《无损检测》射线检测课件

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1、 无 损 检 测 技 术 讲 课郑 建 光（ 仰 北 201）手 机 ： 13857102861计 量 测 试 工 程 学 院 第 1章 射 线 检 测 本 章 重 点 内 容 ： （ 1） 射 线 的 产 生 及 性 质 更 好 地 利 用 它 ； （ 2） 射 线 检 测 的 基 本 原 理 更 好 地 理 解 各 种 缺 陷 的 显 像 状 况 ； （ 3） 重 点 掌 握 射 线 照 相 法 检 测 技 术 学 以 致 用 ； （ 4） 了 解 射 线 的 防 护 知 识 保 护 环 境 和 注 意 人 身 安 全 。 本 章 概 要 射 线 检 测 的 英 文 缩 写 RT ray

2、testing 基 本 原 理 利 用 射 线 能 穿 透 物 质 且 在 不同 物 质 中 的 衰 减 情 况 有 差 异 的 特 性 来 发 现构 件 中 的 缺 陷 ； 依 据 显 示 缺 陷 的 方 法 不 同 ， 分 为 以 下 几 种具 体 的 方 法 ： 电 离 法 荧 光 屏 观 察 法 工 业 电 视 法 照 相 法 计 算 机 断 层 扫 描 法 CT 本 章 概 要 根 据 射 线 源 不 同 ， 又 分 为 ： X射 线 检 测 ； 射 线 检 测 ； 高 能 射 线 检 测 。 本 章 将 以 X射 线 照 相 法 检 测 技 术 为 核 心 ， 讲 授 射 线 检

3、测 技 术 。 射 线 检 测 又 称 射 线 探 伤 。 这 部 分 内 容 也 是 课 程 的 重 点 。 1.1 射 线 检 测 的 物 理 基 础 1.1.1 射 线 的 本 质 射 线 本 身 就 是 一 种 波 长 很 短 的 电 磁 波 。 X,射 线 统 称 为 光 子 。 根 据 波 谱 图 可 查 得 : X射 线 的 波 长 为 : 0.0010.1nm; 射 线 的 波 长 为 : 0.00030.1nm. 射 线 比 X射 线 的 波 长 还 短 ， 因 此 ， 其 穿 透 能 力 更 强 ! 1.1.2 射 线 的 性 质 (1)不 可 见 ， 直 线 传 播 具

4、有 隐 蔽 性 和 指 向 性 ； (2)不 带 电 ， 因 而 不 受 电 磁 场 影 响 电 中 性 ； (3)能 穿 透 物 质 ， 但 有 衰 减 具 有 穿 透 性 和 衰 减性 ； (4)能 与 某 些 物 质 产 生 光 化 作 用 ， 使 荧 光 物 质 发光 ； 可 使 胶 片 感 光 可 成 像 ； (5)能 使 某 些 气 体 电 离 即 产 生 电 离 辐 射 ； (6)与 光 波 一 样 ， 有 反 射 、 折 射 、 干 涉 现 象 ； (7)能 产 生 生 物 效 应 ， 伤 害 和 杀 死 生 物 细 胞 对 人 体 有 害 。 1.1.3 射 线 的 产 生

5、射 线 的 性 质 ， 有 利 、 有 弊 ， 应 该 科 学 地 加 以利 用 和 防 范 ！ 射 线 学 就 是 研 究 如 何 利 用 与 防 范 射线 的 科 学 。 下 面 介 绍 产 生 x射 线 的 主 要 设 备 : (1） x光 管 基 本 组 成 ： 阴 极 部 件 ： 灯 丝 （ 钨 丝 ） 发 射 电 子 ； 阴 极 罩 聚 焦 电 子 。 阳 极 部 件 ： 阳 极 靶 接 收 电 子 ； 冷 却 介 质 散 热 作 用 。 真 空 管 玻 璃 或 金 属 陶 瓷 制 作 的 真 空 外 罩 。 (2)X射 线 管 及 其 工 作 原 理 u 15 500kv 高 压

6、 电 源 高 压 电 缆阳 极 靶电 子 流 玻 壳 管阴 极 罩灯 丝 (3) X射 线 的 产 生 过 程 表 述 首 先 ， 对 灯 丝 通 电 预 热 ,产 生 电 子 热 发 射 ,形 成 电 子 云 ； （ 大 约 20分 钟 左 右 ） 然 后 ， 对 阴 极 和 阳 极 施 加 高 压 电 （ 几 百kv） ， 形 成 高 压 电 场 ， 加 速 电 子 ， 并 使其 定 向 运 动 ； 被 加 速 的 电 子 最 终 撞 击 到 阳 极 靶 上 ， 将其 高 速 运 动 的 动 能 转 化 为 热 能 和 X射 线 。 (4)几 点 说 明 高 速 运 动 电 子 的 能 量

