第2章射线检测课件 - 副本

1、第第2章章 射线检测射线检测 本章重点内容：本章重点内容：（1）射线的产生及性质射线的产生及性质 更好地利用它；更好地利用它；（2）射线检测的）射线检测的基本原理基本原理 更好地理解更好地理解各种缺陷各种缺陷的的显像状况显像状况；（3）重点掌握重点掌握射线射线照相法检测技术照相法检测技术 学以致用；学以致用；（4）了解）了解射线的防护射线的防护知识知识 保护环境和保护环境和注意人身安全注意人身安全。本章概要本章概要射线检测射线检测的英文缩写的英文缩写 RT ray testing基本原理基本原理利用射线能利用射线能穿透物质穿透物质且在不且在不同物质中的同物质中的衰减情况有差异衰减情况有差异的特

2、性来发现的特性来发现构件中的缺陷；构件中的缺陷；依据显示缺陷的方法不同，分为以下几种依据显示缺陷的方法不同，分为以下几种具体的方法具体的方法： 电离法电离法 荧光屏观察法荧光屏观察法工业电视法工业电视法 照相法照相法 计算机断层扫描法计算机断层扫描法CT本章概要本章概要根据根据射线源不同射线源不同，又分为：，又分为： X射线射线检测；检测； 射线射线检测；检测； 高能射线高能射线检测。检测。本章将以本章将以X射线照相法射线照相法检测技术为检测技术为核心核心， 讲授射线检测技术。讲授射线检测技术。 射线检测射线检测又称又称射线探伤射线探伤。 这部分内容也是这部分内容也是课程的重点课程的重点。 2

3、.1 射线检测的物理基础射线检测的物理基础 2.1.1 射线的本质射线的本质 射线本身就是一种射线本身就是一种波长很短波长很短的的电磁波电磁波。 X,射线射线统称为统称为光子光子。 根据波谱图可查得根据波谱图可查得: X射线的波长为射线的波长为: 0.0010.1nm; 射线的波长为射线的波长为: 0.00030.1nm. 射线比射线比X射线的波长还短，射线的波长还短， 因此，其因此，其穿透能力更强穿透能力更强!2.1.2 射线的性质射线的性质 (1)(1)不可见，直线传播不可见，直线传播具有具有隐蔽性隐蔽性和和指向性指向性； (2)(2)不带电，因而不受电磁场影响不带电，因而不受电磁场影响电

4、中性电中性； (3)(3)能穿透物质能穿透物质,但有衰减但有衰减具有具有穿透性穿透性和和衰减性衰减性； (4)(4)能与某些物质能与某些物质产生光化作用产生光化作用，使荧光物质发，使荧光物质发光；可使胶片感光光；可使胶片感光可成像可成像； (5)(5)能能使某些气体电离使某些气体电离即产生即产生电离辐射电离辐射； (6)(6)与光波一样与光波一样，有反射、折射、干涉现象有反射、折射、干涉现象； (7)(7)能产生能产生生物效应生物效应，伤害和，伤害和杀死生物细胞杀死生物细胞 对人体有害对人体有害。 2.1.3 射线的产生射线的产生 射线的性质，射线的性质，有利有利、有弊有弊，应该科学地加以，应

5、该科学地加以利用利用和和防范防范！射线学就是研究如何利用与防范射！射线学就是研究如何利用与防范射线的科学。下面介绍线的科学。下面介绍产生产生x射线射线的主要设备的主要设备: (1(1）x光管光管基本组成基本组成： 阴极部件阴极部件：灯丝（钨丝）：灯丝（钨丝）发射电子发射电子； 阴极罩阴极罩聚焦电子聚焦电子。 阳极部件阳极部件：阳极靶：阳极靶接收电子接收电子； 冷却介质冷却介质散热散热作用。作用。 真空管真空管玻璃玻璃或或金属陶瓷金属陶瓷制作的制作的真空外罩真空外罩。(2)X射线管及其工作原理u15500kv 高压电源高压电源 高压电缆高压电缆阳极靶阳极靶电子流电子流玻壳管玻壳管阴极罩阴极罩灯丝

