《無損檢測》射線檢測 課件

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1、,無損檢測技術(shù)講 課鄭 建 光（仰北201）手機：13857102861計量測試工程學(xué)院,第1章 射線檢測,本章重點內(nèi)容： （1）射線的產(chǎn)生及性質(zhì) 更好地利用它； （2）射線檢測的基本原理 更好地理解各種缺陷的顯像狀況； （3）重點掌握射線照相法檢測技術(shù) 學(xué)以致用； （4）了解射線的防護知識 保護環(huán)境和注意人身安全。,本章概要,射線檢測的英文縮寫 RT ray testing 基本原理利用射線能穿透物質(zhì)且在不同物質(zhì)中的衰減情況有差異的特性來發(fā)現(xiàn)構(gòu)件中的缺陷； 依據(jù)顯示缺陷的方法不同，分為以下幾種具體的方法： 電離法 熒光屏觀察法工業(yè)電視法 照相法 計算機斷層掃描法CT,本章概要,根據(jù)射線源不同

2、，又分為： X射線檢測； 射線檢測； 高能射線檢測。 本章將以X射線照相法檢測技術(shù)為核心， 講授射線檢測技術(shù)。 射線檢測又稱射線探傷。 這部分內(nèi)容也是課程的重點。,1.1 射線檢測的物理基礎(chǔ),1.1.1 射線的本質(zhì) 射線本身就是一種波長很短的電磁波。 X,射線統(tǒng)稱為光子。 根據(jù)波譜圖可查得: X射線的波長為: 0.0010.1nm; 射線的波長為: 0.00030.1nm. 射線比X射線的波長還短， 因此，其穿透能力更強!,1.1.2 射線的性質(zhì) (1)不可見，直線傳播具有隱蔽性和指向性； (2)不帶電，因而不受電磁場影響電中性； (3)能穿透物質(zhì)，但有衰減具有穿透性和衰減性； (4)能與某些

3、物質(zhì)產(chǎn)生光化作用，使熒光物質(zhì)發(fā)光；可使膠片感光可成像； (5)能使某些氣體電離即產(chǎn)生電離輻射； (6)與光波一樣，有反射、折射、干涉現(xiàn)象； (7)能產(chǎn)生生物效應(yīng)，傷害和殺死生物細胞 對人體有害。,1.1.3 射線的產(chǎn)生 射線的性質(zhì)，有利、有弊，應(yīng)該科學(xué)地加以利用和防范！射線學(xué)就是研究如何利用與防范射線的科學(xué)。下面介紹產(chǎn)生x射線的主要設(shè)備: (1）x光管基本組成： 陰極部件：燈絲（鎢絲）發(fā)射電子； 陰極罩聚焦電子。 陽極部件：陽極靶接收電子； 冷卻介質(zhì)散熱作用。 真空管玻璃或金屬陶瓷制作的真空外罩。,(2)X射線管及其工作原理,(3) X射線的產(chǎn)生過程表述 首先，對燈絲通電預(yù)熱,產(chǎn)生電子熱發(fā)射,

4、形成電子云；（大約20分鐘左右） 然后，對陰極和陽極施加高壓電（幾百kv）， 形成高壓電場，加速電子，并使其定向運動； 被加速的電子最終撞擊到陽極靶上，將其高速運動的動能轉(zhuǎn)化為熱能和X射線。,(4)幾點說明,高速運動電子的能量，絕大多數(shù)轉(zhuǎn)換為熱能，轉(zhuǎn)化為X射線的能量比率僅占1左右；因此陽極靶必須散熱和冷卻；這個問題應(yīng)該由X射線管的設(shè)計人員解決。 產(chǎn)生X射線的強度與管電流成正比，與管電壓的平方成正比，與陽極靶材料的原子序數(shù)成正比。因此，恰當選擇管電流、管電壓和陽極靶材料至關(guān)重要。 換言之，X射線的強度可由管電流和管電壓靈活調(diào)節(jié)！,常用的陽極靶材料為鎢。 它具有高原子序 數(shù)和高熔點。 X射線的強度

5、的分布規(guī)律： 在垂直電子束的方向上最強；在平行電子束的方向上最弱。這就是說，X射線的強度在空間的分布是不均勻的，而且具有一定的擴散角，并不是平行光！ 了解這一點，對應(yīng)用也很重要（后面在象質(zhì)計的布置時將提到）。,1.1.4 射線的產(chǎn)生,射線是由放射性同位素的原子核衰變過程伴隨產(chǎn)生的。 常用于射線探傷的放射性同位素主要有： 鈷60、銥192、銫137/134等。 射線的特點： 強度高于X射線，穿透力強，適合厚板透視； 強度無法直接調(diào)節(jié)，射線長期存在，防護更要注意！ 可實現(xiàn)周向輻射，透視效率高。,1.1.5 射線的半衰期,1.2 射線檢測的基本原理,1.2.1 射線在物質(zhì)中的衰減定律 射線在穿透物質(zhì)

