工业探伤(张友九)

• 检测器：X射线穿透被检材料后，通过射线接收转换 装置，将不可见的X射线检测信息转换为数字信号， 然后形成数字图像，再经计算机处理后，在显示器 上显示出材料内部的缺陷大小和位置等信息。X射线 数字成像技术在检测效率、经济效益、远程传送和 方便使用等方面都比射线胶片照相法更胜一筹。
• 辐射探伤装置
γ 射线探伤优点
• 源体积小X射线的厚度；
• 稳定性高，外部参数对同位素的辐射无影响；
• 对电能、冷却水等无特殊要求；
• 辐射源成本低，应用较廉价、简单。
γ 射线探伤缺点
• 剂量率低（影响经济效益）；
• 壁越薄，射线照片质量就越差；
• 射线照片的轮廓（几何）不清晰度增加；
与缺陷在射线透照方向上的尺寸、其线衰减系数 与物体的线衰减系数的差别、散射线的控制情况
等相关。只要这些方面具有一定的值，则缺陷将
产生一定的物体对比度，它就可以被射线检验出
来。
I D 当 ' 时， I 1 n
主因对比度(
I I
)影响因素
透照厚度（ΔD），选择最大的方向
线衰减系数（μ）
散射比（n），影响散射比的因素有焦距、
照射场大小、射线性质和工件厚度等。
例如，X射线照相时 对钢n≈0.09T (T<25mm) 对铝n≈0.035T (T<50mm)
l92Ir-γ射线照相时
对钢n≈0.075T (T≤70mm)
60Co-γ射线照相时
对钢n≈0.047T (T≤160mm)
检测方式
• 胶片
• 检测器
• 胶片：当X射线或γ射线照射胶片时，与普通光线 一样，能使胶片乳剂层中的卤化银产生潜象中心， 经过显影和定影后就黑化，接收射线越多的部位 黑化程度越高，此为射线的照相作用。但X射线 或γ射线的使卤化银感光作用比普通光线小得多。 射线胶片与普通胶片除了感光乳剂成分有所不同 外，其他的主要不同是射线胶片一般是双面涂布 感光乳剂层，普通胶片是单面涂布感光乳剂层； 射线胶片的感光乳剂层厚度远大于普通胶片的感 光乳剂层厚度。这主要是为了能更多地吸收射线 的能量。
③与物质原子序数的平方成正比。原子序数高的物 质（如钨、铅等重金属）轫致辐射效应更显著。
为减少电子在飞往阳极过程中与气体粒子相碰撞损 失动能，射线管需抽成 10-4 ～ 10-5Pa 真空。电子流动能 的绝大部分 (>97%) 转化为热能，因此阳极材料一般应 选用耐高温材料并通以介质加冷却。动能中仅一小部分 (～3%)转变为X射线。
， ( D D ) ， T
e
， IS
令I I ， I，n
IS
假设：平行入射
ID 1) I D ( ， )D
I I 0 e
D
(e
( ， ) D
I ( ， ) D I 1 n
• 从上面推导可以看出，射线对缺陷的检验能力，
镱-169
铥-170
32d
129d
0.063~0.308
0.052~0.084
2~15
1.5~5
国家环境保护总局公告 2005年 第62号 放射源分类办法
• 按照放射源对人体健康和环境的潜在危害程度，从高到低将 放射源分为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ类，V类源的下限活度值为 该种核素的豁免活度。 • Ⅰ类放射源为极高危险源。没有防护情况下，接触这类源几 分钟到1小时就可致人死亡; • Ⅱ类放射源为高危险源。没有防护情况下，接触这类源几小 时至几天可致人死亡; • Ⅲ类放射源为危险源。没有防护情况下，接触这类源几小时 就可对人造成永久性损伤，接触几天至几周也可致人死亡; • Ⅳ类放射源为低危险源。基本不会对人造成永久性损伤，但 对长时间、近距离接触这些放射源的人可能造成可恢复的临 时性损伤; • Ⅴ类放射源为极低危险源。不会对人造成永久性损伤。
• X射线装置 • 加速器
• γ射线装置
• 中子
X射线装置
• 高速电子经过原子核附近时，受到原子核库仑 电场的作用而急剧减速，电子的原有动能一部 分或全部转化为电磁波辐射出去，称为轫致辐
射。
典型X射线管示意图
• 影响产生轫致辐射几率的因素：
①与带电粒子质量的平方成反比。ɑ粒子质量大，产 生轫致辐射的几率极小，可忽略不计。电子质量 小，产生的轫致辐射就不可忽略。 ②随带电粒子的能量增大而增大，因此高能量电子 射线的轫致辐射效应显著。
管电压,kV <150 150~200 >200
漏射线空气比释动能率,mGy· h-1 <1 <2.5 <5
加速器
• 加速器是由机头（X射线机头）、机头悬吊机构、 调制器与低压电源柜、控制台、稳压电源柜、温 控水冷机组六大部分及它们之间的连接导线和水 管组成。
高能 X射线是指能量超过 1000kV 的射线，这种高 能X射线都由加速器产生。
