实验射线检测的原理及过程

实验一射线检测的原理及过程实验目的1、掌握射线检测的基本原理和方法；2、了解射线检测的特点和适用范围；3、了解射线检测缺陷等级的评定。实验设备器材一携带式变频充气射线探伤机本机由控制器和管头（射线发生器）及电源电缆、连接电缆等组成（控制器面板和管头结构分别如图8-1、图8-2所示）。控制器采用可控硅单相桥式整流电路，整流后的电压经滤波回路滤波后变为平滑的直流电压，该电压经可控硅变频回路斩成频率可变的单向脉冲，送至高压脉冲变压器作为管头的电源。毫安稳定单元可以随射线管灯丝电压的提高或降低改变单向脉冲的频率，以保证射线管电流的稳定。千伏调节单元可以连续调节管电压，以适用不同厚度材料的拍片要求。数字计时器为预置数字电子式，可按不同要求选择曝光时间，计时准确，误差小，显示直观。如果在曝光期间有保护单元动作，计时器将显示当前时间，不归零。重新开机，可继续曝光至预置时间，因而可节省胶片。当电源电压波动时，控制器本身能自动调节，自动稳定射线管电压和管电流，以保证获得稳定的射线束。管电压和曝光时间均可预置，而管电流不能设置，为恒定的5毫安。管头为组合式，射线管、高压变压器（包括射线管灯丝绕组）与绝缘气体一同封装在铝壳内。管头一端装有风扇和散热器，为冷却之用。绝缘气体为，具有良好的介电性能。管头系完全防电击式，射线管阳极接地，承受单向脉冲电压，设有温度保护装置，当管头温度达到规定值的±5℃时，温度继电器动作，切断高压，以确保机器安全。管头的两端环可使其立放或横卧，在搬运及工作时可做把手用。注意事项赛曲城图注意事项赛曲城图8-1控制器主面板及侧面板电源指示灯2.延时指示灯3.高压指示灯4.电流指示灯5.保险丝6.曝光计时器曝光时间设定拨码盘8.电源接头9.接地线接头10.控制线连接电缆接头电源开关2高压关按钮曝光电压调节旋钮高压开按钮电源开关2高压关按钮曝光电压调节旋钮高压开按钮图8-2管头结构示意图X射线管结构示意图、把手2、把手2、风扇3、阳极体4、主体套、玻璃管壳2、聚焦杯3、阴极灯丝射线6、遮蔽铝射线6、遮蔽铝、阴极射线、阳极罩5、窗口6、阳极靶8、高压变压器9、阴极体10、铝壳7、阳极体11、气压表12、控制线连接电缆接头2、其它辅助器材及耗材黑度计、射线胶片、金属箔增感屏、线型像质计、暗盒、铅字、屏蔽铅板、中心指示器、卷尺、钢印、观片灯℃黑度计用于检查射线底片的黑度，要求在国家标准规定的范围内。℃射线胶片用于显示和记录保存，底片质量必须符合标准要求。℃金属箔增感屏用来增强胶片的感光效果，加快感光速度，减少透照时间，提高效率和底片质量。℃线型像质计用来检查和确定底片影像质量，按标准选取。℃暗盒用来放置胶片和增感屏。℃铅字用于记录探伤范围、日期、透照工件编号和透照时的中心点。℃屏蔽铅板用于防止透照时的背散射，提高底片质量。℃中心指示器用于透照时，探伤机头与透照工件的对中。钢印用于在透照工件上做记号。观片灯在观察底片时使用。3、实验设备主要参数观片灯在观察底片时使用。3、实验设备主要参数最大穿透厚度（钢3）：焦距：输入：电压〜输出：管电压〜射线管：焦点控制器：尺寸33射线发生器：冷却方式绝缘方式工作压力尺寸重量⑻工作环境温度、湿度：一3⑼灵敏度：⑩工作方式：间歇工作，容量管电流波动%+重量强风冷却气体绝缘不切断电源，分钟工作，分钟休息图-3图-3射线照相原理图1.射线源2.限制射线光阑3.射线4.缺陷5.工件6.底片7.暗盒8.屏蔽铅板9.射线穿透后的强度示意图三、实验原理射线检测方法目前主要有射线照相法、透视法（荧光屏直接观察法）和工业射线电视法。但是在目前国内外应用最广泛、灵敏度较高的仍然是射线照相法。图-3为射线照相法检测原理图。射线源发出的射线3照射到工件上，并透过工件照射到暗盒中的胶片上，使胶片感光。当射线穿过工件后产生衰减，其衰减规律可用下式表示：J3=J0e-^式中：外射线穿过厚度为的工件后的强度；j0射线到达工件表面的强度；e自然对数的底；〃射线在工件材料中的衰减系数；（5透照方向上的工件厚度。若工件中无缺陷存在，则射线穿过工件后的强度均为4。若工件中有一缺陷存在，则由于射线在缺陷中的衰减与工件材料中的衰减不同因而透过缺陷部分的强度也不同，如图-3中阴影部分。其强度为4则：J=J0e-L（-）］

