射线无损检测工艺参数优化研究

陈波 魏哲男 姜冬 梁佳乐

（国核电站运行服务技术有限公司，上海 200233）

摘要：工业高端装备和精密构件的质量管控，近几年的标准持续提升，射线无损检测属于工业缺陷检测中的核心技术，诸如压力容器、钢结构、精密铸件等工业构件，内部缺陷排查均依赖射线无损检测技术。射线无损检测技术成像原理为射线穿透介质后衰减，借助差异形成图像，工艺上关键的参数涉及射线源参数、几何透照布置参数、散射辐射控制参数、工件与工艺辅助参数等，各参数之间如果匹配精度到位，图像清晰度和缺陷识别的准确率就能有所保障。传统检测工艺通常由操作人员依据经验设定参数，容易引发图像噪声偏大、缺陷漏检误检、检测效率低的连锁问题，因此，对射线无损检测工艺参数进行优化尤为关键。

关键词：射线无损检测；工艺参数；优化策略

引言：精准优化射线无损检测工艺的各个参数，能够减少人工经验造成的检测偏差，对于工件内部的微小裂纹、气孔和夹杂等缺陷，检出精度也会明显提升，在缩短检测作业周期缩短的同时，削减耗材损耗与工业质检成本。推动射线无损检测技术从经验化操作，向标准化精准化智能化方向转型，契合高端制造业高质量发展与工业质检精细化升级的整体趋势，具备广阔的工业推广价值与持续的技术升级空间。

一、射线无损检测工艺参数的影响因素

（一）射线发生设备输出性能状态

射线发生设备的核心输出指标，关系到检测工艺参数的适配标准，管电压数值一旦发生波动，射线穿透能力就会随之变化，稳定性出现偏差，透照厚度参数也容易出现错漏。从管电流方面来看，输出大小直接作用于辐射剂量强度，剂量参数基本随电流动态浮动，同步性比较明显，焦点尺寸属于设备固有性能，焦距偏差会拉低成像清晰度工艺参数，设备运行时长的增加会导致机身温升，温升反过来干扰射线输出的均匀性，设备老化损耗则削弱输出稳定性。

（二）检测成像介质与环境耦合条件

胶片的自身属性是工艺参数的基础影响条件，胶片感光度的差异会改变曝光时长的工艺设定参数，胶片的分辨率性能，直接限定缺陷检测的精度参数，胶片存放受潮或磨损会弱化成像效果。此外，检测现场的环境温度会影响胶片感光成像的反应速率，环境湿度变化干扰射线与胶片的耦合效果，现场粉尘、气流等环境杂质，导致射线传播能效被削弱，加之海拔气压的环境差异，容易改变射线传播损耗参数，总体来看，环境与胶片的适配状态不同，会形成差异化的检测工艺参数基准。

二、射线无损检测工艺参数的优化

（一）射线源参数的优化

在优化射线源参数方面，主要从管电压、管电流和曝光时间，以及焦点尺寸几个维度出发，整个过程参照NB/T 47013.2-2015承压设备射线检测规范，工件应当被有效穿透，在这一前提下，管电压尽量低一些，避免电压升高后图像对比度会下降，针对12mm厚的钢质工件透照工况，标准限值以内的管电压应当控制在140kV以下，在穿透能力和缺陷分辨力之间取一个平衡，不能采用盲目抬升电压的方式获得穿透效果。在管电流方面，应与曝光时间配合，以曝光量mA·min为核心做匹配优化，设备允许的区间中优先用3—5mA，时间随之灵活调整，焦距在700mm时，AB级总曝光量不低于15mA·min。焦点尺寸方面是为了控制几何不清晰度，AB级工况下一般用2.5mm或更小焦点，在散热条件许可的前提下焦点尽量做小，图像几何模糊会减轻，细小缺陷更容易发现，小焦点功率上限低，应当防控射线源过载损坏，整套参数通过标准曝光曲线进行校准，确保射线原本体参数最优匹配。