6、灯丝X射线射线 (3)(3) X射线的产生过程表述射线的产生过程表述 首先，对首先，对灯丝灯丝通电通电预热预热, ,产生产生电子热发射电子热发射, ,形成形成电子云电子云；（大约；（大约2020分钟左右）分钟左右） 然后，对阴极和阳极施加高压电（几百然后，对阴极和阳极施加高压电（几百kvkv），）， 形成形成高压电场高压电场，加速电子加速电子，并使，并使其其定向运动定向运动； 被加速的被加速的电子最终撞击到阳极靶上电子最终撞击到阳极靶上，将，将其高速运动的其高速运动的动能动能转化为转化为热能热能和和X射线射线。(4)(4)几点说明几点说明 高速运动电子的能量，高速运动电子的能量，绝大多数转换为

7、热绝大多数转换为热能能，转化为，转化为X射线的能量比率射线的能量比率仅占仅占1左左右；因此阳极靶右；因此阳极靶必须散热和冷却必须散热和冷却；这个问；这个问题应该由题应该由X射线管的设计人员解决。射线管的设计人员解决。 产生产生X射线的强度射线的强度与与管电流管电流成正比，与成正比，与管管电压电压的的平方平方成正比，与成正比，与阳极靶材料阳极靶材料的的原子原子序数成正比序数成正比。因此，恰当选择管电流、管。因此，恰当选择管电流、管电压和阳极靶材料至关重要。电压和阳极靶材料至关重要。 换言之，换言之，X射线的强度射线的强度可由可由管电流管电流和和管电压管电压灵活调节灵活调节！ 常用的常用的阳极靶阳

8、极靶材料为材料为钨钨。它具有。它具有高原子序高原子序数数和和高熔点高熔点。 X射线的强度的分布规律：射线的强度的分布规律： 在在垂直电子束的方向垂直电子束的方向上上最强最强；在平行；在平行电子束的方向上最弱。这就是说，电子束的方向上最弱。这就是说，X射线的射线的强度在空间的分布是强度在空间的分布是不均匀的不均匀的，而且具有，而且具有一定的一定的扩散角扩散角，并，并不是不是平行光平行光！ 了解这一点，对应用也很重要（后面在了解这一点，对应用也很重要（后面在象质计象质计的的布置布置时将提到）。时将提到）。2.1.4 射线的产生射线的产生 射线射线是由是由放射性同位素放射性同位素的原子核的原子核衰变

9、衰变过程过程伴随伴随产生的产生的。常用于射线探伤的放射性同位素主要有：常用于射线探伤的放射性同位素主要有： 钴钴60、铱铱192、铯铯137/134等。等。射线的特点：射线的特点： 强度高于强度高于X射线，射线，穿透力强穿透力强，适合，适合厚板透视厚板透视； 强度强度无法直接调节无法直接调节，射线长期存在，射线长期存在，防护更要防护更要注意！注意！ 可实现可实现周向辐射周向辐射，透视，透视效率高效率高。2.1.5 射线的半衰期射线的半衰期 同位素同位素 半衰期半衰期射线能量射线能量 应用条件应用条件钴60 5.3年 高 300 mm 以下 钢制件铱192 753天 较弱 60mm 以下 钢制件

10、铯137 332年 较弱 60mm 以下 钢制件2.2 射线检测的基本原理射线检测的基本原理2.2.1 射线在物质中的射线在物质中的衰减定律衰减定律 射线在穿透物质的同时也会发生衰减现象。其发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：生衰减的根本原因有两点： 散射散射和和吸收吸收。 其衰减规律成负指数规律：其衰减规律成负指数规律： I= I0 e （3-1） 式中，式中， I0射线的初始强度；射线的初始强度； I射线的透射强度；射线的透射强度； 工件的厚度；工件的厚度； 线衰减系数。线衰减系数。线衰减系数线衰减系数 线衰减系数线衰减系数入射光子在物质中入射光子在物质中穿

