一篇铝合金射线检测的探讨，我感觉存在问题，望各位论坛老师指正 ...

1、前言

在铝合金材质焊缝的射线检测中，发现铝合金材质的线性衰减系数很小，需要使用较低的管电压来提高底片对比度。在250kv的管电压下，其线性衰减系数为0.29，而铁的线性衰减系数为0.80。也就是说，射线穿过铝合金材质的焊缝时候，透过的X射线损失较少。根据公式（1.1）[1]：

                                                  （1.1）

射线强度的差异是底片产生对比度的主要原因，由公式（1.1）[1]得u越大，射线的强度差异越大，则底片的对比度就越大，对缺陷的检出率也就越高。因此，为了尽量使射线强度的差异变大，必须使u变大，根据表（1）[3]，射线能量越小，则线性衰减系数u越大。所以，对铝合金材质焊缝进行检测时候，必须使用较低的管电压来获得较低能量的射线，提高u值，进而提高底片的对比度。

 

表格 1                         几种材料的线性衰减系数（cm-1）

射线能量MeV	水	碳	铝	铁	铜	铅
0.25	0.121	0.26	0.29	0.50	0.91	2.7
0.50	0.095	0.20	0.22	0.665	0.70	1.8
1.0	0.069	0.15	0.16	0.469	0.50	0.8
1.5	0.058	0.12	0.132	0.370	0.41	0.58
2.0	0.050	0.10	0.116	0.313	0.35	0.524
3.0	0.041	0.83	0.100	0.270	0.295	0.482
5.0	0.030	0.067	0.075	0.244	0.284	0.494
7.0	0.025	0.061	0.068	0.233	0.273	0.53
10.0	0.022	0.054	0.061	0.214	0.272	0.6

2、理论分析

2.1 提出方案

由图1所示[2]，铝合金材质进行射线检测时候，一般的管电压不能超过150kv，对铝合金薄板焊缝（<20mm）进行x射线检测时，允许的最高管电压为80kV左右。目前本公司常用的X射线机（XXG2505）的最低工作电压不能满足此要求，

透照厚度W，mm

注: 1—铜及铜合金；2—钢；3—钛及钛合金；4—铝及铝合金。

图1  不同透照厚度允许的X射线最高透照管电压

无法设置成小于80kV的管电压，故提出一种改进性方案。

首先，射线机的最低工作管电压是不变的，对于XXG2505的探伤机，可调节的管电压最低为100Kv。针对铝合金焊缝的射线检测，在管电压不能满足要求时，只能通过改变管电流、曝光时间、或增大焦距。其次，由于射线能量是射线质的体现，射线强度是射线量的体现。射线的能量代表着射线的穿透力，射线强度代表着对胶片感光度的大小。对于X射线机来说，管电压Ug决定了射线的能量，管电流I决定了射线的强度。因此，减少管电流是为了降低射线的强度，减少时间也是为了降低射线穿过底片的强度，同样增大焦距也是降低射线穿过底片的强度。所以根据公式1.1所示，笔者提出另一种降低射线强度的方法。由于管电压最低为100Kv，且线性衰减系数u与管电压成反比，管电压一定，线性衰减系数u不变。为了提高射线检测的对比度，只能减少散射比n。实际上，可以将滤板放在射线机出线口处，屏蔽掉一部分散射线，也就是衰减了一部分软射线，这样可以降低散射比n，提高射线检测的对比度。 2.2 滤板材质的选择

滤板的材质选择铅箔，也就是增感屏。本公司使用增感屏的厚度为0.2mm，因为增感屏材质均匀，不会在底片上显示伪缺陷。在标准ASTM E94-93《射线照相检验的标准方法》中提出了射线照相等效系数，就是将该材料的厚度乘以此系数后，即可得出与它具有相同吸收程度的材料的厚度。

例如：厚度为0.4mm的铅板，在100kv的电压下，其等效系数为14，则0.4mm铅板对射线的吸收程度相当于钢的厚度为14x0.4=5.6mm。这样我们可以通过计算来选择适当的滤板厚度，5.6mm的钢在实际射线检测中，XXG2505的射线机是可以满足要求的，因此选择0.4mm的铅箔作为滤板材料。

  表格 2                  各种金属的射线照相近似等效系数（以钢为准）

金属	射线能量
	100KV	150KV	220KV	400KV	1MV	2MV
镁	0.05	0.05	0.08
铝	0.08	0.12	0.18
铝合金	0.10	0.14	0.14
钛		0.54	0.54	0.71	0.9	0.9
铁/钢	1.0	1.0	1.0	1.0	1.0	1.0
铜	1.5	1.6	1.4	1.4	1.1
锌		1.4	1.3
铅	14.0	14	12		5.0	2.5

2.3 透照参数分析

2.3.1 滤板对X射线衰减的分析

我们以半价层作为研究对象。实际应用中，经常使用半价层来描述某种能量射线的穿透能力或某种射线的衰减作用程度。半价层是指使入射线的强度减少一半时穿过材质的厚度。根据上表1，以铅箔作为滤板，在250V下，铅的线性衰减系数为2.7，根据半价层计算公式（2.2）[1]

                                                         （2.2）

则T1/2=0.693/2.7=0.27mm。可见0.27mm的铅箔就可以将250kV下的射线强度衰减到原来的一半，这样就可以通过增加滤板厚度的方式来获得低强度的X射线，进而降低散射比，提高了射线检测的对比度。

3、总结

为了方便实际工作的可行性，对于焊缝厚度小于20mm铝合金材质的射线检测，可以通过作曝光曲线来选择适当的曝光参数。将0.4mm的铅箔作为滤板放在射线机出口出，管电压设为100Kv，通过变化透照时间，作透照时间—透照厚度的曝光曲线。为了验证理论研究在实际检测中的可行性，笔者作了四组实验数据，如表格3所示。

表格 3                                 实验数据

参数	T=3mm	T=6mm	T=6mm
	1号片	2号片	3号片	4号片
焦距F（mm）	620	620	620	620
滤板及厚度	0.4mm	0.4mm	0.4mm	无
管电压Kv	100kv	100kv	100kv	100kv
曝光时间min	2.4	2.8	2.8	0.8
像质计丝号	6	6	6	6
黑度范围D	2.31-2.72	2.28-2.83	2.30-2.81	2.76-3.10
底片上可见的IQI丝号	2	3	3	3

通过试验数据对比可以得出：

1、1号片与2号片可以说明加滤板的方式拍摄出的射线底片的黑度和像质计灵敏度都是满足标准要求（这里参照AWS D1.2-2003标准）。

2、3号和4号片可以说明滤板加在射线窗口处不影响射线照相灵敏度。反而滤板过滤掉了一些波长较长的射线，降低了散射比n，提高了底片的对比度。

 

参考文件：

[1] 强天鹏.射线检测[M].北京:中国劳动社会保障出版社,2007，25-29

[2] JB/T4730-2005，承压设备无损检测标准[s]；

[3] ASTM E94-93,射线照相检验的标准方法[s]；