一种用底片黑度值测算匀质材料厚度的方法
【专利摘要】本发明涉及一种X射线无损探伤检测方法，特别是涉及一种用底片黑度值测算匀质材料厚度的方法，属于无损检测【技术领域】。第一步，对被检测匀质材料的厚度进行预先估算，选取标准阶梯试块；第二步，对选定的标准阶梯试块进行射线照相，并用黑度计测量标准阶梯试块对应的黑度值；第三步，对第二步中用黑度计测量的射线底片的黑度值与第一步中选取的标准阶梯试块的厚度值进行拟合，得到拟合公式；第四步，用第二步的方法，对待测匀质材料实施照相，对射线底片的黑度值进行测量，将黑度值代入第三步得到的拟合公式中，即可计算出待测匀质材料的厚度值。
【专利说明】一种用底片黑度值测算匀质材料厚度的方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种X射线无损探伤检测方法，特别是涉及一种用底片黑度值测算匀质材料厚度的方法，属于无损检测【技术领域】。
【背景技术】
[0002]利用工业X射线机对材料工件进行射线检测是一种通用的无损检测方法。X射线穿过物体后出现衰减，衰减的射线使射线胶片感光，胶片经显影和定影处理，成为黑白底片。当X射线穿过薄厚不均或存在气孔，裂纹，夹杂等缺陷的物体后，射线的衰减情况就发生了变化，经过厚的或比本体密度高的物质衰减就大，经过薄的或比本体密度低的物质衰减就小，于是在底片上显示出深浅不同的黑度变化。专业人员根据底片黑度变化等信息判断物体的内部情况。
[0003]从本质上讲，物体上的任何缺陷都可以归结为厚度的变化，因为气孔、夹杂和裂纹等缺陷都是非本体物质占据了应由本体物质填充的空间。具体地，气孔、裂纹是气体占据了本体材料空间；夹杂是高于或低于本体的物质占据了本体材料的空间。
[0004]厚度测量方法较多，如常规测厚、超声测厚、电涡流测厚等。但每种手段都受到一定条件的制约，例如常规测厚之于封闭型腔结构件；超声测厚之于不平行截面物体；电涡流测厚之于不导电材料。特别是对于未焊透或未熔合缺陷的深度测量以及截面连续变化的复杂精密铸件的厚度测量，X射线测厚成为一种补充手段。
[0005]目前，已有一些品牌的X射线测厚仪器设备在市场销售，如韩国产XRF2000镀膜测厚仪。它的射线发出装置是一种异型的X射线机，X射线接收装置是带有信号转换的集成化射线收集器，主要用于金属镀膜的测厚。
[0006]2012年以来的也有一些用X射线测厚的专利发明，如专利申请号CN201210239908.9 一种带材厚度测量装置，它是将专用测厚仪的X射线接收装置(4)和X射线发射装置(5 )置于被测厚带材的两端，X射线发射装置(5 )发出射线，穿过带材形成衰减后，被X射线接收装置(4)所接收，再经过信号转换进入计算机，与计算机中预置数据比较、计算，完成带材实时厚度测量。
[0007]CN201220175666 一种X射线测量金属材料厚度装置，其原理是X射线源发出X射线，X射线探测器接收穿过金属板材的X射线，通过测量变送器将测得信号结果送到A/D转换器中，传送到数字信号处理器中，最后由数字信号处理器分析数据将获得测量厚度经过计算机处理得出厚度。
[0008]由射线检测原理可知，很多缺陷本质上都是厚度的变化，因此射线测厚具有广泛的意义。
[0009]对一些具有不平行截面、不导电材料和工件或存在未焊透、未熔合等焊接缺陷产品的厚度或深度测量，常见测厚手段存在一定的不适应性。此时，X射线测厚可成为一种非常有益的补充。特别是当上述产品需要完成内部质量的X射线检测时，同时同地，同手段地实现厚度测量，具有十分明显的现实意义。[0010]以韩国产镀膜测厚仪为代表的市场在售测厚仪，主要用于镀膜厚度测量，可实现在线实时测厚，适合微小厚度、大批量，连续化的测量作业，无法覆盖工程上常见的多种厚度，多种材质，多种形状产品的厚度检测要求。
[0011]2012年以来公开的X射线测厚专利技术，如一种带材厚度测量装置，其主要用于带钢厂中带材生产线上带钢厚度的实时测量，专用性极强。另一专利技术，一种X射线测量金属材料厚度装置，也是针对金属测厚的专用技术。两个专利的共同特点就是适用对象必须是平面结构的金属。如此，对于具有一定结构的产品，特别是非金属产品，以上两个专利技术的不适用性显而易见。总之无论是在售测厚或是公开的专利，如要实施，均需资金的投入，并且投入的资金数额较大，这从其仪器装置的组成就可分析明确，X射线发生装置是其必备组建，一台进口通用形状X射线机，目前价格就在30-100万之间，特制X射线机价格会更高。另外X射线的接收装置，信号转换装置，应用软件及计算机辅助装置也需不少费用。