7、 ， 绝 大 多 数 转 换 为 热能 ， 转 化 为 X射 线 的 能 量 比 率 仅 占 1 左右 ； 因 此 阳 极 靶 必 须 散 热 和 冷 却 ； 这 个 问题 应 该 由 X射 线 管 的 设 计 人 员 解 决 。 产 生 X射 线 的 强 度 与 管 电 流 成 正 比 ， 与 管电 压 的 平 方 成 正 比 ， 与 阳 极 靶 材 料 的 原 子序 数 成 正 比 。 因 此 ， 恰 当 选 择 管 电 流 、 管电 压 和 阳 极 靶 材 料 至 关 重 要 。 换 言 之 ， X射 线 的 强 度 可 由 管 电 流 和 管电 压 灵 活 调 节 ！ 常 用 的 阳

8、极 靶 材 料 为 钨 。 它 具 有 高 原 子 序 数 和 高 熔 点 。 X射 线 的 强 度 的 分 布 规 律 ： 在 垂 直 电 子 束 的 方 向 上 最 强 ； 在 平 行 电子 束 的 方 向 上 最 弱 。 这 就 是 说 ， X射 线 的 强度 在 空 间 的 分 布 是 不 均 匀 的 ， 而 且 具 有 一定 的 扩 散 角 ， 并 不 是 平 行 光 ！ 了 解 这 一 点 ， 对 应 用 也 很 重 要 （ 后 面 在象 质 计 的 布 置 时 将 提 到 ） 。 1.1.4 射 线 的 产 生 射 线 是 由 放 射 性 同 位 素 的 原 子 核 衰 变 过

9、程 伴 随产 生 的 。 常 用 于 射 线 探 伤 的 放 射 性 同 位 素 主 要 有 ： 钴 60、 铱 192、 铯 137/134等 。 射 线 的 特 点 ： 强 度 高 于 X射 线 ， 穿 透 力 强 ， 适 合 厚 板 透 视 ； 强 度 无 法 直 接 调 节 ， 射 线 长 期 存 在 ， 防 护 更 要注 意 ！ 可 实 现 周 向 辐 射 ， 透 视 效 率 高 。 1.1.5 射 线 的 半 衰 期 同 位 素 半 衰 期 射 线 能 量 应 用 条 件钴 60 5.3年 高 300 mm 以 下 钢 制 件铱 192 75 3天 较 弱 60mm 以 下 钢 制

10、 件铯 137 33 2年 较 弱 60mm 以 下 钢 制 件 1.2 射 线 检 测 的 基 本 原 理1.2.1 射 线 在 物 质 中 的 衰 减 定 律 射 线 在 穿 透 物 质 的 同 时 也 会 发 生 衰 减 现 象 。 其 发生 衰 减 的 根 本 原 因 有 两 点 ： 散 射 和 吸 收 。 其 衰 减 规 律 成 负 指 数 规 律 ： I= I0 e （ 1-1） 式 中 ， I0射 线 的 初 始 强 度 ； I 射 线 的 透 射 强 度 ； 工 件 的 厚 度 ； 线 衰 减 系 数 。 线 衰 减 系 数 线 衰 减 系 数 入 射 光 子 在 物 质 中

11、穿 行 单 位 距 离 时 ， 与 物 质 发 生 相 互 作 用 的 几 率 。 不 同 材 料 具 有 不 同 的 衰 减 系 数 。 一 般 规 律 是 ： f (,z ) ， 且 与 三 者 成 正 比 。 其 中 : 射 线 的 波 长 ； 材 料 密 度 ； z 原 子 序 数 ； 1.2.2 射 线 检 测 的 基 本 原 理 射 线 检 测 主 要 是 利 用 它 的 指 向 性 、 穿 透 性 、 衰减 性 等 几 个 基 本 性 质 。 具 体 分 析 （ 参 考 下 图 ） ： （ 1） 无 缺 陷 区 的 射 线 透 射 强 度 ： I=I0e 衰 减 定 律AB XI

