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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

2、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 ， 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

3、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

4、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 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(xì) 胞 對 人 體 有 害 。 1.1.3 射 線 的 產(chǎn) 生

5、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 u 15 500kv 高 壓

6、 電 源 高 壓 電 纜陽 極 靶電 子 流 玻 殼 管陰 極 罩燈 絲 (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 ,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

7、 ， 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(dāng) 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

8、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 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

9、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 同 位 素 半 衰 期 射 線 能 量 應(yīng) 用 條 件鈷 60 5.3年 高 300 mm 以 下 鋼 制 件銥 192 75 3天 較 弱 60mm 以 下 鋼 制

10、 件銫 137 33 2年 較 弱 60mm 以 下 鋼 制 件 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) 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(fù) 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

11、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AB XI

12、0I x =A+X+BX 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 = I0e A e X e B = I0e Ae B 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(dāng) I； 比 如 ， 鋼 中 的 氣 孔 、夾 渣 就 屬 于 這 種 ； 當(dāng) 時 ， Ix I； 比 如 ， 鋼 中 的 夾 銅 就屬 于 這 種 ； 當(dāng) 或 x很 小 時 ， Ix I； 幾 乎 差 異

13、 ，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 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(biāo) （ 參 考 G

14、B3323-87） 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(biāo) ： 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 G

15、B3323-87） : A 級 ： 1.2 3.5 AB級 ： 1.2 3.5 B級 ： 1.5 3.5 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

16、 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 ： 1 16； 分 成 三 組 ： 1 7;6 12;10 16 象 質(zhì) 指 數(shù) Z 線 號 1 16 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 : 71GB5618-85 一 定 厚 度 范 圍 工件 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

17、 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(xì) 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/41 7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

18、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。 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

19、線 機 控 制 箱 面 板 上 的 曝 光 曲 線 使 用 ： 0U/kv150 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(biāo) 準(zhǔn) 。 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 400 700 mm。 基 本 規(guī) 律 ： F ， ug ； 射 線 強 度 ！ 下 面 分 析 幾 何 關(guān) 系

20、 。 F與 ug的 關(guān) 系 分 析 根 據(jù) 相 似 原 理 ， 有 ug / d = h / (F h) 所 以 ， ug dh / (F h) ug max = d/ (F ) 顯 然 ， F , ug max . 故 有 ， Fmin = d/ ug max d Fh ug 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 、

21、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 源濾 光 板遮 光 板 工 件 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 黑 度 。 補 償 塊T形 接 頭 射 線 源暗 盒 1.4 X射 線 探 傷 機 及 探 傷 程 序 1.4.1 x射 線 探

22、傷 機 (1)基 本 組 成 x射 線 管 核 心 ， 射 線 源 高 壓 發(fā) 生 器 提 供 50 500kv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 2.5 2.5 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

23、 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) 射 線 源 鉛 光 闌 濾 板 鉛 罩 鉛 遮 板 象 質(zhì) 計 標(biāo) 記 帶 工 件 暗 盒 鉛 底 板 關(guān) 于 標(biāo) 記 帶 標(biāo) 記 帶 內(nèi) 容 ： 定 位 標(biāo) 記 中 心 標(biāo) 記 ， 搭 接 標(biāo) 記 ； 識 別 標(biāo) 記 產(chǎn) 品 代 號 、 批 號 、 焊 縫 代號 、 透 照 日 期 、 操 作 者 代 碼 等 ； B標(biāo) 記 評 價 背 部 散 射 線 強 度 ；0 1 0072006， 3， 15GL141 AB 標(biāo) 記 帶 內(nèi) 容 的 處 理 為 使 用 方 便 ， 可 將 長 期

24、 不 變 的 標(biāo) 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(biāo) 記 重 影 ！ 2006， 3， 12 007GL100-2 暗 袋標(biāo) 記 帶 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(zhǔn) 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

25、 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(zhǔn) 備 如 標(biāo) 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(biāo) ； 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

26、沖 洗 、 干 燥 ； 底 片 評 定 黑 度 、 象 質(zhì) 指 數(shù) 、 偽 缺 陷 等 ； 確 認(rèn) 合 格 底 片 。 質(zhì) 量 等 級 評 定 根 據(jù) 缺 陷 類 別 、 嚴(yán) 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 5 8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(biāo) 準(zhǔn) GB4792-84 放 射 衛(wèi) 生 防 護 基 本 標(biāo) 準(zhǔn) 要 點 ： 職 業(yè) 探 傷 人 員 ： 每 天 實 際 接 受 劑

27、 量 不 大 于 17.4 mrem; 每 年 最 高 允 許 劑 量 當(dāng) 量 5 rem ； 終 生 累 計 照 射 劑 量 ， 不 得 超 過 250 rem。 1.5.2 防 護 措 施(1) 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(biāo) 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