用墊片及數(shù)字射線測量材料厚度及缺陷高度的裝置的制造方法
【專利摘要】用墊片及數(shù)字射線測量材料厚度及缺陷高度的裝置屬于無損檢測領(lǐng)域。其特征在于：包括射線源，以及放置在被檢位置或缺陷位置上方或下方的墊片而帶固定斜率的試塊放置于缺陷位置的附近并和墊片同時放置在被檢測材料上方或下方(同側(cè))；被檢材料的另一側(cè)放置有數(shù)字射線接收平板；射線接收平板連接到數(shù)據(jù)顯示處理單元。墊片要求是與被檢測材料同材質(zhì)，并且內(nèi)部無缺陷、厚度一致的材料；墊片的形狀為長方體或者弧形塊狀物。墊片的作用：就是當(dāng)焊縫余高很小或者材料本身沒有焊縫及余高時，缺陷位置厚度會小于斜率試塊上任何位置的厚度，也就是該點的灰度會大于斜率試塊上任意點的灰度，造成無法在斜率試塊上找到相同灰度點。
【專利說明】
用墊片及數(shù)字射線測量材料厚度及缺陷高度的裝置
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本實用新型公開了數(shù)字射線透照技術(shù)精確檢測材料的缺陷及厚度的裝置，屬于無損檢測領(lǐng)域?！颈尘凹夹g(shù)】
[0002]1、工業(yè)射線透照技術(shù)
[0003]射線檢驗屬于無損檢測的一種，有X射線檢驗、y射線檢驗、高能射線檢驗和中子射線檢驗等方法。對于工業(yè)射線檢驗來說，一般使用的是X射線檢驗和Y射線檢驗。其原理是:當(dāng)強度均勻的射線束透照射物體時，如果物體局部區(qū)域存在缺陷或結(jié)構(gòu)存在差異，它將改變物體對射線的衰減，使得不同部位透射射線強度不同，這樣，采用一定的檢測器(例如， 射線照相中采用膠片)檢測透射射線強度，就可以判斷物體內(nèi)部的缺陷和物質(zhì)分布等，從而完成對被檢測對象的檢驗。
[0004]隨著電子及計算機技術(shù)的發(fā)展，采用平板探測器(通過轉(zhuǎn)換將穿透的X射線轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號傳輸?shù)诫娔X顯示，省去了了膠片及洗片的過程)X射線直接成像檢測(DR)系統(tǒng)已經(jīng)開始廣泛應(yīng)用于工業(yè)、安全、研究、醫(yī)療等領(lǐng)域。數(shù)字式X射線DR技術(shù)具有檢測速度快、靈敏度高、分析方法豐富、輻射低、無耗材等顯著優(yōu)點。
[0005]2、工業(yè)無損X射線檢驗的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)及試塊檢測方法介紹
[0006]2013年6月，國家主席習(xí)近平頒布的第四號主席令，《中華人民共和國特種設(shè)備安全法》自2014年1月1日正式實施，特種設(shè)備包括鍋爐、壓力容器、壓力管道、電梯、起重機械、 客運索道、大型游樂設(shè)施、場(廠)內(nèi)專用機動車輛等。這些設(shè)備一般具有在高壓、高溫、高空、高速條件下運行的特點，易燃、易爆、易發(fā)生高空墜落等，對人身和財產(chǎn)安全有較大危險性。特種設(shè)備生產(chǎn)、經(jīng)營、使用、檢驗、檢測應(yīng)當(dāng)遵守有關(guān)特種設(shè)備安全技術(shù)規(guī)范及相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。
