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射线成像检测中常见问题,非常实用

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射线成像检测中常见问题,非常实用

发布日期:2018-04-17 作者:大发快三计划 点击:

射线成像检测中常见问题,非常实用


       随着国民经济的发展,现在射线成像检测的应用越来越广。但在应用中,存在着诸多的问题。本文拟对射线照相检测与成像检测的本质异同、最大检测厚度存在较大差异的原因、双壁检测时缺陷位置的确认、缺陷的放大和如何对应评定等问题做一定探讨,并提出相应的解决方案,以供生产中应用。


常见问题的探讨

(1)关于射线照相和射线成像检测的区别与联系  目前射线照相检测是一种相对成熟的方法,那么,既然都是射线检测,其概念的内涵必然存在着一定的相关性。如图1所示,这是两种检测方法的基本原理。按图中所示,我们可以将两种检测方式均分为三部分:射线源、工件和检测结果。那么,按照无损检测的本质,我们可以设想,各种射线检测也都是对实际工件状态的一种间接探查,也就是说,如果我们针对同一个工件,射线源再一致的话,其结果在最理想的情况必然是一致的。在现实的操作中,射线源、工件一致也是很容易达到的,那么,二者的区别,主要在于接收结果的介质了。


图中可以看出,射线照相检测的接收介质为胶片,而射线成像检测的接收介质主要为电子元件(现实中,目前主要采用CCD、CMOS、闪烁晶体等),基于上述理念,无论哪一种都需要尽可能趋近于真实值,在较为成熟的情况下,必然都和真实工件差异不大。那显然,两种方法的结果差异其实并不大,目前的试验数据也证实了这一点。

明确这一点,在应用较广的射线照相检测中得到的检测经验,也完全可以应用到射线成像检测中。结合其原理,可以在很多工件的检测分析过程中借鉴。这点是十分有意义的。


图1 射线照相检测和射线成像检测的原理

(2)关于照相和成像检测的最大检测厚度的区别   如对于常见的450kV射线设备而言,射线照相检测最大能够检测约100mm,但同时射线成像检测仅能检测约70mm,二者存在很大的差异。这个差异的原因是什么?


在经典的物理试验——双缝干涉试验中,我们可以得到这么一个结论:当少量光子到达目标时,其位置完全是随机的,可以出现在任何位置;而当大量光子到达时,其总体位置则基本是确定的。也就是说,如果我们的接收器不动,即使穿透性不算好,但只要保证每次都有少量光子到达接收器上,在达到一定的时间长度后,即可得到一个确定的显示图样。对于射线照相检测而言,因为其接收器——胶片是不动的,显然符合这种情形。


但射线成像检测不同。因为工件和接收器是相对运动的,在能够观测的情况下,其必须在短时间内满足一定的对比度和亮度,也就是说,必须在短时间内通过工件大量的光子才可以,结合光子的性质,可以看出,要达到这一点,在检测参数中,只能通过降低工件厚度,让更多的光子轻松透过来达到。这就是二者存在最大检测厚度的较大差异的原因。同时,了解这些,对于检测过程中为什么不同移动胶片、为什么曝光量等于电流乘以时间等也会有更深的理解。


(3)关于双壁检测时缺陷位于哪层壁的确认方法  对于工件的加工而言,缺陷定位始终是一个较为频繁的要求之一。在射线照相检测中,单壁检测因为灵敏度较高、定位容易等原因,始终是最优选择。而且因为两层壁清晰度相差较大的原因,即使是双壁检测,也较容易区分清楚。但这对于射线成像检测而言,则没有那么容易了。


首先,工件置于转台上。射线成像检测现在有两种主要方式,一种是工件置于转台上,工件实时检测实时观察,可以得到即时的影像并可随时调整。另外一种是工件置于传送带上,直接生成图像。两种情况下,确定缺陷位置的方法并不相同。


对于前者而言,如图1所示。射线源位于图片上方,这时候,对于观察到的实时成像结果而言,相当于于肉眼直接在下方观察。这时候,可以以一定的速度来旋转工件,如图1所示。当进行顺时针旋转时,在肉眼观察的结果图像上,将会出现前壁会相对向左移动、后壁会相对向右移动的情形。这时候,只要确认缺陷向左还是向右移动,即可判断缺陷所处的位置了。当然,逆时针旋转时,反之。


图2 工件旋转时影像的相对运动示意

其次,工件置于传送带上。这和前面不同,大批量检测时,这种方法能够得到更高的效率,但不能够实时反映、实时调整检测数据,因为人眼对运动物体的敏感性,其检出率也相对较低。


这时候,如果需要确认缺陷的位置,可以通过多次成像法,如图3所示。在①检测完毕后,将工件旋转一定的角度,按照②进行一次成像。这时候,因为上下两层壁其旋转的角度不同,显然其成像位置也不同。这时候,对两次成像的结果进行比较和计算,以得到其位置。有条件时,将工件旋转90°,可以得到更明确的结果。


图3 多次成像缺陷缺陷位置的方法

(4)关于缺陷的放大和评定  在几次接触后,笔者发现,这个极为重要的问题,是现场中最容易忽略的问题之一。至于原因,其一,采用电子学的知识来确定缺陷的位置较为繁琐,很多检测人员并没有掌握该知识;其二,几何不清晰度在射线照相检测和射线成像检测存在的极大的不同很容易被忽略,加上检测效率的要求,经常引起该问题。


