X射線周向檢測瞄準定位系統研制

潘貞貞*，余郅，黃志新

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X射線周向檢測瞄準定位系統研制

潘貞貞*，余郅，黃志新

（中國航發成都發動機（集團）有限公司 成都市 610503）

采用周向X射線機對電子束焊環形焊縫進行檢測時，要求X射線中心束與焊縫熔合線的夾角不能大于±2°。在這個過程中，憑借裸眼觀測以及普通的測量很難保證射線機的管頭準確位于環形工件中軸線上并最終處于檢測需要的最佳位置。因此研制了一種瞄準定位系統，以解決X射線中心束和電子束焊焊縫熔合線的夾角控制問題。結果表明，該瞄準定位系統不僅能夠滿足環形工件對焦中心的要求，且對檢測角度的精確控制可達0.86°，具有很大的應用價值。

X射線周向檢測；電子束焊；瞄準定位系統

引言

目前用于焊縫檢測的X射線機主要有定向X射線機和周向X射線機兩種，在對環形工件焊縫檢測過程中，采用周向X射線機可以一次完成整條環形焊縫的檢測，檢測效率以及檢測效果都遠遠高于采用定向X射線機檢測，因此，采用周向X射線機檢測環形工件焊縫是目前應用最多的方法。采用該方法時，需要把射線機放置于環形工件的中軸線上，射線機嚴格沿中軸線移動使射線機焦點位于檢測的最佳位置。特別是對電子束焊焊縫進行X射線檢測時，要求X射線中心束與焊縫熔合線的夾角不能大于±2°[1]。

在這個過程中，憑借裸眼觀測以及普通的測量很難保證射線機的管頭準確位于環形工件中軸線上并最終處于檢測需要的最佳位置。由于上述情況的出現，導致射線機焦點到焊縫上各點的距離不一致，最終檢驗得到的底片黑度也就不一致。甚至由于射線機焦點偏離檢測最佳位置，導致一些危害性缺陷無法檢出，存在安全事故隱患。因此對環形工件電子束焊環形焊縫進行X射線檢測時的瞄準定位系統進行了開發，以解決X射線中心束和電子束焊焊縫熔合線的夾角控制問題。

1 機械系統的設計及開發

1.1 工件放置臺

工件放置臺結構可設計為“十”字型或梅花型，為了減少工件放置臺的用材量，降低工件放置臺的重量，優先考慮設計為“十”字型結構。為了使工件放置臺的中心突出明顯，“十”字型工件放置臺設計有中心標記和用于調整工件中心軸線與工件放置臺中心重合的工件安裝調整標記，如圖1所示，圖1（a）為設計圖，（b）和（c）為實物圖。如果將工件放置臺結構設計為梅花型結構，最好每個花瓣在徑向方向上都設計有帶刻度標尺，用于調整位置，使得工件中心軸線與工件放置臺中心重合。

圖1 中心標記為“十”型的工件放置臺

另外由于進行射線檢測的鉛房內，地面常出現凹凸不平的情況，為了保證工件放置臺臺面的水平度，在工件放置臺上設計有調整放置臺平面水平度的微調機構（如圖2所示），配以水平儀調整放置臺平面的水平度，以保證安裝在工件放置臺上的環形工件的軸線垂直于地面。

圖2 工件放置臺臺面水平度的微調機構

1.2 X射線發射對準裝置

X射線發射對準裝置由X射線管和位于X射線管下方的紅外線對準器構成，使用時要求X射線發射窗口與紅外線發射器固定安裝在一起。所述紅外線對準器設計有不少于4個的紅外線發射器：其中不少于3個位于紅外線發射器本體同一水平面不同的半徑方向，用于對準工件周向焊縫；1個位于垂直于水平面的紅外線發射器本體中軸線上，用于對準位于其正下方的工件放置臺中心。

紅外線對準器優先考慮設計5個紅外線發射器，其中4個位于紅外線發射器本體同一水平面相互垂直兩直徑的4個半徑方向上，即位于垂直于紅外線發射器中軸線同一平面相互垂直的兩直徑4個半徑方向上，1個位于紅外線對準器本體中軸線上，即位于垂直于水平面的紅外線對準器的中軸線上，如圖3所示，圖3（a）為設計圖，圖3（b）為實物圖：

