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1、4.4 非金属材料与复合材料制件射线照相检验技术*4.4.1 射线照相检验技术的一般考虑非金属材料与复合材料不同于金属材料，一方面是它们主要由低原子序数物质构成，物质密度小，对射线的吸收能力弱；另一方面是它们本身的材料特性与金属材料也具有很大的不同，它们的加工成形工艺、缺陷等都与金属材料具有很大的差异，这些使得在非金属材料与复合材料中存在的缺陷与金属材料相比发生了变化，而要求检验的缺陷也发生了变化。因此，在确定非金属材料与复合材料的射线照相检验技术时，应考虑这些差别和变化。在确定透照技术时主要应考虑的是下面几个方面：1）胶片与透照电压；2）散射线防护；3）透照方向。对于非金属材料与复合材料工件
2、进行透照一般都应选用较好的胶片，从根本上保证得到的影像具有较高的对比度和较小的颗粒度，这样才可能保证缺陷的检验能力。对非金属材料与复合材料工件进行透照应选用低电压C射线机；如果工件的厚度比较小，则还必须选用铍窗口软C射线机；要求检验的缺陷尺寸很小时，应选取小焦点或微胶点C射线机。表4-3是对多数非金属材料与复合材料常见厚度适宜的透照电压和胶片类别。表4-3 适宜非金属材料的透照电压和胶片透照厚度/mm556060120120160透照电压/kV25255050100100120胶片类别G1/T1G2/T2G3/T3G3/T3对非金属材料与复合材料工件进行射线照相，为得到良好的影像质量另一个重要
3、问题是必须注意对散射线的防护。特别是对厚度较大的工件，不解决散射线的防护就不可能得到合格的底片。这主要是因为，这时候在射线与物质的相互作用中康普顿效应和瑞利散射经常是主要的作用，这将导致散射线增加，另外则是透照电压较低，散射线更容易被胶片吸收，因此产生的影响也就更强。除了采用一般防护散射线方法外，在透照厚度较大的工件时，需要采取特殊的散射线防护措施，一种有效的措施是使用栅格式防散射线装置。这种装置的基本结构是具有一定高度的栅格，栅格采用一定厚度的铅片制成。使用时置于工件与胶片之间，在曝光期间以一定速度做往复移动。非一次射线由于其方向的改变，将投射在栅格铅片上而被吸收，达到吸收散射线的目的。确定
4、透照方向时应考虑工件的加工工艺或成形工艺特点可能产生的缺陷特点。例如，对纤维增强复合材料制作的工件，为检验其纤维分布的均匀性或纤维可能发生的断裂，射线束应垂直于纤维分布平面透照，而如果要检验纤维层间分离时，则应沿纤维分布的平面进行透照。具体工件应具体分析，按照它的特点确定透照方向。为了检验复合材料中的裂纹和分层缺陷，特别是对叠层结构的边缘分层或构件的损伤部位，可采用渗透增强技术，以提高分层、裂纹和损伤部位的影像对比度。方法是：首先清除构件表面的湿气和污染，然后将构件待检验处浸泡在（或刷涂） 增强剂四溴乙烷（TBE）中，浸泡时间取决于材料的疏松度和厚度；完成这种增强处理后，先清除构件表面的增强剂
5、，然后进行射线检测；在射线检测后，应用加热方法将渗入构件的增强剂除掉。由于增强剂对射线的吸收远大于构件本身材料，所以可使缺陷影像的对比度明显增加。除TBE外渗透增强还可使用其他一些增强剂，如二碘丁烷等。评价非金属材料与复合材料工件的射线照相灵敏度一般不采用丝型像质计，因为丝型像质计这时候比较难制作。经常采用的是平板孔型像质计，一般要求达到的灵敏度是2-2T级别。即像质计的板厚T应是工件透照厚度的2%，它上面直径为2T的孔应能够识别。*4.4.2 金属蜂窝夹层结构的射线照相检验技术图4-31 蜂窝夹层结构示意图金属蜂窝夹层结构，常简称为蜂窝夹层结构，其基本结构如图4-31所示。该结构的夹芯层是由
