x射线探伤方法

第三章射线探伤教学目标：一、了解射线的的产生、性质及其衰减，了解各种射线检测方法的基本原理；二、熟悉常见射线探伤设备及器材，能正确选择X射线照相法设备参数；三、掌握X射线照相法检测工艺，熟悉底片评定的方法，并能根据相关标准对焊缝质量进行评级；四、了解射线探伤防护常识。

一、任务导入：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。

二、相关知识知识点一：射线的产生、性质及其衰减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3-1所示。

阴极通以电流加热至白炽状态时，其阳极周围形成电子云，当在阳极与阴极间施加高压时，电子加速穿过真空空间，高速运动的电子束集中轰击阳极靶子的一个面积（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。

图3-1 X射线的产生示意图2．X射线的主要性质（1）不可见，以光速直线传播。

（2）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。

（3）可以使物质电离，能使胶片感光，亦能使某些物质产生荧光。

3.γ射线的产生及性质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，由于其波长比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。

4.射线当射线穿透物质时，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：为II=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）。

知识点二、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3-2所示，从X射线机发射出来的X射线透过工件时，由于缺陷内部介质对射线的吸收能力和周围完好部位不一样，因而透过缺陷部位的射线强度不同于周围完好部位。

把胶片放在工件适当位置，在感光胶片上，有缺陷部位和无缺陷部位将接受不同的射线曝光。

再经过暗室处理后，得到底片。

然后把底片放在观片灯上就可以明显观察到缺陷处和无缺陷处具有不同的黑度。

评片人员据此就可以判断缺陷的情况。

图3-2 射线照相法原理（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。

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图3-3所示。

图3-3 X光电增强—电视成法探伤系统1—射线源 2、5—电动光阑 3—X射线束 4—工件 6—图象增强器 7—耦合透镜组8--电视摄象机 9—控制器 10--图象处理器 11—监视器 12—防护设施（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。

其装置结构如图3-4所示。

图3-4射线工业CT系统组成框图1--射线源 2—工件 3—检测器 4—数据采集部 5—高速运算器 6—计算机CPU 7—控制器8—显示器 9—摄影单元 10—磁盘 11—防护设施 12机械控制单元 13—射线控制单元14—应用软件 15—图象处理器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。

知识点三：射线探伤设备简介射线探伤常用的设备主要有X射线机、γ射线机等，它们的结构区别较大。

一、X射线机1．X射线机的分类和用途X射线机即X射线探伤机，按其结构形式分为携带式、移动式和固定式三种。

携带式X射线机多采用组合式X射线发生器，体积小，重量轻，适用于施工现场和野外作业的工件探伤；移动式X射线机能在车间或实验室移动，适用于中、厚焊件的探伤；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完成探伤工作。

2．X射线管X射线管是X射线机的核心部件，是由阴极、阳极和管套组成的真空电子器件，其结构如图3-5所示。

图3-5 Ｘ射线管结构示意图1－阴极 2－聚焦罩 3－灯丝 4－阳极罩 5－阳极靶 6－管套(1)管套它是X射线管的外壳。

为了使高速电子在X射线管内运动时阻力减小，管内要求有较高的真空度。

(2)阴极X射线管的阴极起着发射电子和聚集电子的作用。

它主要由发射电子的钨丝和聚焦电子的聚集罩（纯铁或纯镍制成的凹面形）组成。

(3)阳极X射线是从射线管的阳极发出的。

整个阳极构造包括阳极靶（钨等）、阳极体和阳极罩（铜，导电和散热）三部分。

由于X射线管能量转换率很低，阳极靶接受电子轰击的动能绝大部分转换为热能而被阳极吸收，因此阳极的冷却至关重要。

目前采用的冷却方式主要有辐射散热及油、水冷却等。

(1)焦点X射线管的焦点是决定X射线管光学性能好坏的重要标志，焦点大小直接影响探伤灵敏度。

技术指标中给出的焦点尺寸通常是有效焦点。

因为影响透照清晰度和灵敏度的主要是有效焦点的大小。

由于阳极靶块与射线束轴线一般成200倾斜角，所以有效焦点大约是实际焦点的1/3。

3．X射线机的组成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。

携带式X射线机是将X射线管和高压发生器直接相连构成组合式X射线发生器，省去了高压电缆，并和冷却器一起组装成射线柜，为了携带方便一般也没有为支撑机器而设计的机械装置。

4．X射线机选择（1）根据工作条件选择X射线机按其可搬动性分为携带式和移动式两大类。

携带式轻便，易于搬动。

移动式X射线机比较重，组件多，但管电压﹑管电流可以制作得较大，其线路结构和安全可靠性也较好。

因此对于零件较小，可以集中在地面工作的，宜选用移动式X射线机。

对于零件较大﹑需在高空或地下工作的，宜选用携带式X射线机(2)根据被透物体的结构和厚度选择X射线机是利用射线机透过被检验物质来发现其中是否有缺陷的。

所以，首先关心的是X射线机能否穿透欲检验物质的材料或焊缝。

X射线穿透能力取决于X射线的能量和波长。

X射线管的管电压愈高，发射的X射线波长愈短，能量愈大，透过物质的能力愈强。

因此，选择管电压高的X射线机可以得到高的穿透能力。

另外，X射线穿透过不同的物质时，物质对射线的衰减能力不同。

一般来说，被透照物质原子序数愈大﹑密度愈大则对射线衰减的能力愈大。

因此，透照轻金属或厚度较薄的工件时，宜选用管电压低的X射线机，透照重金属或厚度较大的工件时，宜选用管电压高的X射线机。

二、γ射线机γ射线机按其结构形式分为携带式﹑移动式和爬行式三种。

携带式γ射线机多采用60Co作射线源，用于较厚工件的探伤。

爬行式γ射线机主要用于野外焊接管线的探伤。

γ射线机具有以下优点：穿透力强，最厚可透照300mm钢材；透照过程中不用水和电，因而可在野外、对带电高压电器设备、高空、高温及水下等多种场合下工作，可在X射线机和加速器无法达到的狭小部位工作。

主要缺点是：半衰期短的γ源更换频繁；要求有严格的射线防护措施；探伤灵敏度略低于X射线机。

三、加速器加速器是一种利用电磁场使带电粒子（如电子、质子、氘核、氦核及其他重离子）获得能量的装置。

用于产生高能X射线的加速器主要有电子感应式、电子直线式和电子回旋式三种。

目前应用最广大的电子直线加速器。

由于加速器能量高，射线焦点尺寸小，探伤灵敏度高，且其射线束能量、强度与方向均可精确控制，其应用已日益广泛。

知识点四：焊缝射线照相法探伤射线照相法具有灵敏度较高﹑所得射线底片能长期保存等优点，目前在国内外射线探伤中，应用最为广泛。

射线照相法探伤法是通过底片上缺陷影象，对照有关标准来评定工件内部质量的。

对于焊接射线探伤而言，我国已经制订了国家标准。

以下介绍射线照相中的各项主要技术。

一、象质等级的确定象质等级就是射线照相质量等级，是对射线探伤技术本身的质量要求。

我国将其划分为三个级别：A级——成象质量一般，适用于承受负载较小的产品和部件。

AB级——成象质量较高，适用于锅炉和压力容器产品及部件。

B级——成象质量最高，适用于航天和核设备等极为重要的产品和部件不同的象质等级对射线底片的黑度﹑灵敏度均有不同的规定。

为达到其要求，需从探伤器材﹑方法﹑条件和程序等方面预先进行正确选择和全面合理布置，对给定工件进行射线照相法探伤时，应根据有关规定和标准要求选择适当的象质等级。