11、行单位距穿行单位距 离离时，与物质时，与物质发生相互作用发生相互作用的的几率。几率。 不同材料不同材料具有具有不同的衰减系数不同的衰减系数。 一般规律是：一般规律是： f (,z ) ，且与三者，且与三者成正比成正比。 其中其中: 射线的波长；射线的波长； 材料密度；材料密度； z 原子序数；原子序数；2.2.2 射线检测的基本原理射线检测的基本原理 射线检测主要是利用它的射线检测主要是利用它的指向性指向性、穿透性穿透性、衰衰减性减性等几个基本性质。具体分析（参考下图）：等几个基本性质。具体分析（参考下图）： （1）无缺陷区无缺陷区的射线透射强度：的射线透射强度： I=I0e 衰减定律衰减定律

12、ABXI0Ix x=A+X+B=A+X+BX 缺陷厚度；缺陷厚度；A 缺陷上部厚度；缺陷上部厚度；B 缺陷下部厚度；缺陷下部厚度；I x（2）有缺陷区有缺陷区的射线透射强度：的射线透射强度： Ix = I0eA eX eB = I0eAeB e X eX e X = I0e e （)X = I e （)X (3-2) 显然有：显然有： Ix / I = e （)X (3-3) 讨论与结论讨论与结论 当当I；比如，钢中的气孔、；比如，钢中的气孔、夹渣就属于这种；夹渣就属于这种； 当当 时，时，Ix I；比如，钢中的夹钨、；比如，钢中的夹钨、夹铜就属于这种；夹铜就属于这种； 当当 或或x很小时，很

13、小时，Ix I；几乎差异，；几乎差异，缺陷则得不到显示！缺陷则得不到显示！ 这就是射线检测的基本应用原理这就是射线检测的基本应用原理!2.3 X射线照相法检测技术射线照相法检测技术 2.3.1 x射线照相法检测原理射线照相法检测原理 依据射线检测的基本原理，将射线透依据射线检测的基本原理，将射线透射工件后的射工件后的潜影潜影以胶片形式接收以胶片形式接收，再经，再经显显影、定影影、定影后，就可从后，就可从射线底片射线底片上得到了工上得到了工件内在的件内在的质量信息质量信息。这就是。这就是x射线照相法检射线照相法检测原理。测原理。 胶片2.3.2 X射线照相法检测技术射线照相法检测技术 (1)合格

14、底片合格底片的的评价指标评价指标（参考参考GB3323-87） 象质等级的规定：象质等级的规定： A 级，级，AB级，级，B级。级。B级为最高级级为最高级。 适用结构适用结构：A 级，适用级，适用一般结构一般结构； AB级，适用级，适用压力容器压力容器； B级，适用级，适用极重要的结构极重要的结构， 如如核设施核设施。 与与象质等级象质等级相关的相关的两个重要技术指标两个重要技术指标： 黑度黑度射线底片的黑化程度。射线底片的黑化程度。 定义式：定义式：D =lg(I0 / / I) 式中：式中：I0 原始入射光强；原始入射光强； I 透射光强；透射光强； D 底片黑度底片黑度;最佳值最佳值D=

15、2.0 合格底片黑度范围合格底片黑度范围（参考参考GB3323-87） : : A 级：级：1.23.5 AB级：级：1.23.5 B级：级： 1.53.5 灵敏度灵敏度 绝对灵敏度绝对灵敏度射线底片上射线底片上发现最小缺陷发现最小缺陷 的的能力能力。 相对灵敏度相对灵敏度射线底片上发现的最小缺射线底片上发现的最小缺 陷尺寸与工件的透照厚度陷尺寸与工件的透照厚度 之比之比(%). 相对灵敏度表达式：相对灵敏度表达式： K= (X/)100% 强调强调: K值越小值越小,灵敏度越高灵敏度越高!相对灵敏度的具体运用：相对灵敏度的具体运用：象质计象质计/透度计透度计金属丝型象质计金属丝型象质计 （G

