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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,1,技术教育,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。,2,技术教育,本章概要,射线检测的英文缩写 RT ray 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C
2、T,3,技术教育,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。,4,技术教育,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!,5,技术教育,1.1.2 射线的性质 (1)不可见，直线传播具有隐蔽性和指向性； (2)不带电，因而不受电磁场影响电
3、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。,6,技术教育,1.1.3 射线的产生 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。,7,技术教育
4、,(2)X射线管及其工作原理,8,技术教育,(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。,9,技术教育,(4)几点说明,高速运动电子的能量，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
5、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！,10,技术教育,常用的阳极靶材料为钨。 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）。,11,技术教育,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
6、期存在，防护更要注意！ 可实现周向辐射，透视效率高。,12,技术教育,1.1.5 射线的半衰期,13,技术教育,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。,14,技术教育,线衰减系数,线衰减系数入射光子在物质中穿行单位距 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
7、； z 原子序数；,15,技术教育,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,A,B,X,I0,I,x,=A+X+B,X 缺陷厚度； A 缺陷上部厚度； B 缺陷下部厚度；,I x,16,技术教育,（2）有缺陷区的射线透射强度： Ix = I0eA eX eB = I0eAeB e X eX e X = I0e e （)X = I e （)X (1-2) 显然有： Ix / I = e （)X (1-3),17,技术教育,讨论与结论,当I；比如，钢中的气孔、夹渣就属
8、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，缺陷则得不到显示！ 这就是射线检测的基本应用原理!,18,技术教育,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,19,技术教育,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GB3323-87） 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；
9、B级，适用极重要的结构， 如核设施。,20,技术教育, 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GB3323-87） : A 级：1.23.5 AB级：1.23.5 B级： 1.53.5,21,技术教育,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!,22,技术教育,相对灵敏度的具体运用：,
10、象质计/透度计金属丝型象质计 （GB5618-85）. 作用：人工缺陷，理解为“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：116； 分成三组：17;612;1016 象质指数Z线号116 象质指数Z值越高,灵敏度越低!,23,技术教育,金属丝型象质计,第一组象质计示例:,71,GB5618-85,一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,24,技术教育,象质计的摆放要求：,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
11、恶劣条件下透照，从而使获得的底片质量更有说服力。,25,技术教育,象质计的摆放图示,图例,L/2,L/4,17,焊接试板,象质计,26,技术教育,（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。,27,技术教育,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！,28,技术教育,曝光曲线
12、的使用示意图,X射线机控制箱面板上的曝光曲线使用：,0,U/kv,150,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。,29,技术教育, 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400700 mm。 基本规律：F ，ug ； 射线强度 ！ 下面分析几何关系。,30,技术教育,F与ug的关系分析,根据相似原理，有 ug / d = h / (Fh) 所以，ug dh / (Fh) ug max = d/ (F) 显然，F, ug max. 故有，
13、Fmin = d/ ug max ,d,31,技术教育,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、外透法； 管子对接环缝： 双壁双影法、双壁单影法。,32,技术教育,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,33,技术教育, 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。,34,技术教育,1.4 X射线探伤机及探伤程序,1.4.1 x射线探伤机 (1)基
14、本组成 x射线管核心，射线源 高压发生器提供 50500kv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,35,技术教育,（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 2.52.5 射线机重量kg 60kg 最大透射厚度mm 钢件29mm 便携式x射线机简化为三大部件： 控制箱 x射线管 高压电缆,36,技术教育,1.4.2 X射线照相法探伤系统,37,技术教育,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；
15、B标记评价背部散射线强度；,0,1,007,2006，3，15,GL141,A,B,38,技术教育,标记带内容的处理,为使用方便，可将长期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！,39,技术教育,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
16、它准备 如标记带布置、象质计布置、 屏蔽散射线的方法等。,40,技术教育,（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58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。,41,技术教育,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： 每天实际接受剂量 不大于 17.4 mrem
17、; 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。,42,技术教育,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！,43,技术教育,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,44,技术教育,