射線檢測在壓力容器中的應(yīng)用

1、第18頁射線檢測在壓力容器中的應(yīng)用華東理工大學(xué)畢業(yè)論文（設(shè)計）課 題 射線檢測在壓力容器中的應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)教育學(xué)院學(xué) 院 過程裝備與控制工程教育中心 南化教育中心 專 業(yè) 1303級年 級 學(xué) 號 13335525 姓 名 陳閃閃 指導(dǎo)老師 定稿日期： 2015 年 3 月 9 日 摘 要無損檢測已經(jīng)是工業(yè)生產(chǎn)所不可缺少的過程，它可以決定設(shè)備是否能夠良好運行的保障。本章通過對無損檢測的基本概念的介紹，以及對射線檢測原理、形式等的闡述，讓我們可以更明確的了解。關(guān)鍵詞：無損檢測，射線檢測Abstract請鍵入文字或網(wǎng)站地址，或者上傳文檔。Non-destructive testing has been

2、indispensable to the industrial production process, it can determine whether the device is able to guarantee a good operation. This chapter of the basic concepts of NDT introduction, together with a description of the radiation detection principles, forms, etc. so that we can more clearly understand

3、.Wúsn jincè yjng shì gngyè shngchn su bùk qusho de guòchéng, t ky juédìng shèbèi shìfu nénggòu liángho yùnxíng de bozhàng. Bnzhng tngguò duì wúsn jincè de jbn gàiniàn de jièsh

4、ào, yjí duì shèxiàn jincè yuánl, xíngshì dng de chnshù, ràng wmen ky gèng míngquè de lioji.源語言： 中文Keywords: non-destructive testing, radiation detection principles.目 錄1、緒論51.1無損檢測的含義51.2無損檢測的特點51.3開展無損檢測研究與實踐的意義51.4常用的無損檢測方法62、射線檢

5、測92.1射線及其種類52.2射線檢測的基本原理和特點92.3射線檢測的方法112.3.1照相法112.3.2電離檢測法112.3.3熒光屏直接觀察法112.4焊接中常見的影像特征122.5缺陷位置和大小的確定123、總結(jié)144、參考文獻155、致謝161、 緒論1.1無損檢測的含義所謂無損檢測，就是利用物質(zhì)的聲、光、磁和電等特性，在不損害或不影響被檢測對象使用性能的前提下，檢測被撿對象中是否存在缺陷或不均勻性，給出缺陷的大小、位置、性質(zhì)和數(shù)量等信息，進而判定被檢對象所處技術(shù)狀態(tài)（如合格與否、剩余壽命等）的所有技術(shù)手段的總稱。1.2無損檢測的特點 與破壞性檢測相比，無損檢測具有以下顯著的特點。

6、（1） 非破壞性 檢測不會損害被檢對象的使用性能，因此，無損檢測又稱非破壞檢測。（2） 全面性 由于檢測是非破壞性的，因此必要時可被撿對象進行100%的全面檢測，這是破壞性檢測所不能做到的。（3） 全程性 破壞性檢測一般只適用于對原材料進行檢測，如機械工程中普遍采用的拉伸、壓縮、彎曲、疲勞等破壞性檢驗都是針對制造用原材料進行的，對于產(chǎn)品和在用品，除非不準備讓其繼續(xù)服役，否則是不能進行破壞性檢測的。而無損檢測因為不損壞檢測對象的使用性能，所以，不僅可對制造用原材料、各中間工藝環(huán)節(jié)、直至最終的產(chǎn)成品進行全程檢測，也可對服役中的設(shè)備進行檢測，如橋梁、房屋建筑、各類輸送管道、機械零部件及成套設(shè)備、汽車

7、、機車、飛機、輪船、核反應(yīng)堆、宇航設(shè)備及電力設(shè)備等，都可進行無損檢測。（4） 可靠性問題 目前還沒有一種對所有材料或缺陷都可靠的無損檢測方法，無損檢測結(jié)論的正確性與否還有其特征其他手段的檢驗，其可靠性還有待提高。1.3開展無損檢測研究與實踐的意義無損檢測是工業(yè)發(fā)展必不可少的有效工具，在一定程度上反應(yīng)了一個國家的工業(yè)發(fā)展水平，其重要性已得到公認。美國為保持他在世界上科技方面的領(lǐng)先地位，在1979年的一次政府報告中提出要成立六大技術(shù)中心，其中之一就是無損檢測技術(shù)中心。1981年，美國前總統(tǒng)里根在給美國無損檢測學(xué)會成立40周年大會的賀新中說過“你們能夠給飛機和空間飛行器、發(fā)電廠、船舶、汽車和建筑物等

