法”、“计长法”和“综合评定法”。“计长法”中还分为“单个缺陷长度”、“多个缺陷连续长度”的计算。“综合评定法”就是将“计点法”评级与“计长法”评级之和减一级为最终评级。
2．常见焊缝接缺陷分类及特征（见图3-1所示）
3．评片工作的基本要求
焊缝缺陷的产生与材料的可焊性、焊接材料、焊接设备、焊接工艺、焊接方法和焊工技术等因素有关。在评定底片时应根据缺陷性质、缺陷影像，分析缺陷产生的原因。
照像底片是用来检测焊缝缺陷的，因此对底片本身也有一定的质量要求，底片上不得有药迹、水迹、指纹、划伤、划痕、压力感光、静电感光、霉斑、污迹等伪缺陷。所以评片人员应持认真的工作态度，科学分析的方法。进行评片工作，其基本要求如下：
（1）评片人员应对工件母材的可焊性，焊接材料性能、焊接工艺、坡口情况、焊接方法、探伤工艺、暗室处理等各方面都有所了解，对焊缝可能产生的缺陷有所估计。
（2）评片工作应在可调的强光观片灯上进行。观片灯附近不应有其他眩目的光源，以免影响视觉。评片室工作条件必须符合规定要求。
（3）评片之前，应检查底片本身质量情况，是否符合标准、规范的要求。如果底片没有达到标准要求，应予复照。如果因为焊缝表面不规则影像而造成底片上缺陷影像的辩认，应对焊缝表面进行修整，重新复照后再予评定。
（4）评片人员应具备对底片的各种影像进行综合分析的能力。要能够鉴别真假缺陷，分清是表面缺陷还是内部缺陷。
（5）评片时应使用放大镜、评片尺、便于对底片的各种影像进行正确定性及定量。
（6）必须熟练掌握标准，正确评定焊缝质量的等级。

焊接缺陷

焊接表面缺陷
焊接内部缺陷

面积型缺陷
体积型缺陷

裂 纹
未熔合
未焊透
夹钨
夹渣
气孔

双面焊
单面焊
弧坑裂纹
横向裂纹
纵向裂纹
坡口未熔合
层间未熔合
根部未熔合

圆形夹渣
条形夹渣
条形气孔
圆形气孔

根部未焊透
中间未焊透

管状气孔
柱状气孔
密集气孔
链状气孔
单个气孔

弧坑
内凹
焊瘤
焊穿
塌陷
咬边

图3-1 常见焊接缺陷分类图
四、实验步骤
1．定性评片
在实验室教师指导下，观察标准底片或《常见焊接缺陷图谱集》中各类缺陷的特征，初步掌握判断各类典型缺陷的能力。
2．定级评片
按照《JB4730-94压力容器无损检测》标准，用“计点法”、“计长法”、“综合评定法”对模拟缺陷底片进行质量定级，并发出检测报告。
五、实验报告
按射线探伤检测报告要求，对每张定级模拟底片进行评级并发出检测报告，填入表3-1。教师按评片结果评定成绩。
表3-1
评 片 报 告
评片数量
张
评片标准
《JB4730-94压力容器无损检测》标准
底片编号
材料厚度
焊接方式
坡口型式
缺陷记录（性质及数据）
级别

备注：

评片： 审核： 日期： 年 月 日

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