射線檢測方法學習課件

1、3-2 X射線檢測方法 X射線照相能夠得到工件內(nèi)部狀況的二維圖象， 但是由于幾何關(guān)系二維投影像不可能完全真實地 反映工件內(nèi)部真實的缺陷形狀和大小。 這是由于焦點、焦距和缺陷位置等因素的影響， 有可能產(chǎn)生放大、畸變、重疊、半影等情況，必 須根據(jù)實際情況作出恰當?shù)呐袛唷?3-2-1 X射線機 X射線機按其結(jié)構(gòu)形式大致可分為兩大類：移 動式X射線機和攜帶式X射線機。 移動式X射線機的管電壓可達420kV，攜帶式X 射線機的管電壓一般可達300kV。 兩者在結(jié)構(gòu)上和應用上都有些不同。 (1) 移動式X射線機 X射線管放在充滿冷卻、絕緣油的管頭內(nèi)， 高壓發(fā)生器用油浸在高壓柜內(nèi)，X射線管用強制 循環(huán)油冷卻

2、。 移動式X射線機的體積和重量一般都比較大， 適用于實驗室、車間等固定場所，可用于透照 比較厚的工件。 (2) 攜帶式X射線機 X射線管和高壓發(fā)生器放在一起，沒有高壓電 纜和整流裝置。因此體積小、重量輕，適用于 流動性檢驗或?qū)Υ笮驮O備的現(xiàn)場探傷。 同時X射線機也可按射線束輻射方向分為定 向輻射和周向輻射兩種。 其中周向X射線機特別適用于管道、鍋爐和壓 力容器的環(huán)形焊縫檢測，由于一次曝光可以檢 測整條焊縫，工作效率顯著提高。 此外，還有一些特殊用途的X射線機，如軟X 射線機，管電壓60kV以下，可用于檢測金屬薄 件、非金屬材料等低原子序數(shù)物質(zhì)的內(nèi)部缺陷。 微焦點X射線機，焦點尺寸0.010.1m

3、m，最 小可達0.005mm，適用于檢測半導體器件、集 成電路，陶瓷等內(nèi)部結(jié)構(gòu)和焊接質(zhì)量。 X射線管是X射線探傷裝置的核心，一臺X射線 探傷機的優(yōu)劣主要是看其X射線管的技術(shù)性能。 如穿透能力，透照清晰度，使用壽命等，這些 都與X射線管的質(zhì)量直接有關(guān)。 X射線管的陰極起著發(fā)射電子和聚焦電子的作 用，由發(fā)射電子鎢絲和聚焦電子的凹面組成。 陽極焦點的形成取決于陰極的形狀，陰極頭的 形狀、大小、凹面直徑、深度、燈絲直徑和位置 都對X射線焦點的形狀和大小有直接影響。 鎢絲的溫度決定于加熱電流強度，當達到一定 管電壓而管電流不再增加時，稱為飽和電流。 發(fā)射X射線過程中90%以上能量轉(zhuǎn)換成熱，因 此在陽極構(gòu)

4、造上特別要考慮耐高溫和散熱。 一般陽極靶與管軸 垂直方向約成20o傾 斜角，X射線束則形 成一個約40o圓錐向 外輻射，其強度與 均勻度如圖所示。 X射線窗口中心部 位 的 射 線 強 度 為 100%時，靠近陰極 側(cè)的射線強度比陽極 側(cè)偏高。因此一般透 照焊縫時，盡量使焊 縫垂直于X射線管軸 線，以獲得曝光均勻 的底片。 X射線管焦點是決定X射線管光學特性好壞的重 要標志，焦點大小直接影響探傷靈敏度。由于多 數(shù)X射線管的陰極形狀是線焦點，在陽極靶面上 呈長方形，X射線從這個長方形射線源發(fā)出。 這就是實際焦點。當靶面與X射線管軸線的垂直 線之間傾斜20o時，其有效焦點面積約為實際焦 點面積的三

