射線無損檢測

1、1、 X射線的發(fā)現(xiàn)：1895年，倫琴在做實驗時偶然發(fā)現(xiàn)了一種尚未為人所知的射線。他發(fā)現(xiàn)這種射線的穿透能力很強，可以穿透千頁書、23厘米厚的木板，甚至可以穿透肌肉照出手骨輪廓。這留下了一張經(jīng)典的照片，底片上清晰的呈現(xiàn)出他夫人的手骨像，手指上的戒指也清清楚楚。2、 X射線的產(chǎn)生：當(dāng)高速運動著的電子被物質(zhì)截制時，電子的運動速度急劇減小，根據(jù)電磁場理論，運動電荷的狀態(tài)變化時，必須伴隨有電磁效應(yīng)，電子原有一部分或全部動能就會轉(zhuǎn)換成另一種能量，以電磁波的形式輻射，此即韌致輻射。在射線探傷法中，X射線是在一定的條件下，由陰級射出的高速電子撞擊陽極金屬靶發(fā)生韌致輻射效應(yīng)而產(chǎn)生的。常規(guī)的X射線發(fā)生裝置如下圖所示

2、1-高壓變壓器 2-鎢絲變壓器 3-X射線管 4-陽極5-陰極 6-電子 7-X射線3、X射線的性質(zhì)X射線與可見光在本質(zhì)上完全相同，但X射線的光子能量遠(yuǎn)大于可見光，所以在性質(zhì)上它們又存在明顯的不同。X射線的主要性質(zhì)可以歸納為下列幾個方面： (1)在真空中以光速直線傳播，不受電場或磁場的影響； (2)在媒質(zhì)界面可以發(fā)生反射、折射，但其反射、折射與可見光有很大差別。對于常見的媒質(zhì)，X射線不能產(chǎn)生可見光那樣的鏡面反射，因為媒質(zhì)界面對它來說太粗糙了，X射線從一種媒質(zhì)進(jìn)入另一種媒質(zhì)時也將發(fā)生折射，但折射率幾乎就等于1； (3) X射線也可以發(fā)生干涉、衍射現(xiàn)象，但由于X射線的波長遠(yuǎn)小于可見光的波長，所以干

3、涉、衍射現(xiàn)象只有對極微小的孔、狹縫等才能觀察到；(4)與可見光不同，X射線人的眼睛是不可見的，并且它能穿透可見光不能穿透的物體（即對可見光是不透明的物體）。短波長的X射線稱為硬X射線，其光子的能量大，穿透物體的能力強；較長波長的X射線稱為軟X射線，其穿透物體的能力較弱；(5)當(dāng)X射線作用于物體時，將與物體發(fā)生復(fù)雜的物理作用和化學(xué)作用。它可使物質(zhì)原子發(fā)生電離、使某些物質(zhì)發(fā)出熒光、也可能產(chǎn)生光化學(xué)反應(yīng)等； (6)具有輻射生物效應(yīng)，能夠殺傷生物細(xì)胞，損害生物組織，危及生物器官的正常功能4、X射線的應(yīng)用 X射線可以用于醫(yī)療診斷、晶體分析、工業(yè)探傷等多種領(lǐng)域。X射線在焊接檢測上的應(yīng)用也由來已久，自從倫琴

4、1895年發(fā)現(xiàn)X射線以來，1900 年X射線膠片問世；1922 年始建工業(yè)X射線實驗室；1930 年美國ASME認(rèn)可鍋爐焊縫射線照相檢測；1940 年工業(yè)專業(yè)X射線膠片問世；1980 年工業(yè)射線電視與工業(yè)CT問世。如今X射線探傷已被廣泛應(yīng)用于大型機械、鍋爐、造船、鑄造、化學(xué)、高壓容器、國防工業(yè)等部門。如今，X射線實時成像技術(shù)，使射線檢測不斷拓寬其應(yīng)用領(lǐng)域，另外，還引進(jìn)計算機數(shù)字圖像處理技術(shù)使圖像質(zhì)量得到改善，X射線檢測技術(shù)正不斷向前發(fā)展。5、 X射線探傷的原理：X 射線檢測是利用 X 射線具有較強的穿透能力，穿透被測物的射線帶有反映被測物內(nèi)部結(jié)構(gòu)的信息，通過射線強度的變化來檢測與評判材料或工件

