射线探伤

第四章射线探伤射线探伤是利用射线可穿透物质和在物质中有衰减的特性来发现缺陷的一种探伤方法。检验焊缝及其热影响区内部缺陷的主要方之一。优点：客观准确，重复性好，可靠性高，结果可长期保存。缺点:可检测板厚较小，成本较高，污染环境。按射线源种类分：X射线、γ射线、高能射线检测按显示缺陷方法不同：射线照相探伤、射线荧光屏观察法、射线实时图象法、射线计算机断层扫描技术。第一节射线检测的基本原理一、射线的基本性质1不可见，以光速直线传播2不带电，不受电场和磁场的影响3穿透可见光不能穿透的物质4能使物质的原子电离，能使胶片感光，能使某些物质产生荧光。5能伤害和杀死生物细胞二、射线与物质的相互作用1主要有：光电效应、汤姆逊散射，康普顿效应和电子对效应。作用的结果使射线因吸收和散射而失去一部分能量，强度相应减弱，这种现象称之为射线的衰减。2衰减定律射线透过厚度δ的物质后射线强度Iδ与透照厚度之间应遵循如下的指数衰减规律：Iδ＝I0e-μδIδ：射线透过厚度δ的物质后的射线强度I0：射线的初始强度e:自然对数的底δ：透过物质的厚度μ:线衰减系数，为上述各物理效应分别引起的衰减系数之和。三、探伤的基本原理射线探伤的实质是根据被检工件与其内部缺陷介质对射线能量的衰减程度不同，而引起射线透过工件后的强度差异，使缺陷能在射线底片上或电视屏幕上显示出来。成象技术示意图xΔxμ’μI’Ix射线探伤原理图射线在工件及缺陷中的线衰减系数分别为μ和μ’。根据衰减定律：透过完好部位x厚的射线强度Ix＝I0e-μx透过缺陷部位的射线强度I’＝I0e-μxe–(μ’–μ)Δx可得：1、μ’＜μ时，I’＞Ix2、μ’＞μ时，I’＜Ix3、μ’≈μ或Δx→0时，I’≈Ix第二节射线探伤设备一、X射线机1分类⑴按射线束辐射方向分：定向辐射和周向辐射⑵按结构形式分：携带式、移动式、固定式⑶按极区数量分：单极式、双极区⑷按高压整流线路的结构形式分为：自整流、全波整流、倍压整流⑸按绝缘材料分：油绝缘、气体绝缘⑹按冷却方式分：强油循环冷却、水冷却、自冷却2构造由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。二、X射线管产生X射线的部件，由阴极与阳极等组成的真空电子器件1构造及原理⑴阴极构件阴极聚焦罩灯丝阴极（钨）灯丝（钨丝）聚焦罩X射线管电流的大小是通过改变阴极灯丝加热电流来调整的。⑵阳极构件作用：阴挡电子运动、进行能量转换产生X射线根据X射线的辐射方向，阳极可分为定向阳极和周向辐射两种形式。①定向辐射式阳极X阳极罩阳极靶阳极体铍窗口阳极结构示意图定向辐射式阳极由阳极靶、阳极罩和阳极体组成a阳极靶靶材料耐高温，坚硬和易散热，常选金属钨b阳极罩材料Cu吸收二次电子及固定射线窗口的作用c铍窗口通过X射线外，可吸收二次电子。②周向辐射式阳极可以3600整个环焊缝作X射线照相与定向辐射阳极的构造相似，其主要区别是阳极靶的形状和安装角度不同。30－50030－600a平面靶a锥形靶周向辐射阳极示意图a平面靶b锥形靶⑶玻璃壳起绝缘和密封作用2X射线管的焦点X射线机的焦点实际上是X射线管的焦点是指阳极靶上产生X射线的面积（或被电子束轰击的阳极靶面积）即射线源的大小。它的大小直接影响探伤灵敏度和透照清晰度焦点尺寸主要取决于灯丝形状和大小灯丝绕成平面螺旋形可产生圆焦点，绕成螺旋管形可产生方形或矩形的线焦点。当有二组灯丝时，可产生两个大小不同的焦点，称双焦点。⑴实际焦点（几何焦点）电子束打在阳极靶面上的面积阳极体实际焦点有效焦点线焦点示意图直接影响阳极的散热效果。⑵有效焦点（光学焦点）实际焦点在透照方向、即射线束中心方向（亦垂直于X射线管轴线方向）上的投影面积通常X射线机在技术指标中给出的焦点尺寸是有效焦点的尺寸。