5、分之一。 X射線照相靈敏度與有效焦點直接有關(guān)，實際 焦點面積大對散熱有利，有效焦點面積小對透照 靈敏度有利。一般所說的是指有效焦點。 常用有效焦點2.32.3、33、44 (mm)等 尺寸，采用特殊的磁聚焦方法可以使有效焦點尺 寸達到0.10.2mm 新出廠或存放一段時間的X線管必須經(jīng)過訓 練試驗，將管內(nèi)氣體吸收掉才能正常使用。 小焦點X射線管雖然具有探傷靈敏度高，透照 清晰的優(yōu)點，但是由于焦點面積小，陽極靶很 容易因局部過熱而被燒壞。 一般大型X射線管(如1400kV)常常采用大小不 同的兩個焦點，即所謂雙焦點X射線管。 這樣對一般射線檢測可用大焦點，要求靈敏 度高時可用小焦點，提供了選擇余

6、地。 普通X射線管的射線束一般為40o圓錐角，透 照范圍比較小。為了提高透射效率，可采用 360o輻射的周向X射線管。 金屬-陶瓷X射線管是X射線管制造上的一次重大 變革，這種管子結(jié)構(gòu)簡單，如圖所示。 金屬-陶瓷組件被熔接在金屬管內(nèi)以形成真空密 封，并且為陰極和陽極提供機械支承，起到兩 極絕緣，提供高壓電纜聯(lián)接插座。這種射線管 的優(yōu)點是尺寸小、重量輕、耐機械振動。 選擇X射線機要考慮其透過力、可搬動性、焦點 尺寸、管電流大小、X射線束形狀等。穿透能力 取決于X射線的能量或波長，管電壓愈高則射線 透過能力愈強。 被透照物質(zhì)的原子序數(shù)和密度愈大，則對射線 的吸收也愈大，因此需選用較高的管電壓。 X

7、射線機發(fā)展的趨勢是繼續(xù)向小型化、輕型化 發(fā)展，以及隨著微機應用的普及一般X射線機的 操縱箱采用微機控制。 工件工件 膠片膠片增感屏增感屏暗合暗合 射線源射線源 像質(zhì)計像質(zhì)計 底片底片 像質(zhì)計像質(zhì)計 3-2-2 象質(zhì)計與幾何不清晰度 (1) 靈敏度與象質(zhì)計 射線照相靈敏度是指在射線透照的底片上所能 發(fā)現(xiàn)的工件中沿射線穿透方向上最小缺陷的尺寸， 稱為絕對靈敏度。 工件工件 膠片膠片增感屏增感屏暗合暗合 射線源射線源 像質(zhì)計像質(zhì)計 底片底片 像質(zhì)計像質(zhì)計 由于射線照相時，不同厚度工件所能發(fā)現(xiàn)缺陷的 最小尺寸不同，比較薄的工件容易發(fā)現(xiàn)細小缺陷， 厚工件則只能發(fā)現(xiàn)尺寸稍大一些的缺陷。 因此，采用絕對靈敏

8、度往往不能反映不同厚度 工件的透照質(zhì)量。 用所能發(fā)觀的最小缺陷尺寸占被透照工件厚度 的百分比表示，則更能反映不同厚度工件的透照 質(zhì)量，這稱為相對靈敏度或百分比靈敏度。 目前一般所說的X射線照相靈敏度，都是指相 對靈敏度。 但在射線照相前，被透照工件中所能發(fā)現(xiàn)的 最小缺陷尺寸是無法知道的，一般采用帶有人 工缺陷的象質(zhì)計來確定透照靈敏度。 象質(zhì)計的材質(zhì)應與被透照工件相同，目前國內(nèi) 外采用的主要有3種象質(zhì)計即槽狀象質(zhì)計、孔型 象質(zhì)計和金屬絲象質(zhì)計。 金屬絲象質(zhì)計是以一系列直徑不同的金屬絲 所組成，利用在底片上顯示金屬絲的粗細來評 價透照質(zhì)量。 金屬絲象質(zhì)計制作簡單、使用方便，在國內(nèi) 外得到廣泛采用。

