无损检测技术2

无损检测技术NDT(Non-destructiveTesting)Page11推荐参考书、期刊1、期刊《无损检测》：全国无损检测学学会刊，学会对外交流指定用刊，国内无损检测领域权威刊物。《无损探伤》：主要报道射线、超声、磁粉、渗透、涡流、红外、声发射、微波、全息等NDT应用技术。2、书籍《无损检测》李喜孟主编2001年2月第1版《无损检测概论》中国机械工程学会无损检测学会编1993年12月第1版《国外无损检测》中国机械工程学会无损检测学会编1981年10月第1版

2第一章射线检测技术第一节射线检测物理基础1、原子的能级和辐射1903年，汤姆逊首先提出原子结构模型(葡萄干-蛋糕模型)汤姆逊设想原子的带正电部分是一个原子那么大的、具有弹性的、冻胶状的球，正电荷均匀分布着，在这球内或球上，有负电子嵌着。这些电子能在它们的平衡位置上作简谐振动。观察到的原子所发光谱的各种频率认为就相当于这些振动的频率。Page331911年，卢瑟福概括α粒子散射实验结果，提出了原子的核式结构。原子内部有一个原子核，原子核具有体积小、质量大而且带有正电荷的特征，带负电荷的电子则分布在与原子大小同数量级的封闭轨道上绕核旋转。对中性原子，所有电子所带负电荷之和等于原子中心所带正电荷。但是在电子运动的规律及它与原子发射光谱的关系等问题上，卢瑟福的理论解决不了。1913年，玻尔在原子的核式结构模型的基础上，提出量子概念，使核式结构模型能够说明氢原子和类氢离子的谱线频率。4

2、射线的种类波长较短的电磁波叫射线。速度高、能量大的粒子流也叫射线。射线由射线源向四周发射的过程又称为辐射。

非电离辐射：指能量很低，不足以引起物质发生电离的射线，如微波辐射、红外线等。

电离辐射：指能够直接或间接引起物质电离的辐射。Page55直接电离辐射：如β射线、α射线和质子射线等。由于它们带有电荷，所以在与物质发生作用时，要受原子的库仑场的作用而发生偏转。同时，会以物质中原子激发、电离方式损失其能量，故其穿透本领较差，因而一般不直接利用这类射线进行无损检测。间接电离辐射：是不带电的粒子，如X射线、r射线及中子射线等。由于它们属于电中性，不会受到库仑场的影响而发生偏转，且贯穿物质的本领强，故广泛地被用于无损检测。Page6电离辐射可分为直接电离辐射和间接电离辐射63、X射线的性质X射线又名伦琴射线，于1895年发现。X射线是波长较短的电磁波，X射线谱的某些特征反映了原子内部结构的情况。X射线波长范围约在0.0006-100nm之间，在X射线检测中常用的波长范围约在0.001-0.1nm之间。

X射线的硬度：工业上把波长较短的X射线称为硬X射线：其能量较高，穿透能力较大7Page83.1X射线的产生及其波长和强度的测量X射线的产生方式有多种形式，例如：真空管型低能X射线发生器，直线加速器与电子回旋加速器等高能X射线发生器。（1）低能X射线发生器真空管型X射线发生器的原理见图，阴极发射的电子流经高电位梯度电场聚焦与加速后，撞击阳极靶，其动能消耗于阳极材料原子的电离和激发，然后转变为热能，电子在原子核场中受到急剧阻止，可产生韧致X射线，即连续X射线。8Page9（2）X射线波长的测量、强度的测量布喇格公式：当一束射线射入晶体而发生衍射时，任何一组晶面上，出射方向对平面的倾角和入射射线的倾角相等的射线，如果满足下式：出射光线就会加强。已知晶体常数d，确定倾角θ，可测出X射线波长λ9Page10利用布喇格公式测量射线波长和强度的方法：X射线通过铅板上二窄缝S1和S2，形成扁而窄的一束，落在晶体C的一个面上，电离室I和晶体C可以各自绕着通过晶体的一个轴转动。电离室充以稀有气体，X射线射入，气体就会电离，电离电流的大小代表射线的强弱，可以做到电离电流与射线强度成正比。

AI图：X射线测谱仪S1S2X射线测谱仪原理10Page11晶体和电离室的位置先与入射的射线成一直线，然后把晶体转一个小角度Δθ，电离室转二倍Δθ，记下刻度盘上的读数和电离电流，这样继续做下去，电离室的方向与射线入射的方向的夹角一直保持着等于晶体表面和射线入射方向的夹角二倍。当达到某一角度时，电离电流会突然增强，这就表示这时进入电离室的射线特别强，布拉格公式已满足。把这时的角度代入公式，波长可以算出，而电流的强度也就代表这个波长的射线的强度。A利用布喇格公式测量射线波长和强度的方法：113.2

X射线谱不同波长的射线具有不同的穿透力，波长越短，射线越硬，穿透力越强

X射线谱指的是X射线的强度I随波长变化的关系曲线（I－λ曲线）。X射线强度大小由单位时间内通过与X射线传播方向垂直的单位面积上的光量子数决定。实验表明，X射线管阳极靶发射出的X射线分为两类：连续X射线谱和特征X射线谱。12（1）连续X射线谱 ▲经典电动力学对连续X射线谱的解释

若电子的初速度为v，电子从初速度v变到0经历的时间为△t，那么在电子停速时间△t内放射的总能量为：

高速电子在阳极表面以不同的方式停速，所产生的电磁脉冲的波长应具有连续的数值。但经典电动力学不能解释最短波长的存在。13（1）连续X射线谱 ▲量子力学对连续X射线的解释当p＝0时，可产生最大频率的X射线式中：U为X射线管的管电压，单位为KV波长单位为nm，最短波长由U决定。14总之：连续X射线谱是由高速运动的电子被阳极靶突然阻止而产生的，它由某一短波限λmin开始直到波长等于无穷大λ∞的一系列波长组成，具有如下实验规律：（1）当增加X射线管压时，各种波长射线的相对强度一致增高，最大强度X射线的波长λImax和短波限λ