工業(yè)探傷(張友九)

1、工業(yè)射線探傷工業(yè)射線探傷蘇州大學(xué)醫(yī)學(xué)部放射醫(yī)學(xué)與防護(hù)學(xué)院蘇州大學(xué)醫(yī)學(xué)部放射醫(yī)學(xué)與防護(hù)學(xué)院 射線探傷原理射線探傷原理 輻射探傷裝置輻射探傷裝置 應(yīng)用應(yīng)用射線探傷原理射線探傷原理射線探傷原理射線探傷原理X X射線、高能射線、高能X X射線、射線、射線、中子射線等在真空射線、中子射線等在真空中貫穿物質(zhì)，與物質(zhì)相互作用，強(qiáng)度逐漸減小。中貫穿物質(zhì)，與物質(zhì)相互作用，強(qiáng)度逐漸減小。當(dāng)一種射線貫穿不同厚度、不同材質(zhì)的材料時(shí)，當(dāng)一種射線貫穿不同厚度、不同材質(zhì)的材料時(shí)，強(qiáng)度減弱的程度不同，而工件中的缺陷總是引起強(qiáng)度減弱的程度不同，而工件中的缺陷總是引起工件厚度和材質(zhì)的局部改變，因此，測(cè)量和顯示工件厚度和材質(zhì)的局部

2、改變，因此，測(cè)量和顯示穿透射線的強(qiáng)度及其分布，即可發(fā)現(xiàn)和判別缺陷。穿透射線的強(qiáng)度及其分布，即可發(fā)現(xiàn)和判別缺陷。 工件工件 缺陷缺陷 膠片膠片 增感屏增感屏 暗合暗合 射線源射線源 缺陷影象缺陷影象 底片底片 當(dāng)一束平行的強(qiáng)度為當(dāng)一束平行的強(qiáng)度為I0的單色射線，透過(guò)厚的單色射線，透過(guò)厚度為度為d的一層均勻物質(zhì)時(shí)，射線強(qiáng)度的衰減將的一層均勻物質(zhì)時(shí)，射線強(qiáng)度的衰減將遵循以下規(guī)律：遵循以下規(guī)律：由于散射線的存在，透過(guò)厚度為由于散射線的存在，透過(guò)厚度為d物質(zhì)時(shí)，除物質(zhì)時(shí)，除透射線外，還要加上物體內(nèi)部散射線強(qiáng)度。透射線外，還要加上物體內(nèi)部散射線強(qiáng)度。dDeII0假設(shè)：平行入射：透射線強(qiáng)度。，：散射線強(qiáng)度；

3、，；：透射的一次射線強(qiáng)度入射線強(qiáng)度；：缺陷的線吸收系數(shù)；：工件的線吸收系數(shù)；尺寸；：缺陷在射線束方向的：工件厚度；，I III,I:IDDS0SDDI 則：I=ID+IS I=ID+IS 當(dāng)D很小時(shí)，IS=IS假設(shè)：平行入射nDIeeIIIIIeeIIeDDSDDSD1)(IID)() 1(IInIIIID)(0DST)(00，令 從上面推導(dǎo)可以看出，射線對(duì)缺陷的檢驗(yàn)?zāi)芰?，從上面推?dǎo)可以看出，射線對(duì)缺陷的檢驗(yàn)?zāi)芰?，與缺陷在射線透照方向上的尺寸、其線衰減系數(shù)與缺陷在射線透照方向上的尺寸、其線衰減系數(shù)與物體的線衰減系數(shù)的差別、散射線的控制情況與物體的線衰減系數(shù)的差別、散射線的控制情況等相關(guān)。只要這

4、些方面具有一定的值，則缺陷將等相關(guān)。只要這些方面具有一定的值，則缺陷將產(chǎn)生一定的物體對(duì)比度，它就可以被射線檢驗(yàn)出產(chǎn)生一定的物體對(duì)比度，它就可以被射線檢驗(yàn)出來(lái)。來(lái)。l 主因?qū)Ρ榷戎饕驅(qū)Ρ榷? )影響因素影響因素透照厚度（透照厚度（D），選擇最大的方向，選擇最大的方向線衰減系數(shù)（線衰減系數(shù)（）散射比（散射比（n），），影響散射比的因素有焦距、影響散射比的因素有焦距、照射場(chǎng)大小、射線性質(zhì)和工件厚度等。照射場(chǎng)大小、射線性質(zhì)和工件厚度等。IIn1DII時(shí)，當(dāng)例如，例如，X射線照相時(shí)射線照相時(shí) 對(duì)鋼對(duì)鋼n0.09T (T25mm) 對(duì)鋁對(duì)鋁n0.035T (T97%)轉(zhuǎn)化為熱能，因此陽(yáng)極材料一般應(yīng)轉(zhuǎn)化為熱