8、帶來更大程度的可靠性，沒有無損檢測，我們就不能享有目前在這些領(lǐng)域和其他領(lǐng)域領(lǐng)先地位?！痹谖覈?，無損檢測與評價也得到了國家有關(guān)部門的高度重視，不僅成立了專門的學(xué)術(shù)組織，還設(shè)立了專門從事無損檢測的機構(gòu)。在“973”、“863”和國家自然科學(xué)基金等高水平的科研計劃中，都列有無損檢測的課程。開展無損檢測與實踐的意義是多方面的，主要表現(xiàn)在以下方面：（1） 改進生產(chǎn)工藝 采用無損檢測方法對制造用原材料直至最終的產(chǎn)成品進行全程檢測，可以發(fā)現(xiàn)某些工藝環(huán)節(jié)的不足之處，為改進工藝提供指導(dǎo)，從而也一定程度上保證最終產(chǎn)品的質(zhì)量。（2） 提高產(chǎn)品質(zhì)量 無損檢測可對制造產(chǎn)品的原材料、各中間環(huán)節(jié)直至最終的產(chǎn)成品實行全程檢測

9、，為保障最終產(chǎn)品的質(zhì)量奠定了基礎(chǔ)。（3） 降低生產(chǎn)成本 在產(chǎn)品的設(shè)計制造階段，通過無損檢測，將存在缺陷的工件即使清理出去，可免除后續(xù)無效的加工環(huán)節(jié)，減小原材料和能源的消耗，節(jié)約工時，降低生產(chǎn)成本。（4） 保障設(shè)備的安全運行 由于破壞性檢測只能是抽樣檢測，不可能100%的全面現(xiàn)場，所得的檢測結(jié)論只反映同類被檢對象的平均質(zhì)量水平。由于生產(chǎn)工藝的分散性，即使經(jīng)破壞性檢驗為100%的合格品，也不能完全排除其中有不合格品的存在。退一步講，即使所有剛投入運行的設(shè)備100%是完好的，但由于磨損、疲勞和腐蝕等不可避免的因素的作用，設(shè)備在使用過程中，也可能發(fā)生各種各樣的缺陷，如磨損、疲勞損傷、腐蝕、斷裂、裂紋等

10、，危機設(shè)備的安全運行。如何保障在用設(shè)備的安全運行，是擺在我們面前的一個重要課題，對危及人們的生命財產(chǎn)安全的設(shè)備來說尤其如此。顯然，在這方面破壞性檢測是無能為力的。目前，無損檢測技術(shù)在保障設(shè)備的安全完好運行方面，起著舉足輕重的作用。1.4常用的無損檢測方法 常用的無損檢測方法包括射線檢測法(RT Radiological Testing)、超聲檢測法(UT，Ultrasonic Testing)、磁力檢測法(MT， Magnetic particle Testing)、渦流檢測法(ET，Eddy current Testing)、滲透檢測法(PT，Penetrant Testing)等。(1)射

11、線檢測法 射線檢驗是利用射線(X射線、Y射線、中子射線等)穿透物體過程中具有一定的衰減規(guī)律，根據(jù)通過工件各部位衰減后射線強度檢測工件內(nèi)部缺陷的一種方法。不同物體其衰減程度不同，衰減的程度由物體的厚度、物體的材料品種以及射線的種類而定。當(dāng)使用射線種類固定后，衰減后射線強度取決于被檢工件厚度和工件的密度。如工件中含有氣孔時，有氣孔的部分不易吸收射線，不容易透過。相反如果混進容易吸收射線的異物時，這些地方射線就容易透過。(2)超聲波檢測 超聲波在被檢測材料中傳播時，材料的聲學(xué)特性和內(nèi)部組織的變化對超聲波的傳播產(chǎn)生一定的影響，通過對超聲波受影響程度和狀況的探測了解材料性能和結(jié)構(gòu)變化的技術(shù)稱為超聲檢測。

