航空航天零件射線檢測工藝優(yōu)化的探討

毛錦標(biāo)

(洛陽欣隆工程檢測有限公司，河南 洛陽 471012)

隨著我國航空航天事業(yè)的飛速發(fā)展，越來越多材質(zhì)、形狀各異、結(jié)構(gòu)復(fù)雜的零件，需要通過射線檢測，檢出內(nèi)部缺陷，保證零件的質(zhì)量可靠。而射線檢測工藝的好壞直接影響到檢測效率及檢測質(zhì)量。合適的檢測工藝不僅利于現(xiàn)場人員操作，更能夠有效避免因工藝問題導(dǎo)致的漏檢或底片質(zhì)量問題，因此對(duì)射線檢測的工藝優(yōu)化可以使射線檢測工作事半功倍。美國測試與材料協(xié)會(huì) (ASTM)制定了很多射線檢測標(biāo)準(zhǔn)，和航空航天零件檢測相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)有ASTM E1742射線照相檢測操作規(guī)范、ASTM E94射線照相檢測指南、ASTM E1030金屬鑄件射線檢測方法、ASTM E1255射線透照操作規(guī)范。射線檢測技術(shù)有膠片X射線、DR數(shù)字射線。由于本文所探討的零件空間幾何形狀復(fù)雜，應(yīng)用DR技術(shù)容易出現(xiàn)漏檢，所以選用膠片成像技術(shù)。

本文通過對(duì)某個(gè)零件因?yàn)槌鰪S前X射線檢測和來我公司復(fù)驗(yàn)后檢測結(jié)果不一致，推斷底片質(zhì)量問題形成的原因以及可能漏檢的原因，分析優(yōu)化工藝的方法。

1 試驗(yàn)條件

本次被檢測零件是鋁合金鑄件殼體，設(shè)備為高頻恒電位X射線機(jī)COMET-225，該設(shè)備焦點(diǎn)尺寸有兩個(gè)可以選擇：1.0 mm×1.0 mm、5.0 mm×5.0 mm。工作電流0～15 mA可調(diào)。

透照室的面積在35 m2以下，房屋墻壁和天花板產(chǎn)生的散射線會(huì)對(duì)底片質(zhì)量產(chǎn)生影響，所以要做散射線防護(hù)試驗(yàn)。根據(jù)試驗(yàn)得出，在此透照室內(nèi)，防護(hù)需要用的鉛板厚度5 mm。準(zhǔn)備好AGFA C7膠片、像質(zhì)計(jì)、黑度計(jì)等射線檢測必需器材。目視檢查零件表面清潔，空腔內(nèi)外無多余物。

2 透照參數(shù)確定

按照射線束盡量垂直于被檢面，穿透的厚度變化能夠滿足底片黑度的范圍這些原則，進(jìn)行底片布置的分區(qū)。根據(jù)零件的材質(zhì)和厚度范圍(8～30 mm)，選擇盡可能低的管電壓。通過曝光曲線可以得出，零件厚度15 mm以下選擇電壓在80 kV以下，根據(jù)射線機(jī)的功率曲線，可以選擇焦點(diǎn)尺寸1.0 mm×1.0 mm。在滿足HB20160—2014中的幾何不清晰度條件下，一次透照的面積大小適當(dāng)，焦距選擇700 mm。零件厚度>15 mm的，由于電壓比較大，選擇焦點(diǎn)尺寸5.0 mm×5.0 mm，為了降低幾何不清晰度，必須增加焦距至1 500 mm。由零件表面至底片的距離和焦距計(jì)算所有透照位置的幾何不清晰度。由透照厚度查到標(biāo)準(zhǔn)要求的像質(zhì)絲號(hào)，根據(jù)零件的幾何特點(diǎn)，對(duì)某些拐角位置，確定透照的入射角度。

3 試驗(yàn)過程分析與改進(jìn)

3.1 散射線防護(hù)

根據(jù)制定的工藝對(duì)工件進(jìn)行射線檢測，工件的6號(hào)部位均為無遮擋平面區(qū)域，且厚度較為均勻，可按照曝光參數(shù)直接直透，曝光后對(duì)膠片進(jìn)行暗室處理。不同透照方式及透照角度，做好背散射防護(hù)后得到膠片影像前后對(duì)比見圖1。

圖1 膠片底片圖

3.2 透照角度

工件的側(cè)壁，相鄰壁的交接處會(huì)影響內(nèi)部貼片，因此應(yīng)改變貼片方式，改為外貼貼片，選擇一定角度進(jìn)行斜透射。經(jīng)測量，兩面距離為200 mm，最里側(cè)距離邊側(cè)80 mm，計(jì)算得所需斜透照角度為22°，6號(hào)位里側(cè)距邊緣50 mm，計(jì)算得所需斜透照角度為14°。在按當(dāng)前角度進(jìn)行斜透時(shí)4、5號(hào)位檢測厚度為16 mm，6號(hào)位為31 mm，管電壓分別為50 kV和82 kV。 按照分析并改進(jìn)的工藝進(jìn)行再次透照，結(jié)果如圖2所示。