式中：缺陷在透照方向上的尺寸；式中：〃1射线在缺陷中的衰减系数。由于照射到底片上的射线强度4与Jx不同，经过在暗室对底片的处理后，缺陷部分就以与其它部位不同的黑度影像留在底片上，从而能够判别缺陷的存在以及缺陷的大小，这就是射线照相的基本原理。四、典型透照方式平板工件透照方式平板工件射线照相检验的透照布置应采用图8-3所示的布置，这是射线照检验最基本的透照布置。在这种透照布置中，射线源应位于被透照物体有效透照区的中心附近，中心射线束应尽量垂直指向有效透照区的中心。像质计和其它的识别标记应放置在射线源侧、透照区的边缘，尽量避免对可能产生的缺陷的评定，具体放置如图8-4所示的缺陷的评定，具体放置如图8-4所示图8-4像质计和标识放置示意图.搭接或区段标识2.工件编号或探伤号3.焊缝4.焊缝编号或部位编号5.像质计6.日期7.透照中心标识8.透照工件厚度在进行透照时，底片暗盒应放置在透照工件的射线源的另一边，尽量靠近被透照工件，以减少几何不清晰度。在胶片暗盒的后面放置铅板，以防背散射。为了检查型和型坡口焊缝边缘附近及层间较小的未焊透和未熔合，除射线束(1)(2)(3)(1)(2)(3)（4）（5）（6）图8-6环焊缝透照方式环焊缝包括管件、筒件和容器等的圆周环行焊缝。根据工件直径、壁厚大小的不同和结构的特点，可以采用不同的透照方式进行透照，具体方式如图8-6。其中（1）、（2）、（3）为源在内透照方式，（4）、（5）、（6）为源在外透照方式。基本透照参数射线照相检验的基本透照参数是：射线能量、焦距和曝光量。射线能量的确定射线能量是透照时所采用的射线的能量，对于射线以射线管所施加的高压，即管电压表示。它对射线照片的影像质量和灵敏度都具有重要的影响。主要是因为随着射线能量的提高，射线的线衰减系数将减小，底片的固有不清晰度将增大，此外，散射线将增加，这将使得射线照相影像的对比度降低。底片固有不清晰度增大将导致射线照相总的不清晰度增大，这不仅影响底片的影像质量，还将影响小缺陷的检验。因此，推荐选取射线能量的原则是：在保证射线具有一定穿透能力的条件下，选用较低的能量。按照射线的衰减规律，不同能量的射线具有不同的穿透物体的能力，即入射射线强度相同、但能量不同的射线，在穿透同样厚度的物体后，透射射线的强度是不同的。透射射线强度高的穿透力强，能量高的射线具有较强的穿透力。因此，在透照厚度较大的工件时，应采用能量较高的射线，否则很难在适当的时间内得到足够的曝光量。如果透照厚度较小的物体，采用较高能量的射线，尽管可以在较短的时间内获得足够的曝光量，但是将因为线衰减系数的降低、不清晰度增大等原因，而使底片影像质量降低。所以，选取射线能量应与透照工件的材料和厚度相适应。在实际的射线照相工作中，已经有明确的标准规定，对不同材料和厚度的工件所允许使用的最高管电压。当然在具体确定射线能量时常常还需要考虑其他一些情况，如一次透照厚度的变化范围、检验技术级别等，同时也要考虑透照的距离。焦距的确定焦距是射线源与底片之间的距离，通常以来表示。确定焦距时必须考虑的是：1）所选取的焦距必须满足射线照相对几何不清晰度的规定；2）所选取的焦距应给出射线强度比较均匀的适当大小的透照区。前者限定了焦距的最小值，后者指导如何确定实际使用的焦距值。焦距直接关系到射线照相的几何不清晰度，并影响其它参数的确定，对射线照相灵敏度具有重要的影响。