12、 這種方法是利用超聲振動來發(fā)現(xiàn)材料或制件內(nèi)部(或表面)缺陷的。根據(jù)超聲振動的不同調(diào)制方法可劃分為連續(xù)波和脈沖波;根據(jù)不同的振動和傳播方式超聲振動又可分為縱波、橫波、表面波和蘭姆波四種形式;根據(jù)聲的發(fā)射和接收條件的不同，又可分為單探頭法和雙探頭法，這些方法都可用于檢測缺陷。由于超聲檢測具有成本低、可應(yīng)用范圍廣的特點，近些年在國內(nèi)外得到普遍重視和迅速發(fā)展。如自動化超聲檢測在核電站、海底管道、石油化工和大型飛機零件方面發(fā)展很快，這其中包括核電站壓力容器、管道、海底管道和海上平臺腐蝕與氫致裂紋的自動超聲檢測。 由于其成本低、可進行非接觸測量、對被測介質(zhì)無影響，環(huán)境適應(yīng)能力強等，所以應(yīng)用超出其它檢測方法

13、，也非常廣泛，但其也存在對缺餡的定量或定性分析尚存在一定困難，在近表面存在死區(qū)等缺點。 (3)磁力檢測法 磁力檢測法一般可以分為兩種:一是磁粉探傷，二是漏磁探傷。 磁粉探傷的基本原理是:利用焊件磁化后在缺陷的上部會產(chǎn)生不規(guī)則的磁力線這一現(xiàn)象來判斷焊縫中缺陷的位置。當(dāng)焊縫中無缺陷時，磁力線必然是平行地通過焊件，并無不規(guī)則現(xiàn)象，而當(dāng)焊縫中存在缺陷時，磁力線就會圍繞缺陷產(chǎn)生不規(guī)則的畸變。若在焊縫表面撒上細小的針狀鐵粉，則焊縫缺陷上部的鐵粉就會聚集起來，根據(jù)鐵粉的分布情況，就可以確定缺陷的位置。通常人們是在焊縫的表面涂上一層磁粉，然后通電將磁粉磁化，最后根據(jù)磁粉的情況來判斷焊縫中缺陷的位置。 漏磁探傷

14、是采用將鋼管磁化成鐵軌，然后采用檢測器來檢查漏磁。通常選用的檢測器有檢查線圈、霍耳元件、磁敏二極管和磁帶。人們根據(jù)不同的需要來加以選擇。(4)渦流檢測法 渦流檢測的工作原理是:將工件處于交變磁場的作用下，由于電磁感應(yīng)的結(jié)果會在工件中產(chǎn)生渦流。渦流產(chǎn)生的磁場將削弱主磁場，形成疊加磁場。工件中存在的缺陷會使渦流發(fā)生變化，也會使疊加磁場發(fā)生變化，反應(yīng)疊加磁場變化的測量線圈。人們根據(jù)磁場的變化來判斷焊縫的缺陷。鋼管渦流探傷主要是用穿過式線圈來進行檢查，也可用插入管內(nèi)的線圈。在采用穿過型渦流探傷方法檢查鋼管時，所用的檢查裝置通常是由探傷器(線圈)送管設(shè)備、磁飽和裝置以及退磁裝置組成。 渦流檢測在國內(nèi)近年

15、來發(fā)展較快，它適宜生產(chǎn)流水線，能自動地進行金屬材料表面缺陷的檢測和分析，配合現(xiàn)代化分析方法，實現(xiàn)復(fù)雜的渦流信號的分析和缺陷分類，減少了人為誤差，特別對管材表面缺陷的自動化檢測更有它的獨特優(yōu)越性。其微小變化的渦電流經(jīng)放大后用儀表指示出來，便可顯現(xiàn)缺陷的存在與尺寸。(5)滲透檢測法 滲透檢測是一種以毛細現(xiàn)象為基礎(chǔ)，檢查表面開口缺陷的無損檢測方法。包括熒光和著色兩種方法。熒光檢測的原理是將被檢測制品浸入熒光液中，因毛細管現(xiàn)象，在缺陷內(nèi)吸滿了熒光液，除掉表面液體，由于光電效應(yīng)熒光液在紫外線的照射下，發(fā)出可見光而顯現(xiàn)缺陷。著色檢測的原理與熒光檢測相似，它不需專門設(shè)備，只是用顯像粉將吸附在缺陷內(nèi)的著色液吸

