《無損檢測(cè)》射線檢測(cè)

《無損檢測(cè)技術(shù)》

講課

鄭建光

（仰北201）

手機(jī)：

計(jì)量測(cè)試工程學(xué)院

《無損檢測(cè)》射線檢測(cè)第1章射線檢測(cè)

本章重點(diǎn)內(nèi)容：（1）射線的產(chǎn)生及性質(zhì)

——更好地利用它；（2）射線檢測(cè)的基本原理

——更好地理解各種缺陷的顯像狀況；（3）重點(diǎn)掌握射線照相法檢測(cè)技術(shù)

——學(xué)以致用；（4）了解射線的防護(hù)知識(shí)

——保護(hù)環(huán)境和注意人身安全。《無損檢測(cè)》射線檢測(cè)本章概要射線檢測(cè)的英文縮寫—RTraytesting基本原理——利用射線能穿透物質(zhì)且在不同物質(zhì)中的衰減情況有差異的特性來發(fā)現(xiàn)構(gòu)件中的缺陷；依據(jù)顯示缺陷的方法不同，分為以下幾種具體的方法：①電離法②熒光屏觀察法——工業(yè)電視法③照相法④計(jì)算機(jī)斷層掃描法CT《無損檢測(cè)》射線檢測(cè)本章概要根據(jù)射線源不同，又分為：

X射線檢測(cè)；

γ射線檢測(cè)；高能射線檢測(cè)。本章將以X射線照相法檢測(cè)技術(shù)為核心，講授射線檢測(cè)技術(shù)。射線檢測(cè)又稱射線探傷。這部分內(nèi)容也是課程的重點(diǎn)。

《無損檢測(cè)》射線檢測(cè)1.1射線檢測(cè)的物理基礎(chǔ)

1.1.1射線的本質(zhì)射線本身就是一種波長很短的電磁波。

X,γ射線統(tǒng)稱為光子。根據(jù)波譜圖可查得:X射線的波長為:0.001~0.1nm;γ射線的波長為:0.0003~0.1nm.γ射線比X射線的波長還短，因此，其穿透能力更強(qiáng)!《無損檢測(cè)》射線檢測(cè)1.1.2射線的性質(zhì)

(1)不可見，直線傳播—具有隱蔽性和指向性；

(2)不帶電，因而不受電磁場(chǎng)影響—電中性；

(3)能穿透物質(zhì)，但有衰減—具有穿透性和衰減性；

(4)能與某些物質(zhì)產(chǎn)生光化作用，使熒光物質(zhì)發(fā)光；可使膠片感光—可成像；

(5)能使某些氣體電離—即產(chǎn)生電離輻射；

(6)與光波一樣，有反射、折射、干涉現(xiàn)象；

(7)能產(chǎn)生生物效應(yīng)，傷害和殺死生物細(xì)胞

—對(duì)人體有害?！稛o損檢測(cè)》射線檢測(cè)1.1.3射線的產(chǎn)生射線的性質(zhì)，有利、有弊，應(yīng)該科學(xué)地加以利用和防范！射線學(xué)就是研究如何利用與防范射線的科學(xué)。下面介紹產(chǎn)生x射線的主要設(shè)備:

(1）x光管基本組成：

陰極部件：燈絲（鎢絲）——發(fā)射電子；陰極罩——聚焦電子。

陽極部件：陽極靶——接收電子；冷卻介質(zhì)——散熱作用。

真空管——玻璃或金屬陶瓷制作的真空外罩?！稛o損檢測(cè)》射線檢測(cè)(2)X射線管及其工作原理～u15～500kv高壓電源－＋高壓電纜陽極靶電子流玻殼管陰極罩燈絲《無損檢測(cè)》射線檢測(cè)

(3)X射線的產(chǎn)生過程表述首先，對(duì)燈絲通電預(yù)熱,產(chǎn)生電子熱發(fā)射,形成電子云；（大約20分鐘左右）然后，對(duì)陰極和陽極施加高壓電（幾百kv），形成高壓電場(chǎng)，加速電子，并使其定向運(yùn)動(dòng)；被加速的電子最終撞擊到陽極靶上，將其高速運(yùn)動(dòng)的動(dòng)能轉(zhuǎn)化為熱能和X射線?！稛o損檢測(cè)》射線檢測(cè)(4)幾點(diǎn)說明

①高速運(yùn)動(dòng)電子的能量，絕大多數(shù)轉(zhuǎn)換為熱能，轉(zhuǎn)化為X射線的能量比率僅占1％左右；因此陽極靶必須散熱和冷卻；這個(gè)問題應(yīng)該由X射線管的設(shè)計(jì)人員解決。②產(chǎn)生X射線的強(qiáng)度與管電流成正比，與管電壓的平方成正比，與陽極靶材料的原子序數(shù)成正比。因此，恰當(dāng)選擇管電流、管電壓和陽極靶材料至關(guān)重要。換言之，X射線的強(qiáng)度可由管電流和管電壓靈活調(diào)節(jié)！《無損檢測(cè)》射線檢測(cè)