[0007]作為五大常規(guī)無損檢測方法之一的射線檢測(rad1logy)，在工業(yè)無損檢測上有著非常廣泛的應(yīng)用。航空航天、電力、國防、電力等行業(yè)對于檢測都有相關(guān)的行業(yè)檢測標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)程。《中華人民共和國行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)JB/4730》和《在用工業(yè)管道定期檢驗規(guī)程》，規(guī)定了射線檢測的要求、工藝方法、檢測質(zhì)量評定分級、缺陷的定義、測量方法等。摘取如下:
[0008]1、傳統(tǒng)射線照相檢測(測量膠片黑度)存在的問題:
[0009]1)、讀數(shù)精度誤差:膠片的有效黑度范圍約為1.5-4.0,人眼的視別能力是0.006-0.008,約500個級別，黑度計在測量膠片黑度中，標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定誤差級別約為0.05,膠片黑度計的測量級別為0.05級，每0.05黑度為一個級別，在有效黑度范圍，1.5-4.0內(nèi)，(4.0-1.5)/ 0.05 = 50級，級別較低，測量精確度受到限制。采用數(shù)字射線時黑度(也叫灰度)為14、或16 位，響應(yīng)的灰度范圍16000或65000，精度要高于膠片。
[0010]2)、測量誤差:工件中一般需要測定深度的缺陷是細線型的，其在膠片上顯示的特征是細的黑線，如未焊透，未熔合，咬邊等，此類缺陷的寬度一般在0.5MM以下甚至更小，而槽型對比試塊的槽寬度為2MM，對于測量用的黑度計，其打點的針頭為毫米級，當(dāng)用于測定槽型試塊槽的黑度時，能夠找準(zhǔn)其位置，當(dāng)測定缺陷處黑度時，往往難以找準(zhǔn)其位置，一是缺陷寬度遠小于針頭寬度，二是底片在自然光線下是黑色的，人眼不易辨別其缺陷精確位置，所以測量誤差較大。同樣，膠片的處理(溫度、藥水、顯影時間、膠片保持環(huán)境等)差異也會導(dǎo)致測量結(jié)果的差異。另外，操作人員的視力影響、技能水平也會影響測量結(jié)果。
[0011]2、對于數(shù)字?jǐn)?shù)字射線來說:
[0012]目前無區(qū)別于膠片的專用試塊，相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定(JB/4730.11，近期已經(jīng)改為 NB47013,7月開始宣貫)可以參考如上所述的(膠片)標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行，但沒有具體實施的方法、步驟、要求。目前標(biāo)準(zhǔn)試塊用于數(shù)字射線(DR)時，雖然可以去除膠片檢測的某些缺點，但數(shù)字射線檢測有其區(qū)別于常規(guī)膠片的特點，而這些獨有的特點給判定帶來了麻煩。目前的比對試塊還存在如下問題:
[0013]1 )、之前采用黑度計對比觀測，膠片黑度范圍一般最大為1.5-4.0.范圍小，數(shù)字射線的灰度范圍大1.6萬或6.5萬個灰度級，圖像灰度感官上起伏很大。不容易選取基準(zhǔn)點進行比對。均勻管壁上選取的一段直線其灰度線(坐標(biāo)框內(nèi)的曲線)起伏很大:
[0014]2)、階梯試塊每個階梯都是直角，對于感光靈敏度更高(相比膠片高1-2個數(shù)量級) 的數(shù)字射線來說，散射影響從感官上來講更大。數(shù)字射線拍攝的帶階梯試塊(槽型)的管道界面顯示，其中線性圖顯示了直角凹槽的邊緣部分的圖像，理論上應(yīng)該為直角，由于散射的作用其為帶有抖動的過渡數(shù)值灰度。這種情況在現(xiàn)實檢測時會導(dǎo)致用戶無法確認(rèn)比對的精確位置。