6、金属材料、玻璃纤维或复合材料制成的一系列蜂窝状的六边形孔格，孔格的上、下两面再胶接或钎焊上较薄的表板。蜂窝夹层结构比其他的夹层结构具有更高的强度和刚度，在航空航天工业中，常用于制作各种壁板，如翼面、舱面、卫星星体外壳、抛物面天线、太阳能电池翼等。蜂窝夹层结构的主要制造缺陷是芯格断裂、芯格压缩（密集）、芯格压塌、芯格节点分离（脱开）、芯格中外来物、表板与芯格脱粘（或脱焊）等。图4-32是主要缺陷的示意图。图4-32 蜂窝夹层结构的主要缺陷示意图1芯格断裂 2外来物 3芯格压缩 4芯格节点分离 5芯格压塌 6芯格横向断裂 7蜂窝芯格与边缘构件分离为了检验蜂窝夹层结构的主要缺陷，在可能的条件下，应采
7、用线阵列实时成像检验技术，以扫描方式完成射线照相检验。当采用常规射线照相检验技术检验时，技术方面需要进一步考虑的主要问题是控制有效透照区。在通常的射线照相检验技术中，控制有效透照区的常用原则是控制透照厚度比。在蜂窝夹层结构的射线照相检验技术中，不能简单地套用这一原则，必须采用的原则应是控制蜂窝芯格影像的变形程度，也就是应控制透照区边缘的芯格高度的投影与芯格宽度投影（六边形两对边的距离）之比。显然，此比越大芯格影像的变形程度越大。但在实际的蜂窝夹层结构射线照相检验工作中，必须还要考虑工作效率，因此，应依据具体蜂窝夹层结构情况，采用适当的比，兼顾缺陷检验和适当的工作效率。一般说，可通过采用较大的焦
8、距实现这种考虑。图4-33是蜂窝夹层结构的射线照相检验图片，从图中可清楚看到已产生变形的蜂窝芯格。图4-33 蜂窝夹层结构的射线照相检验图像*4.4.3 纤维增强复合材料射线照相检验技术纤维增强复合材料是一种采用纤维作为增强材料的复合材料。纤维增强材料主要有尼龙、聚酯、玻璃纤维、不锈钢丝、石墨纤维、硼纤维、碳化硅纤维等。纤维增强复合材料制件的成型工艺主要有层压、模压、挤压、缠绕、手模成型等，成型工艺直接关系到制件的性能。成型工艺不同产生的缺陷也不同，常见的缺陷主要有分层、纤维断裂、空洞、孔隙（疏松）、夹杂物和树脂分布不均匀等。纤维增强复合材料的射线照相检验技术除了应按复合材料一般射线照相检验技
9、术进行考虑外，主要还应考虑制件成型工艺特点、缺陷与工艺和制件的关系、射线照相检验技术的灵敏度控制方法等方面。由于复合材料各组分性能的差异很大，成型后再加工很困难，所以复合材料制件，尤其是纤维增强复合材料，一般采用一次成型，随后不再进行机械加工。纤维增强复合材料制件的射线照相检验是在制造过程或成型后进行。当确定射线照相检验技术时，必须考虑缺陷的性质和特点，特别是缺陷与制件成型工艺的关系。按照纤维增强复合材料制件的形状、成型工艺、铺层结构等，常用的透照方法可分为垂直透照方法、平行透照方法、切线透照方法、斜线透照方法。图4-34 槽型像质计样式垂直透照方法时中心射线束垂直于制件表面，主要用于检验缠绕