5、能，因此陽(yáng)極材料一般應(yīng)選用耐高溫材料并通以介質(zhì)加冷卻。動(dòng)能中僅一小部分選用耐高溫材料并通以介質(zhì)加冷卻。動(dòng)能中僅一小部分(3%)轉(zhuǎn)變?yōu)檗D(zhuǎn)變?yōu)閄射線。射線。當(dāng)當(dāng)U=100kV時(shí)時(shí) =0.7% 200kV 1.5% 300kV 2.2% 400kV 3% 1 MV 7% 5 MV 37% 由此可見(jiàn)，提高管電壓可顯著提高轉(zhuǎn)換效率由此可見(jiàn)，提高管電壓可顯著提高轉(zhuǎn)換效率。X射線探傷機(jī)管電壓在射線探傷機(jī)管電壓在450kV以下。以下。 X射線探傷機(jī)射線探傷機(jī) X射線裝置在額定工作條件下，距射線裝置在額定工作條件下，距X射線管焦點(diǎn)射線管焦點(diǎn)1m處的漏射線空氣比釋動(dòng)能率應(yīng)符合如下要求：處的漏射線空氣比釋動(dòng)能率應(yīng)符

6、合如下要求：管電壓管電壓,kV漏射線空氣比釋動(dòng)能率漏射線空氣比釋動(dòng)能率,mGyh-120012.55加速器加速器 加速器是由機(jī)頭（加速器是由機(jī)頭（X射線機(jī)頭）、機(jī)頭懸吊機(jī)構(gòu)、射線機(jī)頭）、機(jī)頭懸吊機(jī)構(gòu)、調(diào)制器與低壓電源柜、控制臺(tái)、穩(wěn)壓電源柜、溫調(diào)制器與低壓電源柜、控制臺(tái)、穩(wěn)壓電源柜、溫控水冷機(jī)組六大部分及它們之間的連接導(dǎo)線和水控水冷機(jī)組六大部分及它們之間的連接導(dǎo)線和水管組成。管組成。 高能高能X射線是指能量超過(guò)射線是指能量超過(guò)1000kV的射線，這種高的射線，這種高能能X射線都由加速器產(chǎn)生。射線都由加速器產(chǎn)生。 被加速粒子的能量在被加速粒子的能量在1000MeV以上是高能加速器，以上是高能加速器

7、，能量在能量在100MeV以下是低能加速器，能量在以下是低能加速器，能量在1001000MeV之間是中能加速器。之間是中能加速器。 按加速器種類(lèi)可以分為電子加速器、質(zhì)子加速器、按加速器種類(lèi)可以分為電子加速器、質(zhì)子加速器、重離子加速器等。重離子加速器等。 射線檢測(cè)中應(yīng)用的加速器都是電子加速器，能量射線檢測(cè)中應(yīng)用的加速器都是電子加速器，能量數(shù)兆電子伏到數(shù)十兆電子伏范圍內(nèi)，一般都在數(shù)兆電子伏到數(shù)十兆電子伏范圍內(nèi)，一般都在45MeV以下，即用低能電子加速器產(chǎn)生。但以下，即用低能電子加速器產(chǎn)生。但10MV以上電子以上電子加速器可產(chǎn)生中子和感生放射性。加速器可產(chǎn)生中子和感生放射性。 檢測(cè)對(duì)加速器的要求是束

8、流強(qiáng)度大、焦點(diǎn)尺寸小、檢測(cè)對(duì)加速器的要求是束流強(qiáng)度大、焦點(diǎn)尺寸小、體積小、重量輕、成本低、操作容易、維護(hù)簡(jiǎn)單等。體積小、重量輕、成本低、操作容易、維護(hù)簡(jiǎn)單等。 適合工業(yè)無(wú)損檢測(cè)用加速器，主要有電子感應(yīng)加適合工業(yè)無(wú)損檢測(cè)用加速器，主要有電子感應(yīng)加速器、電子直線加速器和電子回旋加速器。速器、電子直線加速器和電子回旋加速器。國(guó)家環(huán)境保護(hù)總局公告國(guó)家環(huán)境保護(hù)總局公告2006年第年第26號(hào)號(hào) 射線裝置分類(lèi)原則射線裝置分類(lèi)原則 根據(jù)射線裝置對(duì)人體健康和環(huán)境可能造成危害根據(jù)射線裝置對(duì)人體健康和環(huán)境可能造成危害的程度，從高到低將射線裝置分為的程度，從高到低將射線裝置分為類(lèi)、類(lèi)、類(lèi)、類(lèi)、類(lèi)。按照使用用途分醫(yī)用射

