07-射线检测方法

(1) 移动式X射线机
X射线管放在充满冷却、绝缘油的管头内， 高压发生器用油浸在高压柜内，X射线管用强 制循环油冷却。 移动式X射线机的体积和重量一般都比较大， 适用于实验室、车间等固定场所，可用于透照 比较厚的工件。
(2) 携带式X射线机
X射线管和高压发生器放在一起，没有高压电 缆和整流装置。因此体积小、重量轻，适用于 流动性检验或对大型设备的现场探伤。
X射线窗口中心部 位的射线强度为 100% 时 ， 靠 近 阴 极 侧的射线强度比阳极 侧偏高。因此一般透 照焊缝时，尽量使焊 缝垂直于X射线管轴 线，以获得曝光均匀 的底片。
X射线管焦点是决定X射线管光学特性好坏的重 要标志，焦点大小直接影响探伤灵敏度。由于多 数X射线管的阴极形状是线焦点，在阳极靶面上 呈长方形，X射线从这个长方形射线源发出。
为防止管电压过高使底片质量下降，在射线检测 标准中，对不同材料各种厚度允许的最高管电压 作了限制，如图所示
在射线检测标准中，对不同材料各种厚度允许 的最低管电压没有限制，但也不宜过低。
因为X射线强度与被照射面到射线源之间的距 离的平方成反比。 管电压较低，衬度较高，显示多层次厚度的能 力降低了，射线检测的宽容度降低了。 对于多层次厚度工件(如小口径金属管)，采用 较高管电压，适当牺牲衬度，提高宽容度。
金属丝象质计是以一系列直径不同的金属丝 所组成，利用在底片上显示金属丝的粗细来评 价透照质量。
金属丝象质计制作简单、使用方便，在国内 外得到广泛采用。
射线源 像质计 像质计 工件 暗合 增感屏 胶片 底片
1号象质计钢丝(0.1～0.4mm)，用于透照厚度 20mm以下钢件；2号象质计(0.25～1.0mm)，用 于透照厚度5～60mm钢件 ；3号象质计(0.8～ 3.2mm)，用于透照厚度50～100mm钢件。
B级成象质量最高，适用于抗天及核设备等 极为重要的产品与部件。
象质计要放在工件靠近射线源的表面。
与放在靠近胶片一面表面上相比，在相同透 照条件下，靠胶片容易显示更细的金属丝。 因为愈靠近胶片半影愈小、成象愈清楚。同 样，工件中相同性质和大小的缺陷越靠近胶片 时越容易在底片上发现。 所以将象质计放在工件靠近射线源表面上透 照后、能在底片上显示出来，说明工件中远离 胶片的缺陷也能在底片上显示出来。
新出厂或存放一段时间的X线管必须经过训 练试验，将管内气体吸收掉才能正常使用。 小焦点X射线管虽然具有探伤灵敏度高，透照 清晰的优点，但是由于焦点面积小，阳极靶很 容易因局部过热而被烧坏。
一般大型X射线管(如1400kV)常常采用大小不 同的两个焦点，即所谓双焦点X射线管。 这样对一般射线检测可用大焦点，要求灵敏 度高时可用小焦点，提供了选择余地。 普通X射线管的射线束一般为40o 圆锥角，透 照范围比较小。为了提高透射效率，可采用360o 辐射的周向X射线管。
其次，象质计应放在接近胶片的一端，而不是 在胶片中心。因为象质计放在中心部位时灵敏度 够了，不能说明边缘部分灵敏度也够。 当把象质计放在胶片一端时灵敏度达2%，则 说明整个底片的灵敏度都够了。 每张底片原则上都必须有象质计，当采用周向 360o等距离透照时，可每隔90o放一象质计。
(2) 几何不清晰度
目前一般所说的X射线照相灵敏度，都是指相 对灵敏度。
但在射线照相前，被透照工件中所能发现的 最小缺陷尺寸是无法知道的，一般采用带有人 工缺陷的象质计来确定透照灵敏度。
象质计的材质应与被透照工件相同，目前国内 外采用的主要有3种象质计即槽状象质计、孔型 象质计和金属丝象质计。
槽状象质计主要用于苏联，孔型象质计主要 用于英国和美国。
衰减系数与射线波长是三次方正比关系，射 线能量愈大，衰减系数愈小。
缺陷影象 底片
在能穿透工件的情况下，尽量采用较低的管 电压，减少射线能量。
此时被透照工件对射线的吸收能力增强，这 就使有缺陷部位和无缺陷部位的黑白对比度增 大，从而提高了底片灵敏度。
缺陷影象 底片
