航空航天零件射线检测工艺优化的探讨

毛锦标

(洛阳欣隆工程检测有限公司，河南 洛阳 471012)

随着我国航空航天事业的飞速发展，越来越多材质、形状各异、结构复杂的零件，需要通过射线检测，检出内部缺陷，保证零件的质量可靠。而射线检测工艺的好坏直接影响到检测效率及检测质量。合适的检测工艺不仅利于现场人员操作，更能够有效避免因工艺问题导致的漏检或底片质量问题，因此对射线检测的工艺优化可以使射线检测工作事半功倍。美国测试与材料协会 (ASTM)制定了很多射线检测标准，和航空航天零件检测相关的标准有ASTM E1742射线照相检测操作规范、ASTM E94射线照相检测指南、ASTM E1030金属铸件射线检测方法、ASTM E1255射线透照操作规范。射线检测技术有胶片X射线、DR数字射线。由于本文所探讨的零件空间几何形状复杂，应用DR技术容易出现漏检，所以选用胶片成像技术。

本文通过对某个零件因为出厂前X射线检测和来我公司复验后检测结果不一致，推断底片质量问题形成的原因以及可能漏检的原因，分析优化工艺的方法。

1 试验条件

本次被检测零件是铝合金铸件壳体，设备为高频恒电位X射线机COMET-225，该设备焦点尺寸有两个可以选择：1.0 mm×1.0 mm、5.0 mm×5.0 mm。工作电流0～15 mA可调。

透照室的面积在35 m2以下，房屋墙壁和天花板产生的散射线会对底片质量产生影响，所以要做散射线防护试验。根据试验得出，在此透照室内，防护需要用的铅板厚度5 mm。准备好AGFA C7胶片、像质计、黑度计等射线检测必需器材。目视检查零件表面清洁，空腔内外无多余物。

2 透照参数确定

按照射线束尽量垂直于被检面，穿透的厚度变化能够满足底片黑度的范围这些原则，进行底片布置的分区。根据零件的材质和厚度范围(8～30 mm)，选择尽可能低的管电压。通过曝光曲线可以得出，零件厚度15 mm以下选择电压在80 kV以下，根据射线机的功率曲线，可以选择焦点尺寸1.0 mm×1.0 mm。在满足HB20160—2014中的几何不清晰度条件下，一次透照的面积大小适当，焦距选择700 mm。零件厚度>15 mm的，由于电压比较大，选择焦点尺寸5.0 mm×5.0 mm，为了降低几何不清晰度，必须增加焦距至1 500 mm。由零件表面至底片的距离和焦距计算所有透照位置的几何不清晰度。由透照厚度查到标准要求的像质丝号，根据零件的几何特点，对某些拐角位置，确定透照的入射角度。

3 试验过程分析与改进

3.1 散射线防护

根据制定的工艺对工件进行射线检测，工件的6号部位均为无遮挡平面区域，且厚度较为均匀，可按照曝光参数直接直透，曝光后对胶片进行暗室处理。不同透照方式及透照角度，做好背散射防护后得到胶片影像前后对比见图1。

图1 胶片底片图

3.2 透照角度

工件的侧壁，相邻壁的交接处会影响内部贴片，因此应改变贴片方式，改为外贴贴片，选择一定角度进行斜透射。经测量，两面距离为200 mm，最里侧距离边侧80 mm，计算得所需斜透照角度为22°，6号位里侧距边缘50 mm，计算得所需斜透照角度为14°。在按当前角度进行斜透时4、5号位检测厚度为16 mm，6号位为31 mm，管电压分别为50 kV和82 kV。 按照分析并改进的工艺进行再次透照，结果如图2所示。

图2 再次透照结果

3.3 透照布置

从底片清晰度与灵敏度来看，由于壁与底部呈L型，缺陷未能直观清晰地呈现于底片上的主要原因是工件的角度摆放、胶片未放置到最底部和未做散射线防护，往往最不容易透照的转接处反而是越容易出现缩孔、应力裂纹、疏松类缺陷。缺陷如图3所示。

图3 连接处疏松缺陷

由以上缺陷的显示可以看出，该类缺陷特征明显，缺陷尺寸较大，结合其检测工艺和过程分析，产生漏检的主要原因是贴片不当及检测过程和检测参数控制及背散射防护不当造成。

3.4 胶片的放置

零件壁与底是L转接结构，这种结构在铸造时容易产生缩孔和疏松等缺陷，因此也是检测的一个关键而又困难的部位。这就要求在检测时要将底片的底边剪切整齐并且顶到最底部，在底片的背面要放一块铅板，防止散射线对图像质量的影响。每次透照前，应检查增感屏是否完好，胶片底边是否整齐，保证胶片底边保持在一水平面上。

3.5 零件的摆放

在铸件底部检测时，若采用中心标记和搭接的方式，一次只能放置一个零件，检测效率低，难以满足检测进度要求。为保证检测效率，通常采用一次透照多个简单工件的方法，其余部分全部偏离中心一定距离。为保证结处缺陷的有效检测，通常将其加高以保证射线束可垂直射出。走到底部的中心，确保每个零件的底部不被其他零件挡住。因此，设计合适的放置位置和透照角度是最关键的一步。

两种典型的补焊形式选择垂直透照和选择一定角度透照，选择一定角度透照可提高缺陷的检出率。在日常工作中，我们会遇到其他不同的形式。这就要求我们根据表面补焊形式及缺陷类型来选择最容易透照出缺陷的角度。比如底片的缺陷比较模糊，再换角度试试。进行透照以确保可以轻松识别胶片上的缺陷。

4 结论

该零件在出厂前已进行了X光和荧光检测，检验结果合格。但经我公司复检，发现了超过验收标准的缺陷，尤其是裂纹和缩孔。为了清楚产生此项问题的原因，我们与铸件生产厂家进行了沟通。了解了零件的整个制造过程以及生产厂家对此零件进行X射线检查的工艺和全过程。

通过优化工艺的过程以及和生产厂家工艺的对比，可以得出：①射线入射方向的选择。射线入射方向的选择主要取决于被测铸件断面的形状和可能会存在的缺陷。需要根据铸件的具体透照要求确定入射方向。②放置增感屏时，保持管电压恒定，改变曝光。在一定的管电压前提下，提高曝光量能显著提高影像质量。③透照室面积太小，房间墙壁和天花板会产生散射线。零件厚度变化很大，零件本身产生散射射线的影响也比较严重，经常出现边缘冲蚀效应。因此，在零件周围以及透照厚而窄或者厚度变化部位应布置铅板。透照时不采用铅板防护时底片缺陷呈现不明显，轮廓很模糊。改变工艺复验时，在铸件的底部和壁的转接处以及补焊区域发现存在超标缺陷。④L壁接缝处贴片要紧，R角容易出现缺陷。如有必要，单独进行射线透照，以避免漏检问题。通过改进背散射防护、贴片方式、透照角度及曝光量管电压的合理选用，可以有效保证被检测零件在有效透照区域内，提高检测效率及保证检测结果的准确性。同时也能避免因工艺不当而导致的复照次数，可为现场检测人员减少很多非必要的麻烦进而提高人均检测的劳动效率。最重要的是确保产品质量。