工业探伤(张友九)

工业射线探伤苏州大学医学部放射医学与防护学院射线探伤原理辐射探伤装置应用射线探伤原理射线探伤原理X射线、高能X射线、γ射线、中子射线等在真空中贯穿物质，与物质相互作用，强度逐渐减小。当一种射线贯穿不同厚度、不同材质的材料时，强度减弱的程度不同，而工件中的缺陷总是引起工件厚度和材质的局部改变，因此，测量和显示穿透射线的强度及其分布，即可发现和判别缺陷。当一束平行的强度为I0的单色射线，透过厚度为d的一层均匀物质时，射线强度的衰减将遵循以下规律：由于散射线的存在，透过厚度为d物质时，除透射线外，还要加上物体内部散射线强度。假设：平行入射则：I=ID+ISI'=I'D+I'S当ΔD很小时，IS=I'S假设：平行入射从上面推导可以看出，射线对缺陷的检验能力，与缺陷在射线透照方向上的尺寸、其线衰减系数与物体的线衰减系数的差别、散射线的控制情况等相关。只要这些方面具有一定的值，则缺陷将产生一定的物体对比度，它就可以被射线检验出来。主因对比度()影响因素透照厚度（ΔD），选择最大的方向线衰减系数（μ）散射比（n），影响散射比的因素有焦距、照射场大小、射线性质和工件厚度等。例如，X射线照相时对钢n≈0.09T(T<25mm)对铝n≈0.035T(T<50mm)

l92Ir-γ射线照相时对钢n≈0.075T(T≤70mm)

60Co-γ射线照相时对钢n≈0.047T(T≤160mm)检测方式胶片检测器胶片：当X射线或γ射线照射胶片时，与普通光线一样，能使胶片乳剂层中的卤化银产生潜象中心，经过显影和定影后就黑化，接收射线越多的部位黑化程度越高，此为射线的照相作用。但X射线或γ射线的使卤化银感光作用比普通光线小得多。射线胶片与普通胶片除了感光乳剂成分有所不同外，其他的主要不同是射线胶片一般是双面涂布感光乳剂层，普通胶片是单面涂布感光乳剂层；射线胶片的感光乳剂层厚度远大于普通胶片的感光乳剂层厚度。这主要是为了能更多地吸收射线的能量。检测器：X射线穿透被检材料后，通过射线接收转换装置，将不可见的X射线检测信息转换为数字信号，然后形成数字图像，再经计算机处理后，在显示器上显示出材料内部的缺陷大小和位置等信息。X射线数字成像技术在检测效率、经济效益、远程传送和方便使用等方面都比射线胶片照相法更胜一筹。

辐射探伤装置X射线装置加速器γ射线装置中子X射线装置高速电子经过原子核附近时，受到原子核库仑电场的作用而急剧减速，电子的原有动能一部分或全部转化为电磁波辐射出去，称为轫致辐射。典型X射线管示意图影响产生轫致辐射几率的因素：①与带电粒子质量的平方成反比。ɑ粒子质量大，产生轫致辐射的几率极小，可忽略不计。电子质量小，产生的轫致辐射就不可忽略。②随带电粒子的能量增大而增大，因此高能量电子射线的轫致辐射效应显著。③与物质原子序数的平方成正比。原子序数高的物质（如钨、铅等重金属）轫致辐射效应更显著。为减少电子在飞往阳极过程中与气体粒子相碰撞损失动能，射线管需抽成10-4～10-5Pa真空。电子流动能的绝大部分(>97%)转化为热能，因此阳极材料一般应选用耐高温材料并通以介质加冷却。动能中仅一小部分(～3%)转变为X射线。当U=100kV时η=0.7%200kV1.5%300kV2.2%400kV3%1MV7%5MV37%由此可见，提高管电压可显著提高转换效率η。X射线探伤机管电压在450kV以下。

X射线探伤机X射线装置在额定工作条件下，距X射线管焦点1m处的漏射线空气比释动能率应符合如下要求：管电压,kV漏射线空气比释动能率,mGy·h-1<150150~200>200<1<2.5<5加速器加速器是由机头（X射线机头）、机头悬吊机构、调制器与低压电源柜、控制台、稳压电源柜、温控水冷机组六大部分及它们之间的连接导线和水管组成。高能X射线是指能量超过1000kV的射线，这种高能X射线都由加速器产生。被加速粒子的能量在1000MeV以上是高能加速器，能量在100MeV以下是低能加速器，能量在100～1000MeV之间是中能加速器。按加速器种类可以分为电子加速器、质子加速器、重离子加速器等。射线检测中应用的加速器都是电子加速器，能量数兆电子伏到数十兆电子伏范围内，一般都在45MeV以下，即用低能电子加速器产生。但10MV以上电子加速器可产生中子和感生放射性。检测对加速器的要求是束流强度大、焦点尺寸小、体积小、重量轻、成本低、操作容易、维护简单等。适合工业无损检测用加速器，主要有电子感应加速器、电子直线加速器和电子回旋加速器。国家环境保护总局公告2006年第26号射线装置分类原则根据射线装置对人体健康和环境可能造成危害的程度，从高到低将射线装置分为Ⅰ类、Ⅱ类、Ⅲ类。按照使用用途分医用射线装置和非医用射线装置。射线装置分类管理办法Ⅰ类为高危险射线装置，事故时可以使短时间受照射人员产生严重放射损伤，甚至死亡，或对环境造成严重影响；Ⅱ类为中危险射线装置，事故时可以使受照人员产生较严重放射损伤，大剂量照射甚至导致死亡；Ⅲ类为低危险射线装置，事故时一般不会造成受照人员的放射损伤。γ探伤机手提式：特制的可携带活度达3.7TBq的192Ir等。移动式：通常利用手推车移动；常用来容纳60Co。固定式：可使用活度达8.5-37TBq的60Co类型I：辐射源并不从辐照装置中移出来，通过快门或其他的机械装置来控制照射。类型II