【发明内容】
[0012]本发明的目的是为了提出一种用底片黑度值测算匀质材料厚度的方法。
[0013]本发明的目的是通过以下技术方案实现的。
[0014]本发明的一种用底片黑度值测算匀质材料厚度的方法，步骤为:
[0015]第一步，对被检测匀质材料的厚度进行预先估算；
[0016]预先估算被检测匀质材料的厚度是后续工作的基础，但预先估算不需要精确，精度在5mm范围即可，目的是为了标准阶梯试块的选取；标准阶梯试块的材料与被检测匀质材料的材料一样，标准阶梯试块的阶梯高度一致，一般以Imm步进；
[0017]被检测匀质材料的厚度要包含于标准阶梯试块的厚度范围之中；标准阶梯试块通常有10-20个台阶，因此在射线底片上的黑度也有10-20个；即每个台阶在射线底片上形成一个黑度；
[0018]第二步，对选定的标准阶梯试块进行射线照相，并测量标准阶梯试块对应的黑度数值；
[0019]标准阶梯试块射线照相按照标准如GJB1187A-2001实施即可，射线照相时可考虑应用厚度宽容技术，以便黑度数值的读取；标准阶梯试块在射线底片上的影相；
[0020]射线检测中，需要测量射线底片的黑度，测量射线底片的黑度计是从事射线检测的必备工具之一；黑度计精度为百分之一，人眼对黑度差(对比度)的分辨能力可达百分之二 ；对标准阶梯试块的每个黑度值读取三次，取其平均值列表；
[0021]第三步，对第二步中用黑度计测量的射线底片的黑度值与标准阶梯试块的厚度值进行拟合，得到拟合曲线；拟合选择指数拟合曲线和指数拟合公式；
[0022]利用微软EXCELL或者WPS的电子表格对列表的黑度值进行规划和公式拟合；
[0023]拟合曲线的横坐标是标准阶梯试块的厚度值用χ表示，纵坐标是射线底片的黑度值用I表示；直线和指数曲线的规划R2值都接近1，按照根据统计学理论，当回归系数R2等于I或者接近I时，即表明其关联程度较高。经比较，黑度值与厚度值的指数规划更好；
[0024]应用最小二乘法等方法也可以获得厚度与黑度的关联公式，但本发明使用EXCELL，其拟合公式可由EXCELL自动生成，方法更简便，对绝大多数射线专业人员来说，更容易被快速掌握；[0025]需要说明的是，当管电压或管电流发生改变后，相应标准阶梯试块的厚度值所对应的射线底片的黑度值将发生改变，其改变都遵循指数规律，且相关程度均较高，其标准关联公式如公式I
[0026]y=ae-bx公式 I
[0027]其中y是黑度值，χ是厚度值。a，b均为系数。
[0028]第四步，用与第二步完全相同的指标，对待测匀质材料实施照相，对射线底片的黑度值进行测量，将黑度值代入公式I中，即可计算出待测匀质材料的厚度值。
[0029]需要注意的二点，一是射线胶片应相同，且冲洗过程应在同一自动洗片机上完成；二是标准阶梯试块和待测匀质材料要在30分钟内完成射线照相和冲洗，且期间不能用相同药液冲洗其它底片，其目的是保证胶片系恒定。当然本发明的应用也不局限于使用自动洗片机，关键要把握显影液和定影液的温度的一致性和显影、定影时间的一致性。
[0030]有益效果
[0031]本发明使用普通工业用X射线机，具备此类X射线探伤机的厂家众多；
[0032]本发明的应用不需要额外购置设备仪器、增加使用面积。对于非连续性检测，本发明的应用可节约较多的设备仪器购置费；
[0033]本发明适用性较强，不仅适用于平板结构的金属厚度测量，也适用于匀质非金属复杂结构的测量。同时也对厚度测量范围具有较好的覆盖；
[0034]本发明即可测量厚度，也可以测量特定缺陷的深度，同时也提高了射线检测水平与检测质量；
[0035]本 发明揭示的方法，不需要特殊的专业培训，适合在各层次射线检测人员之中普及。
[0036]目前，国内有大批量的普通工业用X射线机，仅2012年国内企业新购置普通工业用X射线机就达到1100余台，如果本发明能得到推广应用，众多的企业就可掌握本发明所涉及测厚方法，对于那些非连续性测厚的企业，参照当前市场在售测厚仪器价格估算，应用本发明即可为该企业节约数十万的仪器购置资金。考虑射线机的存量，本发明的普及后，节约资金的数额将极为庞大。