9、線裝置和非醫(yī)用類(lèi)。按照使用用途分醫(yī)用射線裝置和非醫(yī)用射線裝置。射線裝置。 射線裝置分類(lèi)管理辦法射線裝置分類(lèi)管理辦法 類(lèi)為高危險(xiǎn)射線裝置，事故時(shí)可以使短時(shí)間受照類(lèi)為高危險(xiǎn)射線裝置，事故時(shí)可以使短時(shí)間受照射人員產(chǎn)生嚴(yán)重放射損傷，甚至死亡，或?qū)Νh(huán)境造射人員產(chǎn)生嚴(yán)重放射損傷，甚至死亡，或?qū)Νh(huán)境造成嚴(yán)重影響；成嚴(yán)重影響； 類(lèi)為中危險(xiǎn)射線裝置，事故時(shí)可以使受照人員產(chǎn)類(lèi)為中危險(xiǎn)射線裝置，事故時(shí)可以使受照人員產(chǎn)生較嚴(yán)重放射損傷，大劑量照射甚至導(dǎo)致死亡；生較嚴(yán)重放射損傷，大劑量照射甚至導(dǎo)致死亡； 類(lèi)為低危險(xiǎn)射線裝置，事故時(shí)一般不會(huì)造成受照類(lèi)為低危險(xiǎn)射線裝置，事故時(shí)一般不會(huì)造成受照人員的放射損傷。人員的放射損傷。

10、探傷機(jī)探傷機(jī) 手提式：特制的可攜帶活度達(dá)手提式：特制的可攜帶活度達(dá)3.7 TBq的的192Ir等。等。 移動(dòng)式：通常利用手推車(chē)移動(dòng)；移動(dòng)式：通常利用手推車(chē)移動(dòng)；常用來(lái)容納常用來(lái)容納60Co。 固定式：可使用活度達(dá)固定式：可使用活度達(dá) 8.5 - 37 TBq 的的60Co 類(lèi)型類(lèi)型 I：輻射源并不從輻照裝置中移出來(lái)，通輻射源并不從輻照裝置中移出來(lái)，通過(guò)快門(mén)或其他的機(jī)械裝置來(lái)控制照射。過(guò)快門(mén)或其他的機(jī)械裝置來(lái)控制照射。 類(lèi)型類(lèi)型 II ：源直接從屏蔽的源容器中照射：源直接從屏蔽的源容器中照射(經(jīng)過(guò)經(jīng)過(guò)通風(fēng)管通風(fēng)管, 氣動(dòng)裝置等氣動(dòng)裝置等)，通過(guò)一個(gè)套管到達(dá)照射，通過(guò)一個(gè)套管到達(dá)照射位置。位置。

11、類(lèi)型類(lèi)型 X ：特殊的應(yīng)用。：特殊的應(yīng)用。操作類(lèi)型操作類(lèi)型I類(lèi)類(lèi) 裝置裝置 源在裝置內(nèi)部；源在裝置內(nèi)部； 包含一個(gè)快門(mén)機(jī)構(gòu)；包含一個(gè)快門(mén)機(jī)構(gòu)； 利用真空或氣壓將源移動(dòng)利用真空或氣壓將源移動(dòng)到照射位置。到照射位置。 放射源可以從源容器發(fā)放射源可以從源容器發(fā)射出；射出； 采用遙控裝置；采用遙控裝置； 在照射期間源未被屏蔽在照射期間源未被屏蔽 (在使用時(shí)要校準(zhǔn)在使用時(shí)要校準(zhǔn))； 手動(dòng)或自動(dòng)操作。手動(dòng)或自動(dòng)操作。II類(lèi)類(lèi) 裝置裝置 特殊應(yīng)用特殊應(yīng)用, 例如測(cè)量例如測(cè)量管道；管道； 設(shè)計(jì)和測(cè)試需要依賴設(shè)計(jì)和測(cè)試需要依賴特殊的裝置。特殊的裝置。X類(lèi)裝置類(lèi)裝置屏蔽效率屏蔽效率 設(shè)備類(lèi)型設(shè)備類(lèi)型容器周?chē)柔寗?dòng)