此外，管电压愈高，它使底片产生的固有不清 晰度愈大，有时称为胶片不清晰度，它与射线 的能量有关。表为固有不清晰度的实验值。
同时X射线机也可按射线束辐射方向分为定 向辐射和周向辐射两种。 其中周向X射线机特别适用于管道、锅炉和压 力容器的环形焊缝检测，由于一次曝光可以检 测整条焊缝，工作效率显著提高。
此外，还有一些特殊用途的X射线机，如软X 射线机，管电压60kV以下，可用于检测金属薄 件、非金属材料等低原子序数物质的内部缺陷。
射线源 像质计 像质计 工件 暗合 增感屏 胶片 底片
采用金属丝象质计时，透照灵敏度按下式计算
底片灵敏度 底片上观察到最细金属丝直径 100 % 透照部位最大厚度
一般要求灵敏度小于等于2%，要求高的在一 定厚度范围内要达到1%。
按标准我国X射线照相质量分为3级：
A级成象质量一般，适用于承载负荷较小的 产品与部件。 AB级成象质量较高，适用于锅炉和压力容器 产品与部件。
工件厚度b一定 时，欲减小半影 宽 度 Ug ， 主 要 因 素是射源尺、焦 距愈大时，半影 就愈小。 但焦距大则射线 强度低，即曝光 时间延长，既降 低检测效率又增 加散射线。 实际工作中，要 综合考虑。
几何不清晰度允 许值也可用图中曲 线表示。 由于焦距不能过 大，这就是在射线 照相中为什么希望 尽量采用小焦点X 射线机的道理。
射线源
工件 暗盒
缺陷 增感屏 胶片
荧光增感屏常用的荧光物质是钨酸钙，当X射 线透照时，钨酸钙增感屏能吸收40%～50%的X 射线能量并把它转变成荧光。 荧光增感屏的增感系数大致10～60，荧光物质 会降低影象的清晰度，从而降低底片灵敏度。
射线源
工件 暗盒
缺陷 增感屏 胶片
在X射线探伤中，现在用得比较普遍的是金属 增感屏(金属箔)。
这就是实际焦点。当靶面与X射线管轴线的垂直 线之间倾斜20o 时，其有效焦点面积约为实际焦 点面积的三分之一。
X射线照相灵敏度与有效焦点直接有关，实际 焦点面积大对散热有利，有效焦点面积小对透照 灵敏度有利。一般所说的是指有效焦点。 常用有效焦点2.3×2.3、3×3、4×4 (mm)等 尺寸，采用特殊的磁聚焦方法可以使有效焦点尺 寸达到0.1～0.2mm
射线源 像质计 像质计 工件 暗合 增感屏 胶片 底片
由于射线照相时，不同厚度工件所能发现缺陷的 最小尺寸不同，比较薄的工件容易发现细小缺陷， 厚工件则只能发现尺寸稍大一些的缺陷。
射线源 像质计 像质计 工件 暗合 增感屏 胶片 底片
因此，采用绝对灵敏度往往不能反映不同厚度 工件的透照质量。 用所能发观的最小缺陷尺寸占被透照工件厚度 的百分比表示，则更能反映不同厚度工件的透照 质量，这称为相对灵敏度或百分比灵敏度。
金属增感屏的增感因素大小与射线软硬、屏的 成分、厚度以及胶片特性有关。
对软X射线来说，金属增感屏实际上不能缩短 曝光时间，射线愈硬、增感因素愈明显。 采用γ 射线照相时由于散射线严重，必须采用 金属增感屏增感。 在透照时，增感屏与胶片的贴紧对增感屏的使 用效果极为重要。如果在透照时增感屏与胶片 之间有间隙，则将大大降低增感效果。
3-2-5 增感屏与胶片的选择
(1) 增感屏的选择
射线可以使胶片感光，但只有一小部分与感光 胶片上的AgBr起光化作用而使胶片感光。 这将使实际透照时间大大延长，对厚工件甚至 无法使底片得到满意的黑度。
在射线探伤时，常常要在胶片两侧贴加增感屏， 以增加胶片感光速度，减少透照时间。
射线源
工件 暗盒
被透照物质的原子序数和密度愈大，则对射线 的吸收也愈大，因此需选用较高的管电压。 X射线机发展的趋势是继续向小型化、轻型化 发展，以及随着微机应用的普及一般X射线机的 操纵箱采用微机控制。
3-2-2 象质计与几何不清晰度
(1) 灵敏度与象质计
射线照相灵敏度是指在射线透照的底片上所能 发现的工件中沿射线穿透方向上最小缺陷的尺寸， 称为绝对灵敏度。
(3)射线能量的选择
射线能量决定于管电压，管电压愈高则射线 能量愈大，探伤时穿透能力愈强。