1. 
   几何透照布置参数优化
   

几何透照布置参数的优化，基本是围绕焦距、工件到射线源的距离以及透照角度进行，旨在控制几何不清晰度，提升缺陷检出能力。焦距方面，不能只按理论最小焦距选择，结合工程试验来看，焦点尺寸2.5mm，源－工件距离选择500mm，几何不清晰度可以被压在0.06mm以内，同时单次有效透照范围扩大，兼顾检测效率和成像质量。透照角度应尽量让射线束主轴线垂直于受检焊缝平面，试验显示角度一旦大于15°，面状缺陷投影会被明显拉长，对比度也随之下降，漏检风险也会提升，常规工况下一般不大于12°。

1. 
   散射辐射控制参数优化
   

射线无损检测中的散射辐射控制优化，本质上是散射线干扰的抑制问题，从滤光板、屏蔽防护去调整工艺参数，成像清晰度以及缺陷检测的精准度就能有明显提升。滤光板方面，需要依据工件厚度和射线源类型，

去适配对应规格的金属滤光板，把射线里那些低能杂散射线滤一些，工件边缘散射和漫散射干扰也能被削弱，无效辐射能量被过滤后透射性和对比度之间能平衡下来，低能射线引起的图像雾化问题也得以规避。

滤光板的选择

透照厚度（mm）	滤光板厚度（铅）（mm）
E≤40	0.5
40＜e≤60	1
60＜e≤80	1.5或2（用于碳钢或低合金钢）、2（用于不锈钢）
e＞80	2

在屏蔽与背散射防护方面，在检测探测端背部要加装专用防护板材，用来拦截工件后方与周边环境的背散射辐射，另外，精准准直结构能将有效照射区域限定起来，无效辐射覆盖范围缩小之后，从源头上减少散射辐射生成量，背散射伪缺陷影像自然被杜绝。

（四）工件与工艺辅助参数优化

射线无损检测工艺优化，可以从三项辅助参数上实施，工件预处理、像质计摆放、双胶片或多胶片法，分别进行精细化调控之后，胶片底片成像质量和缺陷检出精度能明显提升。从表面预处理视角分析，重点在于清理焊缝和母材表面的杂质，氧化皮、焊渣、锈蚀、油污这类杂质必须处理干净，避免形成影像伪缺陷。针对焊缝余高过高的问题，应当将凹凸不平部分修平整一些，相应地提高射线穿透均匀度，胶片感光成像也会更稳。在像质计摆放这一方面，一般是把线型像质计贴在射线源侧，选择透照灵敏度最弱的位置，靠近焊缝端部，细丝要与焊缝走向保持垂直，丝体完整才能准确反馈实际灵敏度。摆错位置或是贴合不严，灵敏度判定失真就无法避免。承插焊缝按照下图的所示的方法进行像质计摆放。

双胶片或多胶片法适用于照相条件恶劣、不宜重复透照的场合，以及厚度差较大的部件或焊缝、结构厚度差偏大的工件。由于一次透照范围内透照厚度差异较大，常规单胶片透照易造成底片薄区黑度过高、厚区黑度过低，导致对比度和灵敏度下降，甚至出现缺陷漏检。采用双胶片或多胶片法时，可在同一暗盒中放置两张或两张以上感光度不同的胶片，或配合不同增感屏、采用叠加观察方式进行一次曝光，使较薄部位和较厚部位分别获得适宜评定的底片黑度，从而扩大有效厚度宽容度，保证检测灵敏度和评定可靠性。

三、结束语

射线无损检测技术对构件内部缺陷的识别能力强，成像效果如何，以及缺陷判定是否精准，取决于工艺参数的选择，只有科学调整工艺参数，才能减少图像伪影，提升检出可靠性。现场环境以及构件材质厚度的差异，均会干扰检测结果，技术人员应结合现场情况，剖析影响射线无损检测技术工艺参数的各类因素，通过优化工艺参数，确保工艺参数灵活适配，以便于持续完善检测工艺体系，为各类工业构件的质量安全提供更牢靠的技术依托。

参考文献：

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[3] NB/T 47013.2-2015 承压设备无损检测第2部分射线检测

[4] RCC-M-2007 压水堆核岛机械设备设计和建造规则

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