6、的同時也會發(fā)生衰減現(xiàn)象。其發(fā)生衰減的根本原因有兩點： 散射和吸收。 其衰減規(guī)律成負指數(shù)規(guī)律： I= I0 e （1-1） 式中， I0射線的初始強度； I射線的透射強度； 工件的厚度； 線衰減系數(shù)。,線衰減系數(shù),線衰減系數(shù)入射光子在物質(zhì)中穿行單位距 離時，與物質(zhì)發(fā)生相互作用的幾率。 不同材料具有不同的衰減系數(shù)。 一般規(guī)律是： f (,z ) ，且與三者成正比。 其中: 射線的波長； 材料密度； z 原子序數(shù)；,1.2.2 射線檢測的基本原理,射線檢測主要是利用它的指向性、穿透性、衰 減性等幾個基本性質(zhì)。具體分析（參考下圖）： （1）無缺陷區(qū)的射線透射強度： I=I0e 衰減定律,A,B,X,I

7、0,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,（2）有缺陷區(qū)的射線透射強度： Ix = I0eA eX eB = I0eAeB e X eX e X = I0e e （)X = I e （)X (1-2) 顯然有： Ix / I = e （)X (1-3),討論與結(jié)論,當I；比如，鋼中的氣孔、夾渣就屬于這種； 當 時，Ix I；比如，鋼中的夾銅就屬于這種； 當 或x很小時，Ix I；幾乎差異，缺陷則得不到顯示！ 這就是射線檢測的基本應(yīng)用原理!,1.3 X射線照相法檢測技術(shù),1.3.1 x射線照相法檢測原理 依據(jù)射線檢測的基本原理，將射線透射工件后的潛

8、影以膠片形式接收，再經(jīng)顯影、定影后，就可從射線底片上得到了工件內(nèi)在的質(zhì)量信息。這就是x射線照相法檢測原理。,膠片,1.3.2 X射線照相法檢測技術(shù) (1)合格底片的評價指標（參考GB3323-87） 象質(zhì)等級的規(guī)定： A 級，AB級，B級。B級為最高級。 適用結(jié)構(gòu)：A 級，適用一般結(jié)構(gòu)； AB級，適用壓力容器； B級，適用極重要的結(jié)構(gòu)， 如核設(shè)施。, 與象質(zhì)等級相關(guān)的兩個重要技術(shù)指標： 黑度射線底片的黑化程度。 定義式：D =lg(I0 / I) 式中：I0 原始入射光強； I 透射光強； D 底片黑度;最佳值D=2.0 合格底片黑度范圍（參考GB3323-87） : A 級：1.23.5 A

9、B級：1.23.5 B級： 1.53.5,靈敏度 絕對靈敏度射線底片上發(fā)現(xiàn)最小缺陷 的能力。 相對靈敏度射線底片上發(fā)現(xiàn)的最小缺 陷尺寸與工件的透照厚度 之比(%). 相對靈敏度表達式： K= (X/)100% 強調(diào): K值越小,靈敏度越高!,相對靈敏度的具體運用：,象質(zhì)計/透度計金屬絲型象質(zhì)計 （GB5618-85）. 作用：人工缺陷，理解為“臥底”。 使用說明： 將16根線徑不同的金屬絲(線徑0.1-3.2) 編成序號：116； 分成三組：17;612;1016 象質(zhì)指數(shù)Z線號116 象質(zhì)指數(shù)Z值越高,靈敏度越低!,金屬絲型象質(zhì)計,第一組象質(zhì)計示例:,71,GB5618-85,一定厚度范圍工

10、件的底片，達到相應(yīng)象質(zhì)等級要求的最低的象質(zhì)指數(shù)Z，即等于達到了相對靈敏度的要求。,應(yīng)用方法,象質(zhì)計的擺放要求：,射線源一側(cè)的工件上表面； 跨越焊縫，靠近邊緣 （膠片長度1/4處）； 選對組別，細絲在外。 基本思想： 就是使象質(zhì)計處于較惡劣條件下透照，從而使獲得的底片質(zhì)量更有說服力。,象質(zhì)計的擺放圖示,圖例,L/2,L/4,17,焊接試板,象質(zhì)計,（2）透照參數(shù)選擇 膠片選擇：國產(chǎn)天津型膠片。 增感屏選擇： 增感屏種類： 金屬增感屏、熒光增感屏、金屬熒光增感屏； 鋼制件選擇鉛箔增感屏。 增感屏的作用： 濾波作用；增感作用。,曝光條件的選擇 四個主要參數(shù)： 管電壓U、管電流I、曝光時間t、焦距f。

11、 它們均從不同角度影響x射線作用于膠片 上的感光強度，進而得到不同的底片黑度。 一個合成參數(shù)： 曝光量管電流I與曝光時間t的乘積。 曝光曲線選擇曝光參數(shù)的工具！,曝光曲線的使用示意圖,X射線機控制箱面板上的曝光曲線使用：,0,U/kv,150,注意：不同材料的曝光曲線是不同的！,制作依據(jù)： 黑度達到 相同標準。, 透照距離的選擇 最小透照距離Fmin的確定： 首先分析相似三角形平面幾何原理： 板厚、焦點直徑d、幾何不清晰度ug與最小透照距離Fmin的關(guān)系。 綜合考慮： F一般取400700 mm。 基本規(guī)律：F ，ug ； 射線強度 ！ 下面分析幾何關(guān)系。,F與ug的關(guān)系分析,根據(jù)相似原理，有