如图4所示。在不考虑射线源尺寸引起的几何不清晰度的情况下,可以得到这么一个图样。对于射线照相检测,因为胶片一般都是紧贴工件,图中L2基本上就是工件厚度,而且因为射线穿透性一般不高,所以在满足标准要求的情况下,L2远远小于L1,经过计算,其放大率往往介于1和1.1之间,且一般远小于1.1,在实际检测工件中,完全可以忽略进而按照1:1来评定。


但在射线成像检测中,为了防止工件在运动中和接收器之前的碰撞,L2是大于工件厚度的,有时候还会大很多。更麻烦的是,如前面中提到,射线照相检测大都采用单壁透照,而射线成像检测多采用双壁透照,这样L2将是一个更大的值,这时,为尽量降低几何不清晰度,办法之一是增加L1的值,当L1远远大于L2时,这个问题可以很大缓解甚至可以看成与射线照相相同,如笔者单位采用的高能射线设备,L1值大于2m。


当增加L1不可做到时,现实中一般都是如此。以笔者所见,射线成像中,射线源与工件的位置,很少有大于1m的。这时候,还会带来另一个影响很大的问题,就是缺陷的放大性,不同的位置缺陷的放大率不同:不同部位的缺陷,即使尺寸相同,在投影到接收器上后,其大小存在着较大的差异,这点类似于超声波检测中增加DAC曲线的原因。再加上检测结果为电子图像,存在可任意放大的情况,更加深了这一问题。在射线检测中,针对这一问题,与DAC曲线的原理类似,可以通过不同位置分别讨论的方式来解决。我们可以在不同位置分别放置一些对比尺寸板,如像质计(以下以丝型像质计为例),因为像质计在检测过程中是必须放置的,工件的厚度往往不同又导致需要放置多个,这样,在不同的位置分别放置,可以达到一举两得的目的。同时,因为像质计的细丝长度是一定的,在按照前面来确定缺陷位于哪一层壁后,可以将电脑影像中该层壁上的像质计长度调整到与真实大小1:1,再对该缺陷进行评定,可以得到和射线照相检测类似的较为合理的结果。这种方法也避免了采用电子学方法来对比缺陷大小的困难。


当然,对于因为几何不清晰度造成的缺陷投影虚化乃至于消失的问题,这种方法无法避免,且目前的射线成像检测也难以解决。这也是射线成像检测的结果仍然比不上射线照相检测的原因之一。


图4 几何不清晰度示意

(5)关于结果的评定  在常规的铸锻焊三种检测方式中,因为加工工艺的原因,锻件并不适合做射线检测;焊缝因要求较高,对于薄板,如采用ISO 5817《焊缝 钢、镍、钛及各自合金熔化焊接头(除束焊接外) 不完整分级》进行评定,其缺陷大小往往精确到0.1mm,这对于成像检测而言,往往难以操作。所以,目前射线成像检测主要针对铸件的射线检测。


而铸件的射线检测中,目前ASTM(美国材料与试验协会)标准为代表的对比标准底片评定级别的方法占有绝对的优势。这些标准体系中,以ASTM E446为代表。该标准名称为《厚度不大于2英寸(50.8mm)的铸钢件射线标准参考底片》,其配套的姊妹标准,有ASTM E186 《厚壁(2~4 1/2英寸(50.8~114mm))铸钢件标准参考底片》以及ASTM E280《厚壁(4 1/2英寸到12英寸(114~305mm))铸钢件标准参考底片》。三套标准适用的厚度范围不同,基本覆盖了现实中用到的铸钢件范围。另外,如ASTM E802《厚度不大于4 1/2英寸(114mm)的灰铸铁标准参考底片》和E689《球墨铸铁标准参考底片》,这些标准有正文,但没有配套的标准底片,其标准底片引用前面三个标准。类似的,有ASTM E155《铝和镁铸件检测用标准参考底片》,ASTM E505《铝和镁压铸件检测标准参考底片》等,可以根据不同的情况下分别选择。

近些年ASTM开始改变利用底片来评定成像结果的方式,陆续增加了一些成像专用标准。如和E446对应的E2868《厚度不大于2英寸(50.8mm)的铸钢件标准数字参考图像》,和E155、E505对应的E2422《铝铸件检测标准数字参考图像》等。但需要注意的是,目前并没有和E186、E280配套的数字参考底片,且标准数字图像和标准底片没有本质差异,其应用自然也就基本相同。


对于初学者而言,这些标准的上手比其他类型的标准要难很多。这时候,可以以某一标准为基准,当这个标准掌握后,其他标准的原理和上手方法基本是一样的,可以达到一通百通的效果。至于标准的上手,“先定性,再定量”是个很好的方式。



射线成像检测是现在无损检测中较为热门的应用,其和射线照相检测既有诸多不同,又有较大的联系,明确区分二者的异同,对于检测的熟练度的提升,是个很好的方法。同时,其不同之处也会带来不同的疑难,本文对检测中出现的一部分问题做了一定的探讨,囿于篇幅,这里不多赘述,以供无损检测人员在工作中参考。

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