第二章 射线探伤

第二章射线探伤

射线探伤是利用射线可以穿透物质和在物质中有衰减的特性来发现其中缺陷的一种无损探伤方法。它可以检查金属和非金属材料及其制品的内部缺陷，如焊缝中的气孔、夹渣、未焊透等体积性缺陷。这种无损探伤方法有独特的优越性，即检验缺陷的直观性、准确性和可靠性，而且，得到的射线底片可用于缺陷的分析和作为质量凭证存档。但此法也存在着设备较复杂、成本较高的缺点，并需要对射线进行防护。

第一节射线探伤的方法及其原理

射线探伤的方法常见的有四种，它们的探伤原理基本相同，但是，每一种都有它们的特点及适用范围，实际检验时可能多种方法一起使用，才能准确评定焊接缺陷。

一、射线的产生、性质及其衰减

（一）X射线的产生及其性质：

1．X射线的产生

用来产生X射线的装置是X射线管。它由阴极、阳极和真空玻璃（或金属陶瓷）外壳组成，其简单结构和工作原理如图7-1所示。阴极通以电流加热至白炽时，其阳极周围形成电子云，当在阳极与阴极间施加高压时，电子为阴极排斥而为阳极吸引，加速穿过真空空间，高速运动的电子束集中轰击靶子的一个面积（几平方毫米左右、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, 其余99%以上的能量变成热能。

2．与探伤有关的X射线的性质

⑴不可见，以光速直线传播。

⑵不带电，不受电场和磁场的影响。

⑶具有可穿透可见光不能穿透的物质如骨骼、金属等的能力，并且在物质中有衰减的特性。

⑷可以使物质电离，能使胶片感光，亦能使某些物质产生荧光。

⑸能起生物效应，伤害和杀死细胞。

（二）γ射线的产生及其特性

γ射线是由放射性物质（60Co、192Ir等）内部原子核的衰变过程产生的。

γ射线的性质与X射线相似，由于其皮长比X射线短，因而射线能量高，具有更大的穿透力。例如，目前广泛使用的γ射线源60Co，它可以检查250mm厚的铜质工件、350mm厚的铝制工件和300mm厚的钢制工件。

（三）高能X射线的产生及其特性

高能X射线是指射线能量在1MeV以上的X射线。它主要是通过加速器使灯丝释放的热电子获得高能量后撞击射线靶而产生的。加速器产生的高能X射线，其射线束能量、强度和方向均可精确控制，能量可高达35MeV，对钢铁的探伤厚度达500mm。

高能X射线虽然具有一般X射线的性质，但是由于其能量很大，因此其特性不同于一般X射线，主要表现在：

1．穿透力

工业探伤用的高能X射线能量一般在15～30MeV范围，可穿透一般X射线及γ射线不能穿透的工件，它对于解决大厚件的探伤问题是很有成效的。

2．灵敏度

高能X射线装置产生的能量有40%～50%可以转变成X射线，其余的变成热能，故高能X 射线装置的散热问题不大，从而可以制成很小的焦点（一般在0.3～1mm）来提高探伤灵敏度。高能X射线探伤灵敏度高达0.5%～1%,而一般X射线探伤灵敏度只有1%～2%。

3．透照幅度

高能X射线能量很高，而且其装置产生的能量转换成射线的效率也高，产生的射线也多，因此比一般X射线探伤所需的曝光时间短得多，故散射线少。这样不仅可以得到清晰的底片，而且它透照零件的厚度差的幅度也很宽，厚度相差一倍而不用补偿时，在底片上也可以得到清晰的图像。

（四）射线的衰减

当射线穿透物质时，由于物质对射线有吸收和散射作用，从而引起射线能量的衰减。

射线在物质中的衰减是按照射线强度的衰减是呈负指数规律变化的,以强度为I0的一束平行射线束穿过厚度为δ的物质为例，穿过物质后的射线强度为：

I=I0e－μδ

式中I—－射线透过厚度δ的物质的射线强度；

I0—－射线的初始强度；

e—－自然对数的底；

δ—－透过物质的厚度；

μ—－衰减系数（㎝-1）。

二、射线探伤的方法及其原理

（一）射线照相法

射线照相法是根据被检工件与其内部缺陷介质对射线能量衰减程度的不同，使得射线透过工件后的强度不同，使缺陷能在射线底片上显示出来的方法。如图7-2所示，平行射线束透过工件时，由于缺陷内部介质（如空气、非金属夹渣等）对射线的吸收能力比基本金属对射线的吸收能力要低得多，因而透过缺陷部位（图中A、B）的射线强度高于周围完好部位（如C处）。在感光胶片上，对应有缺陷部位将接受较强的射线曝光，经暗室处理后将变得较黑（图中A、B处黑度比C处大）因此，工件中的缺陷通过射线照相后就会在底片上产生缺陷影迹。这种缺陷影迹的大小实际上就是工件中缺陷在投影面上的大小。

二）射线荧光屏观察法

荧光屏观察法是将透过被检物体后的不同强度的射线，再投射在涂有荧光物质的荧光屏上，激发出不同强度的荧光而得到物体内部的影象的方法。此法所用设备主要由X射线发生器及其控制设备﹑荧光屏﹑观察和记录用的辅助设备﹑防护及传送工件的装置等几部分组成。检验时，把工件送至观察箱上，X射线管发出的射线透过被检工件，落到与之紧挨着的荧光屏上，显示的缺陷影象经平面镜反射后，通过平行于镜子的铅玻璃观察，如图7-3所示。荧光屏观察法只能检查较薄且结构简单的工件，同时灵敏度较差，最高灵敏度在2%～3%，

大量检验时，灵敏度最高只达4%～7%，对于微小裂纹是无法发现的。

（三）射线实时成象检验

射线实时成象检验是工业射线探伤很有发展前途的一种新技术，与传统的射线照相法相比具有实时，高效、不用射线胶片、可记录和劳动条件好等显著优点。由于它采用X射线源，常称为X射线实时成象检验。国内外将它主要用于钢管、压力容器壳体焊缝检查；微电子器件和集成电路检查；食品包装夹杂物检查及海关安全检查等。

这种方法是利用小焦点或微焦点X射线源透照工件，利用一定的器件将X射线图象转换为可见光图象，再通过电视摄象机摄象后，将图象直接或通过计算机处理后再显示在电视监视屏上，以此来评定工件内部的质量。通常所说的工业X射线电视探伤，是指X光图象增强电视成象法，该法在国内外应用最为广泛，是当今射线实时成象检验的主流设备，其探伤灵敏度已高于2%，并可与射线照相法相媲美。该法探伤系统基本组成如。

（四）射线计算机断层扫描技术

计算机断层扫描技术，简称CT（Computertomography）。它是根据物体横断面的一组投影数据，经计算机处理后，得到物体横断面的图象。所以，它是一种由数据到图象的重组技术，其装置结构。

射线源发出扇形束射线，被工件衰减后的射线强度投影数据经接收检测器（300个左右，能覆盖整个扇形扫描区域）被数据采集部采集，并进行从模拟量到数字量的高速A/D转换，形成数字信息。在一次扫描结束后，工作转动一个角度再进行下一次扫描，如此反复下去，即可采集到若干组数据。这些数字信息在高速运算器中进行修正﹑图象重建处理和暂存，在计算机CPU的统一管理及应用软件支持下，便可获得被检物体某一断面的真实图象，显示于监视器上。