《无损检测》射线检测-课件

《无损检测技术》讲课郑建光（仰北201）手机：[phone]计量测试工程学院第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。本章概要•射线检测的英文缩写—RTraytesting•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：①电离法②荧光屏观察法——工业电视法③照相法④计算机断层扫描法CT本章概要•根据射线源不同，又分为：•X射线检测；•γ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。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,γ射线统称为光子。•根据波谱图可查得:X射线的波长为:0.001~0.1nm;γ射线的波长为:0.0003~0.1nm.•γ射线比X射线的波长还短，因此，其穿透能力更强!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。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。(2)X射线管及其工作原理～u15～500kv高压电源－＋高压电缆阳极靶电子流玻壳管阴极罩灯丝(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。(4)几点说明①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。②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！③常用的阳极靶材料为钨。它具有高原子序数和高熔点。④X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）。1.1.4γ射线的产生•γ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。•γ射线的特点：①强度高于X射线，穿透力强，适合厚板透视；②强度无法直接调节，射线长期存在，防护更要注意！③可实现周向辐射，透视效率高。1.1.5γ射线的半衰期同位素半衰期射线能量应用条件钴605.3年高300mm以下钢制件铱19275±3天较弱60mm以下钢制件铯13733±2年较弱60mm以下钢制件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：Iδ=I0·e－μδ（1-1）式中，I0—射线的初始强度；Iδ—射线的透射强度；δ—工件的厚度；μ—线衰减系数。线衰减系数μ•线衰减系数μ——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：μ＝f(λ,ρ,z)，且与三者成正比。其中:λ—射线的波长；ρ—材料密度；z—原子序数；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：Iδ=I0·e－μδ衰减定律ABXI0Iδδμμxδ=A+X+BX—缺陷厚度；A—缺陷上部厚度；B—缺陷下部厚度；Ix（2）有缺陷区的射线透射强度：Ix=I0·e－μA·e－μˊX·e－μB=I0·e－μA·e－μB·e－μX·eμX·e－μˊX=I0·e－μδ·e－（μˊ－μ)X=Iδ·e－（μˊ－μ)X(1-2)显然有：Ix/Iδ=e－（μˊ－μ)X(1-3)讨论与结论①当μ’μ时，IxIδ；比如，钢中的气孔、夹渣就属于这种；②当μ’μ时，IxIδ；比如，钢中的夹铜就属于这种；③当μ’＝μ或x很小时，Ix≈Iδ；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!1.3X射线照相法检测技术1.3.1x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1.3.2X射线照相法检测技术(1)合格底片的评价指标（参考GB3323-87）①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；B级，适用极重要的结构，如核设施。②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：1.2～3.5AB级：1.2～3.5B级：1.5～3.5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/δ)×100%强调:K值越小,灵敏度越高!相对灵敏度的具体运用：•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：1～16；分成三组：1～7;6～12;10～16象质指数Z＝线号1～16象质指数Z值越高,灵敏度越低!金属丝型象质计•第一组象质计示例:7~1GB5618-85一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。应用方法象质计的摆放要求：①射线源一侧的工件上表面；②跨越焊缝，靠近边缘（胶片长度1/4处）；③选对组别，细丝在外。基本思想：就是使象质计处于较恶劣条件下透照，从而使获得的底片质量更有说服力。象质计的摆放图示•图例L/2L/41—7焊接试板象质计（2）透照参数选择①胶片选择：国产天津Ⅲ型胶片。②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。③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！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：δδ0U/kv150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。④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δ、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400～700mm。基本规律：F，ug；射线强度！下面分析几何关系。F与ug的关系分析•根据相似原理，有ug/d=h/(F－h)所以，ug＝d·h/(F－h)ugmax=d·δ/(F－δ)显然，F↗,ugmax↘.故有，Fmin=d·δ/ugmax＋δdFhug⑤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。⑥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！射线源滤光板遮光板工件⑦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。补偿块T形接头射线源暗盒1.4X射线探伤机及探伤程序1.4.1x射线探伤机(1)基本组成•x射线管——核心，射线源•高压发生器——提供50～500kv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（2）主要性能参数（以X2005型射线机为例）•管压峰值kv——200kv•管电流平均值mA——5mA•焦点尺寸mm——2.5×2.5•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：①控制箱②x射线管③高压电缆1.4.2X射线照相法探伤系统①射线源②铅光阑③滤板④铅罩⑤铅遮板⑥象质计⑦标记带⑧工件⑨暗盒⑩铅底板关于标记带•标记带内容：①定位标记——中心标记，搭接标记；②识别标记——产品代号、批号、焊缝代号、透照日期、操作者代码等；③B标记——评价背部散射线强度；010072006，3，15GL141AB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！2006，3，12－007GL100-2暗袋标记带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：①了解被检对象——包括材质、壁厚、加工工艺、工件表面状态等；②设备选择——射线源类型、能量水平、可否移动等；③选择曝光条件——包括胶片、增感方式、焦距、曝光量、管电压等；④选择透照方式——定向、周向辐射、布片策略等；⑤其它准备——如标记带布置、象质计布置、屏蔽散射线的方法等。（2）实际透照①核对实物，布片贴标；②屏蔽散射，对位调焦；③设定参数，设备预热；④检查现场，开机透照。（3）技术处理①暗室处理——冲洗、干燥；②底片评定——黑度、象质指数、伪缺陷等；确认合格底片。③质量等级评定——根据缺陷类别、严重性，确定产品质量级别。④签发检验报告——资料归档，保存5～8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。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17.4mrem;每年最高允许剂量当量5rem；终生累计照射剂量，不得超过250rem。1.5.2防护措施(1)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。⑵距离防护——射线剂量率与距离的平方成反比。⑶时间防护——探伤人员工作时间:t≤17.4/p,p为射线剂量率.实际工作中往往采用联合防护策略！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