[0037]在经济效益之外，本发明所带来的社会效益也不容忽视，其主要体现在两个方面:第一，随着本发明测厚用底片黑度值测量材料及工件厚度的方法的应用，射线检测的水平必将提高，这是由于射线检测的性质所决定的，因为影响底片黑度的外在因素，一个是被检测物材料的性质，另个就是被检测物的厚度，当厚度可以事先较精确被掌握，即可较好把握检测质量，此外对特定缺陷深度测量也为送检单位提供了极为重要的帮助；第二，本发明中应用电子表格实现的指数规划方法，可作为一种通用的分析方法，除测厚应用外，射线密度测量，缺陷深度测量以及射线照相不可或缺的曝光曲线的制作都可以加以应用。
【专利附图】
【附图说明】
[0038]图1为实施例1中标准阶梯试块的结构示意图；
[0039]图2为实施例1中标准阶梯试块在射线底片上的影相图；
[0040]图3为实施例1中指数拟合曲线；
[0041]图4为实施例1中待测匀质材料工件的结构示意图。【具体实施方式】
[0042]下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
[0043]实施例
[0044]以一锥台形状铝合金大型精密铸件为例，以下简称铝铸件如图4所示；
[0045]第一步，预估铝铸件的厚度为12_17mm ；
[0046]第二步，选取铝材质标准阶梯试块，如图1所示，含有10个台阶，其高度从高至低依次为 30mm、27mm、23mm、21mm、18mm、16mm、14mm、12mm、10mm、8mm ；
[0047]第三步，对铝材质标准阶梯试块进行X射线照相参数选取为:
[0048]透照管电压70Kev,管电流20mA,曝光时间IMin,焦距IOOOmm ;胶片系:胶片AgFaD7，显影液、定影液为“天海套药”，显影时间3Min，定影时间5Min，显影温度28°C ；
[0049]第四步，布置好射线胶片，用第三步的参数对标准阶梯试块进行X射线照相，射线底片的影相如图2所示；
[0050]第五步，用黑度计测量第四步获得的底片黑度；
[0051]A5.1、选用事先计量检定合格精度0.01的黑度计。
[0052]A5.2、测量第二步所用阶梯试块10个阶梯所对应的底片黑度值，每个阶梯对应底片区域测量3次黑度值，取算术平均值列表如下。
[0053]8-30 (mm)标准阶梯试块厚度、黑度对应表试验条件管电压70KV，曝光量20mA.min,焦距 1000mm
[0054]
【权利要求】
1.一种用底片黑度值测算匀质材料厚度的方法，其特征在于步骤为: 第一步，对被检测匀质材料的厚度进行预先估算，选取标准阶梯试块； 第二步，对选定的标准阶梯试块进行射线照相，并用黑度计测量标准阶梯试块对应的黑度值； 第三步，对第二步中用黑度计测量的射线底片的黑度值与第一步中选取的标准阶梯试块的厚度值进行拟合，得到拟合公式； 第四步，用第二步的方法，对待测匀质材料实施照相，对射线底片的黑度值进行测量，将黑度值代入第三步得到的拟合公式中，即可计算出待测匀质材料的厚度值。
2.根据权利要求1所述的一种用底片黑度值测算匀质材料厚度的方法，其特征在于:标准阶梯试块射线照相的标准为GJBl 187A-2001。
3.根据权利要求1所述的一种用底片黑度值测算匀质材料厚度的方法，其特征在于:黑度计的精度不低于百分之一。
4.根据权利要求1所述的一种用底片黑度值测算匀质材料厚度的方法，其特征在于:第三步中的拟合公式为指数拟合公式。
5.根据权利要求4所述的一种用底片黑度值测算匀质材料厚度的方法，其特征在于:指数拟合公式为y=ae_bx，其中y是黑度值，x是厚度值；a，b均为系数。
6.根据权利要求5所述的一种用底片黑度值测算匀质材料厚度的方法，其特征在于:指数拟合公式的精度分析方法为:设厚度X误差为ΛΧ，黑度y误差为Ay，则有:y+Ay=ae^b(x+'x)
7.根据权利要求1所述的一种用底片黑度值测算匀质材料厚度的方法，其特征在于:第三步中的拟合公式为直线拟合公式。
8.根据权利要求1所述的一种用底片黑度值测算匀质材料厚度的方法，其特征在于:第三步中利用微软EXCELL或者WPS的电子表格对黑度值和厚度值进行拟合。
9.根据权利要求1所述的一种用底片黑度值测算匀质材料厚度的方法，其特征在于:第三步中利用最小二乘法对黑度值和厚度值进行拟合。
【文档编号】G01B15/02GK103471535SQ201310404363
【公开日】2013年12月25日 申请日期:2013年9月6日 优先权日:2013年9月6日
【发明者】蔡闰生, 任华友, 马兆庆, 袁生平 申请人:航天材料及工艺研究所, 中国运载火箭技术研究院