16、出零件表面而顯現(xiàn)缺陷。 在以上幾種檢測方法中，磁場、渦流、滲透等方法只適宜檢測表面或近表面的缺陷，其中滲透檢測限于表面開口缺陷，磁粉檢測限于鐵磁性材料，它們對線性缺陷，如裂紋等有較高的靈敏度。超聲檢測對內(nèi)部缺陷較迅速靈敏，但對缺陷的定量或定性分析尚存在一定困難;而且也受工件的形狀或晶粒尺寸等限制。而射線檢測由于直觀、便于定量判定、較高的靈敏度、分辨率和可靠性等特點成為目前廣泛應(yīng)用的檢測方法，其最主要的應(yīng)用是探測設(shè)備內(nèi)部的缺陷。2、 射線檢測1、射線及其種類 所謂射線，是指波長較短的電磁波，或運動速度高、能量大的粒子流。 射線有多種類型，如微波、紅外線、陰極射線、射線、射線和質(zhì)子射線、X射線、射

17、線及中子射線等。陰極射線、射線、射線和質(zhì)子射線等是直接電離輻射所產(chǎn)生帶電離子，由于他們帶電荷，所以在物質(zhì)發(fā)生作用時，要受原子庫侖場的作用而發(fā)生偏轉(zhuǎn)。還會以物質(zhì)中原子激發(fā)、電離或本身產(chǎn)生場致輻射的方式損失其能力，故其穿透本領(lǐng)較差，因而一般不直接用于無損檢測。微波和紅外線的能力很低，不足以引起物質(zhì)發(fā)生電離。利用微波、紅外線進行無損檢測的技術(shù)分別稱為微波檢測和紅外檢測，對紅外檢測將在后面第九章中進行討論。X射線、射線及中子射線等是間接電離輻射所產(chǎn)生的不帶電的離子。由于他們都屬于電中性，不會受到庫侖場的影響而發(fā)生偏轉(zhuǎn)，且貫穿物質(zhì)的本領(lǐng)較強，故被廣泛的用于無損檢測。通常所說的射線檢測就是指X射線、射線及

18、中子射線檢測。由于X射線檢測和射線檢測有很多相似之處，所以，如不特別說明，對X射線檢測的有關(guān)討論同樣適用于射線檢測。2、射線檢測的基本原理和特點 2.1原理 射線在穿過物質(zhì)的過程中將發(fā)生衰減而使其強度降低，衰減的程度取決于被檢材料的種類、射線種類以及所穿透的距離。當(dāng)把強度均勻的射線射到物體上一個側(cè)面時，由于各部位對入射射線的衰減不同，透射射線的強度分布將不均勻。這樣，采用照相、熒光屏觀察等手段，通過在物體的另一測檢測射線在穿過物體后的強度分布，就可檢測出物體表面或內(nèi)部的缺陷，包括缺陷的種類、大小和分狀況。射線檢測的基本原理如圖2-1所示。2.2、射線檢測的特點與其他檢測方法相比，射線檢測的主要

19、優(yōu)點如下：（1） 檢測結(jié)果直觀。射線檢測輸出的是圖像信息，該圖像與試樣（包括其中缺陷）有比較好的對應(yīng)，兩者之間近似幾何投影關(guān)系，因此，對檢測結(jié)果的解析比較容易。（2） 缺陷定性比較容易，定量、定位也比較方便。射線檢測能比較直觀地判別氣孔、夾雜、裂紋等缺陷類型及其大?。ㄉ渚€投影方向的平面尺寸），缺陷水平位置的確定很容易，垂直位置（深度方向的位置）的確定也不難。（3） 檢測結(jié)果可以保存。射線檢測結(jié)果可以制成膠片或生成數(shù)據(jù)文件，可以長期保存。（4） 使用對象廣，對材料的種類（金屬、非金屬、復(fù)合材料）及工件的形狀幾乎沒有限制。射線檢測的局限性如下：（1） 檢測成本較高。射線檢測不僅有X射線探傷機等設(shè)備

