常用无损检测技术

第三篇常用无损检测技术
第15章射线照相检测技术
15.1射线照相检测技术概述（Ⅱ级人员仅要求本节内容）
射线是具有可穿透不透明物体能力的辐射，包括电磁辐射（X射线和γ射线）和粒子辐射。

在
射线穿过物体的过程中，射线将与物质相互作用，部分射线被吸收，部分射线发生散射。

不同物质
对射线的吸收和散射不同，导致透射射线强度的降低也不同。

检测透射射线强度的分布情况，可实
现对工件中存在缺陷的检验。

这就是射线检测技术的基本原理。

射线照相检测技术，利用射线对胶
片可以产生感光作用的原理，采用胶片记录透射射线强度，在底片上形成不同黑度的图像，完成检
验。

图15—1显示了射线照相检测技术的基本原理。

射线照相检测的基本过程为准备、透照、暗室处理、评片，从底片上给出的图像，判断缺陷性
质、分布、尺寸，完成对工件的检验。

图15-1 射线照相检测技术基本原理图15-2 光电效应示意图
射线照相检验技术可应用于各种材料（金属材料、非金属材料和复合材料）、各种产品缺陷的检验。

检验技术对被检工件的表面和结构没有特殊要求。

检验原理决定了，这种技术最适宜检验体积
性缺陷，对延伸方向垂直于射线束透照方向（或成较大角度）的薄面状缺陷难于发现。

射线照相检
验技术特别适合于铸造缺陷和熔化焊缺陷的检验，不适合锻造、轧制等工艺缺陷检验。

现在它广泛
应用于航空、航天、船舶、电子、兵器、核能等工业领域。

射线照相检测技术直接获得检测图像，给出缺陷形貌和分布直观显示，容易判定缺陷性质和尺
寸。

检测图像还可同时评定检测技术质量，自我监控工作质量。

这些为评定检测结果可靠性提供了
客观依据。

射线照相检测技术应用中必须考虑的一个特殊问题是辐射安全防护问题。

必须按照国家、地方、行业的有关法规、条例作好辐射安全防护工作，防止发生辐射事故。

15.2射线照相检测技术基础
15.2.1 射线与物质的相互作用
射线按其特点分为二类：电磁辐射和粒子辐射，以下仅讨论Ｘ射线与γ射线（电磁辐射）。

Ｘ射线、γ射线与物质的相互作用是光量子和物质的相互作用。

包括光量子与原子、原子核、
原子的电子及自由电子的相互作用。

主要的作用是：光电效应、康普顿效应、电子对效应和瑞利散
射。

图15—2、图15—3、图15—4是光电效应、康普顿效应、电子对效应作用示意图。

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在光电效应中，入射光量子与原子的轨道电子相互作用，把全部能量传递给这个轨道电子，获
得能量的电子克服原子核的束缚成为自由电子。

光电效应是一个吸收过程，将伴随发射特征Ｘ射线
的荧光辐射。

图15-3康普顿效应示意图图15-4 电子对效应示意图图15-5射线穿透物体时的衰减
在康普顿效应（康普顿散射）中，入射光量子与原子外层轨道电子发生的相互作用，光子的一
部分能量传递给电子，使电子从轨道飞出，这种电子称为反冲电子，同时，入射光量子的能量减少，
成为散射光量子，并偏离了入射光量子的传播方向。

康普顿效应是一个既有吸收又有散射的过程。

从能量守恒定律，电子对效应只能发生在入射光量子的能量不小于 1.02 MeV时。

光量子与原子核发生相互作用，转化为一对正、负电子在不同方向飞出。

电子对效应中，入射光量子消失，它
是一个吸收过程。

简单说，瑞利散射是入射光量子与原子的弹性碰撞散射过程。

在这个过程中，入射光量子的能
量不改变，但传播方向发生改变。

15.2.2 射线衰减规律
1）衰减概念
在射线与物质的上面相互作用中，入射光量子的能量一部分转移到能量或方向改变了的光量子
那里，一部分通过电子损失在物体之中。

前面的过程称为散射，后面的过程称为吸收。

因此，入射
到物体的射线，一部分能量被吸收、一部分能量被散射。

这导致从物体透射的射线强度低于入射射
线强度，这称为射线强度发生了衰减。

2）单色窄束射线衰减规律
单色射线是指波长(能量)单一的射线。

如果到达胶片的射线只有从射线源沿直线穿过物体透射
的射线（一次射线）,称为窄束射线。

如果到达胶片的射线还包括散射线等，则称为宽束射线。

简单
地说，宽束射线和窄束射线就是是否考虑散射线。

对单色窄束射线，实验表明，在厚度非常小的均匀媒质中，强度的衰减量正比于入射射线强度
和穿透物体的厚度。

按照图15—5所示的符号，这种关系可以写为
I=I0e-μＴ（15—1）式中：I0—入射射线强度；
I—为透射射线强度；
T—为吸收体厚度；
μ—射线的线衰减系数。

这就是单色窄束射线的衰减规律，也称为射线衰减的基本规律。

这个公式指出，射线穿过物
体时的衰减程度与射线本身的能量、所穿透的物体厚度相关。

理论上有由
μ=ρμm（15—2）
μm≈KZ3λ3（15—3）
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160 μm 称为质量衰减系数，ρ是吸收体的密度，是射线的波长，Z 是吸收体物质的元素的原子序数，k 为一常系数。

它们具体说明了线衰减系数与射线能量、吸收体性质的关系。

在实际应用中，常引入半值层（厚度）描述吸收体对一定能量射线的衰减。

半值层是指使射线
的强度减弱为入射射线强度值的 1/2的物体厚度，常记为T 1/2。

容易得到
T 1/2 =0.693/μ (15
—4) 利用半值层概念，上面的射线衰减规律可以写成概念清晰的关系式
2/1/021T T I I （15—5）
利用此式可从概念上进行简单计算。

3）宽束连续谱射线衰减规律
实际射线探伤中，一般都是宽束连续谱射线情况。

这时，当射线穿过物体时，连续谱的不同波
长部分，衰减情况不同，这导致了连续谱射线的“硬化”现象——随穿过物体厚度增加，连续谱保留更多的是波长短的部分。

另外，到达胶片总会含有散射线。

因此，必须采用宽束连续谱射线衰减规律时，处理实际问题。

15.2.3工业射线胶片的感光特性
1）底片黑度概念
胶片经过曝光和暗室处理后称为底片，
底片的黑度定义为入射光亮度L 0与透射光亮度L 之比的常用对数之值，即
D =lg （L 0/L ）
（15—6）2）工业射线胶片的感光特性与特性曲线
胶片的主要感光特性是：感光度、梯度、灰雾度和宽容度等。

胶片感光特性曲线给出了底片黑
度与曝光量常用对数关系的曲线，集中显示了胶片的主要感光特性。

典型的工业射线胶片的感光特性曲线如图15—6所示。

感光度表示胶片对射线（光）的敏感程度，也称为感光速度，表示胶片感光的快慢。

得到同样
黑度所需曝光量少的胶片感光度高，或说感光速度快。

梯度是胶片特性曲线上任一点的切线的斜率，显然，特性曲线上不同点的梯度不同。

灰雾度表示胶片不经曝光在显影后得到的黑度。

宽容度定义
为特性曲线上直线部分对应的曝光量对数之差，在这个范围内，黑度与曝光量对数近似成正比关系。

VV 图15-6 工业射线胶片的感光特性曲线图15-7 影像质量基本因素
对正常曝光部分，胶片感光特性曲线的函数关系。