：源直接从屏蔽的源容器中照射(经过通风管,气动装置等)，通过一个套管到达照射位置。类型X

：特殊的应用。操作类型I类装置源在装置内部；包含一个快门机构；利用真空或气压将源移动到照射位置。放射源可以从源容器发射出；采用遥控装置；在照射期间源未被屏蔽(在使用时要校准)；手动或自动操作。II类装置特殊应用,例如测量管道；设计和测试需要依赖特殊的装置。X类装置屏蔽效率

设备类型容器周围比释动能控制值(µGy/h)1m5cm表面手提式(P)20并且500并且2000移动式(M)5010002000固定式(F)10010002000探伤用γ射线放射源放射性核素半衰期γ射线能量MeV钢材厚度mm钴-605.27a1.17、1.3350~150铯-13730a0.6650~100铱-19274d0.206~0.61210~70硒-75120d0.066~0.4014~40镱-16932d0.063~0.3082~15铥-170129d0.052~0.0841.5~5国家环境保护总局公告2005年第62号

放射源分类办法

按照放射源对人体健康和环境的潜在危害程度，从高到低将放射源分为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ类，V类源的下限活度值为该种核素的豁免活度。Ⅰ类放射源为极高危险源。没有防护情况下，接触这类源几分钟到1小时就可致人死亡;Ⅱ类放射源为高危险源。没有防护情况下，接触这类源几小时至几天可致人死亡;Ⅲ类放射源为危险源。没有防护情况下，接触这类源几小时就可对人造成永久性损伤，接触几天至几周也可致人死亡;Ⅳ类放射源为低危险源。基本不会对人造成永久性损伤，但对长时间、近距离接触这些放射源的人可能造成可恢复的临时性损伤;Ⅴ类放射源为极低危险源。不会对人造成永久性损伤。γ射线探伤优点源体积小；辐射具有各向同性；高能辐射能检测的壁厚大于X射线的厚度；稳定性高，外部参数对同位素的辐射无影响；对电能、冷却水等无特殊要求；辐射源成本低，应用较廉价、简单。γ射线探伤缺点剂量率低（影响经济效益）；壁越薄，射线照片质量就越差；射线照片的轮廓（几何）不清晰度增加；放射源要经常更换；连续辐射，必须考虑辐射防护问题；连续衰变，需有限时间利用（经济因素）。密封源结构密封壳ISO2919设计和测试特殊形状设计和测试用户进行的泄漏测试源的组件螺旋导管上的源壳导管外可加装套管、屏蔽等连接头的形状γ射线探伤机组成γ射线探伤机一般由工作容器、挠性源导管、遥控器和其他附件组成。工作容器由贫铀或铅屏蔽体、快门、源辫子及锁定装置、放射源、连接器、保护盖等组成。遥控套管和阻止装置准直器探伤机的操作顺序(1)各种探伤机的操作顺序(2)各种探伤机的操作顺序(3)各种探伤机的操作顺序(4)换源器

普通X射线和γ射线检测，由于其能量低、穿透能力差，检测能力受到限制。超过100mm厚钢板不能用一般X射线检测，超过300mm厚钢板很难用γ射线进行检测。此时可采用加速器产生的高能X射线检测，例如对厚度达300～500mm的钢板，采用高能X射线检测可获得满意结果。从中子照相来说，要求中子射线强度大、射线束质量高、便宜、方便、操作灵活等。目前，强度大的源是核反应堆，但它投资大、笨重、无法用于生产现场。而小型加速器、中子管、同位素中子源等虽然灵巧、方便，但强度总的来说还不够高。中子照相中子照相主要是用热中子，中子源放射出来的快中子由于能量高，不适合照相，需经慢化后变成低能热中子，由准直器引出。目前可供照相用的中子源有核反应堆、加速器和放射性同位索，常用的为(锎252Cf)(锎)252Cf中子源的半衰期2.65年，产额2.3×1012中子/s/g，目前价格还很贵。利用252Cf可做成可移动式中子照相装置。