屏蔽效率
容器周围比释动能控制值(µGy/h) 1m 手提式(P) 20 5 cm 500 表面 2000
设备类型
移动式(M)
固定式(F)
50
100
并且
1000
1000
并且
2000
2000
探伤用γ 射线放射源
放射性核素 钴-60 铯-137 铱-192 硒-75 半衰期 5.27a 30a 74d 120d γ射线能量MeV 1.17、1.33 0.66 0.206~0.612 0.066~0.401 钢材厚度mm 50~150 50~100 10~70 4~40
：工件的线吸收系数； ， ：缺陷的线吸收系数；
I 0 : 入射线强度；
， ID , I D ：透射的一次射线强度 ；
假设：平行入射
I S，I， S：散射线强度； I， I， ：透射线强度。
• 则：I=ID+IS I'=I'D+I'S • 当ΔD很小时，IS=I'S
I I 0 e D I S I I0e
被加速粒子的能量在1000MeV以上是高能加速器， 能 量 在 100MeV 以 下 是 低 能 加 速 器 ， 能 量 在 100 ～ 1000MeV之间是中能加速器。
按加速器种类可以分为电子加速器、质子加速器、 重离子加速器等。
射线检测中应用的加速器都是电子加速器，能量 数兆电子伏到数十兆电子伏范围内，一般都在 45MeV 以下，即用低能电子加速器产生。但 10MV 以上电子 加速器可产生中子和感生放射性。
• Ⅰ类为高危险射线装置，事故时可以使短时间受照
射人员产生严重放射损伤，甚至死亡，或对环境造 成严重影响；
• Ⅱ类为中危险射线装置，事故时可以使受照人员产
生较严重放射损伤，大剂量照射甚至导致死亡；
• Ⅲ类为低危险射线装置，事故时一般不会造成受照
人员的放射损伤。
γ探伤机
• 手提式：特制的可携带活度达3.7
TBq的192Ir等。
• 移动式：通常利用手推车移动；
常用来容纳60Co。 • 固定式：可使用活度达 8.5 - 37 TBq 的60Co
操作类型
• 类型 I：辐射源并不从辐照装置中移出来，通
过快门或其他的机械装置来控制照射。
• 类型 II ：源直接从屏蔽的源容器中照射(经过 通风管, 气动装置等)，通过一个套管到达照射 位置。 • 类型 X ：特殊的应用。
能力差，检测能力受到限制。超过 100mm 厚钢板不
能用一般 X 射线检测，超过 300mm 厚钢板很难用 γ
射线进行检测。此时可采用加速器产生的高能X射线 检测，例如对厚度达300～500mm的钢板，采用高能 X射线检测可获得满意结果。
中子照相
从中子照相来说，要求中子射线强度大、 射线束质量高、便宜、方便、操作灵活等。目 前，强度大的源是核反应堆，但它投资大、笨 重、无法用于生产现场。而小型加速器、中子 管、同位素中子源等虽然灵巧、方便，但强度 总的来说还不够高。
射线源
工件 暗合
缺陷 增感屏 胶片
缺陷影象 底片
当一束平行的强度为 I0 的单色射线，透过厚 度为 d 的一层均匀物质时，射线强度的衰减将 遵循以下规律：
I D I 0e
d
由于散射线的存在，透过厚度为 d 物质时，除 透射线外，还要加上物体内部散射线强度。
D：工件厚度； D：缺陷在射线束方向的 尺寸；
中子照相主要是用热中子，中子源放射出 来的快中子由于能量高，不适合照相，需经慢 化后变成低能热中子，由准直器引出。目前可 供照相用的中子源有核反应堆、加速器和放射 性同位索，常用的为(锎252Cf)
( 锎 )252Cf 中 子 源 的 半 衰 期 2.65 年 ， 产 额 2.3×1012 中 子 /s/g ， 目 前 价 格 还 很 贵 。 利 用 252Cf可做成可移动式中子照相装置。 另一种可移动中子装置，核心是与密封管 中子发生器组合在一起的慢化器，与252Cf中子 源不同之处是可以关闭，不运行时无需屏蔽。 国外中子管的中子产额已达 1012 中子 /s ，完全 可以满足照相的要求。
• 放射源要经常更换；
• 连续辐射，必须考虑辐射防护问题；
• 连续衰变，需有限时间利用（经济因素）。
密封源结构
• 密封壳 • ISO 2919 设计 和测试 • 特殊形状设计和 测试 • 用户进行的泄漏 测试
源的组件
• 螺旋导管上的 源壳
• 导管外可加装 套管、屏蔽等 • 连接头的形状
γ 射线探伤机组成
I类 装置
• 源在装置内部；
• 包含一个快门机构；
• 利用真空或气压将源移动 到照射位置。
II类 装置 • 放射源可以从源容器发 射出；
• 采用遥控装置；
• 在照射期间源未被屏蔽 ( 在使用时要校准)；
• 手动或自动操作。