圖3 X射線發射對準裝置

紅外線對準器采用螺紋方式固定在X射線管上，當紅外線對準器螺旋旋進至無法再旋進時，此時X射線發射窗口與對準工件周向焊縫的紅外線發射器的4個紅外線發射窗口處于同一水平線上[2]，保證紅外線對準裝置在周向的精確性。同時，由位于垂直于水平面的紅外線發射器本體中軸線上，另外一個紅外線發射器，用于對準其正下方的工件放置臺中心，如圖4所示：

圖4 X射線發射對準裝置

1.3 裝置架

裝置架的構成包括，固定在底座架上的門型架、通過導軌副安裝于門型架上的升降機架、驅動升降機架上下移動的電機傳動機構、安裝在升降機架上的承掛橫梁和上端安裝在承掛橫梁上的下伸桿架，底座架上設計有使裝置架可在地面上移動的機構[3]，如圖5所示：

理1—工件放置臺；2—紅外線對準器；3—下伸桿架；4—升降機架；5—門架；6—X射線管；7—傳動電機；8—帶鎖定裝置的滑輪

此外，該裝置架還設計有驅動機架升降的手柄機構，通過手動對紅外線對準器中用于對準工件周向焊縫的紅外線發射器的位置進行調整，以確保從X射線管下部的X射線發射窗口發出的X射線，其聚焦點位于工件周向焊縫上。為了便于進行調整，在裝置架的門型架上和升降機架上設計有上下位移標記，如圖6所示：

圖6 裝置加實物圖

下伸桿架要有足夠的長度，使安裝于其下端的紅外線對準器中位于中水平面內的紅外線發射器到達待檢測焊縫位置。下伸桿架可設計成“L”型結構下伸桿架，可調整安裝位置地安裝在承掛橫梁上。底座架上設計有使裝置架可在地面上移動的機構，是為了保證除工件放置臺外的整個系統在水平面上任意移動，方便調整射線管位置剛好處于工件中軸線上。使裝置架可在地面上移動的機構，具體可采用滑輪機構，將4個滾輪機構安裝在底座架上。為了使射線管位置調整到位后保持不變，裝置架設計有與移動機構配合使用鎖緊定位機構。如圖7所示：

圖7 裝置架上帶鎖定裝置的滑輪

工藝試驗

為了驗證開發的機械系統的精準度，選取RR航空發動機機匣KH26960進行X射線周向曝光，如圖8所示：

圖8（a）是零件機匣KH26960電子束焊焊縫C進行X射線檢測時采用X射線發射對準裝置進行X射線管焦點最佳位置的定位；圖8（b）是該零件的整體透照布置圖，零件放置臺上放有測量放置臺水平度的水平儀；圖8（c）是裝置架上記錄X射線管焦點最佳檢測位置的標尺。

進行X射線檢測時，首先將機匣KH26960放置臺上，調整位于工件放置臺底面的微調裝置，配合水平儀調整放置臺平面的水平度，確保臺面完全水平。然后調整工件在臺面上的位置，使工件底面與四條鋼尺接觸點處刻度值完全相同，這時剛好可以保證放置臺圓心位于工件中軸線上。然后將紅外線對準器通過螺紋固定在X射線管上，接通電源。利用帶刻度射線機升降導軌底座的四個移動滑輪調整X射線管頭支撐架的位置，使垂直于水平面的紅外線發射器發射的紅色光點與工件放置臺上圓心處“十”字標識剛好重合，這時射線機就剛好處于工件中軸線上。