12、 ug / d = h / (Fh) 所以，ug dh / (Fh) ug max = d/ (F) 顯然，F(xiàn), ug max. 故有， Fmin = d/ ug max ,d,透照方式選擇 選擇射線與工件的相對位置關(guān)系。 因工件情況不同、發(fā)現(xiàn)缺陷種類不同而 采用不同的透照方式。 平板對接焊縫： 垂直透照、傾斜透照； 大直徑筒節(jié)環(huán)縫、縱縫： 內(nèi)透法、外透法； 管子對接環(huán)縫： 雙壁雙影法、雙壁單影法。,散射線的屏蔽 采用濾板、遮板、底部鉛板等。 目的是降低底片的 灰霧度 ！,射線源, 補償塊的選擇 對于不規(guī)則的接頭，如角接頭、T形接頭， 可采用特殊形狀的補償塊來調(diào)節(jié)射線的 透射強度，從而調(diào)節(jié)底片

13、黑度。,1.4 X射線探傷機及探傷程序,1.4.1 x射線探傷機 (1)基本組成 x射線管核心，射線源 高壓發(fā)生器提供 50500kv直流電源 冷卻裝置循環(huán)噴油冷卻 支撐機構(gòu)便于對位、調(diào)焦 高壓電纜連接電源 控制箱設(shè)定參數(shù)、監(jiān)控操作,（2）主要性能參數(shù)（以X2005型射線機為例） 管壓峰值kv200kv 管電流平均值mA5mA 焦點尺寸mm 2.52.5 射線機重量kg 60kg 最大透射厚度mm 鋼件29mm 便攜式x射線機簡化為三大部件： 控制箱 x射線管 高壓電纜,1.4.2 X射線照相法探傷系統(tǒng),關(guān)于標記帶,標記帶內(nèi)容： 定位標記中心標記，搭接標記； 識別標記產(chǎn)品代號、批號、焊縫代號、

14、透照日期、操作者代碼等； B標記評價背部散射線強度；,0,1,007,2006，3，15,GL141,A,B,標記帶內(nèi)容的處理,為使用方便，可將長期不變的標記鉛字或符號固定在暗袋的外表面，放在工件下面。但應(yīng)注意貼在工件的下表面！而且不能與工件上表面的標記重影！,1.4.3 射線探傷的基本操作程序 總體上分為三個階段，具體操作內(nèi)容 根據(jù)具體情況有所刪減。 (1)技術(shù)準備階段： 了解被檢對象包括材質(zhì)、壁厚、 加工工藝、工件表面狀態(tài)等； 設(shè)備選擇 射線源類型、能量水平、 可否移動等； 選擇曝光條件 包括膠片、增感方式、 焦距、曝光量、管電壓等； 選擇透照方式 定向、周向輻射、 布片策略等； 其它準備

15、 如標記帶布置、象質(zhì)計布置、 屏蔽散射線的方法等。,（2）實際透照 核對實物，布片貼標； 屏蔽散射，對位調(diào)焦； 設(shè)定參數(shù)，設(shè)備預(yù)熱； 檢查現(xiàn)場，開機透照。 （3）技術(shù)處理 暗室處理 沖洗、干燥； 底片評定 黑度、象質(zhì)指數(shù)、偽缺陷等； 確認合格底片。 質(zhì)量等級評定根據(jù)缺陷類別、嚴重性， 確定產(chǎn)品質(zhì)量級別。 簽發(fā)檢驗報告資料歸檔，保存58年。 檢驗報告有統(tǒng)一格式、規(guī)定的內(nèi)容、 質(zhì)檢人員要簽字、提出返修建議等。,1.5 射線的防護,1.5.1 相關(guān)標準 GB4792-84 放射衛(wèi)生防護基本標準 要點： 職業(yè)探傷人員： 每天實際接受劑量 不大于 17.4 mrem; 每年最高允許劑量當量 5 rem ； 終生累計照射劑量，不得超過 250 rem。,1.5.2 防護措施 屏蔽防護如機體襯鉛、射線發(fā)生器 用遮光器、使用鉛房等； 探傷人員帶鉛圍裙、鉛眼鏡等。 距離防護射線劑量率與距離的平方 成反比。 時間防護探傷人員工作時間: t17.4/p, p為射線劑量率. 實際工作中往往采用聯(lián)合防護策略！,本章思考題：,1. 射線的性質(zhì) 2. 射線檢測的基本原理 3. 射線底片的評定指標 4. 象質(zhì)等級、黑度、相對靈敏度及其表征方法 5. 象質(zhì)計的使用方法 6. 射線照相法檢測的主要技術(shù)參數(shù) 7. 各種缺陷在射線底片中的基本特征 8. 射線防護的具體措施,