[0015]3、更重要的一點是，上述的兩種方法均存在誤判(不準(zhǔn)確)的可能性:
[0016]目前實施的標(biāo)準(zhǔn)和方法，只測量缺陷位置的絕對灰度、再和梯度試塊上人工缺陷的灰度進行對比，以此來判定缺陷的高度是否超過試塊上的人工缺陷。但是，此方法沒有充分考慮焊縫余高變化對灰度帶來的影響(灰度取決于真實穿透的厚度)。比如GB50235《工業(yè)金屬管道施工規(guī)范》要求對接焊縫的余高<1+0.2b(b為焊縫坡口寬度)并且不大于3mm，所以實際焊接時余高在一定范圍內(nèi)均能夠滿足施工標(biāo)準(zhǔn)。但現(xiàn)場檢測時，高度固定的未融合缺陷，出現(xiàn)在余高2mm和1mm的余高中時，其最終灰度一定會有差別，和試塊對比時可能會導(dǎo)致評級結(jié)果會有所不同。[〇〇17] 而2015年4月頒布的最新標(biāo)準(zhǔn)NB/T47013(替代JB/4730的最新版本，9月1日實施) 要求考慮余高差異，并根據(jù)余高高度(試塊的厚度等于余高高度)來制做試塊，但仍然采用階梯試塊灰度對比的方式?？墒?，實際現(xiàn)場的焊接環(huán)境、人員差異等決定了余高的范圍很大，并且同一條焊縫的余高起伏也比較大，試塊高度難以確定;比如，焊縫起伏較大時，如何制作參考試塊并沒有說明。
【發(fā)明內(nèi)容】

[0018]本實用新型能夠解決上述的所有問題。具體論述如下:
[0019]基本原理依據(jù):同等透照條件下，射線穿過等厚度的同材質(zhì)的工件后其灰度相等； 同樣，透照條件相同時，相同灰度的位置穿透的同材質(zhì)的材料厚度也相等一一此處定義為灰度即厚度。把已知帶固定斜率的試塊(斜面的長度和斜率已知)放置于被檢測材料的缺陷位置旁邊，使用數(shù)字射線DR進行檢測，利用圖像可實現(xiàn)數(shù)字化處理的特點得到連續(xù)的灰度圖像，再通過同灰度查詢，找到和缺陷位置灰度相等斜率試塊的位置(此位置的穿透厚度和缺陷位置的穿透厚度相等)，同樣方法缺陷旁邊的無缺陷位置的灰度同樣可以在斜率試塊上找到相應(yīng)的位置。最后根據(jù)試塊的長度、斜率等參數(shù)計算出缺陷點和缺陷附近無缺陷點的穿透厚度。其差值即為缺陷的高度。
[0020]1.用墊片及數(shù)字射線測量材料厚度及缺陷高度的裝置，其特征在于:
[0021]包括分別放置于被檢測材料或工件兩側(cè)的射線源、數(shù)字射線接收平板，以及緊貼放置在被檢位置或缺陷位置上方或下方的墊片、被檢位置或缺陷位置附近的帶固定斜率的試塊，帶固定斜率的試塊放置在墊片的旁邊，而墊片和試塊同時放置在被檢測材料焊縫位置或缺陷位置的上方或下方;射線接收平板通過數(shù)據(jù)連接線(或無線)連接到數(shù)據(jù)顯示處理單元。墊片要求是與被檢測材料同材質(zhì)，并且內(nèi)部無缺陷、厚度一致的材料;墊片的形狀為長方體或者弧形塊狀物。
[0022]當(dāng)由上向下的射線場穿過墊塊后再穿過被檢測材料；同時由上向下的射線場也穿過帶有固定斜率的試塊時，由數(shù)字射線接收平板接收到衰減后的射線，由數(shù)據(jù)顯示處理單元轉(zhuǎn)換成二維圖像；
[0023]對于平板焊縫檢測，帶固定斜率的試塊放置在墊塊旁邊;該試塊為截面是直角三角形或直角梯形的試塊，其中直角邊水平放置和被檢測材料在一個水平面上;墊塊為長方體；
[0024]對于管道檢測，用截面為半圓環(huán)形的帶斜率試塊，該試塊軸向方向的截面為半圓環(huán)形，周向方向的截面為直角梯形或三角形;截面為半圓環(huán)形的帶斜率試塊的內(nèi)徑等于管道的外徑，試塊緊密包裹在被檢工件外，且放置在墊塊旁邊。墊塊為弧形。