20、的損耗費用，還有膠片等物品的消耗，因而檢測費用比較高。（2） 對體積型缺陷的檢測靈敏度較高，對平面型缺陷的檢測靈敏度角度，如當(dāng)射線方向與平面缺陷（如裂紋）垂直時就很難檢測出來，只有當(dāng)裂紋與射線方向平行時才能對其進行有效地檢測。（3） 需雙面檢測法檢測。常規(guī)射線檢測的入射和出射分別在被檢件的相對兩側(cè)，這使某些條件下的射線檢測很方便。（4） 存在安全隱患，應(yīng)注意射線防護。無論哪種射線，都能對生物造成傷害，對X射線而言，只要X射線機在工作，在其附近的人員就有受輻射傷害的危險；而同位素射線（射線）是源源不斷的發(fā)生射線的，所以其輻射危險時存在。而且，射線不只是筆直的向前輻射，他還可通過被檢物、周圍的墻壁

21、、地板以及天花板等障礙物進行反射與透射傳播，從而增大了其危害性。因此，射線檢測中的安全防護工作特別重要。3、射線檢測的基本原理和特點強度均勻的射線透過被檢工件后，對其強度的檢測又多種方法，如膠片照相法、熒光屏直接觀察法、電視觀察法、電離檢測法等傳統(tǒng)方法，以及目前正逐步興起的射線CT、直接數(shù)字成像和射線實時成像等方法，此處只介紹膠片照相法、電離檢測法、熒光屏直接觀察法和電視觀察法。3.1照相法 目前，射線檢測的照相法有膠片照相法和CCD直接成像等多種，他們之間的主要差別源于檢測射線的介質(zhì)不同，因此在檢測速度和檢測靈敏度等方面也有所差異。3.1.1膠片照相檢測法的原理將感光材料（膠片）置于被檢測試

22、件后面，用來接收透過試件后的射線，因為膠片乳劑的攝影作用與感受到的射線強度有直接的關(guān)系，經(jīng)過暗室處理后，就會得到被檢測物的結(jié)構(gòu)影像。根據(jù)底片上影像的形狀和黑度的不均勻情況來評定材料中有無缺陷及缺陷的性質(zhì)、形狀、大小和位置。3.1.2照片照相檢測法的特點照相法的優(yōu)點是靈敏度高、結(jié)果直觀、重復(fù)性好、檢測結(jié)果可長期保存等；其不足之處在于檢測過程比較慢，且有膠片的消耗，因而檢測費用相對較高。3.2電離檢測法3.2.1電離檢測法的工作原理當(dāng)設(shè)想你通過氣體時，將與氣體分子撞擊使其失去電子而電離，生成正離子，有的氣體分子得到電子而生成負離子，此即氣體的電離效應(yīng)。氣體的電離效應(yīng)將產(chǎn)生電離電流，電離電流的大小與

23、射線的強度有關(guān)。如果讓透過試件的射線在通過電離室進行射線強度的測量，便可以根據(jù)電離室內(nèi)電離電流的強度分布來判斷試件的完整性。檢測時，可用探頭（電離室）接收射線，并將其轉(zhuǎn)換為電信號，經(jīng)放大、濾波等調(diào)理后輸出。3.2.2電離法的特點電離檢測法的自動化程度高，可對被檢件進行自動、連續(xù)檢測，檢測成本低，但只適用于形狀簡單、外表平整的工件，缺陷定性比較困難。因此在探傷方面應(yīng)用較少，但可制成專用設(shè)備。3.3熒光屏直接觀察法將透過試件的射線透射到涂有熒光物質(zhì)（如ZnS/CaS）的熒光屏上時，在熒光屏上會激發(fā)出熒光來，成為可見影像，由此直辨認被檢件中是否存在缺陷。普通熒光屏直接觀察法的相對檢測靈敏度約為7%，