圖2 再次透照結(jié)果

3.3 透照布置

從底片清晰度與靈敏度來看，由于壁與底部呈L型，缺陷未能直觀清晰地呈現(xiàn)于底片上的主要原因是工件的角度擺放、膠片未放置到最底部和未做散射線防護(hù)，往往最不容易透照的轉(zhuǎn)接處反而是越容易出現(xiàn)縮孔、應(yīng)力裂紋、疏松類缺陷。缺陷如圖3所示。

圖3 連接處疏松缺陷

由以上缺陷的顯示可以看出，該類缺陷特征明顯，缺陷尺寸較大，結(jié)合其檢測工藝和過程分析，產(chǎn)生漏檢的主要原因是貼片不當(dāng)及檢測過程和檢測參數(shù)控制及背散射防護(hù)不當(dāng)造成。

3.4 膠片的放置

零件壁與底是L轉(zhuǎn)接結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)在鑄造時(shí)容易產(chǎn)生縮孔和疏松等缺陷，因此也是檢測的一個(gè)關(guān)鍵而又困難的部位。這就要求在檢測時(shí)要將底片的底邊剪切整齊并且頂?shù)阶畹撞?，在底片的背面要放一塊鉛板，防止散射線對(duì)圖像質(zhì)量的影響。每次透照前，應(yīng)檢查增感屏是否完好，膠片底邊是否整齊，保證膠片底邊保持在一水平面上。

3.5 零件的擺放

在鑄件底部檢測時(shí)，若采用中心標(biāo)記和搭接的方式，一次只能放置一個(gè)零件，檢測效率低，難以滿足檢測進(jìn)度要求。為保證檢測效率，通常采用一次透照多個(gè)簡單工件的方法，其余部分全部偏離中心一定距離。為保證結(jié)處缺陷的有效檢測，通常將其加高以保證射線束可垂直射出。走到底部的中心，確保每個(gè)零件的底部不被其他零件擋住。因此，設(shè)計(jì)合適的放置位置和透照角度是最關(guān)鍵的一步。

兩種典型的補(bǔ)焊形式選擇垂直透照和選擇一定角度透照，選擇一定角度透照可提高缺陷的檢出率。在日常工作中，我們會(huì)遇到其他不同的形式。這就要求我們根據(jù)表面補(bǔ)焊形式及缺陷類型來選擇最容易透照出缺陷的角度。比如底片的缺陷比較模糊，再換角度試試。進(jìn)行透照以確保可以輕松識(shí)別膠片上的缺陷。

4 結(jié)論

該零件在出廠前已進(jìn)行了X光和熒光檢測，檢驗(yàn)結(jié)果合格。但經(jīng)我公司復(fù)檢，發(fā)現(xiàn)了超過驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)的缺陷，尤其是裂紋和縮孔。為了清楚產(chǎn)生此項(xiàng)問題的原因，我們與鑄件生產(chǎn)廠家進(jìn)行了溝通。了解了零件的整個(gè)制造過程以及生產(chǎn)廠家對(duì)此零件進(jìn)行X射線檢查的工藝和全過程。

通過優(yōu)化工藝的過程以及和生產(chǎn)廠家工藝的對(duì)比，可以得出：①射線入射方向的選擇。射線入射方向的選擇主要取決于被測鑄件斷面的形狀和可能會(huì)存在的缺陷。需要根據(jù)鑄件的具體透照要求確定入射方向。②放置增感屏?xí)r，保持管電壓恒定，改變曝光。在一定的管電壓前提下，提高曝光量能顯著提高影像質(zhì)量。③透照室面積太小，房間墻壁和天花板會(huì)產(chǎn)生散射線。零件厚度變化很大，零件本身產(chǎn)生散射射線的影響也比較嚴(yán)重，經(jīng)常出現(xiàn)邊緣沖蝕效應(yīng)。因此，在零件周圍以及透照厚而窄或者厚度變化部位應(yīng)布置鉛板。透照時(shí)不采用鉛板防護(hù)時(shí)底片缺陷呈現(xiàn)不明顯，輪廓很模糊。改變工藝復(fù)驗(yàn)時(shí)，在鑄件的底部和壁的轉(zhuǎn)接處以及補(bǔ)焊區(qū)域發(fā)現(xiàn)存在超標(biāo)缺陷。④L壁接縫處貼片要緊，R角容易出現(xiàn)缺陷。如有必要，單獨(dú)進(jìn)行射線透照，以避免漏檢問題。通過改進(jìn)背散射防護(hù)、貼片方式、透照角度及曝光量管電壓的合理選用，可以有效保證被檢測零件在有效透照區(qū)域內(nèi)，提高檢測效率及保證檢測結(jié)果的準(zhǔn)確性。同時(shí)也能避免因工藝不當(dāng)而導(dǎo)致的復(fù)照次數(shù)，可為現(xiàn)場檢測人員減少很多非必要的麻煩進(jìn)而提高人均檢測的勞動(dòng)效率。最重要的是確保產(chǎn)品質(zhì)量。