便携式X射线探伤机设计

目录

摘要 (1)

前言 (3)

第一章 X射线探伤机中神奇的X射线 (4)

1.1 X射线探伤原理 (4)

1.2 影像形成原理 (4)

1.3 X射线探伤机在生产实践中的应用 (5)

第二章几种常见的工程探伤方法 (10)

2.1 荧光磁粉探伤 (10)

2.2 渗透探伤 (10)

2.3 涡流探伤 (10)

2.4 X射线探伤 (11)

2.5 超声波探伤 (11)

2.6 激光探伤 (12)

2.7 磁粉探伤 (12)

第三章 X射线探伤机的结构及工作原理 (14)

3.1 便携式X射线探伤机的结构 (14)

3.2 TF3120GD X射线发生器 (14)

3.3 XXQ-3005X射线探伤机工作原理 (16)

3.4 XXQ-3005射线探伤机的适用范围 ........................... 错误！未定义书签。第四章便携式X射线探伤机的工程应用及保养 . (18)

4.1 便携式X射线探伤机的工程应用 (18)

4.2 便携式X射线探伤机的使用方法及保养手段 (18)

第五章检测调节装置的设计方案及作用 (20)

5.1 检测调节装置的设计方案 (20)

5.2 检测调节装置的主要作用 (20)

5.3 检测调节装置的角度调节机构和锁紧机构的技术设计 (21)

5.4 检测调节装置的高度调节机构的技术设计 (22)

5.5 检测调节装置的开度调节机构的技术设计 (22)

第六章有关设计中的压力强度计算及设计 (23)

6.1 下支杆最大压力P的计算 (23)

6.2 下支杆临界压力Plj的计算 (23)

6.3 下支杆的工作稳定性系数n的计算 (24)

第七章 X射线对人体的危害及防护措施 (25)

7.1 污染因子 (25)

7.2 辐射损伤的概述 (25)

7.3 X射线探伤作业时的防护 (28)

总结 (30)

致谢 (31)

参考文献 (32)

便携式X射线探伤机的检测调节装置的设计

学生：杨志华

指导老师：皮胜文

学院：机电工程学院

摘要

本文主要介绍了便携式X射线探伤机的结构、工作原理、工程应用、使用方法、检测方式和检测调节装置的作用。并根据实际检测时的要求，分别对锁紧机构、角度调节机构、高度调节机构、开度调节机构进行了设计。X射线探伤是用得最多的常规无损检测的手段之一。为了使探伤工作更加的方便，提高射线探伤的工作效率和射线检验质量，保证射线检验结果的一致性，而研制了一种更加方便的射线探伤机的检测调节装置。

关键词：探伤机；检测；调节装置

Abstract

This paper introduces a portable X-ray inspection machine structure, working principle, engineering applications, the use of methods, detection methods and testing the role of regulator. And in accordance with the requirements of the actual testing, respectively, of the locking body, the angle adjusting mechanism, a high degree of regulation of institutions, opening the design of regulating agencies. X-ray detection is the most conventional means of nondestructive testing. In order to make testing more convenient and improve the work-ray detection efficiency and quality-ray inspection to ensure the consistency of test results-ray, and developed a more convenient detection of Ray-conditioning.

Keywords: Testing machine；Testing；Conditioning；Design

前言

由于市场需要，便携式射线探伤机运用广泛，为了克服探伤机在高度调节和角度调节时的不便，故设计一种X射线探伤机检测调节装置，使探伤机的角度调节、高度调节和开度调节相结合，提高探伤机工作效率。该装置不但能保证便携式定向和周向X 射线探伤机的射线输出照射量、穿透力、辐射角、辐射场均匀性、射束中心偏离、焦点、半值层、漏射线、重复性、稳定性等主要性能指标，又能实现准确定位，使检测数据更准确可靠，复现性好，真正实现了X射线探伤机在检测过程中的灵活性。

设计X射线探伤机的检测调节装置，使探伤机能够具备高度调节，角度调节的功能。使探伤机在工作时能够更准确的定位工作面。X射线探伤机在实际应用中，需要对着工作面精心调节其位置和角度。而探伤机本身没有固定调节装置，在以前是工作人员在工作前根据实际工作条件进行调节，对于高度和角度调节非常繁琐，浪费了大量的时间，工作效率低下。为了改进这一弊端，设计了X射线探伤机的调节装置。而探伤机在使用时是有辐射的，为了安全起见，在探伤机工作时，工作人员应远离探伤机，这就需要有一个固定装置，并有调节能力，使探伤机调节起来更灵活，更方便。