24、采用電子聚焦熒光輝度倍增管配合小焦點的X射線機，使熒光屏上的亮度、清晰度增加，檢測靈敏度可達2%3%。從熒光屏上觀察到的缺陷等影響，如果需要，可用相機等設(shè)備拍攝下來。熒光屏直接觀察法成本低、效率高、可連續(xù)檢測等優(yōu)點，適用于形狀簡單、要求不嚴格的產(chǎn)品檢測。4、焊件中常見的影像特征（1） 氣孔 底片上氣孔的分布情況不一，有密集的，單個的和鏈狀的。（2） 夾渣 是在熔焊過程中產(chǎn)生的金屬氧化物或非金屬夾雜物來不及浮出表面，停留在焊縫內(nèi)部而形成的缺陷，故分為非金屬夾渣和金屬夾渣兩種。前者在底片上呈不規(guī)則的黑色塊狀、條狀和點狀，影像密度較均勻；鎢極氬弧焊中飯產(chǎn)生的鎢夾渣等，在底片上呈白色的斑點。（3） 為

25、焊透 分根部未焊透和中間未焊透兩種。前者產(chǎn)生于單面焊縫的根部，如直邊對接單面焊縫，V型坡口單面焊縫和直邊角焊縫的根部。后者產(chǎn)生于雙面焊縫的中間直邊部分。如直邊雙面焊縫、X型坡口雙面焊縫和丁字雙面焊縫等。未焊透內(nèi)部常有夾渣。未焊透在底片上呈平行于焊縫方向的連續(xù)的或間斷的黑線，還可能呈斷續(xù)點狀，黑度深淺不一。（4） 未熔合 分邊緣（坡口）未熔合和層間未熔合兩種，前者是母材與焊條材料之間未熔合，期間形成縫隙或夾渣。在底片上呈直線狀的黑色條紋，位置偏離焊縫中心，靠近坡口邊緣一邊的密度較大且直。對于V形坡口，沿坡口方向透照較易發(fā)現(xiàn)。未熔合在底片上呈黑色條紋，但不很長，有時與非金屬焊渣相似。（5） 裂紋

26、主要是在熔焊冷卻時因熱應(yīng)力和相變應(yīng)力而產(chǎn)生的，也有在矯正或疲勞過程中產(chǎn)生的，是危險性最大的一種缺陷。焊件裂紋在底片上的影像與鑄件的基本相同，其分布區(qū)域自然是在焊縫上及其附近的熱影響區(qū)，尤其以起弧處、收弧處及接頭處最易產(chǎn)生。方向可以是橫向的、縱向的或任意方向的。5、缺陷位置和大小的確定1缺陷定位缺陷位置包括水平位置和垂直位置兩個方面，其中，缺陷在工件中的水平位置的確定比較簡便，根據(jù)簡單的幾何投影關(guān)系即可以確定。為了確定缺陷的深度，必須進行兩次不同方向的照射。兩次透射時焦距F應(yīng)保持不變或移動射線機，或移動被檢測件，如下圖所示：（a）移動射線管頭 （b）移動被檢試件 二次曝光法對于一些薄、小且規(guī)則的

27、工件，也可以將工件轉(zhuǎn)90°進行第二次透照，將兩次透照后的膠片進行比較，便能看出埋藏深度，如下圖所示：工件轉(zhuǎn)向透照2、缺陷定量缺陷定位后，也可以粗略求出垂直于射線束方向的缺陷平面尺寸大小，如圖所示，假如此缺陷在垂直于射線方向的平面坐標(biāo)上的真正長度為x，而投影到底片上的影像坐標(biāo)長度為m，則有x=H-hHm為確定缺陷的厚度（即平行于射線方向的缺陷尺寸），需要將工件旋轉(zhuǎn)90°后再次透照，采用前述平面尺寸的確定方法完成。3、總 結(jié)焊接已經(jīng)是設(shè)備制造所必不可少的環(huán)節(jié)，而想要保證焊接的質(zhì)量就要通過無損檢測來解決，文章介紹了射線探傷的基本形式，射線探傷作為壓力容器中的核心，是必不可少的。（1） 檢測方法很多，在壓力容器制造廠一般都是以照片照相檢測法。（2） 膠片影像種類繁多，記住各自特點，得以區(qū)分。4、參考文獻1 鄭世才.無損檢測手冊 第3篇 射線檢測【M】.北京：機械工業(yè)出版社，2002.59.2 ISO 11699-1:1