9、 工件工件 膠片膠片增感屏增感屏暗合暗合 射線源射線源 像質(zhì)計像質(zhì)計 底片底片 像質(zhì)計像質(zhì)計 1號象質(zhì)計鋼絲(0.10.4mm)，用于透照厚度 20mm以下鋼件；2號象質(zhì)計(0.251.0mm)， 用于透照厚度560mm鋼件；3號象質(zhì)計(0.8 3.2mm)，用于透照厚度501 100mm鋼件。 工件工件 膠片膠片增感屏增感屏暗合暗合 射線源射線源 像質(zhì)計像質(zhì)計 底片底片 像質(zhì)計像質(zhì)計 采用金屬絲象質(zhì)計時，透照靈敏度按下式計算 一般要求靈敏度小于等于2%，要求高的在一 定厚度范圍內(nèi)要達到1%。 %100 透照部位最大厚度 絲直徑底片上觀察到最細金屬 底片靈敏度 按標準我國X射線照相質(zhì)量分為3級

10、： A級成象質(zhì)量一般，適用于承載負荷較小的 產(chǎn)品與部件。 AB級成象質(zhì)量較高，適用于鍋爐和壓力容器 產(chǎn)品與部件。 B級成象質(zhì)量最高，適用于航天及核設備等 極為重要的產(chǎn)品與部件。 象質(zhì)計要放在工件靠近射線源的表面。 與放在靠近膠片一面表面上相比，在相同透 照條件下，靠膠片容易顯示更細的金屬絲。 因為愈靠近膠片半影愈小、成象愈清楚。同 樣，工件中相同性質(zhì)和大小的缺陷越靠近膠片 時越容易在底片上發(fā)現(xiàn)。 所以將象質(zhì)計放在工件靠近射線源表面上透 照后、能在底片上顯示出來，說明工件中遠離 膠片的缺陷也能在底片上顯示出來。 其次，象質(zhì)計應放在接近膠片的一端，而不是 在膠片中心。因為象質(zhì)計放在中心部位時靈敏度

11、 夠了，不能說明邊緣部分靈敏度也夠。 當把象質(zhì)計放在膠片一端時靈敏度達2%，則 說明整個底片的靈敏度都夠了。 每張底片原則上都必須有象質(zhì)計，當采用周向 360o等距離透照時，可每隔90o放一象質(zhì)計。 (2) 幾何不清晰度 影響射線透照靈敏度的因素之一是幾何不清 晰度，與射線源尺寸有關(guān)。 在進行透照時，缺陷在底片上影象邊緣會出現(xiàn) 半影。幾何不清晰度可用半影寬度Ug度量，缺 陷遠離膠片時在底片上形成的半影最大。 可按下式計算半影寬度 式中d-射源尺寸 b-工件厚度 f-透照焦距 bf db U g 工件厚度b一定 時，欲減小半影 寬度U g，主要因 素是射源尺寸d和 焦距f的大小。 焦距即射源至工

12、 件表面的距離。 bf db U g 射線源愈小、焦 距愈大時，半影 就愈小。 但焦距大則射線 強度低，即曝光 時間延長，既降 低檢測效率又增 加散射線。 實際工作中，要 綜合考慮。 幾何不清晰度允 許值也可用圖中曲 線表示。 由于焦距不能過 大，這就是在射線 照相中為什么希望 盡量采用小焦點X 射線機的道理。 (3)射線能量的選擇 射線能量決定于管電壓，管電壓愈高則射線 能量愈大，探傷時穿透能力愈強。 射線能量不僅與被透照工件厚度有關(guān)，而且 與透照靈敏度有關(guān)。 在能夠透過工件的前提下，盡量采用較低管 電壓，以便提高底片靈敏度和射線照相質(zhì)量。 缺陷部位與無缺陷部位的黑度差取決于膠片 上射線強度