5、內(nèi)部各種宏觀或微觀缺陷的性質(zhì)、大小及其分布情況。顯然，這里涉及 X 射線在穿透物質(zhì)時產(chǎn)生一系列極為復(fù)雜的物理過程。用射線檢測時，若被檢工件內(nèi)存在缺陷，缺陷與工件材料不同，其對射線的衰減程度不同，且透過厚度不同，透過后的射線強度則不同。如圖 2.1 所示。若射線強度為J0，透過工件和缺陷后的射線強度分別為JY和 JX。X射線在穿越物質(zhì)后其基本物理過程的總效果是射線強度的減弱，這種強度的減弱可能部分來自射線的偏轉(zhuǎn)，即散射，部分是被物質(zhì)吸收而轉(zhuǎn)化為其他形式的能量。實驗結(jié)果表明，導(dǎo)致射線在穿透物質(zhì)后的強度衰減，將決定于射線本身的強度和穿透物質(zhì)的厚度及材料的吸收特性。6、常見的X射線探傷設(shè)備X射線機按其

6、結(jié)構(gòu)形式可分為攜帶式、移動式和固定式。攜帶式射線機多采用組合式X射線發(fā)生器，因其體積小、重量輕，而適用于施工現(xiàn)場和野外作業(yè)的探傷工作；移動式X射線機能在車間或?qū)嶒炇覂?nèi)移動，適用于中、厚板焊件的探傷；固定式X射線機則固定在確定的工作韓靜中，靠移動焊件來完成探傷工作。同時，X射線機按射線束的輻射方向可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)形焊縫探傷，由于一次曝光可以檢查整個焊縫，顯著提高了效率。便攜式、移動式X射線機的典型產(chǎn)品如下圖所示 便攜式X射線機 移動式X射線機7、 X射線探傷的方法（1） 射線照相法射線照相法是根據(jù)被檢工件與其內(nèi)部缺陷介質(zhì)對射線能量衰

7、減程度的不同，使得射線透過工件后的強度不同，使缺陷能在射線底片上顯示出來的方法。如圖3-2所示，從X射線機發(fā)射出來的X射線透過工件時，由于缺陷內(nèi)部介質(zhì)對射線的吸收能力和周圍完好部位不一樣，因而透過缺陷部位的射線強度不同于周圍完好部位。把膠片放在工件適當(dāng)位置，在感光膠片上，有缺陷部位和無缺陷部位將接受不同的射線曝光。再經(jīng)過暗室處理后，得到底片。然后把底片放在觀片燈上就可以明顯觀察到缺陷處和無缺陷處具有不同的黑度。評片人員據(jù)此就可以判斷缺陷的情況。 射線照相法探傷條件的選擇原則：象質(zhì)等級的確定：象質(zhì)等級就是射線照相質(zhì)量等級，是對射線探傷技術(shù)本身的質(zhì)量要求。我國將其劃分為三個級別： A級成象質(zhì)量一般

8、，適用于承受負(fù)載較小的產(chǎn)品和部件。 AB級成象質(zhì)量較高，適用于鍋爐和壓力容器產(chǎn)品及部件。 B級成象質(zhì)量最高，適用于航天和核設(shè)備等極為重要的產(chǎn)品和部件不同的象質(zhì)等級對射線底片的黑度靈敏度均有不同的規(guī)定。為達(dá)到其要求，需從探傷器材方法條件和程序等方面預(yù)先進(jìn)行正確選擇和全面合理布置，對給定工件進(jìn)行射線照相法探傷時，應(yīng)根據(jù)有關(guān)規(guī)定和標(biāo)準(zhǔn)要求選擇適當(dāng)?shù)南筚|(zhì)等級。探傷位置的確定及其標(biāo)記在探傷工件中，應(yīng)按產(chǎn)品制造標(biāo)準(zhǔn)的具體要求對產(chǎn)品的工作焊縫進(jìn)行全檢即100%檢查或抽檢。抽檢面有5%10%20%40%等幾種，采用何種抽檢面應(yīng)依據(jù)有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)及產(chǎn)品技術(shù)條件而定。 對允許抽檢的產(chǎn)品，抽檢位置一般選在：可能或常出現(xiàn)缺