[0025]工作中，當(dāng)焊縫余高很小或者材料本身沒有焊縫及余高時，缺陷位置厚度會小于斜率試塊上任何位置的厚度，也就是該點的灰度會大于斜率試塊上任意點的灰度，造成無法在斜率試塊上找到相同灰度點。這種情況下需要在缺陷位置疊加同材質(zhì)、內(nèi)部無缺陷、厚度一致的材料一墊片的方法(墊片形狀可以根據(jù)被檢物體的形狀制作成有一點厚度半圓形、弧形等形狀)，墊塊的厚度以保證缺陷和缺陷附近位置的灰度均能夠在斜率試塊上找到相同灰度的點。再利用斜率試塊的物理參數(shù)計算該點的厚度。見圖1示意:
[0026]本實用新型解決問題就是當(dāng)焊縫余高很小或者材料本身沒有焊縫及余高時，缺陷位置厚度會小于斜率試塊上任何位置的厚度，也就是該點的灰度會大于斜率試塊上任意點的灰度，造成無法在斜率試塊上找到相同灰度點。【附圖說明】:[〇〇27]圖1是本實用新型裝置示意圖。[〇〇28]其中1――射線源(射線機或放射性源)[〇〇29]2——發(fā)射的射線[〇〇3〇] 3——帶斜率的試塊[0031 ] 4-被檢材料[〇〇32]5——焊縫或材料內(nèi)部缺陷
[0033] 6--數(shù)據(jù)連接線[〇〇34]7――分析和處理單元(計算機)
[0035]8——墊片
[0036]9--焊縫位置(或缺陷位置)
[0037]10成像板平板(DR探測器)[〇〇38]圖2是參照試塊截面圖 [〇〇39]圖3是小管徑射線穿透示意圖
[0040]圖4試塊布置圖
[0041]圖5試塊示意圖[〇〇42]其中31是射線機;32是X射線穿過鋼管;33是小徑管截面[〇〇43]其中41是焊縫位置上放置墊片;42是半圓形斜率試塊緊貼管道放置;43是管道截面[0〇44]其中51表示半圓試塊壁厚有斜率;52是試塊內(nèi)徑和被測管道外徑相同，便于緊貼放置?！揪唧w實施方式】
[0045]1、5mm厚鋼板，加工深度為0..5mm\2mm\2.六個刻槽(模擬材料或焊縫內(nèi)部缺陷)；
[0046]2、墊片:1.5mm厚若干；
[0047]3、斜率試塊3個:厚度0.5—4.5mm固定斜率試塊、長度4mm，如圖紙如下:[〇〇48]注:試塊制造的考慮:[〇〇49]A、帶固定斜率:本實驗為，1:10
[0050]B、與被檢材料同材質(zhì)、同條件，(同材質(zhì)鋼)[〇〇51]C、保證被測位置的灰度能夠在斜率試塊灰度范圍內(nèi)找到相等的點。[〇〇52]檢測方法:
[0053]采用墊片2個疊加覆蓋鋼板的刻槽上(但不和試塊重疊)，試塊放置于刻槽的旁邊。 鋼板表面用塑料膠帶把帶斜率的試塊和帶階梯槽的試塊牢固粘貼。[〇〇54]射線機參數(shù):使用電壓120KV、電流0.3mA、透照時間1秒。
[0055]檢測過程
[0056]垂直刻槽沿斜率試塊方向劃過一條紅線，可以看到紅線的整條灰度曲線。從圖像中可以判別，刻槽和刻槽旁邊的無缺陷位置的灰度均能在斜率試塊上找到灰度相等的點。 這是保證能夠測量的前提。
[0057]在斜率試塊灰度曲線上選取能夠覆蓋缺陷和缺陷旁邊位置灰度范圍的一段做為斜率檢測區(qū)，計算機校正測量其長度為22.99mm(L0)，由于試塊的斜率是1:10，所以選取的這一段檢測區(qū)的高度差為2.299(H)。
[0058]同樣的辦法分別找到缺陷位置和缺陷旁邊位置的對應(yīng)位置，根據(jù)之前論述的公式最終計算結(jié)果為1.62mm。實際該刻槽的深度為1.5mm。誤差為(1.62mm-l.5mm)/l.5mm =8.%〇[〇〇59]材料本身厚度已知，試塊、墊片的厚度已知，所以該方法也同時測量出缺陷位置的剩余厚度:5mm_l ? 62mm = 3 ? 38mm，實際剩余厚度為(5mm_l ? 5mm) = 3 ? 5mm，測量誤差為 3.5mm-3.38mm/3.5mm = 3.4%。