13、差，強度差取決于衰減系數(shù)，衰減 系數(shù)愈大則射線強度差愈大。 衰減系數(shù)與射線波長是三次方正比關(guān)系，射 線能量愈大，衰減系數(shù)愈小。 缺陷影象缺陷影象 底片底片 在能穿透工件的情況下，盡量采用較低的管 電壓，減少射線能量。 此時被透照工件對射線的吸收能力增強，這 就使有缺陷部位和無缺陷部位的黑白對比度增 大，從而提高了底片靈敏度。 缺陷影象缺陷影象 底片底片 此外，管電壓愈高，它使底片產(chǎn)生的固有不清 晰度愈大，有時稱為膠片不清晰度，它與射線 的能量有關(guān)。表為固有不清晰度的實驗值。 為防止管電壓過高使底片質(zhì)量下降，在射線檢測 標準中，對不同材料各種厚度允許的最高管電壓 作了限制，如圖所示 在射線檢測標

14、準中，對不同材料各種厚度允許 的最低管電壓沒有限制，但也不宜過低。 因為X射線強度與被照射面到射線源之間的距 離的平方成反比。 管電壓較低，襯度較高，顯示多層次厚度的能 力降低了，射線檢測的寬容度降低了。 對于多層次厚度工件(如小口徑金屬管)，采用 較高管電壓，適當犧牲襯度，提高寬容度。 3-2-3 增感屏與膠片的選擇 (1) 增感屏的選擇 射線可以使膠片感光，但只有一小部分與感光 膠片上的AgBr起光化作用而使膠片感光。 這將使實際透照時間大大延長，對厚工件甚至 無法使底片得到滿意的黑度。 工件工件 缺陷缺陷 膠片膠片增感屏增感屏暗盒暗盒 射線源射線源 在射線探傷時，常常要在膠片兩側(cè)貼加增感

15、屏， 以增加膠片感光速度，減少透照時間。 當X射線透照時增感屏產(chǎn)生熒光，除了射線直 接使膠片感光外，熒光又使膠片感光。 一般采用增感因子，來表示增感屏增感作用的 強弱，即 間有增感屏時所需暴光時 間無增感屏時所需暴光時 K 工件工件 缺陷缺陷 膠片膠片增感屏增感屏暗盒暗盒 射線源射線源 以往X射線照相采用熒光增感屏，熒光物質(zhì)所 發(fā)熒光強度與所照射的射線強度成正比，可以增 加膠片的感光速度、縮短曝光時間。 工件工件 缺陷缺陷 膠片膠片增感屏增感屏暗盒暗盒 射線源射線源 熒光增感屏常用的熒光物質(zhì)是鎢酸鈣，當X射 線透照時，鎢酸鈣增感屏能吸收40%50%的X 射線能量并把它轉(zhuǎn)變成熒光。 熒光增感屏的

16、增感系數(shù)大致1060，熒光物質(zhì) 會降低影象的清晰度，從而降低底片靈敏度。 工件工件 缺陷缺陷 膠片膠片增感屏增感屏暗盒暗盒 射線源射線源 在X射線探傷中，現(xiàn)在用得比較普遍的是金屬 增感屏(金屬箔)。 金屬增感屏的增感作用，主要是射線對屏照射 后能產(chǎn)生二次電子和金屬標識X射線，它們將增 加膠片感光。 金屬增感屏的增感因子為27 工件工件 缺陷缺陷 膠片膠片增感屏增感屏暗盒暗盒 射線源射線源 金屬增感屏的增感因子雖然不高，但影象很清 晰。因為它除了本身晶粒細小外，還能吸收一 部分干擾影象的散亂射線。 欲獲得較高清晰度和靈敏度的底片時，應采用 金屬增感屏。常用的金屬增感屏是鉛屏，也可 以用其它材料。