12、0I x =A+X+BX 缺 陷 厚 度 ；A 缺 陷 上 部 厚 度 ；B 缺 陷 下 部 厚 度 ； I x （ 2） 有 缺 陷 区 的 射 线 透 射 强 度 ： Ix = I0e A e X e B = I0e Ae B e X eX e X = I0e e （ )X = I e （ )X (1-2) 显 然 有 ： Ix / I = e （ )X (1-3) 讨 论 与 结 论 当 I； 比 如 ， 钢 中 的 气 孔 、夹 渣 就 属 于 这 种 ； 当 时 ， Ix I； 比 如 ， 钢 中 的 夹 铜 就属 于 这 种 ； 当 或 x很 小 时 ， Ix I； 几 乎 差 异

13、 ，缺 陷 则 得 不 到 显 示 ！ 这 就 是 射 线 检 测 的 基 本 应 用 原 理 ! 1.3 X射 线 照 相 法 检 测 技 术 1.3.1 x射 线 照 相 法 检 测 原 理 依 据 射 线 检 测 的 基 本 原 理 ， 将 射 线 透射 工 件 后 的 潜 影 以 胶 片 形 式 接 收 ， 再 经 显影 、 定 影 后 ， 就 可 从 射 线 底 片 上 得 到 了 工件 内 在 的 质 量 信 息 。 这 就 是 x射 线 照 相 法 检测 原 理 。 胶 片 1.3.2 X射 线 照 相 法 检 测 技 术 (1)合 格 底 片 的 评 价 指 标 （ 参 考 G

14、B3323-87） 象 质 等 级 的 规 定 ： A 级 ， AB级 ， B级 。 B级 为 最 高 级 。 适 用 结 构 ： A 级 ， 适 用 一 般 结 构 ； AB级 ， 适 用 压 力 容 器 ； B级 ， 适 用 极 重 要 的 结 构 ， 如 核 设 施 。 与 象 质 等 级 相 关 的 两 个 重 要 技 术 指 标 ： 黑 度 射 线 底 片 的 黑 化 程 度 。 定 义 式 ： D =lg(I0 / I) 式 中 ： I0 原 始 入 射 光 强 ； I 透 射 光 强 ； D 底 片 黑 度 ;最 佳 值 D=2.0 合 格 底 片 黑 度 范 围 （ 参 考 G

15、B3323-87） : A 级 ： 1.2 3.5 AB级 ： 1.2 3.5 B级 ： 1.5 3.5 灵 敏 度 绝 对 灵 敏 度 射 线 底 片 上 发 现 最 小 缺 陷 的 能 力 。 相 对 灵 敏 度 射 线 底 片 上 发 现 的 最 小 缺 陷 尺 寸 与 工 件 的 透 照 厚 度 之 比 (%). 相 对 灵 敏 度 表 达 式 ： K= (X/) 100% 强 调 : K值 越 小 ,灵 敏 度 越 高 ! 相 对 灵 敏 度 的 具 体 运 用 ： 象 质 计 /透 度 计 金 属 丝 型 象 质 计 （ GB5618-85） . 作 用 ： 人 工 缺 陷 ， 理

16、 解 为 “ 卧 底 ” 。 使 用 说 明 ： 将 16根 线 径 不 同 的 金 属 丝 (线 径 0.1-3.2) 编 成 序 号 ： 1 16； 分 成 三 组 ： 1 7;6 12;10 16 象 质 指 数 Z 线 号 1 16 象 质 指 数 Z值 越 高 ,灵 敏 度 越 低 ! 金 属 丝 型 象 质 计 第 一 组 象 质 计 示 例 : 71GB5618-85 一 定 厚 度 范 围 工件 的 底 片 ， 达 到相 应 象 质 等 级 要求 的 最 低 的 象 质指 数 Z， 即 等 于达 到 了 相 对 灵 敏度 的 要 求 。应 用 方 法 象 质 计 的 摆 放 要

17、 求 ： 射 线 源 一 侧 的 工 件 上 表 面 ； 跨 越 焊 缝 ， 靠 近 边 缘 （ 胶 片 长 度 1/4处 ） ； 选 对 组 别 ， 细 丝 在 外 。 基 本 思 想 ： 就 是 使 象 质 计 处 于 较 恶 劣 条 件 下 透 照 ，从 而 使 获 得 的 底 片 质 量 更 有 说 服 力 。 象 质 计 的 摆 放 图 示 图 例 L/2 L/417焊 接 试 板 象 质 计 （ 2） 透 照 参 数 选 择 胶 片 选 择 ： 国 产 天 津 型 胶 片 。 增 感 屏 选 择 ： 增 感 屏 种 类 ： 金 属 增 感 屏 、 荧 光 增 感 屏 、 金 属 荧