③常用的陽極靶材料為鎢。

它具有高原子序

數(shù)和高熔點(diǎn)。④X射線的強(qiáng)度的分布規(guī)律：在垂直電子束的方向上最強(qiáng)；在平行電子束的方向上最弱。這就是說，X射線的強(qiáng)度在空間的分布是不均勻的，而且具有一定的擴(kuò)散角，并不是平行光！了解這一點(diǎn)，對(duì)應(yīng)用也很重要（后面在象質(zhì)計(jì)的布置時(shí)將提到）?！稛o損檢測(cè)》射線檢測(cè)1.1.4γ射線的產(chǎn)生

γ射線是由放射性同位素的原子核衰變過程伴隨產(chǎn)生的。常用于射線探傷的放射性同位素主要有：

鈷60、銥192、銫137/134等。γ射線的特點(diǎn)：①強(qiáng)度高于X射線，穿透力強(qiáng)，適合厚板透視；②強(qiáng)度無法直接調(diào)節(jié)，射線長期存在，防護(hù)更要注意?、劭蓪?shí)現(xiàn)周向輻射，透視效率高?！稛o損檢測(cè)》射線檢測(cè)1.1.5γ射線的半衰期同位素半衰期射線能量應(yīng)用條件鈷60

5.3年高

300mm

以下鋼制件銥192

75±3天

較弱

60mm

以下鋼制件銫137

33±2年

較弱

60mm

以下鋼制件《無損檢測(cè)》射線檢測(cè)1.2射線檢測(cè)的基本原理1.2.1射線在物質(zhì)中的衰減定律射線在穿透物質(zhì)的同時(shí)也會(huì)發(fā)生衰減現(xiàn)象。其發(fā)生衰減的根本原因有兩點(diǎn)：

散射和吸收。其衰減規(guī)律成負(fù)指數(shù)規(guī)律：

Iδ=I0·e－μδ

（1-1）式中，I0—射線的初始強(qiáng)度；

Iδ—射線的透射強(qiáng)度；

δ—工件的厚度；

μ—線衰減系數(shù)?！稛o損檢測(cè)》射線檢測(cè)線衰減系數(shù)μ線衰減系數(shù)μ——入射光子在物質(zhì)中穿行單位距離時(shí)，與物質(zhì)發(fā)生相互作用的幾率。不同材料具有不同的衰減系數(shù)。一般規(guī)律是：

μ＝f(λ,ρ,z)，且與三者成正比。其中:λ—射線的波長；

ρ—材料密度；

z—原子序數(shù)；《無損檢測(cè)》射線檢測(cè)1.2.2射線檢測(cè)的基本原理

射線檢測(cè)主要是利用它的指向性、穿透性、衰減性等幾個(gè)基本性質(zhì)。具體分析（參考下圖）：

（1）無缺陷區(qū)的射線透射強(qiáng)度：

Iδ=I0·e－μδ衰減定律ABXI0Iδδμμxδ=A+X+BX—缺陷厚度；A—缺陷上部厚度；B—缺陷下部厚度；Ix《無損檢測(cè)》射線檢測(cè)（2）有缺陷區(qū)的射線透射強(qiáng)度：Ix=I0·e－μA·

e－μˊX·

e－μB

=I0·e－μA·e－μB

·e－μX·eμX

·e－μˊX

=I0·e－μδ

·e－（μˊ－μ)X

=Iδ·

e－（μˊ－μ)X(1-2)

顯然有：Ix/Iδ=e－（μˊ－μ)X(1-3)

《無損檢測(cè)》射線檢測(cè)討論與結(jié)論①當(dāng)μ’<μ時(shí)，Ix>Iδ；比如，鋼中的氣孔、夾渣就屬于這種；②當(dāng)μ’>μ時(shí)，Ix<Iδ；比如，鋼中的夾銅就屬于這種；③當(dāng)μ’＝μ或x很小時(shí)，Ix≈Iδ；幾乎差異，缺陷則得不到顯示！

這就是射線檢測(cè)的基本應(yīng)用原理!《無損檢測(cè)》射線檢測(cè)1.3

X射線照相法檢測(cè)技術(shù)

1.3.1

x射線照相法檢測(cè)原理依據(jù)射線檢測(cè)的基本原理，將射線透射工件后的潛影以膠片形式接收，再經(jīng)顯影、定影后，就可從射線底片上得到了工件內(nèi)在的質(zhì)量信息。這就是x射線照相法檢測(cè)原理。

