X射线除了探伤，在失效分析中也表现这么棒

Ｘ射线

从发现到现在已有一百多年的历史，Ｘ射线分析技术发展至今已广泛应用于各行各业的方方面面，对人类文明和社会的发展进步产生了非常重要的作用和影响。在机械装备的失效分析中，Ｘ射线分析技术同样发挥着重要的作用。

Ｘ射线探伤

利用Ｘ射线具有较强的穿透能力，并可使照相胶片感光和不同形态物质对Ｘ射线的吸收不同的原理可进行Ｘ射线探伤。Ｘ射线探伤是现代工业生产中质量检测、质量控制、质量保证的重要手段，一般用于金属或非金属等材料制成的零部件、铸造及焊接部件的无损检测，以确定其内部缺陷，如夹渣、裂纹、气孔、未焊透、未熔合等。在机械装备的失效分析中，特别是确定不良品的缺陷性质时，可采用Ｘ射线探伤进行缺陷定位和辅助定性。

Ｘ射线照相法

GB/T 6417.1-2005中规定，在焊接接头中因焊接产生的金属不连续、不致密或连续不良的现象简称“缺欠”，超过规定值的缺欠称为焊接缺陷。缺陷区域与基体之间的密度差异（或成分差异）会导致被检工件与其内部缺陷介质对Ｘ射线的能量衰减程度产生差异，导致射线透过工件后的强度不同，对胶片的感光不一致，于是在胶片上形成黑度不同的影像，使缺陷在射线底片上显示出来，这就是Ｘ射线探伤的基本原理。

工业CT检测

工业CT检测也称Ｘ射线层析成像，具有较高的缺陷辨别能力、高空间和高密度分辨率、能对缺陷精确定位和3D成像、受试样形状制约小等优点。工业CT检测对缺陷的判断是通过扫描形成的3D图像的灰度形式来表现的，不同物质的密度差异对Ｘ射线的吸收能力不同，反映在图像上即为像素灰度的不同。

应用实例

某航天设备上的零件压气机采用7055高强度喷射铝合金材料制造，其主要加工工艺流程如下：喷射沉积制坯→热挤压→热处理→精加工→模拟试验。箱体长的方向为挤压方向，也是喷射成型的圆锭轴向。热处理设备为箱式炉，热处理后进行了超声波探伤，未发现缺陷，然后进行精加工，达到图纸技术要求后进行模拟试验，运行约400万次后发现局部表面开裂。开裂部位内腔压力为0～30MPa，脉冲频率为6.667Hz。

由于该零件结构比较复杂，若分析前盲目进行切割，则有可能造成开裂面的不完整，甚至会导致开裂源区重要失效信息丢失，影响整体失效分析。为此，首先对其进行Ｘ射线探伤，初步确定了裂纹的大概位置，发现存在两条长度分别为46mm和103mm的裂纹。然后采用工业CT检测对裂纹进行更精确的定位和3D成像，进一步了解裂纹在零件中的具体位置和范围。

根据Ｘ射线探伤、工业CT的断层扫描以及宏观观察结果，再结合该零件的设计图纸，判断裂纹位置如下图(a)中标识位置，然后规划了切割方案，对试样进行解剖，打开的裂纹面见下图(b)，可见开裂面比较完整，未见塑性变形，可见明显的放射纹，根据放射纹的收敛方向判断裂纹源位于下图(b)中椭圆形标识部位。后经进一步的失效分析，结果表明该压气机在模拟试验前机身内部二级压力腔Ф18mm通孔的过渡圆角处就已经存在老裂纹，即下图(a)中箭头标识处，该裂纹是在热处理过程中形成的，然后在模拟试验过程中于交变应力作用下产生了疲劳扩展。

Ｘ射线衍射分析技术

Ｘ射线衍射分析技术是确定物质的晶体结构、定性和定量物相分析、点阵常数精确测定、应力测定、残余奥氏体含量测定、晶体取向测定等最有效、最准确的方法。Ｘ射线衍射分析技术的特点是：能够反映大量原子的散射行为的统计结果，此结果和材料的宏观性能有良好的对应关系。

物相分析技术

Ｘ射线衍射是通过对材料进行Ｘ射线衍射，分析其衍射图谱，获得材料的成分、材料内部原子或分子的结构或形态等信息的研究手段。Ｘ射线衍射是试样宏观体积（一般为100mm2×10μm）内大量原子行为的统计结果，它与材料的物理、化学及力学性能有直接、密切的关系。

Ｘ射线衍射能确定试样中不同的组成相，包括区分相同物质的同素异构体，也能计算各相的相对含量，这就是物相的定性和定量分析。下图示意了两种TiO2晶体的结晶形态、结构模型以及Ｘ射线衍射谱。

以上文章转载自期刊：无损检测NDT ，作者王荣

作者：王荣，上海材料研究所 教授级高工，主要从事机械装备的失效分析与安全评估工作与研究。

来源：《理化检验-物理分册》2017年8期