12、能控制值容器周?chē)柔寗?dòng)能控制值(Gy/h) 1 m5 cm表面表面手提手提式式(P) 20并且并且 500并且并且 2000移動(dòng)式移動(dòng)式(M) 5010002000固定固定式式(F)10010002000探傷用探傷用射線放射源射線放射源國(guó)家環(huán)境保護(hù)總局公告 2005年 第62號(hào)放射源分類(lèi)辦法 按照放射源對(duì)人體健康和環(huán)境的潛在危害程度，從高到低將按照放射源對(duì)人體健康和環(huán)境的潛在危害程度，從高到低將放射源分為放射源分為、類(lèi)，類(lèi)，V類(lèi)源的下限活度值為類(lèi)源的下限活度值為該種核素的豁免活度。該種核素的豁免活度。 類(lèi)放射源為極高危險(xiǎn)源。沒(méi)有防護(hù)情況下，接觸這類(lèi)源幾類(lèi)放射源為極高危險(xiǎn)源。沒(méi)有防護(hù)情況下，接觸

13、這類(lèi)源幾分鐘到分鐘到1小時(shí)就可致人死亡小時(shí)就可致人死亡; 類(lèi)放射源為高危險(xiǎn)源。沒(méi)有防護(hù)情況下，接觸這類(lèi)源幾小類(lèi)放射源為高危險(xiǎn)源。沒(méi)有防護(hù)情況下，接觸這類(lèi)源幾小時(shí)至幾天可致人死亡時(shí)至幾天可致人死亡; 類(lèi)放射源為危險(xiǎn)源。沒(méi)有防護(hù)情況下，接觸這類(lèi)源幾小時(shí)類(lèi)放射源為危險(xiǎn)源。沒(méi)有防護(hù)情況下，接觸這類(lèi)源幾小時(shí)就可對(duì)人造成永久性損傷，接觸幾天至幾周也可致人死亡就可對(duì)人造成永久性損傷，接觸幾天至幾周也可致人死亡; 類(lèi)放射源為低危險(xiǎn)源?；静粫?huì)對(duì)人造成永久性損傷，但類(lèi)放射源為低危險(xiǎn)源?；静粫?huì)對(duì)人造成永久性損傷，但對(duì)長(zhǎng)時(shí)間、近距離接觸這些放射源的人可能造成可恢復(fù)的臨對(duì)長(zhǎng)時(shí)間、近距離接觸這些放射源的人可能造成可恢

14、復(fù)的臨時(shí)性損傷時(shí)性損傷; 類(lèi)放射源為極低危險(xiǎn)源。不會(huì)對(duì)人造成永久性損傷。類(lèi)放射源為極低危險(xiǎn)源。不會(huì)對(duì)人造成永久性損傷。 源體積??；源體積??； 輻射具有各向同性；輻射具有各向同性； 高能輻射能檢測(cè)的壁厚大于高能輻射能檢測(cè)的壁厚大于X射線的厚度；射線的厚度； 穩(wěn)定性高，外部參數(shù)對(duì)同位素的輻射無(wú)影響；穩(wěn)定性高，外部參數(shù)對(duì)同位素的輻射無(wú)影響； 對(duì)電能、冷卻水等無(wú)特殊要求；對(duì)電能、冷卻水等無(wú)特殊要求； 輻射源成本低，應(yīng)用較廉價(jià)、簡(jiǎn)單。輻射源成本低，應(yīng)用較廉價(jià)、簡(jiǎn)單。 劑量率低（影響經(jīng)濟(jì)效益）；劑量率低（影響經(jīng)濟(jì)效益）； 壁越薄，射線照片質(zhì)量就越差；壁越薄，射線照片質(zhì)量就越差； 射線照片的輪廓（幾何）不清

15、晰度增加；射線照片的輪廓（幾何）不清晰度增加； 放射源要經(jīng)常更換；放射源要經(jīng)常更換； 連續(xù)輻射，必須考慮輻射防護(hù)問(wèn)題；連續(xù)輻射，必須考慮輻射防護(hù)問(wèn)題； 連續(xù)衰變，需有限時(shí)間利用（經(jīng)濟(jì)因素）。連續(xù)衰變，需有限時(shí)間利用（經(jīng)濟(jì)因素）。密封源結(jié)構(gòu)密封源結(jié)構(gòu) 密封殼密封殼 ISO 2919 設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)和測(cè)試和測(cè)試 特殊形狀設(shè)計(jì)和特殊形狀設(shè)計(jì)和測(cè)試測(cè)試 用戶進(jìn)行的泄漏用戶進(jìn)行的泄漏測(cè)試測(cè)試源的組件源的組件 螺旋導(dǎo)管上的螺旋導(dǎo)管上的源殼源殼 導(dǎo)管外可加裝導(dǎo)管外可加裝套管、屏蔽等套管、屏蔽等 連接頭的形狀連接頭的形狀射線探傷機(jī)一般由工作容器、撓性源導(dǎo)管、遙控器射線探傷機(jī)一般由工作容器、撓性源導(dǎo)管、遙控器和其他附

