第3章 射线探伤剖析

第3章 射线探伤
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射线探伤:利用射线可穿透物质和在物质中有衰减的 特性来发现缺陷的一种探伤方法。
按所使用的射线源种类不同，可分为X射线探伤、γ 射线探伤和高能射线探伤等；
按其显示缺陷的方法不同，又可分为射线电离法探 伤、射线荧光屏观察法探伤、射线照相法探伤、射线 实时图象法探伤和射线计算机断层扫描技术等。
X射线管有玻壳管和金属陶瓷管二种。后者由于 机、电、热性能优良，体积小、重量轻和寿命长等突 出优点，正在逐渐取代前者。主要缺点是价贵，约为 玻壳X光管的3～5倍。
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(3) 焦点
X射线管的焦点大小是重要技术指标，会直接影响探伤灵敏度。 焦点尺寸主要取决于灯丝形状和大小，管电压和管电流也有一 定影响。靶块被电子轰击的部分叫实际焦点(几何焦点)。
(1)结构特点 X射线管由阴极构件、阳极构件和管套(真空度达 (10-7～10-6)×133.3Pa)构成。阴极构件由阴极(钨)、灯丝和聚焦 罩等组成；阳极构件由阳极(铜--导电和散热)和靶块(钨等)组成。
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(2) 工作原理
当灯丝接低压交流电源(约2～l0V)通电(2～30mA) 加热至白炽时，其阴极周围形成电子云，聚焦罩的凹面 形状使其聚焦。
射线探伤又称为射线检验。
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主要内容：
1、射线探伤基本原理 2、射线探伤设备 3、射线照相法探伤 4、射线实时图像法探伤 5、射线计算机断层扫描技术 6、射线探伤中的安全防护
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§3-1射线探伤基本原理
射线探伤中应用的射线主要是X射线和γ射线，都是波 长很短的电磁波，习惯上统称为光子。
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二、射线与物质的相互作用
当射线穿透物质时，由于射线与物质的相互作用， 将产生一系列极为复杂的物理过程，其中包括光电效应、 汤姆逊散射、康普顿效应等，结果使射线因吸收和散射 而失去一部分能量，强度相应减弱，这种现象称为射线 的衰减，用衰减定律表达：
μ—线衰减系数，为上述各物理 效应分别引起的衰减系数之和。
实际焦点在X射线传播方向经光学 投影后的面积称有效(光学)焦点， 它是在技术参数中列出。 由于靶块与射线束轴线一般成20° 倾斜角，有效焦点大约是实际焦点 的1／3(图3-4)。
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3．X射线机线路分析
产生X射线的高压整流线路可分为自整流线路(携带式X射线 机)、全波(桥式)整流线路(移动式盖射线机)、恒电势线路(多大 型X射线机)等，其控制电路大同小异。 现以国产XX系列X射 线机的电路图见图3-5。 (1) 准备阶段
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X射线和γ射线均具有的性质： (1)不可见，以光速直线传播。 (2)不带电，不受电场和磁场的影响。 (3)具有可穿透物质和在物质中有衰减的特性。 (4)可使物质电离，能使胶片感光，亦能使某些物质 产生荧光。 (5)能对生物细胞起作用(生物效应)。
这里没有列入与探伤关系不大的射线性质，例如反 射、干涉现象等。
X射线波长：0.000l～0.1nm;
γ射线波长：0.0003～0.1nm。
一、射线的性质
X射线是由高速行进的电子在真空管中撞击金属靶产 生，射线源主要是X射线机和加速器，射线能量与强度 均可调。
γ射线是由放射性物质(60Co、192Ir等)内部原子核的衰 变而来，射线源为γ射线机，射线能量不能改变，衰9
一、X射线机
1．X射线机的分类和用途 按其结构形式分为携带式、移动式和固定式三种。
➢ 携带式X射线机采用组合式X射线发生器，因其体积小、重量轻。 适用于施工现场和野外作业；
➢ 移动式X射线机能在车间或实验室内移动。适用中、厚板焊件； ➢ 固定式X射线机则固定在确定的工作环境中，靠移动焊件来探伤。
1) 通冷却水。 2) 将计时器P动针选择时间调至指定曝光时间，例如5min。 3) 将mA旋钮调至最小位置(即R2，调至最大)。 4) 将管压旋钮调至最小位置(即T1碳刷处于最低电压或零位置，Q2闭合)。
三、探伤的基本原理
射线探伤的实质：根据被检工件与其内部缺陷介质对 射线能量衰减程度不同，而引起射线透过工件后的强 度差异(图3-1)，使缺陷能在射线底片或X光电视屏幕 上显示出来。
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§3-2 射线探伤设备
主要设备：
X射线机、γ射线机和电子直线加速器。 了解其原理、构造、主要性能及用途，能够正 确选择和有效进行探伤工作。
➢ 软X射线机(管电压60kV以下)，用于检验金属薄件、非金属材料 等低原子序数物质的内部缺陷；
➢ 微焦点X射线机(通常焦点尺寸φ0.0l～0.1mm，最小可达 φ0.005mm)，适用于近焦距摄片，用于检测半导体器件、集成电 路等内部结构及焊接质量。
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2．X射线管
X射线管又称X光管，是X射线机的核心部件，由阴极与阳 极等组成的真空电子器件(图3-3)。
X射线机通常由X射线管、 高压发生器、控制装置、 冷却器、机械装置和高 压电缆等部件组成。
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X射线机按射线束的辐射方向分为:定向辐射和周向辐射。 其中周向X射线机特别适用于管道、锅炉和压力容器的环形焊缝
探伤，一次曝光可以检查整个焊缝，显著提高工作效率。 此外，还有特殊用途的X射线机：
当在阳极与阴极间施以高压(管电压50～500kV)时, 电子为阴极排斥而为阳极所吸引，加速穿过真空空间, 高速运动的电子成束状集中轰击靶子的一个小面积(几 个mm2，称实际焦点)，电子被阻挡、减速和吸收，其 部分动能(约1％)转换为X射线。
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X射线管能量转换效率很低，靶块接受电子轰击的 动能绝大部分转换为热能。因此，阳极的冷却至关重 要，冷却方式主要有辐射散热及冲油(水)冷却等。
射线强度的衰减呈负指数规律： ➢ 随着透过物质厚度δ增加，射线强度的衰减增大; ➢ 随着线衰减系数μ的增大，射线强度的衰减也增大。
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线衰减系数μ与射线本身的能量(波长λ)及物质本身的 性质(原子序数Z、密度ρ)有关。
➢ 同样的物质，其射线的波长越长，μ值也越大；
➢ 相同波长或能量的射线，物质的原子序数越大，密 度越大，则μ值也越大。