X 射線照相檢測技術在精密位移傳感器質量檢測中的應用

郭斌

（陜西寶成航空儀表有限責任公司，陜西 寶雞721000）

隨著科學技術的不斷進步，高端裝備制造業實現了長足的發展，同步帶動了產業鏈上其他產品的配套。精密位移傳感器作為高端裝備關鍵核心的配套產品之一，需求上不斷放大，市場與客戶對產品性能和質量可靠性的要求也越來越高，如何保證每個精密位移傳感器出廠時都能達到合格要求，這需要在出廠前對產品做嚴格的測試，性能的測試可以通過各種精密檢測儀器來實現，與可靠性和壽命有關的內部結構尤其是關鍵部件電刷，因其為活動部件，在完成所有性能檢測并釋放應力后，是否還保持原有或應有的物理形態，通常用射線照相的檢測手段來判斷，這種檢測在精密位移傳感器的設計中雖沒有必須的要求，但部分用戶仍心有余悸，因此可以用X 射線照相檢測的結果來打消用戶的深度顧慮。

1 X 射線照相檢測技術原理

X 射線照相檢測技術就是利用x 射線的強穿透性，在穿透被檢測物體時，由于物體內局部缺陷和正常部分的密度不同或因物體本身的異形雖密度相同但厚度不同，造成缺陷或異形部分與其他部分對射線強度的減弱程度不同，導致在底片對應位置的感光量差異，進而通過定影和顯影，用黑度變化清晰顯示出缺陷或異形的位置、大小和形狀。

X 射線又稱倫琴射線，是一種波長很短的電磁波，其覆蓋了部分紫外線和部分γ 射線，波長范圍為0.0006～100nm，用于檢測的波長在0.001～0.1nm。X 射線穿透能力與其波長以及被穿透物質的密度、厚度和原子序數有關。波長愈短，衰減愈小，穿透力就愈大;密度愈低，厚度愈薄，則愈易穿透，但其關系不是簡單的線性而是指數關系。即：

其中：I0為射線照射的初始強度，d 為被檢測物的厚度，μ為介質的衰減系數，Id為穿透后的射線強度，e 是Euler's 常數為2.718。

2 X 射線照相檢測技術在精密位移傳感器質量檢測中的應用

X 射線照相檢測精密位移傳感器，按工藝路線，安排在封裝且完成出廠性能測試后，檢測項目為，通過X 射線照相檢測觀察并記錄其內部核心關鍵活動部件電刷在釋放應力后，是否依然保持原始或應有的狀態，進行是否偏離軌道運行的判定并存檔備查。

2.1 檢測前的準備

圖1 某射線機曝光曲線圖

表1 鋼、鋁材料射線照相等效厚度系數

圖2 透照擺放示意圖

基于檢測內容為精密位移傳感器在封裝并完成性能測試后，內部電刷是否還保持在原來的軌道上，只是定性判斷，因此準備工作不同于其他如檢測工件內部氣泡、裂紋、夾雜等，不需對靈敏度和透度計進行細致計算和準備，但需選擇同型未封裝的、電刷位置正常的產品，作為判定參照標準。

其次是增感屏的選擇。顧名思義就是增強感光，縮短曝光時間提高膠片清晰度。X 射線由于波長短，對膠片的感光效應差，所以曝光時間相對也較長。實際測量時選用鉛版作為增感屏，主要是其延展性較好，可吸收散射線，使膠片更加清晰。

第三就是根據曝光曲線，確定透照參數。同一射線機在穩定的環境中，曝光曲線一般是固定的，但需要進行不定期修正，這里不做贅述。現以某射線機曝光曲線（見圖1）為參考，其主要參數：焦距700mm，黑度2.5，顯影溫度20℃。電壓范圍100～180KV，曝光量為2～50mA.min，這是該環境下透照鋼材的曝光曲線。而精密位移傳感器的殼體材質為鋁，故在參考曝光曲線時需進行換算，即鋼、鋁材料X 射線照相等效厚度系數（見表1），此外還應考慮傳感器內部還有精密軸承和薄細的導電環、金屬電刷絲等，其厚度相對殼體可忽略不計，但需在檢測過程中適當延長曝光時間或稍微增大電流。精密位移傳感器殼體為單層，厚1.1±0.05mm，其在50KV 或100KV 時對應鋼材的厚度均為12.12mm，對照該型射線機的鋼材曝光曲線，可選擇100KV，曝光量為41mA.min，計算后可將電流設置為8mA，時間適當延長并設定為5.2 分鐘。

2.2 X 射線照相檢測

包括擺放和透照兩個步驟。檢測臺上的擺放，分四層，最下層為鉛制增感屏；其次是膠片，膠片到射線源的距離為焦距，即700mm；膠片上為鉛制增感屏；最上層為精密位移傳感器。因主要測量傳感器電刷，故電刷的影像面要與射線照射方向垂直，即豎狀放置，擺放層級和精密位移傳感器放置見圖2。考慮精密位移傳感器實際尺寸在Φ10～15mm×20～30mm 區間，一次放置15～20 個為宜，確保每個精密位移傳感器均在透照的范圍之內。其中包括了參照的標準件，通常放置在最后，需用鉛字母和數字組合對所有傳感器進行編號標識，實際檢測時只對第一個和最后一個進行編號，并用鉛狀箭頭指示編號的排列順序。擺放時還應注意，四層的中心點與射線機窗口垂直對正，可用鉛墜進行對準確定。透照相對簡單，準備就緒后，按“1”選定的參數，進行開機檢測。

2.3 暗示處理和評片

暗示處理主要是顯影和定影兩個環節，藥水溫度通常為20℃，顯影5min；間隔1min 后，進行定影約15min；完成后用清水沖洗5min，再進行自然風干。評片是觀察精密位移傳感器活動部件電刷的位置和是否有活動的異物，相對較為簡單，只需與標準件進行對比，判定是否脫離原定軌道以及其他異常現象。

3 X 射線照相檢測的注意事項

X 射線是一種能量大、穿透能力強，過量照射會對人體細胞和器官產生較大損害的電磁波，一般人體總攝入量超過0.5 希沃特就會引起血液變化，達到6 希沃特會引起極重度放射病甚至造成死亡。在洗片過程中所使用的定影液和顯影液所含多種溴化物等高濃度有機污染物以及銀離子，使用和處理不當也會造成較大安全事故。因此，在X 射線照相檢測時一定做好人身防護和廢液處置。其中針對X 射線的人身防護主要包括屏蔽防護、距離防護和時間防護三種方式。針對定影和顯影液的人身防護，要嚴格按照國家相關安全生產管理規定進行操作。針對廢液的處置，須交由有國家資質的第三方機構回收處理，嚴禁隨意排放。

結束語

X 射線照相檢測技術應用在工件的探傷上，主要面向但又不局限于鑄造和焊接領域，其作用是以不破壞工件物理結構為前提，利用射線的強穿透性檢測工件內部諸如氣孔、裂紋、夾雜、未焊透、燒穿、未融合等缺陷。隨著客戶對產品質量的要求的多樣化，X 射線照相檢的應用范圍也得到了進一步拓展，并將在更多的國民經濟生產領域持續發揮著重要作用。