16、B5618-85）. 作用：作用：人工缺陷人工缺陷，理解为，理解为“卧底卧底”。使用说明：使用说明： 将将16根线径不同的金属丝根线径不同的金属丝(线径线径0.1-3.2) 编成序号：编成序号：116； 分成三组：分成三组：17;612;1016 象质指数象质指数Z线号线号116 象质指数象质指数Z值值越高越高,灵敏度灵敏度越高越高!金属丝型象质计金属丝型象质计 第一组象质计示例第一组象质计示例:71GB5618-85一定厚度范围工一定厚度范围工件的底片，达到件的底片，达到相应象质等级要相应象质等级要求的求的最低的象质最低的象质指数指数Z Z，即等于，即等于达到了相对灵敏达到了相对灵敏度的要求

17、。度的要求。应用方法象质计在焊接接头的摆放要求象质计在焊接接头的摆放要求射线射线源一侧源一侧的工件的工件上表面上表面；跨越焊缝跨越焊缝，靠近边缘靠近边缘 （胶片长度（胶片长度1/4处）；处）；选对组别选对组别，细丝在外细丝在外。 基本思想：基本思想： 就是使象质计处于就是使象质计处于较恶劣条件较恶劣条件下透照，下透照，从而使获得的从而使获得的底片质量底片质量更更有说服力有说服力。 象质计的摆放图示象质计的摆放图示 图例图例L/2L/417焊接试板焊接试板象质计（2）透照参数选择）透照参数选择 胶片选择：国产胶片选择：国产天津天津型型胶片。胶片。 增感屏选择：增感屏选择： 增感屏种类增感屏种类：

18、 金属增感屏金属增感屏、荧光增感屏荧光增感屏、金属荧光金属荧光增感屏；增感屏； 钢制件钢制件选择选择铅箔增感屏。铅箔增感屏。 增感屏的作用增感屏的作用： 滤波滤波作用；作用；增感增感作用。作用。 曝光条件的选择曝光条件的选择 四个四个主要参数：主要参数： 管电压管电压U、管电流管电流I、曝光时间曝光时间t、焦距焦距f。 它们均从不同角度它们均从不同角度影响影响x射线作用于胶片射线作用于胶片上的感光强度，进而得到不同的上的感光强度，进而得到不同的底片黑度底片黑度。 一个合成参数：一个合成参数： 曝光量曝光量管电流管电流I与曝光时间与曝光时间t的乘积。的乘积。 曝光曲线曝光曲线选择曝光参数的选择曝

19、光参数的工具工具！曝光曲线的使用示意图曝光曲线的使用示意图 X射线机控制箱面板上的曝光曲线使用：0 0U/kv150 注意：注意：不同材料不同材料的的曝光曲线是不同的！曝光曲线是不同的！ 制作依据：黑度达到黑度达到相同标准相同标准。 透照距离透照距离的选择的选择 最小透照距离最小透照距离Fmin的确定：的确定： 首先分析首先分析平面几何相似三角形原理平面几何相似三角形原理： 板厚板厚、焦点直径焦点直径d、几何不清晰度几何不清晰度ug与最与最小透照距离小透照距离Fmin的关系。的关系。 综合考虑综合考虑： F一般取一般取400700 mm。 基本规律：基本规律：F ，ug ； 射线强度射线强度

20、！ 下面分析几何关系。下面分析几何关系。F与与ug的关系分析的关系分析 根据几何相似原理，有根据几何相似原理，有 ug / d = h / (Fh) 所以所以，ug dh / (Fh) ug max = d/ (F) 显然，显然，F , ug max . 故有，故有， Fmin = d/ ug max dFhug 透照方式选择透照方式选择 选择射线与工件的选择射线与工件的相对位置关系相对位置关系。 因工件情况不同、发现缺陷种类不同而因工件情况不同、发现缺陷种类不同而 采用不同的透照方式。采用不同的透照方式。 平板对接焊缝平板对接焊缝： 垂直垂直透照、透照、倾斜倾斜透照；透照； 大直径筒节大直径