第一章 X射线探伤机中神奇的X射线

1.1 X射线探伤原理

X射线是一种波长很短的电磁波，是一种光子，波长为106--108-cm，X射线有下列特性：

（1）穿透性

X射线能穿透一般可见光所不能透过的物质。其穿透能力的强弱，与X射线的波长以及被穿透物质的密度和厚度有关。X射线波长愈短，穿透力就愈大；密度愈低，厚度愈薄，则X射线愈易穿透。在实际工作中，通过球管的电压伏值（kV）的大小来确定X射线的穿透性（即X射线的质），而以单位时间内通过X射线的电流（mA）与时间的乘积代表X射线的量。

（2）电离作用

X射线或其它射线（例如γ射线）通过物质被吸收时，可使组成物质的分子分解成为正负离子，称为电离作用，离子的多少和物质吸收的X射线量成正比。通过空气或其它物质产生电离作用，利用仪表测量电离的程度就可以计算X射线的量。检测设备正是由此来实现对零件探伤检测的。X射线还有其他作用，如感光、荧光作用等。

1.2 影像形成原理

X射线影像形成的基本原理，是由于X射线线的特性和零件的致密度与厚度之差异所致。

由于在压铸过程中，零件的成型会因工艺参数、机床状况变化而有所不同，因

此成型后的零件厚度、致密度也有差异，而经X射线照射，其吸收及透过X射线量也不一样。因而，在透视荧光屏上有亮暗之分。表1为零件厚差异和X射线影像的关系。图1.1为X射线透视的影像。

图1.1 X射线透视的影像

1.3 X射线探伤机在生产实践中的应用

1.探伤机对压铸成型工艺及模具设计改进所起的作用

(1)安全件——上海德尔福的滑块（图1.2）

1 )过程描述

首次试压，在力劲160T压铸机上进行压铸，按以下参数进行试验：压射压力100MPa，高速2.6m/s，低速0.15m/s，慢压射行程300mm，留模时间3s。

图1.2 滑块

2 )缺陷分析

根据探伤图像（图1.3）显示，在铸件上可以看到很多零散分布的亮点（在零件主体内），这就说明，铸件内部多气孔、组织稀疏、成型不好。

3 ）形成原因

①压铸过程中—喷涂时卷入气体，形成气孔；

②模具温度过低，金属液流不顺畅；

③压射速度不够，填充不充分；

图1.3 探伤图像

④排气效果不好。

4 ）改进措施

①调整压铸工艺，减少喷涂量，增加吹气时间，增加快压射速度；

②更改模具，改进横浇道，加宽内浇口；增加其截面积，减少填充阻力；

③增加排气道（图1.4）

图1.4 增加排气道

5 ）结果

按工艺进行压铸，再通过探伤图像（图1.5）与之前（图1.3）对比，效果有了明显改善。通过与ASTM E 1025标准对比，符合产品要求。

目前，该零件处在批量生产阶段，通过日常品质探伤检测，保证了产品质量要求。

(2）结构件——日产全球采购件（支架）

1 )过程描述

图1.5 更改后的探伤图像

首次试压，在DC 800C压铸机上进行压铸按以下参数进行试验（压射压力80MPa,高速2.7m/s,低速0.3m/s ,慢压射行程400mm）

2)缺陷分析

根据探伤图象显示，在铸件上可以看到很多零散分布的亮点（在零件主体内，图1.6圈出部位），由于该件为300X180X200;重2.5kg,图示部位为加工量最大部位，易卷气，易形成缩孔。由图分析，该部位多为较大缩孔。