膠片《無損檢測(cè)》射線檢測(cè)1.3.2

X射線照相法檢測(cè)技術(shù)

(1)合格底片的評(píng)價(jià)指標(biāo)（參考GB3323-87）

①象質(zhì)等級(jí)的規(guī)定：

A級(jí)，AB級(jí)，B級(jí)。B級(jí)為最高級(jí)。

適用結(jié)構(gòu)：A級(jí)，適用一般結(jié)構(gòu)；AB級(jí)，適用壓力容器；B級(jí)，適用極重要的結(jié)構(gòu)，如核設(shè)施。《無損檢測(cè)》射線檢測(cè)②與象質(zhì)等級(jí)相關(guān)的兩個(gè)重要技術(shù)指標(biāo)：黑度——射線底片的黑化程度。定義式：D=lg(I0/I)

式中：I0——

原始入射光強(qiáng)；

I——

透射光強(qiáng)；

D——底片黑度;最佳值D=2.0

合格底片黑度范圍（參考GB3323-87）:A級(jí)：1.2～3.5AB級(jí)：1.2～3.5B級(jí)：1.5～3.5《無損檢測(cè)》射線檢測(cè)

靈敏度

絕對(duì)靈敏度——射線底片上發(fā)現(xiàn)最小缺陷的能力。相對(duì)靈敏度——射線底片上發(fā)現(xiàn)的最小缺陷尺寸與工件的透照厚度之比(%).相對(duì)靈敏度表達(dá)式：K=(X/δ)×100%強(qiáng)調(diào):K值越小,靈敏度越高!《無損檢測(cè)》射線檢測(cè)相對(duì)靈敏度的具體運(yùn)用：象質(zhì)計(jì)/透度計(jì)——金屬絲型象質(zhì)計(jì)

（GB5618-85）.

作用：人工缺陷，理解為“臥底”。使用說明：將16根線徑不同的金屬絲(線徑0.1-3.2)

編成序號(hào)：1～16；分成三組：1～7;6～12;10～16

象質(zhì)指數(shù)Z＝線號(hào)1～16

象質(zhì)指數(shù)Z值越高,靈敏度越低!《無損檢測(cè)》射線檢測(cè)金屬絲型象質(zhì)計(jì)

第一組象質(zhì)計(jì)示例:7~1GB5618-85一定厚度范圍工件的底片，達(dá)到相應(yīng)象質(zhì)等級(jí)要求的最低的象質(zhì)指數(shù)Z，即等于達(dá)到了相對(duì)靈敏度的要求。應(yīng)用方法《無損檢測(cè)》射線檢測(cè)象質(zhì)計(jì)的擺放要求：①射線源一側(cè)的工件上表面；②跨越焊縫，靠近邊緣

（膠片長度1/4處）；③選對(duì)組別，細(xì)絲在外?；舅枷耄?/p>

就是使象質(zhì)計(jì)處于較惡劣條件下透照，從而使獲得的底片質(zhì)量更有說服力。《無損檢測(cè)》射線檢測(cè)象質(zhì)計(jì)的擺放圖示圖例L/2L/41—7焊接試板象質(zhì)計(jì)《無損檢測(cè)》射線檢測(cè)（2）透照參數(shù)選擇①膠片選擇：國產(chǎn)天津Ⅲ型膠片。②增感屏選擇：

增感屏種類：

金屬增感屏、熒光增感屏、金屬熒光增感屏；鋼制件——選擇鉛箔增感屏。

增感屏的作用：

濾波作用；增感作用?！稛o損檢測(cè)》射線檢測(cè)③曝光條件的選擇

四個(gè)主要參數(shù)：

管電壓U、管電流I、曝光時(shí)間t、焦距f。它們均從不同角度影響x射線作用于膠片上的感光強(qiáng)度，進(jìn)而得到不同的底片黑度。一個(gè)合成參數(shù)：曝光量—管電流I與曝光時(shí)間t的乘積。曝光曲線——選擇曝光參數(shù)的工具！《無損檢測(cè)》射線檢測(cè)曝光曲線的使用示意圖X射線機(jī)控制箱面板上的曝光曲線使用：δδ0U/kv150

注意：不同材料的曝光曲線是不同的！

制作依據(jù)：黑度達(dá)到相同標(biāo)準(zhǔn)?！稛o損檢測(cè)》射線檢測(cè)④透照距離的選擇最小透照距離Fmin的確定：首先分析——相似三角形平面幾何原理：板厚δ、焦點(diǎn)直徑d、幾何不清晰度ug與最小透照距離Fmin的關(guān)系。

綜合考慮：

F一般取400～700mm?；疽?guī)律：F，ug；

射線強(qiáng)度！下面分析幾何關(guān)系。《無損檢測(cè)》射線檢測(cè)F與ug的關(guān)系分析根據(jù)相似原理，有

ug/d=h/(F－h(huán))

所以，ug＝d·h/(F－h(huán))

ugmax=d·δ/(F－δ)

顯然，F(xiàn)↗,ug

max↘.

