薄壁鋁合金差壓鑄件的射線檢測研究

傅連鶯

（云南省特種設備安全檢測研究院，云南 昆明650228）

1 ZL101成分

鑄鋁合金ZL101的化學成分與美國的A358相當，但其常規機械性能均未達到A358合金的性能要求。該鋁合金具有良好的流動性、小的鑄造收縮率及線膨脹系數、優良的焊接性能及耐蝕性、較高的機械性能等特點。ZL101為Al-Si系合金，主要成分（質量百分比）：Si含量為6.5%～7.5%，Fe、Al、Mg含量為0.25%～0.45%，加入一定量細化劑，經變質處理，具有良好的鑄造性能，因此它是研究和應用最為廣泛的鑄造鋁合金，適用于各種鑄造方法。

2 X射線檢測的適用性分析

被分析的ZL101鑄鋁合金試樣的表面有許多細小的孔洞，形狀呈圓形針狀和橢圓形針狀孔洞，也有一些呈網狀分布，這些針孔輪廓清晰，內壁光滑且互不連通，斷口上為白色圓形凹坑或片狀白斑。經分析，這些針孔主要是合金在熔煉過程中，高溫液態時溶入的部分氫氣，在鑄件凝固還沒能完全逸出而在金屬內部和凝固較緩慢的鑄件上部析出形成的。由于針孔的存在，破壞了材料的連續性，使材料強度和塑性降低，易引起構件破壞，特別對承壓部件來說尤為嚴重。經分析，降低澆注溫度，提高冷卻速度，增加凝固時的壓力，有助于改善鑄件的致密性、縮短凝固時間，同時可細化晶粒、提高氫的固溶度，采取上述措施后，鑄件上的針孔明顯減少。當X射線穿過工件時，在缺陷和有缺陷處，由于缺陷和工件本體的材料性質（密度）不同，使X射線發生不同程度衰減，從而得到不同強度的X射線，照在膠片上感光也就不同，經過顯影、定影之后在底片上會有相應的影像。據此即可判斷缺陷。穿過氣泡之后射線強度將比其他部位強度大，因此膠片感光較強，經顯影、定影后底片上出現相應黑點。

3 對ZL101的X射線檢測實驗

3.1 被檢工件

ZL101主要成分為硅、鐵、鋁、鎂，加有一定量細化劑，經變質處理，規格為φ530×5.3 mm，如圖1所示。

圖1 薄壁鋁合金鑄件ZL101試樣

3.2 幾何不清晰度的確定

缺陷檢出靈敏度組與不清晰度有關，XXQ2005射線探傷機在管電壓為150 kV時，固有不清晰度Ui=0.0013V0.79=0.068 mm。

若Ug=Ui，則按工件加工前厚度11 mm計算，工件的焦距

3.3 實驗內容

3.3.1 實驗目的

在不同實驗條件下對ZL101進行射線檢測，對比實驗結果，找出最佳實驗方案。

3.3.2 實驗設備

實驗儀器為XXQ2005（鋁的管電壓為150 kV時透照系數為0.13），膠片為樂凱工業X光膠片。

3.3.3 實驗要求

使用Pb0.03 mm前后增感屏射線機窗口前置1 mm銅板+2 mm鋁板濾波；不使用增感屏，射線機窗口前置1 mm銅板+2 mm鋁板濾波；使用膠片襯紙包裹膠片（不用增感屏），射線機窗口前置1 mm銅板+2 mm鋁板濾波。

3.4 實驗步驟

3.4.1 各種標記的放置方法

由于鋁鑄件無磁性，采用漿糊法放置各種探傷標記。先在鑄件表面用記號筆畫出各片安放位置，把漿糊糊在象置計和中心標記（因100%透照，不放置搭接標記）上，然后安放在所需要的透照部位上，事后及時清除。

3.4.2 透照參數的確定

階梯試塊：用30 mm厚的與被檢工件相同材質的鑄鋁件，按每個階梯2 mm、4 mm、6 mm、8 mm……30 mm厚度進行加工，制成階梯試塊。

透照條件：用XXQ2005X射線探傷機樂凱工業X光膠片，曝光量為5 mA·4 min，管電壓以130 kV為起點，每次遞增5 kV，分別將10張經曝光的膠片同時進行暗室處理，顯影條件為20℃、6 min槽顯，最高透照。管電壓如圖2所示。

圖2 不同透照厚度允許的最高透照管電壓

散射線防護：除濾波板濾波外，透照時工件周圍1 m范圍內不得有可能產生散射線的障礙物。

鑄鋁件常見缺陷及影象特點：氣孔形狀較規則，大多為φ1～φ2 mm；微小針孔較難評片，需對照照片圖譜才能識別；縮孔呈黑斑，邊緣輪廓明顯，但少見；裂紋呈黑色不規則條紋；金屬夾雜物尺寸及形狀不一，外形有明顯斑點，比較多見；夾渣，呈不規則的黑斑，長度較短。

3.5 實驗結論

在中等射線能量狀態下，射線與被透物體的相互作用以康普頓散射為主。在鋁、鋼、銅制材料中，鋁制材料背散射劑量率最大，鋁件透照管電壓為50 kV以上時，康普頓散射作用強于光電效應，從而使鋁件透照散射比較大，因此減少散射線是鋁件透照的重點。

散射線使影象對比度降低，而象質計靈敏度主要與對比度因素相關，采用1 mm銅板+2 mm鋁板濾波進行窗口濾波，大量減少了散射線，提高了影象對比度，因而也提高了象質計靈敏度。

由前述知，固有不清晰度Ui=0.068 mm，在焦距為1 400 mm時，幾何不清晰度Ug=0.032 8 mm，總不清晰度為0.07 mm，在如此遠（1 400 mm）的焦距下，針孔影象放大率為：

放大率僅為2%，由于針孔直徑為0.2～1 mm（直徑超過1 mm的不是針孔而為氣孔），影象基本沒有放大。

小缺陷的對比度與清晰度關系式如下：

可知，針孔缺陷影象的實際對比度為理想對比度的1/3～1/4倍，穿透針孔缺陷的多余射線基本不會在影象寬度U的范圍內發生擴散現象，其不清晰度能夠滿足缺陷檢出靈敏度要求。

由于使用的透照管電壓低，此時金屬增感屏的增感作用將大大降低，且由于前屏對射線的吸收作用，定將減弱膠片的感光量。從實驗結果看，采用增感屏或無增感屏（不加襯紙包裹）時，象質計鋁絲基本無法顯示，好的情況下只有最粗絲能顯示。說明襯紙后影象對比度提高，但其機理還不清楚，有待今后進一步探討。