射线能量不仅与被透照工件厚度有关，而且 与透照灵敏度有关。 在能够透过工件的前提下，尽量采用较低管 电压，以便提高底片灵敏度和射线照相质量。
缺陷部位与无缺陷部位的黑度差取决于胶片上 射线强度差，强度差取决于衰减系数，衰减系 数愈大则射线强度差愈大。
金属-陶瓷X射线管是X射线管制造上的一次重大 变革，这种管子结构简单，如图所示。
金属-陶瓷组件被熔接在金属管内以形成真空密 封，并且为阴极和阳极提供机械支承，起到两 极绝缘，提供高压电缆联接插座。这种射线管 的优点是尺寸小、重量轻、耐机械振动。
选择X射线机要考虑其透过力、可搬动性、焦点 尺寸、管电流大小、X射线束形状等。穿透能力 取决于X射线的能量或波长，管电压愈高则射线 透过能力愈强。
缺陷 增感屏 胶片
当X射线透照时增感屏产生荧光，除了射线直 接使胶片感光外，荧光又使胶片感光。
一般采用增感因子，来表示增感屏增感作用的 强弱，即 无增感屏时所需暴光时间
K 有增感屏时所需暴光时间
射线源
工件 暗盒
缺陷 增感屏 胶片
以往X射线照相采用荧光增感屏，荧光物质所 发荧光强度与所照射的射线强度成正比，可以增 加胶片的感光速度、缩短曝光时间。
3-2 X射线检测方法
X射线照相能够得到工件内部状况的二维图象， 但是由于几何关系二维投影像不可能完全真实地 反映工件内部真实的缺陷形状和大小。
这是由于焦点、焦距和缺陷位置等因素的影响， 有可能产生放大、畸变、重叠、半影等情况，必 须根据实际情况作出恰当的判断。
3-2-1 X射线机
X射线机按其结构形式大致可分为两大类：移 动式X射线机和携带式X射线机。 移动式X射线机的管电压可达420kV，携带式X 射线机的管电压一般可达300kV。 两者在结构上和应用上都有些不同。
微焦点X射线机，焦点尺寸0.01～0.1mm，最 小可达0.005mm，适用于检测半导体器件、集成 电路，陶瓷等内部结构和焊接质量。
X射线管是X射线探伤装置的核心，一台X射线 探伤机的优劣主要是看其X射线管的技术性能。 如穿透能力，透照清晰度，使用寿命等，这些 都与X射线管的质量直接有关。
X射线管的阴极起着发射电子和聚焦电子的作 用，由发射电子钨丝和聚焦电子的凹面组成。
阳极焦点的形成取决于阴极的形状，阴极头的 形状、大小、凹面直径、深度、灯丝直径和位置 都对X射线焦点的形状和大小有直接影响。 钨丝的温度决定于加热电流强度，当达到一定 管电压而管电流不再增加时，称为饱和电流。 发射X射线过程中90%以上能量转换成热，因 此在阳极构造上特别要考虑耐高温和散热。
一般阳极靶与管轴 垂直方向约成20o 倾 斜角，X射线束则 形成一个约40o 圆锥 向外辐射，其强度 与均匀度如图所示。
(2) 胶片的选择
与一般摄影用胶片相比，射线检测用的胶片是 在片基两面都涂有比较厚的乳剂层，这是为了 吸收更多的射线能量。 在射线照射下、乳剂溴化银将因光化作用而分 解成银和溴，随射线能量强弱而析出不同量的 金属银，形成了所谓潜象。
然后经过显影作用使潜象还原成可见象，是黑 色的金属银，在底片上所得到的影象就是由这 些金属银所组成的。 胶片经显影后未被显影而仍带有能感光的溴化 银粒子，要用另外的药品把它溶解掉，这种处 理称为定影。
金属增感屏的增感作用，主要是射线对屏照射 后能产生二次电子和金属标识X射线，它们将增 加胶片感光。 金属增感屏的增感因子为2～7
射线源
工件 暗盒
缺陷 增感屏 胶片
金属增感屏的增感因子虽然不高，但影象很清 晰。因为它除了本身晶粒细小外，还能吸收一 部分干扰影象的散乱射线。
欲获得较高清晰度和灵敏度的底片时，应采用 金属增感屏。常用的金属增感屏是铅屏，也可 以用其它材料。
影响射线透照灵敏度的因素之一是几何不清 晰度，与射线源尺寸有关。
在进行透照时，缺陷在底片上影象边缘会出现 半影。几何不清晰度可用半影宽度Ug度量，缺 陷远离胶片时在底片上形成的半影最大。
可按下式计算半影宽度
db Ug f b
式中d-射源尺寸
b-工件厚度
f-透照焦距
db Ug f b