16、件組成。工作容器由貧鈾或鉛屏蔽體、快和其他附件組成。工作容器由貧鈾或鉛屏蔽體、快門(mén)、源辮子及鎖定裝置、放射源、連接器、保護(hù)蓋門(mén)、源辮子及鎖定裝置、放射源、連接器、保護(hù)蓋等組成。等組成。遙控遙控套管和阻止裝置套管和阻止裝置準(zhǔn)直器準(zhǔn)直器探傷機(jī)的操作順序探傷機(jī)的操作順序 (1)各種探傷機(jī)的操作順序各種探傷機(jī)的操作順序(2)各種探傷機(jī)的操作順序各種探傷機(jī)的操作順序(3)各種探傷機(jī)的操作順序各種探傷機(jī)的操作順序(4)換源器換源器 普通普通X射線和射線和射線檢測(cè)，由于其能量低、穿透射線檢測(cè)，由于其能量低、穿透能力差，檢測(cè)能力受到限制。超過(guò)能力差，檢測(cè)能力受到限制。超過(guò)100mm厚鋼板不厚鋼板不能用一般能用

17、一般X射線檢測(cè)，超過(guò)射線檢測(cè)，超過(guò)300mm厚鋼板很難用厚鋼板很難用射線進(jìn)行檢測(cè)。此時(shí)可采用加速器產(chǎn)生的高能射線進(jìn)行檢測(cè)。此時(shí)可采用加速器產(chǎn)生的高能X射線射線檢測(cè)，例如對(duì)厚度達(dá)檢測(cè)，例如對(duì)厚度達(dá)300500mm的鋼板，采用高能的鋼板，采用高能X射線檢測(cè)可獲得滿意結(jié)果。射線檢測(cè)可獲得滿意結(jié)果。 從中子照相來(lái)說(shuō)，要求中子射線強(qiáng)度大、從中子照相來(lái)說(shuō)，要求中子射線強(qiáng)度大、射線束質(zhì)量高、便宜、方便、操作靈活等。目射線束質(zhì)量高、便宜、方便、操作靈活等。目前，強(qiáng)度大的源是核反應(yīng)堆，但它投資大、笨前，強(qiáng)度大的源是核反應(yīng)堆，但它投資大、笨重、無(wú)法用于生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)。而小型加速器、中子重、無(wú)法用于生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)。而小型加速器

18、、中子管、同位素中子源等雖然靈巧、方便，但強(qiáng)度管、同位素中子源等雖然靈巧、方便，但強(qiáng)度總的來(lái)說(shuō)還不夠高。總的來(lái)說(shuō)還不夠高。中子照相中子照相 中子照相主要是用熱中子，中子源放射出中子照相主要是用熱中子，中子源放射出來(lái)的快中子由于能量高，不適合照相，需經(jīng)慢來(lái)的快中子由于能量高，不適合照相，需經(jīng)慢化后變成低能熱中子，由準(zhǔn)直器引出。目前可化后變成低能熱中子，由準(zhǔn)直器引出。目前可供照相用的中子源有核反應(yīng)堆、加速器和放射供照相用的中子源有核反應(yīng)堆、加速器和放射性同位索，常用的為性同位索，常用的為(锎锎252Cf) (锎锎)252Cf中子源的半衰期中子源的半衰期2.65年，產(chǎn)額年，產(chǎn)額2.31012中子中子/s/g，目前價(jià)格還很貴。利用，目前價(jià)格還很貴。利用252Cf可做成可移動(dòng)式中子照相裝置。可做成可移動(dòng)式中子照相裝置。 另一種可移動(dòng)中子裝置，核心是與密封管另一種可移動(dòng)中子裝置，核心是與密封管中子發(fā)生器組合在一起的慢化器，與中子發(fā)生器組合在一起的慢化器，與252Cf中子中子源不同之處是可以關(guān)閉，不