9、陷的位置；危險斷面或受力最大的焊縫部位；應(yīng)力集中部位；外觀檢查感到可疑的部位。1探傷位置的確定 根據(jù)壓力容器安全監(jiān)察規(guī)程，可對探傷位置確定如下：（1）筒體與封頭連接部位，因此153145二條環(huán)焊縫應(yīng)100%探傷，共拍片30張。 （2）筒節(jié)縱環(huán)逢交叉部位，因此中間環(huán)焊縫16172324二區(qū)段必須探傷。另外，根據(jù)規(guī)定，除16172324二個區(qū)段外，尚需再自行增加一個探傷區(qū)段。（3）筒體縱縫X321上的0167二區(qū)段占焊縫長度的28%；X322的0178二區(qū)段已占焊縫長度25%，均大于20%的要求。2標(biāo)記 對于選定的焊縫探傷位置必須進(jìn)行標(biāo)記，使每張射線底片與工件被檢部位能始終對照，易于找出返修位置。

10、標(biāo)記內(nèi)容主要有： 1）定位標(biāo)記 包括中心標(biāo)記搭接標(biāo)記。 2）識別標(biāo)記 包括工件編號焊縫編號部位編號返修標(biāo)記等。 3）B標(biāo)記 該標(biāo)記應(yīng)貼附在暗盒背面，用以檢查背面散射線防護(hù)效果。若在較黑背景上出現(xiàn)“B”的較淡影象，應(yīng)予重照。另外，工件也可以采用永久性標(biāo)記（如鋼?。┗蛟敿?xì)的透照部位草圖標(biāo)記。標(biāo)記的安放位置如圖3-6所示。圖3-6 各種標(biāo)記相互位置（標(biāo)記系）A-定位及分編號（搭接標(biāo)記） B制造廠代號 C產(chǎn)品令號（合同號） D工件編號E焊接類別（縱、環(huán)縫） F返修次數(shù) G檢驗日期 H中心定位標(biāo)記 I象質(zhì)計JB標(biāo)記 K操作者代號射線能量的選擇：射線能量的選擇實際上是對射線源的kVMeV值或源的種類的選擇

11、。射線能量愈大，其穿透能力愈強，可透照的工件厚度愈大。但同時也帶來了由于衰減系數(shù)的降低而導(dǎo)致成象質(zhì)量下降。所以在保證穿透的前提下，應(yīng)根據(jù)材質(zhì)和成象質(zhì)量要求，盡量選擇較低的射線能量膠片與增感屏的選取：1膠片的選取 射線膠片不同于普通照相膠卷之處是在片基的兩面均涂有乳劑，以增加射線敏感的鹵化銀含量，通常依鹵化銀顆粒粗細(xì)和感光速度快慢，將射線膠片予以分類。探傷時可按檢驗的質(zhì)量和象質(zhì)等級要求來選用，檢驗質(zhì)量和象質(zhì)等級要求高的應(yīng)選用顆粒小、感光速度慢的膠片。反之則可選用顆粒較小、感光速度較快的膠片。2增感屏的選取 射線照相中使用的金屬增感屏，是由金屬箔（常用鉛鋼或銅等）粘合在紙基或膠片片基上制成。其作用

