用垫片及数字射线测量材料厚度及缺陷高度的装置的制造方法
【专利摘要】用垫片及数字射线测量材料厚度及缺陷高度的装置属于无损检测领域。其特征在于：包括射线源，以及放置在被检位置或缺陷位置上方或下方的垫片而带固定斜率的试块放置于缺陷位置的附近并和垫片同时放置在被检测材料上方或下方(同侧)；被检材料的另一侧放置有数字射线接收平板；射线接收平板连接到数据显示处理单元。垫片要求是与被检测材料同材质，并且内部无缺陷、厚度一致的材料；垫片的形状为长方体或者弧形块状物。垫片的作用：就是当焊缝余高很小或者材料本身没有焊缝及余高时，缺陷位置厚度会小于斜率试块上任何位置的厚度，也就是该点的灰度会大于斜率试块上任意点的灰度，造成无法在斜率试块上找到相同灰度点。
【专利说明】
用垫片及数字射线测量材料厚度及缺陷高度的装置
技术领域
[0001]本实用新型公开了数字射线透照技术精确检测材料的缺陷及厚度的装置，属于无损检测领域。【背景技术】
[0002]1、工业射线透照技术
[0003]射线检验属于无损检测的一种，有X射线检验、y射线检验、高能射线检验和中子射线检验等方法。对于工业射线检验来说，一般使用的是X射线检验和Y射线检验。其原理是:当强度均匀的射线束透照射物体时，如果物体局部区域存在缺陷或结构存在差异，它将改变物体对射线的衰减，使得不同部位透射射线强度不同，这样，采用一定的检测器(例如， 射线照相中采用胶片)检测透射射线强度，就可以判断物体内部的缺陷和物质分布等，从而完成对被检测对象的检验。
[0004]随着电子及计算机技术的发展，采用平板探测器(通过转换将穿透的X射线转换成数字信号传输到电脑显示，省去了了胶片及洗片的过程)X射线直接成像检测(DR)系统已经开始广泛应用于工业、安全、研究、医疗等领域。数字式X射线DR技术具有检测速度快、灵敏度高、分析方法丰富、辐射低、无耗材等显著优点。
[0005]2、工业无损X射线检验的相关标准及试块检测方法介绍
[0006]2013年6月，国家主席习近平颁布的第四号主席令，《中华人民共和国特种设备安全法》自2014年1月1日正式实施，特种设备包括锅炉、压力容器、压力管道、电梯、起重机械、 客运索道、大型游乐设施、场(厂)内专用机动车辆等。这些设备一般具有在高压、高温、高空、高速条件下运行的特点，易燃、易爆、易发生高空坠落等，对人身和财产安全有较大危险性。特种设备生产、经营、使用、检验、检测应当遵守有关特种设备安全技术规范及相关标准。
[0007]作为五大常规无损检测方法之一的射线检测(rad1logy)，在工业无损检测上有着非常广泛的应用。航空航天、电力、国防、电力等行业对于检测都有相关的行业检测标准和规程。《中华人民共和国行业标准JB/4730》和《在用工业管道定期检验规程》，规定了射线检测的要求、工艺方法、检测质量评定分级、缺陷的定义、测量方法等。摘取如下:
[0008]1、传统射线照相检测(测量胶片黑度)存在的问题:
[0009]1)、读数精度误差:胶片的有效黑度范围约为1.5-4.0,人眼的视别能力是0.006-0.008,约500个级别，黑度计在测量胶片黑度中，标准规定误差级别约为0.05,胶片黑度计的测量级别为0.05级，每0.05黑度为一个级别，在有效黑度范围，1.5-4.0内，(4.0-1.5)/ 0.05 = 50级，级别较低，测量精确度受到限制。采用数字射线时黑度(也叫灰度)为14、或16 位，响应的灰度范围16000或65000，精度要高于胶片。
[0010]2)、测量误差:工件中一般需要测定深度的缺陷是细线型的，其在胶片上显示的特征是细的黑线，如未焊透，未熔合，咬边等，此类缺陷的宽度一般在0.5MM以下甚至更小，而槽型对比试块的槽宽度为2MM，对于测量用的黑度计，其打点的针头为毫米级，当用于测定槽型试块槽的黑度时，能够找准其位置，当测定缺陷处黑度时，往往难以找准其位置，一是缺陷宽度远小于针头宽度，二是底片在自然光线下是黑色的，人眼不易辨别其缺陷精确位置，所以测量误差较大。同样，胶片的处理(温度、药水、显影时间、胶片保持环境等)差异也会导致测量结果的差异。另外，操作人员的视力影响、技能水平也会影响测量结果。