21、筒节环缝环缝、纵缝纵缝： 内透内透法、法、外透外透法；法； 管子对接环缝管子对接环缝： 双壁双影双壁双影法、法、双壁单影双壁单影法。法。散射线的屏蔽散射线的屏蔽 采用采用滤板滤板、遮板遮板、底部铅板底部铅板等。等。 目的是目的是降低降低底片的底片的 灰雾度灰雾度 ！射线源射线源滤光板滤光板遮光板遮光板工件工件 灰雾度灰雾度 概念：一个淡灰色的数值很小的密度层，均匀的概念：一个淡灰色的数值很小的密度层，均匀的分布在透明的片基上，这个密度层叫做灰雾度。分布在透明的片基上，这个密度层叫做灰雾度。 形成的原因形成的原因 ： 银盐的性能不稳定，高感光度的银盐的性能不稳定，高感光度的比低感光度的大；保存时

22、间长，温度高，灰雾比低感光度的大；保存时间长，温度高，灰雾度大；显影的时间长，温度高，药液的碱性强，度大；显影的时间长，温度高，药液的碱性强，抑制剂（溴化钾）的用量少，灰雾度大；暗室抑制剂（溴化钾）的用量少，灰雾度大；暗室的安全灯不合格，感光片离安全灯太近或曝光的安全灯不合格，感光片离安全灯太近或曝光时间太长，灰雾度大。时间太长，灰雾度大。 补偿块补偿块的选择的选择 对于对于不规则的接头不规则的接头，如，如角接头角接头、T形形接头，接头， 可采用特殊形状的可采用特殊形状的补偿块补偿块来调节射线的来调节射线的 透射强度透射强度，从而，从而调节底片调节底片黑度黑度。 补偿块补偿块T形形接头接头射线

23、源射线源暗盒暗盒2.4 X射线探伤机及探伤程序射线探伤机及探伤程序 2.4.1 x射线探伤机射线探伤机 (1)(1)基本组成基本组成x射线管射线管核心，核心，射线源射线源高压发生器高压发生器提供提供 50500kv直流电源直流电源冷却装置冷却装置循环喷油循环喷油冷却冷却支撑机构支撑机构便于便于对位、调焦对位、调焦高压电缆高压电缆连接电源连接电源控制箱控制箱设定参数设定参数、监控操作监控操作 （2）主要性能参数主要性能参数（以以X2005型型射线机为例）射线机为例）管压峰值管压峰值kv200kv管电流平均值管电流平均值mA5mA焦点尺寸焦点尺寸mm 2.52.5射线机重量射线机重量kg 60kg

24、最大透射厚度最大透射厚度mm 钢件钢件29mm便携式便携式x射线机简化为射线机简化为三大部件三大部件： 控制箱控制箱 x射线管射线管 高压电缆高压电缆2.4.2 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：标记带内容： 定位标记定位标记中心标记中心标记，搭接标记搭接标记； 识别标记识别标记产品代号、批号、焊缝代产品代号、批号、焊缝代号、透照日期、操作者代码等；号、透照日期、操作者代码等； B标记标记评价背部散射线强度；评价背部散射线强度；0072006，3，15GL141 AB标记带内容的处理 为使用方便，可将为使用方便，可将长期不变