12、主要是通過增感屏被射線投射時產(chǎn)生的二次電子和二次射線，增強對膠片的感光作用，從而增加膠片的感光速度。同時，金屬增感屏對波長較長的散射線有吸收作用。這樣，由于金屬增感屏的存在，提高了膠片的感光速度和底片的成象質(zhì)量。金屬增感屏有前后屏之分。前屏（覆蓋膠片靠近射線源的一面）較薄，后屏（覆蓋膠片背面）較厚。其厚度應(yīng)根據(jù)射線能量進(jìn)行適當(dāng)?shù)倪x擇。靈敏度的確定及象質(zhì)計的選用靈敏度是評價射線照相質(zhì)量的最重要的指標(biāo)，它標(biāo)志著射線探傷中發(fā)現(xiàn)缺陷的能力。靈敏度分絕對靈敏度和相對靈敏度。絕對靈敏度是指在射線底片上所能發(fā)現(xiàn)的沿射線穿透方上的最小缺陷尺寸。相對靈敏度則用所能發(fā)現(xiàn)的最小缺陷尺寸在透照工件厚度上所占的百分比來

13、表示。由于預(yù)先無法了解沿射線穿透方向上的最小缺陷尺寸，為此必須采用已知尺寸的人工“缺陷”象質(zhì)計來度量。象質(zhì)計有線型孔型和槽型三種，探傷時，所采用的象質(zhì)計必須與被檢工件材質(zhì)相同，其放置方式應(yīng)符合圖3-7所示要求，即安放在焊縫被檢區(qū)長度1/4處，鋼絲橫跨焊縫并與焊縫軸線垂直，且細(xì)絲朝外。圖3-7 象質(zhì)計的正確安放在透照靈敏度相同情況下，由于缺陷性質(zhì)取向內(nèi)含物的不同，所能發(fā)現(xiàn)的實際尺寸不同。所以在達(dá)到某一靈敏度時，并不能斷定能夠發(fā)現(xiàn)缺陷的實際尺寸究竟有多大。但是象質(zhì)計得到的靈敏度反映了對于某些人工“缺陷”（金屬絲等）發(fā)現(xiàn)的難易程度，因此它完全可以對影象質(zhì)量作出客觀的評價。（2） 射線熒光屏觀察法熒光

14、屏觀察法是將透過被檢物體后的不同強度的射線，再投射在涂有熒光物質(zhì)的熒光屏上，激發(fā)出不同強度的熒光而得到物體內(nèi)部的影象的方法。此法所用設(shè)備主要由X射線發(fā)生器及其控制設(shè)備熒光屏觀察和記錄用的輔助設(shè)備防護(hù)及傳送工件的裝置等幾部分組成。檢驗時，把工件送至觀察箱上，X射線管發(fā)出的射線透過被檢工件，落到與之緊挨著的熒光屏上，顯示的缺陷影象經(jīng)平面鏡反射后，通過平行于鏡子的鉛玻璃觀察。熒光屏觀察法只能檢查較薄且結(jié)構(gòu)簡單的工件，同時靈敏度較差，最高靈敏度在2%3%，大量檢驗時，靈敏度最高只達(dá)4%7%，對于微小裂紋是無法發(fā)現(xiàn)的。（3） 射線實時成象檢驗射線實時成象檢驗是工業(yè)射線探傷很有發(fā)展前途的一種新技術(shù)，與傳統(tǒng)

15、的射線照相法相比具有實時，高效、不用射線膠片、可記錄和勞動條件好等顯著優(yōu)點。由于它采用X射線源，常稱為X射線實時成象檢驗。國內(nèi)外將它主要用于鋼管、壓力容器殼體焊縫檢查；微電子器件和集成電路檢查；食品包裝夾雜物檢查及海關(guān)安全檢查等。這種方法是利用小焦點或微焦點X射線源透照工件，利用一定的器件將X射線圖象轉(zhuǎn)換為可見光圖象，再通過電視攝象機攝象后，將圖象直接或通過計算機處理后再顯示在電視監(jiān)視屏上，以此來評定工件內(nèi)部的質(zhì)量。通常所說的工業(yè)X射線電視探傷，是指X光圖象增強電視成象法，該法在國內(nèi)外應(yīng)用最為廣泛，是當(dāng)今射線實時成象檢驗的主流設(shè)備，其探傷靈敏度已高于2%，并可與射線照相法相媲美。該法探傷系統(tǒng)基