图1.6 支架

3 ）形成原因

①压铸过程中，喷涂时卷入气体，排气不好；

②模具浇道设计不当，该部位填充不足；

③压射速度不够，填充不充分。

4 ）改进措施

①调整压铸工艺，增加吹气时间，增加快压射速度。

②更改模具，改进横浇道，加宽、加厚内浇口，增加其截面积，减少填充阻力；增加一股分支浇道直接对这处填充。

5 ）结果

按工艺进行压铸，再通过探伤图像（图1.8）与之前（图1.7）对比，效果有了明显改善。改后铸件经过加工后，加工面上有一些小的气孔，基本符合产品要求；而改前的铸件，为确认其内部质量与探伤图像所示是否一致，经加工后证实：在加工面上，出现明显缩孔和超过2mm的气孔。更改前后对比，可以看出通过探伤检测，可以准确的判定出铸件的内部品质，对此来取相应措施、及时解决问题，可以减少加工成本和降低产品的废品率。

图1.7更改前的探伤图像图1.8 更改后的探伤图像

2.无损检测

密封件——武汉本田的出水管

该产品已经顺利通过送样阶段，目前已进人批量生产阶段。

由于该产品是密封件，泄漏问题是造成废品的主要问题，而泄漏的主要原因是气孔问题，因此品质保证是以检查频次来控制的，所采用的方法是每班首尾各抽一件进行检查。

生产过程中的探伤图像，其中显示各零件内部组织均匀致密，无气孔、缩孔等缺陷。以此对该产品品质确认合格，经过加工及试泄漏工序，无问题产生。由此看

出：通过X射线探伤检测的使用，大大减少了因压铸产生的内部缺陷造成的废品，同时基本解决了加工能力紧张的问题，从而保证产品的顺利生产。

图1.9 生产过程中的探伤图像

3.结论

通过实践证明：X射线探伤应用在生产过程中，检测手段为产品品质的提高，起到了不可忽视的作用，由目视提升到了内部探伤微观检测，大大提高了工作效率。

第二章几种常见的工程探伤方法

2.1 荧光磁粉探伤

荧光磁粉探伤是采用荧光磁粉，加装黑光照射装置的磁粉探伤机。它是采用固定式、分立式结构，对工件进行交流荧光磁粉探伤。适用于机械、汽车、军工、航天、内燃机、铁道等行业对轴类、齿轮、盘套类等铁磁性材料制成的零件的无损检验，能发现零件表面及近表面因铸造、锻压、焊接、拉伸、淬火、研磨、疲劳而产生的裂痕以及夹渣等极细微的缺陷。

荧光磁粉探伤机的基本原理：自然中磁力线总能保持其连续性。当铁磁性工件放在使其饱和的磁场中时，磁力线便会被引导通过工件。如果磁力线遇到工件材料上的不连续，则磁力线就会绕过这些磁导率较低的（磁阻较大）区域而泄漏出工件表面形成“漏磁场”。这样在缺陷的两侧便会产生磁极,将磁粉（或磁悬液) 吸附到裂纹等缺陷周围，便可形成明显可见的线状或点状堆积。

2.2 渗透探伤

渗透探伤是利用毛细现象来进行探伤的方法。对于表面光滑而清洁的零部件，用一种带色(常为红色)或带有荧光的、渗透性很强的液体，涂覆于待探零部件的表面。若表面有肉眼不能直接察知的微裂纹，由于该液体的渗透性很强，它将沿着裂纹渗透到其根部。然后将表面的渗透液洗去，再涂上对比度较大的显示液(常为白色)。放置片刻后，由于裂纹很窄，毛细现象作用显著，原渗透到裂纹内的渗透液将上升到表面并扩散，在白色的衬底上显出较粗的红线，从而显示出裂纹露于表面的形状，因此，常称为着色探伤。若渗透液采用的是带荧光的液体，由毛细现象上升到表面的液体，则会在紫外灯照射下发出荧光，从而更能显示出裂纹露于表面的形状，故常常又将此时的渗透探伤直接称为荧光探伤。此探伤方法也可用于金属和非金属表面探伤。其使用的探伤液剂有较大气味，常有一定毒性。

2.3 涡流探伤

涡流探伤是由交流电流产生的交变磁场作用于待探伤的导电材料，感应出电涡流。如果材料中有缺陷，它将干扰所产生的电涡流，即形成干扰信号。用涡流探伤

仪检测出其干扰信号，就可知道缺陷的状况。影响涡流的因素很多，即是说涡流中载有丰富的信号，这些信号与材料的很多因素有关，如何将其中有用的信号从诸多的信号中一一分离出来，是目前涡流研究工作者的难题，多年来已经取得了一些进展，在一定条件下可解决一些问题，但还远不能满足现场的要求，有待于大力发展。涡流探伤的显著特点是对导电材料就能起作用，而不一定是铁磁材料，但对铁磁性材料的效果较差。其次，待探工件表面的光洁度、平整度、边界等对涡流探伤都有较大影响，因此常将涡流探伤用于形状较规则、表面较光洁的铜管等非铁磁性工件探伤。