18、 光增 感 屏 ； 钢 制 件 选 择 铅 箔 增 感 屏 。 增 感 屏 的 作 用 ： 滤 波 作 用 ； 增 感 作 用 。 曝 光 条 件 的 选 择 四 个 主 要 参 数 ： 管 电 压 U、 管 电 流 I、 曝 光 时 间 t、 焦 距 f。 它 们 均 从 不 同 角 度 影 响 x射 线 作 用 于 胶 片上 的 感 光 强 度 ， 进 而 得 到 不 同 的 底 片 黑 度 。 一 个 合 成 参 数 ： 曝 光 量 管 电 流 I与 曝 光 时 间 t的 乘 积 。 曝 光 曲 线 选 择 曝 光 参 数 的 工 具 ！ 曝 光 曲 线 的 使 用 示 意 图 X射 线

19、 机 控 制 箱 面 板 上 的 曝 光 曲 线 使 用 ： 0U/kv150 注 意 ： 不 同 材 料 的 曝 光 曲 线 是 不 同 的 ！ 制 作 依 据 ：黑 度 达 到相 同 标 准 。 透 照 距 离 的 选 择 最 小 透 照 距 离 Fmin的 确 定 ： 首 先 分 析 相 似 三 角 形 平 面 几 何 原 理 ： 板 厚 、 焦 点 直 径 d、 几 何 不 清 晰 度 ug与 最小 透 照 距 离 Fmin的 关 系 。 综 合 考 虑 ： F一 般 取 400 700 mm。 基 本 规 律 ： F ， ug ； 射 线 强 度 ！ 下 面 分 析 几 何 关 系

20、。 F与 ug的 关 系 分 析 根 据 相 似 原 理 ， 有 ug / d = h / (F h) 所 以 ， ug dh / (F h) ug max = d/ (F ) 显 然 ， F , ug max . 故 有 ， Fmin = d/ ug max d Fh ug 透 照 方 式 选 择 选 择 射 线 与 工 件 的 相 对 位 置 关 系 。 因 工 件 情 况 不 同 、 发 现 缺 陷 种 类 不 同 而 采 用 不 同 的 透 照 方 式 。 平 板 对 接 焊 缝 ： 垂 直 透 照 、 倾 斜 透 照 ； 大 直 径 筒 节 环 缝 、 纵 缝 ： 内 透 法 、 外

21、 透 法 ； 管 子 对 接 环 缝 ： 双 壁 双 影 法 、 双 壁 单 影 法 。 散 射 线 的 屏 蔽 采 用 滤 板 、 遮 板 、 底 部 铅 板 等 。 目 的 是 降 低 底 片 的 灰 雾 度 ！ 射 线 源滤 光 板遮 光 板 工 件 补 偿 块 的 选 择 对 于 不 规 则 的 接 头 ， 如 角 接 头 、 T形 接 头 ， 可 采 用 特 殊 形 状 的 补 偿 块 来 调 节 射 线 的 透 射 强 度 ， 从 而 调 节 底 片 黑 度 。 补 偿 块T形 接 头 射 线 源暗 盒 1.4 X射 线 探 伤 机 及 探 伤 程 序 1.4.1 x射 线 探 伤

22、 机 (1)基 本 组 成 x射 线 管 核 心 ， 射 线 源 高 压 发 生 器 提 供 50 500kv直 流 电 源 冷 却 装 置 循 环 喷 油 冷 却 支 撑 机 构 便 于 对 位 、 调 焦 高 压 电 缆 连 接 电 源 控 制 箱 设 定 参 数 、 监 控 操 作 （ 2） 主 要 性 能 参 数 （ 以 X2005型 射 线 机 为 例 ） 管 压 峰 值 kv200kv 管 电 流 平 均 值 mA5mA 焦 点 尺 寸 mm 2.5 2.5 射 线 机 重 量 kg 60kg 最 大 透 射 厚 度 mm 钢 件 29mm便 携 式 x射 线 机 简 化 为 三