在确定焦距时应同时考虑物体的透照厚度、射线源尺寸和限定的几何不清晰度。国家标准对焦距的最小值有明确的规定，主要规定焦距的最小值与射线源焦点尺寸和透照厚度的关系，要求如下：级技术^23级技术123在实际的工作中，采用诺模图来确定焦距的最小值。但由于射线照相时还必须考虑有效透照区的大小，因此，实际选用的焦距往往大于确定的焦距最小值。因为射线在空气中的强度衰减与距离的平方成反比，所以选用的焦距值也不能过大，否则将大大的增加曝光量。曝光量的确定曝光量通常用来表示。本应该是透照时曝光时间与射线强度的乘积，但在实际的照相检验中都采用射线强度的相关量——管电流，来代替射线强度，因此，采用管电流与曝光时间的乘积来表示曝光量。曝光量将直接影响底片的黑度和影像的颗粒度，因此，也就将影响底片可记录缺陷的最小尺寸。当曝光量较小时，底片黑度的不均匀性较大，较难确定缺陷是否存在，如果把曝光量增大到一定程度，背景的不均匀性降低，缺陷影像对比度增大，缺陷影像就容易识别。因此，只有曝光量达到一定的值时，才能保证小缺陷的可检验性。标准对射线照相推荐了下面的曝光量值：TOC\o"1-5"\h\z对一般灵敏度技术曝光量应不小于15mAmin；对较高灵敏度技术曝光量应不小于20mAmin；对高灵敏度技术曝光量应不小于30mAmin。实际进行射线照相时确定透照参数经常是采用曝光曲线。曝光曲线是在给定的透照工件材料、厚度、胶片、暗室处理技术、增感方式、焦距和射线照相质量要求等条件下，绘制的一组曲线。给定的曝光曲线只适于在给定的条件下使用，如果使用条件与绘制的条件不一致，则必须对从曝光曲线得到的数据进行修正，或重新制作曝光曲线。暗室处理技术暗室处理的基本过程与方法暗室处理也是射线照相检测的重要基本技术环节，射线底片的质量不仅与透照过程有关，而且也取决于暗室的处理过程。暗室处理的基本过程一般包括：显影、停显(或中间水洗)、定影、水洗、干燥这五个基本过程。经过这些过程，使胶片潜在的图像成为固定下来的可见影像。对于手工处理，推荐在显影之前增加浸水过程，即把待处理的胶片置于清水之中，使胶片表面都被水润湿，避免直接进行显影时，因为胶片表面局部附着小气泡或其它原因产生的显影液对胶片润湿的不均匀，从而导致显影不均匀。暗室处理方法，目前可分为自动处理和手工处理。自动处理采用自动洗片机完成暗室处理过程，它需要使用专用的显影液和定影液，一般是在高温下进行处理，得到的射线照片质量好并且稳定。手工处理可分为盘式处理和槽式处理，槽式处理适于处理规格比较一致的底片，盘式处理适于底片规格不固定、情况变化较大的暗室处理。盘式处理要求操作人员具有熟练的的暗室操作技术和较高的操作水平，否则将难以得到质量较好的射线照相底片。手工处理各环节的操作要点如下表：处理过程温度（）时间（）基本操作与要求显影20±24~6水平、竖直方向移动胶片停显16~240.5~1底片完全浸入停显液中定影16~2410~15间断移动底片水洗一般16~243流动水干燥4环境空气无尘、无杂物暗室基本要求温度：要求室温能够控制在20±5℃；湿度：经常要求相对湿度为3%~%；通风：〜次小时；照明：应有两种照明光源——普通照明光源、安全红灯；墙壁：应反光少，局部进行防水、防腐蚀处理。显影胶片曝光后，在胶片的乳化剂中形成潜影，必须经过显影才能把潜影转化为可见的影像。显影过程在本质上是一个氧化还原过程，显影剂被氧化，卤化银的银离子被还原成银原子。简单的说，显影过程基本分为三步。首先，潜影中心吸附显影剂；然后，显影剂释放电子，电子转移到潜影中心；最后，电子与银的正离子，并聚集在潜影中心。这个过程不断进行，使潜影转化为可见的银原子团影像。在显影过程中，显影液对曝光的卤化银颗粒和未曝光的卤化银颗粒都具有还原作用，但还原的速度不同，曝光的卤化银颗粒还原速度远高于未曝光的卤化银颗粒。