2.4 射线探伤

射线探伤是利用射线的穿透性和直线性来探伤的方法。这些射线虽然不会像可见光那样凭肉眼就能直接察知，但它可使照相底片感光，也可用特殊的接收器来接收。常用于探伤的射线有X射线和同位素发出的γ射线，分别称为X射线探伤和γ射线探伤。当这些射线穿过(照射)物质时，该物质的密度越大，射线强度减弱得越多，即射线能穿透过该物质的强度就越小。此时，若用照相底片接收，则底片的感光量就小；若用仪器来接收，获得的信号就弱。因此，用射线来照射待探伤的零部件时，若其内部有气孔、夹渣等缺陷，射线穿过有缺陷的路径比没有缺陷的路径所透过的物质密度要小得多，其强度就减弱得少些，即透过的强度就大些，若用底片接收，则感光量就大些，就可以从底片上反映出缺陷垂直于射线方向的平面投影；若用其它接收器也同样可以用仪表来反映缺陷垂直于射线方向的平面投影和射线的透过量。由此可见，一般情况下，射线探伤是不易发现裂纹的，或者说，射线探伤对裂纹是不敏感的。因此，射线探伤对气孔、夹渣、未焊透等体积型缺陷最敏感。即射线探伤适宜用于体积型缺陷探伤，而不适宜面积型缺陷探伤，另射线探伤价格一般较贵。

2.5 超声波探伤

人们的耳朵能直接接收到的声波的频率范围通常是20Hz到20kHz，即音(声)频。频率低于20 Hz的称为次声波，高于20 kHz的称为超声波。工业上常用数兆赫兹超声波来探伤。超声波频率高，则传播的直线性强，又易于在固体中传播，并且遇到两种不同介质形成的界面时易于反射，这样就可以用它来探伤。通常用超声

波探头与待探工件表面良好的接触，探头则可有效地向工件发射超声波，并能接收(缺陷)界面反射来的超声波，同时转换成电信号，再传输给仪器进行处理。根据超声波在介质中传播的速度(常称声速)和传播的时间，就可知道缺陷的位置。当缺陷越大，反射面则越大，其反射的能量也就越大，故可根据反射能量的大小来查知各缺陷(当量)的大小。常用的探伤波形有纵波、横波、表面波等，前二者适用于探测内部缺陷，后者适宜于探测表面缺陷，但对表面的条件要求高。

2.6 激光探伤

激光全息无损探伤是借助于全息图来记录和再现不同物体表面所散射出来的光波，然后由它们产生的干涉条纹图比较出表面形变之间的差别，最后由条纹的反常分布来探知物体中存在的缺陷。该法适用于光滑或粗糙表面，能对物体表面作全场检测，而且设备比较简单。目前，这一技术已经解决了不少其它技术难以解决的检验问题。近代航空工业中广泛应用的铝合金蜂窝板采用迭层结构，以减轻重量，增大强度，但在制造过程中会出现脱胶等缺陷而影响强度.如采用全息术对蜂窝板进行无损检测，即可检测出脱胶、板层厚度不均匀等缺陷，并能显示出这些缺陷的位置及区域大小。在动力机械中，全息术可用于检测叶轮机、发动机等的叶片质量，也为工业中的高压容器和输送管道提供了无损探伤手段。另外，陶瓷、玻璃及耐火材料的质量检验也已借助于全息术而得到改进。现在，全息无损检验技术已与文物保护这一涉及人类文明历史的学科结合起来，并取得了成效。科学工作者利用局部加热和两次曝光全息图检测了春秋时期的编钟，汉代陶峨等青铜器及陶瓷文物中的裂纹、修复区域等缺陷，为文物保护提供了珍贵的科学资料.近年来，许多新的无损探伤方法如微波、红外、光弹显示及介电常数检测等不断得以开发应用。目前，仍在开拓的新模式有中子和电子衍射、场的扰动和位错的磁显示、激光诱发激波脉冲和正电子湮没等.我们相信，随着计算机科学的不断发展，以微机和计算数学为核心的数值仿真与模拟，必将自动、准确和迅速地把被检物体的信息综合起来，进行全面分析，以得到动态的、完全符合实际的检测结果。