[0060]同樣的方法對0.5mm刻槽的檢測，結(jié)果為0.51mm,誤差為(0.51mm_0.5mm)/0.5mm =2%[〇〇61 ] 結(jié)論及推論:
[0062]1、能夠較精確的測量任意位置的相對厚度、缺陷位置的厚度，相減后得到缺陷的精確高度。
[0063]2、由于本方法是采用比較測量絕對值的方法，所以本方法適用于異型結(jié)構(gòu)的檢測。比如飛機葉片，由于結(jié)構(gòu)復(fù)雜，其制造過程中出現(xiàn)的微小氣孔使用之前的方法不太容易進行檢測(厚度差異大、形狀復(fù)雜、缺陷又很小，導(dǎo)致試塊不易制造)，如果采用本方法，僅考慮葉片的總穿透厚度和缺陷定義即可制作試塊，測量缺陷高度的問題則可以解決。[〇〇64]3、除了條狀試塊(本次試驗用)外，該試塊可以做成半環(huán)形用于檢測小徑管的焊縫余高厚度和余高內(nèi)的缺陷高度。JB4730.2標(biāo)準(zhǔn)(射線檢測)規(guī)定，管外徑等于小于100mm的管道為小徑管，小徑管的階梯對比試塊需要采用半圓形試塊進行檢測(見前面小徑管I型對比試塊要求)；本次發(fā)明方法同樣適用于該原則。采用半圓形(帶斜率)試塊原因是:當(dāng)射線機發(fā)射的X射線穿透小徑管時，不同位置的X射線實際穿透的材料厚度是不相同的，A、B、C點穿透材料的厚度相差很大(中間射線穿透厚度最小，兩邊變大;直徑較大的管道則差異很小， 管徑越大差異越小)。假如，試塊做成條形并放置于管道中間(B點對應(yīng)的管道位置)進行透照而測量的是管道邊緣位置時，則由于管道中心線兩側(cè)的射線穿透的實際厚度逐漸變大 (見圖，A和C的穿透厚度大于B)，則會引起灰度逐漸變小;存在這樣的灰度變化時，就無法用 B點位置的斜率試塊測量A和C點的厚度和缺陷高度。
[0065]如果試塊做成半圓形緊密包裹在被檢工件焊縫旁邊(焊縫右邊，見圖)，則可以保證整個焊縫范圍(投影)的測量位置沿y軸方向均有與管道軸向平行的試塊斜率灰度進行對比，避免了厚度變化引起的灰度誤差。余高較小或材料本身沒有余高時可在缺陷位置加墊片。為保證測量準(zhǔn)確性，應(yīng)保證試塊和墊片同時在管道的缺陷位置的那一側(cè)(如圖，當(dāng)測量的是管道下方焊縫或材料的缺陷時，應(yīng)把試塊和墊片同時放在管道的下方)。
【主權(quán)項】
1.用墊片及數(shù)字射線測量材料厚度及缺陷高度的裝置，其特征在于:包括分別放置于被檢測材料或工件兩側(cè)的射線源、數(shù)字射線接收平板，以及緊貼放置 在被檢位置或缺陷位置上方或下方的墊片，帶固定斜率的試塊放置在墊片的旁邊，且墊片 和試塊同時放置在被檢測材料焊縫位置或缺陷位置的上方或下方;射線接收平板連接到數(shù) 據(jù)顯示處理單元;墊片要求是與被檢測材料同材質(zhì)，并且內(nèi)部無缺陷、厚度一致的材料;墊 片的形狀為長方體或者弧形塊狀物。
【文檔編號】G01N23/04GK205655808SQ201521066776
【公開日】2016年10月19日
【申請日】2015年12月20日 公開號201521066776.X, CN 201521066776, CN 205655808 U, CN 205655808U, CN-U-205655808, CN201521066776, CN201521066776.X, CN205655808 U, CN205655808U
【發(fā)明人】趙建江
【申請人】趙建江