停显或中间水洗显影过程完成后，虽然从显影液中取出了底片，但显影作用并不能立即停止，这时候底片的乳剂层中还残留着显影液，它们仍在继续进行显影作用，在这种情况下，容易产生显影不均匀。如果此时立即将底片放入定影液中，则可能产生二色性灰雾。二色性灰雾是极细的银粒沉淀，在反射光下呈现蓝绿色，在透射光下呈现粉红色。同时会损害定影液。为了立即中止显影液的作用，在显影以后应进行停显处理，即立即把从显影液中取出的底片转移至停显液中，使底片表面和乳剂层中的残留的显影液与停显液发生相互作用。停止显影作用。常用的停显液是1.5%~5%的醋酸水溶液。如果不采用停显液，则应在显影之后先将底片放入流动水中冲洗约1min，然后才能将底片转入定影液中。定影经过显影之后，底片乳剂层中感光的卤化银还原为金属银，但大部分未感光的卤化银没有发生变化，还保留在乳剂层中。定影过程就是将这些未感光的卤化银从乳剂层中溶解掉，使显影形成的影像固定下来。在定影过程中定影剂与卤化银发生化学反应，生成溶于水的银的络合物，但对已还原的金属银不发生作用。水洗定影以后在底片的表面和内部都吸附着硫代硫酸钠和银的络合物，如果它们留在射线底片里，银的络合物会很快分解，硫代硫酸钠会缓慢地与空气中的水分、二氧化碳进行反应，最终产生棕黄色的硫化银，导致在底片上面出现斑点，使底片变黄。水洗就是为了清除这些物质，使底片具有稳定的质量，以利于底片的保存。干燥干燥是为了排除膨胀的乳剂层中的水分。为避免干燥在底片上可能产生的水迹，可在水洗后、干燥前进行润湿处理。即将水洗后的胶片浸入1%左右的洗涤剂溶液中3,然后取出使水从胶片表面流掉，再进行干燥。干燥的方法主要有两种：自然干燥和烘箱干燥。评片进行评定的底片必须是合格的底片。对底片质量的要求主要包括以下几个方面：黑度在规定的范围内；射线照相的灵敏度达到规定的要求；标记系应该符合有关的规定；底片表面质量应满足规定的要求。评片一般包括下面的内容：被评定的底片本身质量必须合格；正确识别底片上的影像；依据从底片上得到的工件缺陷数据，按照有关标准对工件质量作出评定；完成有关的各种原始记录和资料整理。辐射防护辐射，即通常所称的射线。人们很早就认识到辐射对人体的危害作用，并注意到安全防护的问题。辐射作用于生物体时由于电离作用，将造成生物体的细胞、组织、器官等的损伤，引起病理反应，这称为辐射生物效应。辐射对生物体的作用是一个极其复杂的过程，生物体从吸收辐射能量开始到产生生物效应，要经历许多不同性质的变化。辐射生物效应可以表现在受照者本身，也可以出现在受照者的后代。表现在受照者本身的称为躯体效应，出现在受照者的后代时称为遗传效应。躯体效应按照显现的时间早晚又分为近期效应和远期效应。辐射损伤与许多因素相关，主要是：辐射性质、剂量、剂量率、照射方式、照射部位和范围等。对外照射主要从照射时间、照射距离、屏蔽三方面控制生物体所受到的照射剂量。实验步骤1、准备根据检验委托单要求和被检验工件的具体情况，按照射线探伤的检验标准或有关技术文件制定射线探伤工艺卡。确定工件的检验部位、比例和射线照相检验技术、技术级别。分析工件特点，根据工件特点、射线照相技术数据或必要的试验数据，确定应选用的透照布置、射线照相设备、器材、透照参数、透照辅助措施等。裁装胶片在暗室中安全灯下进行。胶片尺寸与被检验工件相适应。当透照电压大于100KV时，需使用增感屏。将裁好的胶片（和增感屏）装入暗盒。2、透照将准备好的胶片放置在被透照工件的适当位置。使射线束方向垂直指向工件被透照区域的中心，并做好铅字识别标识。选用合适的像质计。像质计置于工件表面靠射线源一侧，且使最细丝居于透照区的外侧。对于焊接件，线型像质计的金属丝应垂直横跨焊缝。检查X射线发生器的压力表，是否符合要求。若不符合，严禁开机，以防损坏管头。查曝光曲线，根据被检验工件的厚度和透照焦距选择适当的透照电压即曝光量。打开电