16、本組成如圖3-3所示。1  射線源 2、5電動光闌 3X射線束 4工件 6圖象增強器 7耦合透鏡組8-電視攝象機 9控制器 10-圖象處理器 11監(jiān)視器 12防護(hù)設(shè)施（4） 射線計算機斷層掃描技術(shù)計算機斷層掃描技術(shù)，簡稱CT（Computertomography）。它是根據(jù)物體橫斷面的一組投影數(shù)據(jù)，經(jīng)計算機處理后，得到物體橫斷面的圖象。其裝置結(jié)構(gòu)如圖3-4所示。圖3-4射線工業(yè)CT系統(tǒng)組成框圖1-射線源 2工件 3檢測器 4數(shù)據(jù)采集部 5高速運算器 6計算機CPU 7控制器8顯示器 9攝影單元 10磁盤 11防護(hù)設(shè)施 12機械控制單元 13射線控制單元14應(yīng)用軟件 15圖象

17、處理器射線源發(fā)出扇形束射線，被工件衰減后的射線強度投影數(shù)據(jù)經(jīng)接收檢測器（300個左右，能覆蓋整個扇形掃描區(qū)域）被數(shù)據(jù)采集部采集，并進(jìn)行從模擬量到數(shù)字量的高速A/D轉(zhuǎn)換，形成數(shù)字信息。在一次掃描結(jié)束后，工作轉(zhuǎn)動一個角度再進(jìn)行下一次掃描，如此反復(fù)下去，即可采集到若干組數(shù)據(jù)。這些數(shù)字信息在高速運算器中進(jìn)行修正圖象重建處理和暫存，在計算機CPU的統(tǒng)一管理及應(yīng)用軟件支持下，便可獲得被檢物體某一斷面的真實圖象，顯示于監(jiān)視器上。8、 X射線檢測的特點：X 射線檢測方法用底片作為記錄介質(zhì)，可以直接得到缺陷的直觀圖像，且可以長期保存。通過觀察底片能夠比較準(zhǔn)確地判斷出缺陷的性質(zhì)、數(shù)量、尺寸、和位置。容易檢出那些形

18、成局部厚度差的缺陷。對氣孔和加渣之類缺陷有很高的檢出率，對裂紋類缺陷的檢出率則受透照角度的影響。它不能檢出垂直照射方向的薄層缺陷，例如鋼板的分層。 X 射線檢測所能檢出的缺陷高度尺寸與透照厚度有關(guān)，可以達(dá)到透照厚度的 1%，甚至更小。所能檢出的長度和寬度尺寸分別為毫米數(shù)量級和亞毫米數(shù)量級，甚至更小。 X 射線檢測薄工件沒有困難，幾乎不存在檢測厚度下限，但檢測厚度上限受射線穿透能力的限制。而穿透能力取決于射線光子能量。9、 X射線檢測缺陷分析根據(jù)焊接缺陷形狀大小，國家標(biāo)準(zhǔn)將焊縫中的缺陷分成圓形缺陷條狀夾渣未焊透未熔合和裂紋等五種（1）圓形缺陷：長寬比小于等于3的非裂紋、未焊透和未熔合缺陷。圓形缺陷包括氣孔、塊狀夾渣、夾鎢等缺陷。 氣孔的成像：呈暗色斑點，中心黑度較大,邊緣較淺平滑過渡，輪廓較清晰。 夾渣（非金屬）的成像：呈暗色斑點，黑度分布無規(guī)律，輪廓不圓滑，小點狀夾渣輪廓較不清晰。 夾鎢(金屬夾渣)成像：呈亮點，輪廓清晰。夾渣氣孔夾鎢（2） 條形缺陷：不屬于裂紋、未焊透和未熔合的缺陷，當(dāng)缺陷的長寬比大于3時，定義為條狀缺陷，包括條渣和條孔。（3）未焊透：未焊透是指母材金屬之間沒有熔化，焊縫金屬沒有進(jìn)入接頭的部位根部造成的