[0011]2、对于数字数字射线来说:
[0012]目前无区别于胶片的专用试块，相关标准规定(JB/4730.11，近期已经改为 NB47013,7月开始宣贯)可以参考如上所述的(胶片)标准执行，但没有具体实施的方法、步骤、要求。目前标准试块用于数字射线(DR)时，虽然可以去除胶片检测的某些缺点，但数字射线检测有其区别于常规胶片的特点，而这些独有的特点给判定带来了麻烦。目前的比对试块还存在如下问题:
[0013]1 )、之前采用黑度计对比观测，胶片黑度范围一般最大为1.5-4.0.范围小，数字射线的灰度范围大1.6万或6.5万个灰度级，图像灰度感官上起伏很大。不容易选取基准点进行比对。均匀管壁上选取的一段直线其灰度线(坐标框内的曲线)起伏很大:
[0014]2)、阶梯试块每个阶梯都是直角，对于感光灵敏度更高(相比胶片高1-2个数量级) 的数字射线来说，散射影响从感官上来讲更大。数字射线拍摄的带阶梯试块(槽型)的管道界面显示，其中线性图显示了直角凹槽的边缘部分的图像，理论上应该为直角，由于散射的作用其为带有抖动的过渡数值灰度。这种情况在现实检测时会导致用户无法确认比对的精确位置。
[0015]3、更重要的一点是，上述的两种方法均存在误判(不准确)的可能性:
[0016]目前实施的标准和方法，只测量缺陷位置的绝对灰度、再和梯度试块上人工缺陷的灰度进行对比，以此来判定缺陷的高度是否超过试块上的人工缺陷。但是，此方法没有充分考虑焊缝余高变化对灰度带来的影响(灰度取决于真实穿透的厚度)。比如GB50235《工业金属管道施工规范》要求对接焊缝的余高<1+0.2b(b为焊缝坡口宽度)并且不大于3mm，所以实际焊接时余高在一定范围内均能够满足施工标准。但现场检测时，高度固定的未融合缺陷，出现在余高2mm和1mm的余高中时，其最终灰度一定会有差别，和试块对比时可能会导致评级结果会有所不同。[〇〇17] 而2015年4月颁布的最新标准NB/T47013(替代JB/4730的最新版本，9月1日实施) 要求考虑余高差异，并根据余高高度(试块的厚度等于余高高度)来制做试块，但仍然采用阶梯试块灰度对比的方式。可是，实际现场的焊接环境、人员差异等决定了余高的范围很大，并且同一条焊缝的余高起伏也比较大，试块高度难以确定;比如，焊缝起伏较大时，如何制作参考试块并没有说明。
【发明内容】
[0018]本实用新型能够解决上述的所有问题。具体论述如下:
[0019]基本原理依据:同等透照条件下，射线穿过等厚度的同材质的工件后其灰度相等； 同样，透照条件相同时，相同灰度的位置穿透的同材质的材料厚度也相等一一此处定义为灰度即厚度。把已知带固定斜率的试块(斜面的长度和斜率已知)放置于被检测材料的缺陷位置旁边，使用数字射线DR进行检测，利用图像可实现数字化处理的特点得到连续的灰度图像，再通过同灰度查询，找到和缺陷位置灰度相等斜率试块的位置(此位置的穿透厚度和缺陷位置的穿透厚度相等)，同样方法缺陷旁边的无缺陷位置的灰度同样可以在斜率试块上找到相应的位置。最后根据试块的长度、斜率等参数计算出缺陷点和缺陷附近无缺陷点的穿透厚度。其差值即为缺陷的高度。
[0020]1.用垫片及数字射线测量材料厚度及缺陷高度的装置，其特征在于:
[0021]包括分别放置于被检测材料或工件两侧的射线源、数字射线接收平板，以及紧贴放置在被检位置或缺陷位置上方或下方的垫片、被检位置或缺陷位置附近的带固定斜率的试块，带固定斜率的试块放置在垫片的旁边，而垫片和试块同时放置在被检测材料焊缝位置或缺陷位置的上方或下方;射线接收平板通过数据连接线(或无线)连接到数据显示处理单元。垫片要求是与被检测材料同材质，并且内部无缺陷、厚度一致的材料;垫片的形状为长方体或者弧形块状物。