23、大 部 件 ： 控 制 箱 x射 线 管 高 压 电 缆 1.4.2 X射 线 照 相 法 探 伤 系 统 射 线 源 铅 光 阑 滤 板 铅 罩 铅 遮 板 象 质 计 标 记 带 工 件 暗 盒 铅 底 板 关 于 标 记 带 标 记 带 内 容 ： 定 位 标 记 中 心 标 记 ， 搭 接 标 记 ； 识 别 标 记 产 品 代 号 、 批 号 、 焊 缝 代号 、 透 照 日 期 、 操 作 者 代 码 等 ； B标 记 评 价 背 部 散 射 线 强 度 ；0 1 0072006， 3， 15GL141 AB 标 记 带 内 容 的 处 理 为 使 用 方 便 ， 可 将 长 期

24、不 变 的 标 记 铅 字 或符 号 固 定 在 暗 袋 的 外 表 面 ， 放 在 工 件 下 面 。但 应 注 意 贴 在 工 件 的 下 表 面 ！ 而 且 不 能 与工 件 上 表 面 的 标 记 重 影 ！ 2006， 3， 12 007GL100-2 暗 袋标 记 带 1.4.3 射 线 探 伤 的 基 本 操 作 程 序 总 体 上 分 为 三 个 阶 段 ， 具 体 操 作 内 容 根 据 具 体 情 况 有 所 删 减 。 (1)技 术 准 备 阶 段 ： 了 解 被 检 对 象 包 括 材 质 、 壁 厚 、 加 工 工 艺 、 工 件 表 面 状 态 等 ； 设 备 选

25、择 射 线 源 类 型 、 能 量 水 平 、 可 否 移 动 等 ； 选 择 曝 光 条 件 包 括 胶 片 、 增 感 方 式 、 焦 距 、 曝 光 量 、 管 电 压 等 ； 选 择 透 照 方 式 定 向 、 周 向 辐 射 、 布 片 策 略 等 ； 其 它 准 备 如 标 记 带 布 置 、 象 质 计 布 置 、 屏 蔽 散 射 线 的 方 法 等 。 （ 2） 实 际 透 照 核 对 实 物 ， 布 片 贴 标 ； 屏 蔽 散 射 ， 对 位 调 焦 ； 设 定 参 数 ， 设 备 预 热 ； 检 查 现 场 ， 开 机 透 照 。（ 3） 技 术 处 理 暗 室 处 理 冲

26、 洗 、 干 燥 ； 底 片 评 定 黑 度 、 象 质 指 数 、 伪 缺 陷 等 ； 确 认 合 格 底 片 。 质 量 等 级 评 定 根 据 缺 陷 类 别 、 严 重 性 ， 确 定 产 品 质 量 级 别 。 签 发 检 验 报 告 资 料 归 档 ， 保 存 5 8年 。 检 验 报 告 有 统 一 格 式 、 规 定 的 内 容 、 质 检 人 员 要 签 字 、 提 出 返 修 建 议 等 。 1.5 射 线 的 防 护 1.5.1 相 关 标 准 GB4792-84 放 射 卫 生 防 护 基 本 标 准 要 点 ： 职 业 探 伤 人 员 ： 每 天 实 际 接 受 剂

27、量 不 大 于 17.4 mrem; 每 年 最 高 允 许 剂 量 当 量 5 rem ； 终 生 累 计 照 射 剂 量 ， 不 得 超 过 250 rem。 1.5.2 防 护 措 施 屏 蔽 防 护 如 机 体 衬 铅 、 射 线 发 生 器 用 遮 光 器 、 使 用 铅 房 等 ； 探 伤 人 员 带 铅 围 裙 、 铅 眼 镜 等 。 距 离 防 护 射 线 剂 量 率 与 距 离 的 平 方 成 反 比 。 时 间 防 护 探 伤 人 员 工 作 时 间 : t17.4/p, p为 射 线 剂 量 率 . 实 际 工 作 中 往 往 采 用 联 合 防 护 策 略 ！ 本 章 思 考 题 ： 1. 射 线 的 性 质 2. 射 线 检 测 的 基 本 原 理 3. 射 线 底 片 的 评 定 指 标 4. 象 质 等 级 、 黑 度 、 相 对 灵 敏 度 及 其 表 征 方 法 5. 象 质 计 的 使 用 方 法 6. 射 线 照 相 法 检 测 的 主 要 技 术 参 数 7. 各 种 缺 陷 在 射 线 底 片 中 的 基 本 特 征 8. 射 线 防 护 的 具 体 措 施