2.7 磁粉探伤

磁粉探伤是建立在漏磁原理基础上的一种磁力探伤方法。当磁力线穿过铁磁材料及其制品时，在其(磁性)不连续处将产生漏磁场，形成磁极。此时撒上干磁粉或

浇上磁悬液，磁极就会吸附磁粉，产生用肉眼能直接观察的明显磁痕。因此，可借助于该磁痕来显示铁磁材料及其制品的缺陷情况。磁粉探伤法可探测露出表面，用肉眼或借助于放大镜也不能直接观察到的微小缺陷，也可探测未露出表面，而是埋藏在表面下几毫米的近表面缺陷。用这种方法虽然也能探查气孔、夹杂、未焊透等体积型缺陷，但对面积型缺陷更灵敏，更适于检查因淬火、轧制、锻造、铸造、焊接、电镀、磨削、疲劳等引起的裂纹。磁力探伤中对缺陷的显示方法有多种，有用磁粉显示的，也有不用磁粉显示的。用磁粉显示的称为磁粉探伤，因它显示直观、操作简单、人们乐于使用，故它是最常用的方法之一。不用磁粉显示的，习惯上称为漏磁探伤，它常借助于感应线圈、磁敏管、霍尔元件等来反映缺陷，它比磁粉探伤更卫生，但不如前者直观。由于目前磁力探伤主要用磁粉来显示缺陷，因此，人们有时把磁粉探伤直接称为磁力探伤，其设备称为磁力探伤设备。磁粉探伤广泛用于汽车发动机零部件的检测。

第三章 X射线探伤机的结构及工作原理

3.1 便携式X射线探伤机的结构

探伤机由供电及控制系统，冷却防护设施四部分组成。可分为携带式，移动式两类，移动式X射线探伤机用在透照室内的射线探伤，它具有较高的管电压和管电流，管电压可达450kv，管电流可达20mA，最大透厚度约100mm，它的高压发生装置、冷却装置与X射线机头都分别独立安装。X射线机头通过高压电缆与高压发生装置连接。机头可通过带有轮子的支架在小范围内移动，也可固定在支架上。携带式X射线机主要用于现场射线照相，管电压一般小于320kV，最大穿透厚度约50mm。其高压发生装置和射线管探伤机在一起组成机头，通过低压电缆与控制箱连接。

（1） TF3120型 X射线探伤机

TF3120 X射线探伤机是时代集团公司研制生产的工业用携带式气绝缘200kV 定向X射线探伤机，TF3120 X射线探伤机由TF3120GD X射线发生器、TF3120C控制器及一系列附件组成。

该机采用逆变技术及国外最新半导体功率元件(IGBT ) 设计制造，微机控制，具有国际先进水平，是一代集电力电子器件、整流逆变技术、微机控制、模糊技术等高科技于一体的新型射线探伤机。

1）TF3120 X射线探伤机适用于造船、石油、化工、机械、航天、交通和建筑等工业部门检查船体、管道、高压容器、锅炉、飞机、车辆和桥梁等材料、零部件加工焊接质量以及各种轻金属、橡胶、陶瓷等加工的质量。

2）采用微机控制，自动化程度高，功能多，但操作却很简单。具有人工智能功能，简化了训机操作，保证了使用的高效性及设备的安全性。

3）采用高亮度LED显示，显示清晰，适合野外使用。

4）有各种故障保护及报警功能，提高了控制器的可靠性。

5）电源部分采用IGBT做主功率器件，大大减少了重量和体积，便于携带。

6）使用电压范围宽，减少了对电源的特殊要求，适应性好。

7）发生器重点解决了X射线管的散热问题。在散热上有比较大的突破，提高了X射线管的寿命。

（2）XXQ-3005型X射线探伤机

XXQ-3005X射线探伤机由XXQ-3005 X射线发生器XXQ-3005控制器及一系列附件组成。

XXQ-3005X射线探伤机是200kV、定向气绝缘X射线发生器。内装X射线管、高压变压器等部件，并充有SF6绝缘气体，在发生器底部装有风机作为强迫冷却装置。其外型尺寸及辐射场示意图如图3.1所示（供参考）。