[0022]当由上向下的射线场穿过垫块后再穿过被检测材料；同时由上向下的射线场也穿过带有固定斜率的试块时，由数字射线接收平板接收到衰减后的射线，由数据显示处理单元转换成二维图像；
[0023]对于平板焊缝检测，带固定斜率的试块放置在垫块旁边;该试块为截面是直角三角形或直角梯形的试块，其中直角边水平放置和被检测材料在一个水平面上;垫块为长方体；
[0024]对于管道检测，用截面为半圆环形的带斜率试块，该试块轴向方向的截面为半圆环形，周向方向的截面为直角梯形或三角形;截面为半圆环形的带斜率试块的内径等于管道的外径，试块紧密包裹在被检工件外，且放置在垫块旁边。垫块为弧形。
[0025]工作中，当焊缝余高很小或者材料本身没有焊缝及余高时，缺陷位置厚度会小于斜率试块上任何位置的厚度，也就是该点的灰度会大于斜率试块上任意点的灰度，造成无法在斜率试块上找到相同灰度点。这种情况下需要在缺陷位置叠加同材质、内部无缺陷、厚度一致的材料一垫片的方法(垫片形状可以根据被检物体的形状制作成有一点厚度半圆形、弧形等形状)，垫块的厚度以保证缺陷和缺陷附近位置的灰度均能够在斜率试块上找到相同灰度的点。再利用斜率试块的物理参数计算该点的厚度。见图1示意:
[0026]本实用新型解决问题就是当焊缝余高很小或者材料本身没有焊缝及余高时，缺陷位置厚度会小于斜率试块上任何位置的厚度，也就是该点的灰度会大于斜率试块上任意点的灰度，造成无法在斜率试块上找到相同灰度点。【附图说明】:[〇〇27]图1是本实用新型装置示意图。[〇〇28]其中1――射线源(射线机或放射性源)[〇〇29]2——发射的射线[〇〇3〇] 3——带斜率的试块[0031 ] 4-被检材料[〇〇32]5——焊缝或材料内部缺陷
[0033] 6--数据连接线[〇〇34]7――分析和处理单元(计算机)
[0035]8——垫片
[0036]9--焊缝位置(或缺陷位置)
[0037]10成像板平板(DR探测器)[〇〇38]图2是参照试块截面图 [〇〇39]图3是小管径射线穿透示意图
[0040]图4试块布置图
[0041]图5试块示意图[〇〇42]其中31是射线机;32是X射线穿过钢管;33是小径管截面[〇〇43]其中41是焊缝位置上放置垫片;42是半圆形斜率试块紧贴管道放置;43是管道截面[0〇44]其中51表示半圆试块壁厚有斜率;52是试块内径和被测管道外径相同，便于紧贴放置。【具体实施方式】
[0045]1、5mm厚钢板，加工深度为0..5mm\2mm\2.六个刻槽(模拟材料或焊缝内部缺陷)；
[0046]2、垫片:1.5mm厚若干；
[0047]3、斜率试块3个:厚度0.5—4.5mm固定斜率试块、长度4mm，如图纸如下:[〇〇48]注:试块制造的考虑:[〇〇49]A、带固定斜率:本实验为，1:10
[0050]B、与被检材料同材质、同条件，(同材质钢)[〇〇51]C、保证被测位置的灰度能够在斜率试块灰度范围内找到相等的点。[〇〇52]检测方法:
[0053]采用垫片2个叠加覆盖钢板的刻槽上(但不和试块重叠)，试块放置于刻槽的旁边。 钢板表面用塑料胶带把带斜率的试块和带阶梯槽的试块牢固粘贴。[〇〇54]射线机参数:使用电压120KV、电流0.3mA、透照时间1秒。
[0055]检测过程
[0056]垂直刻槽沿斜率试块方向划过一条红线，可以看到红线的整条灰度曲线。从图像中可以判别，刻槽和刻槽旁边的无缺陷位置的灰度均能在斜率试块上找到灰度相等的点。 这是保证能够测量的前提。
[0057]在斜率试块灰度曲线上选取能够覆盖缺陷和缺陷旁边位置灰度范围的一段做为斜率检测区，计算机校正测量其长度为22.99mm(L0)，由于试块的斜率是1:10，所以选取的这一段检测区的高度差为2.299(H)。