25、的标记长期不变的标记铅字或铅字或符号符号固定在暗袋的外表面固定在暗袋的外表面，放在工件下面。，放在工件下面。但应注意贴在工件的下表面！而且不能与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工件上表面的标记重影重影！2006，3，12007GL100-2暗袋暗袋标记带2.4.3 射线探伤的基本操作程序射线探伤的基本操作程序 总体上分为总体上分为三个阶段三个阶段，具体操作内容，具体操作内容 根据具体情况有所删减。根据具体情况有所删减。 (1)(1)技术准备阶段：技术准备阶段： 了解被检对象了解被检对象包括包括材质材质、壁厚壁厚、 加工加工工艺工艺、工件、工件表面状态表面状态等；等； 设备选

26、择设备选择 射线源类型射线源类型、能量能量水平、水平、 可否移动可否移动等；等； 选择曝光条件选择曝光条件 包括胶片、增感方式、包括胶片、增感方式、 焦距、曝光量、管电压等；焦距、曝光量、管电压等； 选择透照方式选择透照方式 定向、周向辐射、定向、周向辐射、 布片策略等；布片策略等； 其它准备其它准备 如如标记带标记带布置、布置、象质计象质计布置、布置、 屏蔽散射线屏蔽散射线的方法等。的方法等。 （2）实际透照）实际透照 核对实物核对实物，布片布片贴标贴标； 屏蔽散射屏蔽散射，对位对位调焦调焦； 设定参数设定参数，设备，设备预热预热； 检查现场检查现场，开机，开机透照透照。（3）技术处理）技术

27、处理 暗室处理暗室处理 冲洗、干燥；冲洗、干燥； 底片评定底片评定 黑度、象质指数、伪缺陷等；黑度、象质指数、伪缺陷等； 确认确认合格底片合格底片。 质量等级评定质量等级评定根据缺陷类别、严重性，根据缺陷类别、严重性， 确定确定产品质量产品质量级别。级别。 签发检验报告签发检验报告资料归档，保存资料归档，保存58年。年。 检验报告有检验报告有统一格式统一格式、规定的内容规定的内容、 质检人员质检人员要签字要签字、提出、提出返修建议返修建议等。等。2.5 射线的防护射线的防护 2.5.1 相关标准相关标准 GB4792-84 放射卫生防护基本标准放射卫生防护基本标准 要点要点： 职业探伤人员职业

28、探伤人员： 每天每天实际接受剂量实际接受剂量 不大于不大于 17.4 mrem; 每年每年最高允许剂量当量最高允许剂量当量 5 rem(雷姆雷姆) ； 终生终生累计照射剂量，不得超过累计照射剂量，不得超过 250 rem。2.5.2 防护措施防护措施(1) 屏蔽防护屏蔽防护如如机体衬铅机体衬铅、射线发生器、射线发生器 用用遮光器遮光器、使用铅房等；、使用铅房等； 探伤人员探伤人员带带铅围裙铅围裙、铅眼镜铅眼镜等。等。 距离防护距离防护射线剂量率与射线剂量率与距离的平方距离的平方 成反比成反比。 时间防护时间防护探伤人员工作时间探伤人员工作时间: t17.4/p, p为为射线剂量率射线剂量率.

29、实际工作中往往采用实际工作中往往采用联合防护联合防护策略！策略！2.6 常见缺陷的影响特征常见缺陷的影响特征 2.6.1 铸件铸件 (1)(1)气孔气孔 圆形椭圆形黑斑圆形椭圆形黑斑 中间黑中间黑 (2)(2)疏松疏松 羽毛状、海绵状、云状暗色团块羽毛状、海绵状、云状暗色团块 (3)(3)针孔针孔 圆形或长圆形暗点圆形或长圆形暗点 (4)(4)氧化夹渣氧化夹渣 形状不定的黑斑形状不定的黑斑 (5)(5)夹砂夹砂 白斑（镁铝等轻合金）白斑（镁铝等轻合金） 黑斑（黑色金属）黑斑（黑色金属） (6)(6)金属夹杂物金属夹杂物 明亮或黑色影像明亮或黑色影像 (7)(7)裂纹裂纹 黑色曲线或直线，两端尖细黑色曲线或直线，两端尖细2.6.2 焊件焊件(1)气