XXQ-3005X射线探伤机主要零部件有：

1）X射线管（200kV 5mA 定向）

2）高压变压器

3）温度继电器

4）行灯插座（二芯）

5）冷却风扇

6）低压电缆插座

7）压力表

8）端环

图3.1 XXQ-3005X射线探伤机外型尺寸及辐射场示意图

XXQ-3005型X射线探伤机基本参数如下：

输出电压（kV）：170-300

输入（kW）：3.0

焦点尺寸（mm）：2.3×2.3

辐射角度：40+5°

最大穿透（mm）：50（A3钢）

重量（kg）：发生器44；控制器11.0。

尺寸(mm)发生器Φ340×340×830；控制器320×280×150。

绝缘方式： SF6气体

冷却方式：强制风冷

环境温度： -10℃ ~+40℃

相对湿度： 85%

最大穿透力： 29mm( A3钢 )，黑度≥1.5

3.2 X射线探伤机工作原理及运用范围

被测物体各部分的厚度或密度因缺陷的存在而有所不同。当X射线或γ射线在穿透

被检物时,射线被吸收的程度也将不同。

若将受到不同程度吸收的射线投射在X射线胶片上,经显影后可得到显示物体厚度变化和内部缺陷情况的照片（X射线底片）。这种方法称为X射线照相法（见图3.2）。如用荧光屏代替胶片直接观察被检物体，称为透视法。如用光敏元件逐点测定透过后的射线强度而加以记录或显示，则称为仪器测定法。

图3.2 X射线照相法

X射线是在高真空状态下用高速电子冲击阳极靶而产生的。γ射线是放射性同位素在原子蜕变过程中放射出来的。两者都是具有高穿透力、波长很短的电磁波。例如由X射线管发出的X射线（当电子的加速电压为400千伏时），放射性同位素60Co所产生的γ射线和由 20兆电子伏直线加速器所产生的X射线，能穿透最大钢材厚度分别约为90毫米、230毫米和600毫米。X射线探伤机工作原理图如图3.3所示：

图3.3 XXQ-3005射线探伤机工作原理图

射线探伤机主要应用范围：对非金属、轻金属、铸造件、各种合金、压力容器等进行X射线无损检测。主要检测焊接缺陷（裂纹、气孔、夹渣、未溶合、未焊透等）。

第四章便携式X射线探伤机的工程应用及保养

4.1 便携式X射线探伤机的工程应用

X射线探伤机的工作环境复杂多样，许多情况下是在生产现场或野外作业，有时需要对被检件进行多位置和多角度检测。目前国内外许多X射线探伤机制造厂没有提供检测调节装置，检测过程中往往通过临时搭制台架、捆绑绳索、垫板料等原始手段来调整和固定探伤机，调节时间大约是检测时间的5～10倍，既影响了检测进度，检测效果也不好。

4.2 便携式X射线探伤机的使用方法及保养手段

4.2.1 便携式X探伤机使用方法

在固定的探伤室内，将需要进行射线探伤的工件送入探伤室，设置适当位置，在工件待检部位布设X射线胶片并加以编号，检查无误，工作人员撤离探伤室，并将工件门关闭，然后根据探伤工件材质厚度、待检部位、检查性质等因素调节相应管电压、管电流和曝光时间等，检查无误即进行曝光，当达到预定的照射时间后，关闭电源，工作人员进入探伤室，从探伤工件上取下已经曝光的X片，打开工件门将探伤工件送出探伤室外，即完成一次探伤

4.2.2 便携式X探伤机的保养手段

1）X射线探伤机放置在通风干燥处，切勿潮湿、雨淋、接近高温,以免损失绝缘。

2）避免剧烈震动，以免损坏元件或接头松动及脱焊。

3）如发现有接头松动或触头接触不良，应及时排除。

4）使用中要特别注意各种故障指示，如发现异常应查明原因排除后再使用。

5）保证外壳接地良好。

6）要保证风机正常工作。

7）发生器严禁震动，长途搬运时，必须竖放，且散热器部分朝下，增加防震装置。

8）插头、插座要保持干净，不可受潮。

9）气压低于0.35Mpa，环境温度低于-10℃时，禁止使用。