10、制件的纤维断裂、空洞、孔隙（疏松）、夹杂物和树脂分布不均匀，以及检验纤维排列和分布状况。平行透照方法时中心射线束与制件的铺层方向平行，主要检验层压件的分层、裂纹，检验小型布带缠绕锥体的裂纹和疏松等缺陷。切线透照方法时中心射线束与筒形件、管形件、锥形件等的圆弧面相切，主要检验布带缠绕制件的裂纹、疏松，回转体模压制件的裂纹、疏松、树脂淤积等缺陷。斜线透照方法时中心射线束与筒形件、容器件的中心轴成一定角度，主要检验制件端部和端部与连接处存在的空洞、树脂淤积等缺陷。射线照相检验技术灵敏度控制一般不采用丝型像质计，主要是因为难于制作符合要求的丝型像质计。代替的采用平板型像质计或槽型像质计。槽型像质计的样
11、式如图4-34所示，表4-4给出的是可供参考的槽型像质计尺寸，图4-35是复合材料中一些缺陷的射线照相图像。表4-4 槽型像质计尺寸 （单位：mm）像质计编号厚度T沟 槽 深 度h1h2h3h4h5h6h7偏差A2.00.10.20.30.40.50.60.70.02B3.00.81.01.21.41.61.82.00.03 a） b） c）图4-35 复合材料中的缺陷图像a）缺束 b）金属夹杂 c）裂纹*4.5 电子元器件射线照相检验技术电子元器件射线照相检验，是射线照相检验技术应用的一个重要方面。电子元器件除了采用射线照相检验技术检验外，在工业中更多地是采用射线实时成像检验技术进行检验，特
12、别是微焦点射线实时成像检验系统。一般地说，电子元器件的射线检测主要分为三个大的方面：电子元器件的结构（包括安装质量）和尺寸测量、电子元器件内多余物检查、电子元器件的锡焊点质量检验（特别是印制电路板焊点的层析检验） 。因此，电子元器件射线照相检验技术仅是其中的一部分内容。电子元器件射线照相检验主要是采用常规射线机进行电子元器件的结构检查，在技术上存在一些不同于一般缺陷检验技术的考虑。在这种射线照相检验问题中，第一，为了给出电子元器件的结构，对一个器件常常需要两个方向或三个方向透照，给出不同的视图，以形成结构的图像。第二，一次透照一般都会包含较大的厚度范围，在多数情况下，需要的是更大的厚度宽容度，
13、并不需要较高的对比度。这是确定透照参数时的一个基点。需要时，对包含较多厚度的区，应进行多次透照，以给出各部位的图像。第三，为了减小变形，给出正确的结构图像，一般应采用较大的焦距。第四，由于是从底片给出结构图像，因此，底片黑度一般取较低值，存在结构的主要部分常控制在1.22.5，这也便于委托方人员观察判断。第五，如果需要采用像质计，一般不用通常型式的像质计，国外有的标准给出了专用型式的像质计。归纳上面的讨论，简单地说，电子元器件射线照相检验时，应选用较大的焦距，较高的透照电压，一般应进行两个方向或三个方向的透照。当进行电子元器件中的多余物射线照相检验时，应在暗盒中放两张胶片同时透照，以便对影像作
14、出准确的判断。图4-36是两个不同器件的射线照相检验图像，它们清楚地显示了器件的内部基本结构。 图4-36 电子元器件射线照相检验图像两例复 习 题1变截面工件可以采用哪些方法进行射线照相检验，各种方法有什么特点?2环形熔焊接头射线照相检验时可采用哪些透照布置?各种透照布置有哪些特点?3非金属制件射线照相检验时，与金属制件射线照相技术相比有哪些特点?4复合材料制件射线照相检验时，技术上与金属技术制件相比有哪些特点?5电子元器件进行射线照相检验时应注意考虑哪些方面?6对小直径管椭圆成像透照技术都有哪些方面的规定? 7在射线照相检验工作时如何确定环焊缝的透照次数?8球罐全景g射线照相检验技术的工艺设计应注意哪些方面?