控制安裝在裝置架上的電機傳動機構以及手柄機構，使安裝在下伸桿架下部的X射線發射對準裝置，沿環形工件中軸線往下移動。當處于同一水平面上的紅外線發射器發出的四個紅色光點全部落在環形工件焊縫C上時，記錄裝置架上的刻度值為629mm。由于焊縫Ｃ所開坡口方向與機匣徑向方向的夾角為10°，焊縫的直徑為465mm，如圖9所示，那么通過控制手柄調整X射線管下降，升降導軌下降值為465/2*tan10°≈41mm，然后629mm-41mm=588mm，即得到射線管焦點所需的最佳位置，此時記錄下該刻度值588mm，即可進行檢測。如果焊縫所開坡口方向與機匣徑向方向的夾角為0°，那么處于同一水平面上的紅外線發射器發出的四個紅色光點全部落在環形工件焊縫上時，該裝置架上的刻度值即為射線管焦點所需的最佳位置。

圖9 航空發動機機匣KH26960的剖面圖

對于電子束焊縫的射線檢測技術，由于焊接工藝特點及其缺陷特征，為了保證缺陷的檢出率，國外相關標準規定，對電子束焊縫進行射線檢測時首先進行黑線射線檢測，確定透照角度，保證射線檢測的可靠性。為確定射線檢查時曝光的正確角度，將已經定位、夾緊或類似的組裝好準備焊接的零件應進行X射線檢查，以顯示射線束是否和焊接熔合線平行，一般把它稱作“黑線”X射線[4]。下圖10即是KH26960零件的“黑線”X射線底片，從底片上可以看到一條連續的、尖銳的、清晰的黑線，滿足“黑線”X射線技術的要求。說明機械系統精度很高，檢測結果完全滿足技術規范的要求，而且使用便捷，大大提高了工作效率。在該機械系統沒有開發使用之前，只能用定向X射線機檢測該機匣，以滿足檢測精度，使用該機械系統之后采用周向X射線機對整條環焊縫進行一次性曝光，大大降低了生產成本。

圖10 航空發動機機匣KH26960電子束焊縫C的“黑線”X射線底片

2 結論

X射線周向檢測瞄準定位系統設計巧妙，經濟實用。研制的環形工件定位裝置，快速確定不同直徑環形工件的中心，保證了檢測底片上焊縫影像黑度均勻性；五點定位紅外線對準器，精確控制X射線中心束和電子束焊焊縫熔合線的夾角，解決了周向透照定位不準的問題，滿足了電子束焊縫X射線檢測要求?？纱蠓忍岣攮h形零件電子束焊縫檢測效率，具有很大的應用價值。

[1] ASTM E1742 Standard Practice for Radiographic Examination[S]. 2012.11.1(12): 13, A2.3.

[2] 段占峰, 熊瑛. 電子束焊環焊縫周向曝光技術的應用[J]. 無損探傷, 2009, 33(1):16-18.

[3] 朱紹華. 環形件非環焊縫周向分區射線檢測的應用[J]. 無損檢測, 2015, 37(6):37-39.

[4] P3TF5 Specification Radiographic Inspection[S]. 2015. 7. 20(S16): 12, 4. 1. 2.

The Development of Collimation System When the Complete Circumference to Be Radiographed by X-Ray

PAN Zhenzhen*, YU Zhi, HUANG Zhixin

（AVIC Chengdu Engine(Group)Co., Ltd. Chengdu 610503）

When the complete circumference to be radiographed with a single X-ray exposure，especially X-ray inspection of electron beam weld joint，the angle of the radiation beam and the fusion line of the weld shall not exceed ±2°. In this case, it is too difficult to ensure the X-ray machine cube is placed on the axis of the object and on the best point ultimately before inspection. Therefore，we developed a collimation system to control the angle of the radiation beam and the fusion line of the weld. The results show that this mechanical system not only can meet the X-ray machine cube placed on the axis of the object but can control the angle of the radiation beam and the fusion line of the weld to 0.86°minimum. So this collimation system has strong application value during X-ray inspection.

X-ray circular inspection; electron beam weld; a collimation system

10.19551/j.cnki.issn1672-9129.2017.01.08

中國分類號：TB472

A

1672-9129(2017)01-0028-04

2016-12-21；

2017-02-01

潘貞貞（1985-），女，河南省駐馬店，NDT工程師、碩士研究生，射線檢測；余郅（1980-），男，四川省巴中市，NDT工程師、本科，射線檢測；黃志新（1985-），男，江西省豐城市，NDT工程師、本科，射線檢測。E-mail：554791789@qq.com