[0058]同样的办法分别找到缺陷位置和缺陷旁边位置的对应位置，根据之前论述的公式最终计算结果为1.62mm。实际该刻槽的深度为1.5mm。误差为(1.62mm-l.5mm)/l.5mm =8.%〇[〇〇59]材料本身厚度已知，试块、垫片的厚度已知，所以该方法也同时测量出缺陷位置的剩余厚度:5mm_l ? 62mm = 3 ? 38mm，实际剩余厚度为(5mm_l ? 5mm) = 3 ? 5mm，测量误差为 3.5mm-3.38mm/3.5mm = 3.4%。
[0060]同样的方法对0.5mm刻槽的检测，结果为0.51mm,误差为(0.51mm_0.5mm)/0.5mm =2%[〇〇61 ] 结论及推论:
[0062]1、能够较精确的测量任意位置的相对厚度、缺陷位置的厚度，相减后得到缺陷的精确高度。
[0063]2、由于本方法是采用比较测量绝对值的方法，所以本方法适用于异型结构的检测。比如飞机叶片，由于结构复杂，其制造过程中出现的微小气孔使用之前的方法不太容易进行检测(厚度差异大、形状复杂、缺陷又很小，导致试块不易制造)，如果采用本方法，仅考虑叶片的总穿透厚度和缺陷定义即可制作试块，测量缺陷高度的问题则可以解决。[〇〇64]3、除了条状试块(本次试验用)外，该试块可以做成半环形用于检测小径管的焊缝余高厚度和余高内的缺陷高度。JB4730.2标准(射线检测)规定，管外径等于小于100mm的管道为小径管，小径管的阶梯对比试块需要采用半圆形试块进行检测(见前面小径管I型对比试块要求)；本次发明方法同样适用于该原则。采用半圆形(带斜率)试块原因是:当射线机发射的X射线穿透小径管时，不同位置的X射线实际穿透的材料厚度是不相同的，A、B、C点穿透材料的厚度相差很大(中间射线穿透厚度最小，两边变大;直径较大的管道则差异很小， 管径越大差异越小)。假如，试块做成条形并放置于管道中间(B点对应的管道位置)进行透照而测量的是管道边缘位置时，则由于管道中心线两侧的射线穿透的实际厚度逐渐变大 (见图，A和C的穿透厚度大于B)，则会引起灰度逐渐变小;存在这样的灰度变化时，就无法用 B点位置的斜率试块测量A和C点的厚度和缺陷高度。
[0065]如果试块做成半圆形紧密包裹在被检工件焊缝旁边(焊缝右边，见图)，则可以保证整个焊缝范围(投影)的测量位置沿y轴方向均有与管道轴向平行的试块斜率灰度进行对比，避免了厚度变化引起的灰度误差。余高较小或材料本身没有余高时可在缺陷位置加垫片。为保证测量准确性，应保证试块和垫片同时在管道的缺陷位置的那一侧(如图，当测量的是管道下方焊缝或材料的缺陷时，应把试块和垫片同时放在管道的下方)。
【主权项】
1.用垫片及数字射线测量材料厚度及缺陷高度的装置，其特征在于:包括分别放置于被检测材料或工件两侧的射线源、数字射线接收平板，以及紧贴放置 在被检位置或缺陷位置上方或下方的垫片，带固定斜率的试块放置在垫片的旁边，且垫片 和试块同时放置在被检测材料焊缝位置或缺陷位置的上方或下方;射线接收平板连接到数 据显示处理单元;垫片要求是与被检测材料同材质，并且内部无缺陷、厚度一致的材料;垫 片的形状为长方体或者弧形块状物。
【文档编号】G01N23/04GK205655808SQ201521066776
【公开日】2016年10月19日
【申请日】2015年12月20日 公开号201521066776.X, CN 201521066776, CN 205655808 U, CN 205655808U, CN-U-205655808, CN201521066776, CN201521066776.X, CN205655808 U, CN205655808U
【发明人】赵建江
【申请人】赵建江