17、 金屬增感屏的增感因素大小與射線軟硬、屏的 成分、厚度以及膠片特性有關(guān)。 對軟X射線來說，金屬增感屏實際上不能縮短 曝光時間，射線愈硬、增感因素愈明顯。 采用射線照相時由于散射線嚴重，必須采用 金屬增感屏增感。 在透照時，增感屏與膠片的貼緊對增感屏的使 用效果極為重要。如果在透照時增感屏與膠片 之間有間隙，則將大大降低增感效果。 (2) 膠片的選擇 與一般攝影用膠片相比，射線檢測用的膠片是 在片基兩面都涂有比較厚的乳劑層，這是為了 吸收更多的射線能量。 在射線照射下、乳劑溴化銀將因光化作用而分 解成銀和溴，隨射線能量強弱而析出不同量的 金屬銀，形成了所謂潛象。 然后經(jīng)過顯影作用使?jié)撓筮€原成可見

18、象，是黑 色的金屬銀，在底片上所得到的影象就是由這 些金屬銀所組成的。 膠片經(jīng)顯影后未被顯影而仍帶有能感光的溴化 銀粒子，要用另外的藥品把它溶解掉，這種處 理稱為定影。 膠片的暗室處理包括顯影、中間沖洗、定影、 水洗和烘干。 射線檢測用膠片的暗室處理與可見光用膠片的 暗室處理類似。 膠片經(jīng)上述處理后，就可得到具有黑色影象的 底片，由密度不同的黑色金屬銀所組成，銀密度 愈大則透光率愈低，看上去愈黑。 可見光透過底片的程度也反映了底片黑的程度， 底片愈黑、可見光透過率愈小。 用透過率T的倒數(shù)的常用對數(shù)來表示底片上各 點黑化的程度，稱為底片黑度D 式中 I0-原有可見光強，I-透過底片后可見光強。

19、黑度D=1意義是只有l(wèi)/10光線透過底片，D=2則 只透過1/100光線，D=3則只透過1/1000光線 I I T D 0 lg 1 lg 下圖是兩組實驗曲線，圖a是非增感膠片黑度與 襯度關(guān)系曲線，兩者呈線性關(guān)系，斜率隨所用膠 片種類和增感屏種類不同而變化。 圖b是增感膠片的黑度與襯度關(guān)系曲線，不呈線 性關(guān)系，曲線具有極大值。 該圖是黑度與工件 厚度和曝光量之間關(guān) 系，為了利用曲線直 線部分，黑度應選在 1.5以上。 底片黑度值可以用測微光度計測定。底片黑度主 要與射線照相時的曝光量有關(guān)，曝光量愈大時底 片黑度愈大，但兩者之間不是簡單的遞增關(guān)系 圖示為膠片特性曲線，用以評價膠片感光度、對 比

20、度和灰霧度等。X射線照射量的絕對值很難測 定，常用照射量相對值的對數(shù)lgE作橫軸 特性曲線因膠片種類而異，例如圖中所示分別為 增感膠片和非增感膠片的不同特性曲線 曲線上任意點切線與橫軸夾角正切值，稱為襯 度系數(shù)(膠片反差或膠片對比度)，可表示 12 12 lglg tan EE DD 對于兩種不同特性曲線的膠片，同樣射線強度 差所得到的底片黑度差不一樣。 襯度系數(shù)大的膠片，底片上缺陷與基本金屬黑 度差大，缺陷影象明顯；反之則不明顯。 襯度系數(shù)高的感光膠片透照靈敏度高，在選擇 膠片時是應考慮該因素。 X射線底片的襯度除與膠片種類有關(guān)外，還與 顯影液的成分有關(guān)，如高襯度顯影液可獲得高襯 度的X射線

21、底片。 因此對任何一種膠片都應按其要求的顯影配方 和條件進行顯影。 為了適應各種不同射線照相的需要，生產(chǎn)了各 種不同性能的膠片。 根據(jù)需要進行選擇，原則上選用高襯度、細粒 度和低灰霧度膠片，膠片質(zhì)量應該穩(wěn)定。 為了排除由于膠片本身的毛病而誤認為是被檢 工件中的缺陷，可把兩張膠片合起來照相。 國內(nèi)外常用的射線檢測用膠片按溴化銀的粒度 大體可分為3類。 J1類：包括超微粒膠片和微粒膠片兩種，超 微粒膠片照相速度最慢，用鉛屏增感適用于特 別重要的零部件 J2類：細顆粒膠片，照相速度比較快，一般 采用金屬增感屏，滿足靈敏度要求時也可采用 熒光增感屏，適用于一般零部件 J3類：粗顆粒膠片，照相速度快，適