故有，

Fmin=d·δ/ug

max

＋δ

dFhug《無損檢測(cè)》射線檢測(cè)

⑤透照方式選擇選擇射線與工件的相對(duì)位置關(guān)系。因工件情況不同、發(fā)現(xiàn)缺陷種類不同而采用不同的透照方式。

平板對(duì)接焊縫：

垂直透照、傾斜透照；大直徑筒節(jié)環(huán)縫、縱縫：

內(nèi)透法、外透法；

管子對(duì)接環(huán)縫：

雙壁雙影法、雙壁單影法?！稛o損檢測(cè)》射線檢測(cè)⑥散射線的屏蔽采用濾板、遮板、底部鉛板等。目的是降低底片的

灰霧度！射線源濾光板遮光板工件《無損檢測(cè)》射線檢測(cè)⑦補(bǔ)償塊的選擇對(duì)于不規(guī)則的接頭，如角接頭、T形接頭，可采用特殊形狀的補(bǔ)償塊來調(diào)節(jié)射線的

透射強(qiáng)度，從而調(diào)節(jié)底片黑度。

補(bǔ)償塊T形接頭射線源暗盒《無損檢測(cè)》射線檢測(cè)1.4X射線探傷機(jī)及探傷程序

1.4.1x射線探傷機(jī)

(1)基本組成x射線管——核心，射線源高壓發(fā)生器——提供50～500kv直流電源冷卻裝置——循環(huán)噴油冷卻支撐機(jī)構(gòu)——便于對(duì)位、調(diào)焦高壓電纜——連接電源控制箱——設(shè)定參數(shù)、監(jiān)控操作

《無損檢測(cè)》射線檢測(cè)（2）主要性能參數(shù)（以X2005型射線機(jī)為例）管壓峰值kv——200kv管電流平均值mA——5mA焦點(diǎn)尺寸mm——2.5×2.5射線機(jī)重量kg——60kg最大透射厚度mm——鋼件29mm便攜式x射線機(jī)簡(jiǎn)化為三大部件：①控制箱②x射線管③高壓電纜《無損檢測(cè)》射線檢測(cè)1.4.2X射線照相法探傷系統(tǒng)①射線源②鉛光闌③濾板④鉛罩⑤鉛遮板⑥象質(zhì)計(jì)⑦標(biāo)記帶⑧工件⑨暗盒⑩鉛底板《無損檢測(cè)》射線檢測(cè)關(guān)于標(biāo)記帶標(biāo)記帶內(nèi)容：①定位標(biāo)記——中心標(biāo)記，搭接標(biāo)記；②識(shí)別標(biāo)記——產(chǎn)品代號(hào)、批號(hào)、焊縫代號(hào)、透照日期、操作者代碼等；③B標(biāo)記——評(píng)價(jià)背部散射線強(qiáng)度；010072006，3，15GL141

AB《無損檢測(cè)》射線檢測(cè)標(biāo)記帶內(nèi)容的處理為使用方便，可將長期不變的標(biāo)記鉛字或符號(hào)固定在暗袋的外表面，放在工件下面。但應(yīng)注意貼在工件的下表面！而且不能與工件上表面的標(biāo)記重影！2006，3，12－007GL100-2暗袋標(biāo)記帶《無損檢測(cè)》射線檢測(cè)1.4.3射線探傷的基本操作程序總體上分為三個(gè)階段，具體操作內(nèi)容根據(jù)具體情況有所刪減。

(1)技術(shù)準(zhǔn)備階段：①了解被檢對(duì)象——包括材質(zhì)、壁厚、加工工藝、工件表面狀態(tài)等；

②設(shè)備選擇——射線源類型、能量水平、

可否移動(dòng)等；

③選擇曝光條件——包括膠片、增感方式、焦距、曝光量、管電壓等；

④選擇透照方式——定向、周向輻射、布片策略等；⑤其它準(zhǔn)備——如標(biāo)記帶布置、象質(zhì)計(jì)布置、

屏蔽散射線的方法等。

《無損檢測(cè)》射線檢測(cè)（2）實(shí)際透照①核對(duì)實(shí)物，布片貼標(biāo)；②屏蔽散射，對(duì)位調(diào)焦；③設(shè)定參數(shù)，設(shè)備預(yù)熱；④檢查現(xiàn)場(chǎng)，開機(jī)透照。（3）技術(shù)處理①暗室處理——沖洗、干燥；②底片評(píng)定——黑