X射线表征技术在焊接领域的应用

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1、X射线技术在焊接中的应用姓名：孟威学号：0100509035焊接作为连接构件的一种基本工艺方法，被广泛应用于建筑、航天、航空、造船、车辆、冶金、石油化工、锅炉、铁路、电子、机械及国防等多种领域。然而，由于焊接工艺与环境条件的影响，在焊接过程中往往不可避免地存在如气孔、裂纹、疏松、夹渣和烧穿等缺陷，引起质量问题，甚至导致整个制品的报废，造成重大经济损失和人员伤亡。因此，为保证焊接构件的产品质量，在焊接构件使用前，对其进行无损检测就显得极为重要。在多种对焊缝缺陷无损检测的方法中，X射线检测是一种使用比较广泛的检测手段。残余应力

2、是消除外力或不均匀的温度场等作用仍留在物体内的自相平衡的内应力。如何确定由于焊接所产生的残余应力的大小、调整残余应力的分布、减小或消除残余应力对工程的影响，已成为人们广泛关注的问题。X射线检测是目前最为成熟而且应用范围也最为广泛的测量结构表面残余应力方法。在焊接过程中焊接接头受到复杂的热循环作用，导致其组织结构的复杂化，而X射线衍射技术是研究其凝固行为和组织演化规律重要的表征手段。因此，在焊接领域X射线的应用主要分为焊缝缺陷图像检测、焊后残余应力分析及焊接接头的组织结构分析等三部分,现分别对其进行简要介绍如下。1X射线实时

3、成像焊缝缺陷检测X射线实时成像检测技术是实时地将射线照透相强度分布转换为可见光图像并对检测结果作出评定的技术。这种技术几乎与胶片照相检测技术同时产生。主要的射线实时成像检测系统有：X射线荧光实时成像检测系统、图像增强实时成像检测系统、数字实时成像检测系统。图像增强实时成像检测系统是工业应用中常用方法。1.1实时成像基本原理与系统结构X射线实时成像的基本原理是当射线透过被测物体时，有缺陷的部位(如气孔、非金属夹杂物等)与无缺陷部位对射线吸收能力不同，透过有缺陷部位的射线强度高于无缺陷部位的射线强度，因此可通过检测透过工件后射

4、线强度的差异对工件缺陷进行分析。这种含有强度差异的射线经图像增强器的图像增强，在其输出屏上形成含有工件结构、状态及内部缺陷分布、大小等信息的图像，再通过光学系统被摄像机接收并转换为视频信号输出。经这种方法生成的原始图像噪声大、对比度差，图像的细节问题常常被噪声所掩盖。要改善图像质量，获得满意的图像结果，单一的增强是不能满足要求的，还必须采用适当的图像处理技术。通过图像处理，使图像质量得到明显提高，为进一步的缺陷提取、识别及最终评定打下良好的基础。1.2X射线的产生及其与物质的相互作用(1)X射线的产生X射线是由高速电子流撞

5、击金属靶产生的。它的原理是高速电子流(也称阴极射线)与硬物质相互碰撞时，它们的运动便急剧地被阻止，失去了所有的动能，转换为其它形式的能量。其中97%以上的能量转换为热能，而仅有不到3%的能量转换为光能，即X射线。由上可知，X射线应具备五个条件：①把电子从阴极中分离出来一般采用热电子发射。②电子聚焦可采用罩形阴极围绕阴极，并接负电位。由于电子与其相互排斥而被限制在一股小流中，与阳极作用时才会产生小焦点。③加速电子阴阳极之间加高电压。④高真空度防止电子受气体阻挡而降低能量和灯丝氧化烧毁。⑤电子骤然遏止在电子运动的途径上设置坚硬

6、耐热的障碍物。(2)X射线与物质的相互作用X射线检测是利用X射线具有较强的穿透能力，穿透被测物的射线带有反映被测物内部结构的信息，通过检测射线强度的变化来检测与评判材料或工件内部各种宏观或微观缺陷的性质、大小及其分布情况。显然，这里涉及X射线在穿透物质时产生一系列极为复杂的物理过程。X射线在穿越物质后其基本物理过程的总效果是射线强度的减弱，这种强度的减弱可能部分来自射线的偏转，即散射，部分是被物质吸收而转化为其他形式的能量。实验结果表明，导致射线在穿越物质后的强度衰减，将决定于射线本身的强度和穿越物质的厚度及材料的吸收特性

7、，由下式表不：式中，I0,I—入射及出射射线强度，x一厚度，μ一衰减系数。实验证明射一线在穿透物质后随物质厚度呈指数规律衰减，而衰减系数p将由射线本身的特征或能量及穿透物质本身的性质决定，以及直接由射线对物质相互作用的全部物理过程决定。这里包括光电效应、康普顿散射与汤姆森散射效应和电子对或电子对效应等多种物理过程。正是由于这些效应导致出射线的衰减。1.3图像增强器成像与增强原理图像增强器是X射线实时成像系统重要的组成部分，它是一种对入射光子进行转换、增强，输出更高亮度的可见光图像的器件，由于射线光子能量高，不能用光学或电子

8、学方法直接放大或聚焦，故在使用光电阴极将其转变为电子后，再进行增强。增强主要是通过提高电子束能量和繁衍成像束中电子数量的方法来实现。其中，前者主要通过电子光学系统的静电场加速实现，后者可利用电子束通过二次电子倍增膜或微通道板时获得，也可采用将单级管级联的方法来实现，增强后的电子轰出输出屏，利用荧光屏的阴