22、用于需 要感光速度快，照相質(zhì)量要求不高的零部件 3-2-4 散亂射線的遮蔽與曝光曲線 (1) 散亂射線的遮蔽 照射到膠片上的射線不僅是有用的透過線， 還有一些散亂射線也使膠片曝光。 工件工件 缺陷缺陷 膠片膠片增感屏增感屏暗盒暗盒 射線源射線源 由于散亂射線的曝光會使底片增加黑度，降低 襯度，降低了底片的質(zhì)量和靈敏度，因此在射線 照相中應盡可能遮蔽有害的散亂射線。 工件工件 缺陷缺陷 膠片膠片增感屏增感屏暗盒暗盒 射線源射線源 散亂射線是由于X射線透過工件時，會產(chǎn)生彈 性散射和康普頓散射，也會產(chǎn)生二次X射線等。 工件工件 缺陷缺陷 膠片膠片增感屏增感屏暗盒暗盒 射線源射線源 當膠片與被檢工件不

23、緊貼在一起時，來自膠片 前方的散亂射線的影響更為嚴重。 另外在射線照相時，各種障礙產(chǎn)生的亂反射也 會從膠片的后方或側(cè)面來影響底片質(zhì)量。 工件工件 缺陷缺陷 膠片膠片增感屏增感屏暗盒暗盒 射線源射線源 在一般情況下，膠片應盡可能與工件貼緊，這 不僅可以提高影象清晰度，而且可以減少前方和 側(cè)面散亂射線的照射。 常用鉛板來遮蔽散亂射線，一般X射線照相用 遮蔽散亂射線的鉛板厚度為34mm 工件工件 缺陷缺陷 膠片膠片增感屏增感屏暗盒暗盒 射線源射線源 應采用鉛窗口、光欄或圓錐鉛筒控制射線源放 出的射線束，減少照射范圍，使X射線盡可能只 照射在被透照位置上，以減少亂反射的影響。 工件工件 缺陷缺陷 膠片

24、膠片增感屏增感屏暗盒暗盒 射線源射線源 為了檢查背面鉛板對后方散亂射線遮擋是否可 靠，在膠片暗盒背面附置一個特殊標記(l.6mm厚 和13mm高的鉛字B)，以正常方式攝取照片。 如果照片較黑背景上出現(xiàn)該標記的淡影象，說 明背散射防護不足，必須采取其它預防措施。 工件工件 缺陷缺陷 膠片膠片增感屏增感屏暗盒暗盒 射線源射線源 采用增感屏來遮蔽散亂射線效果明顯，根據(jù)不同 射線源來選用不同材料和厚度的增感屏，具體關(guān) 系如表所示。 (2) 曝光曲線 曝光曲線是反映被檢工件厚度、管電壓與曝光 量(管電流與曝光時間乘積)三者之間關(guān)系曲線 根據(jù)曝光曲線可以針對不同厚度工件選用不同 的管電壓、管電流和透照時間進行透照，以保 證底片質(zhì)量。 一條曝光曲線一般僅適用于一定條件，當條件 改變時，就需另外制作曝光曲線。 制作曝光曲線時應固定一些影響底片黑度和靈 敏度的因素，如被檢工件材質(zhì)、X射線機型號、 膠片種類、增感屏類型、透照條件、顯影和定 影條件等。 獲 得 一 張 質(zhì) 量符合要求的 射線底片，必 須從各個方面 來保證射線照 相的靈敏度。 影 響 照 相 靈 敏度的因素可 總結(jié)如圖 X射線管是X射線探傷裝置的核心，一臺X射線 探傷機的優(yōu)劣主要是看其X射線管的技術(shù)性能。 如穿透能力，透照清晰度，使用壽命等，這些 都與X射線管的質(zhì)量直接有關(guān)。 X射線管的陰極起著發(fā)射電