一般用面积来表示焦点的大小2×2正方形3×4矩形Φ5圆形管电压KV管电流mA灯丝加热电流3.8A灯丝加热电流3.4A3X射线管的特征曲线在不同的灯丝加热电流下,管电流与管电压之间的关系称为X射线管的特征曲线.4X射线机的基本电路X射线机的基本电路有灯丝电路和高压电路mvkv自耦变压器初级次级12345678X射线机的基本电路5、X射线机的选择⑴根据被检工件的材料和厚度选择X射线机的额定管电压检查非金属材料或轻金属材料时选用额定管电压较低的射线（软X射线）检查钢铁工件，选用额定管电压较高的X射线机。工件厚时，较高电压。工件薄时，较低电压。⑵根据射线检验工作的性质选择X射线机的结构形式⑶根据被检对象的形状和尺寸选择射线束的辐射方向定向和周向辐射⑷对于质量要求高的被检对象，必须选用小焦点，甚至微焦点X射线机X射线机的主要技术参数与规范主要包括：管压峰值（kv）管电流平均值（mA),焦点尺寸（mm),最大穿透钢铁厚度。携带式YX－2005管电流平均值5mA管电压峰值200kvX射线机携带式YXT－3010管电流平均值10mA管电压峰值300kvX射线机金属陶瓷X射线管二、γ射线机按其结构分：携带式、移动式，爬行式一般由γ射线源、源容器、源导管和驱动机构组成。1、γ射线源人工放射性同位素作为γ射线源γ源封装的活性区尺寸定义为γ源的焦点尺寸，亦可用γ源柱的直径和高度来表示。2源容器（机体）以我国核工业部研制的TS－1型Ir192γ射线探伤机为例源在屏蔽位置源在移动中源在曝光位置送出收回机体源输源管探头曲柄控制缆第三节焊缝的照相法探伤根据被检工件及其内部缺陷介质对射线能量衰减程度的不同而引起透过后射线强度分布差异，被射线照相胶片记录下来经暗室处理后，再由其底片上较大的黑化程度对应较大的透射射线强度，根据射线照相底片上这种黑化程度变化的图象来发现被检工件中存在的缺陷。主要标准为：GB3323－87《钢熔化焊对接接头射线照相和质量分级》一、探伤系统基本组成射线源铅光栏滤板象质记标记带铅遮板工件滤板暗盒胶片增感屏底部铅板1、射线源常用的射线源是X射线机、γ射线机2射线胶片⑴结构1保护层2乳剂层3结合层4片基①片基起支持全部涂层的作用。②乳剂层具有增感作用并使卤化银颗粒能均匀悬浮，固定其中。③结合层主要成分为树脂，其作用是使乳剂层牢固地粘附在片基上。④保护层保护乳剂层不受损伤⑵底片的黑度是描述照相底片上某一点黑化程度的参量，其定义为强度为L0的可见光沿法向入射到照相底片上的某点，设透过底片的可见光强度为L，则该点的黑度为：D＝lg(L0/L)D—底片黑度L0－－照射光强L－－透过光强D＝1D＝2D＝3透过率L/L0=1/10L/L0=1/100L/L0=1/1000底片黑度透射光强与照射光强的关系底片上某点的黑度与它的含银量的多少有关，含银量越多，越难于透光，即黑度较大。⑶胶片的类型按银盐粒度由小到大的顺序J1、J2、J33增感屏⑴金属增感屏是由金属箔粘合在纸基或胶片片基上制成的，其原子核被射线电离后放出的二次电子加速了胶片上银盐的还原。⑵荧光增感屏和金属荧光增感屏是把能发出荧光的盐类涂敷在不同的基底上制成的增感器材料。4象质计是一种用于评价底片影象质量优劣的工具。有槽型、孔型及金属线型等几种。规定焊缝射线照相使用GB5618－85《线型象质计》的R’10系列线型象质计⑴R’10系列线型象质计GB5618-851016FE包壳⑵线型象质计的使用射线源一侧，被检区一端的焊缝上（1/4处），细线位于远离被检区中心的外侧。为什么?5暗盒作用保护胶片不受光和机械损伤材料应对射线的吸收不明显。如不透明橡胶或塑料，黑纸或薄铝片等。6标记带其上的铅质标记有：定位标记、识别标记、B标记等。二、探伤条件的选择1选择原则⑴象质等级GB3323-87对钢熔化焊缝对接接头的射线照相方法的底片影象质量分为三级A级－质量一般，适用于承受负荷较小的产品及部件AB级－质量较高，适用于锅炉和压力容器产品及部件B级－质量最高，适用于航天和核设备等极为重要的产品及部件。⑵黑度(D)⑶灵敏度评价射线照相质量的最重要指标以在工件中能发现的最小缺陷尺寸或其在工件厚度上所占百分比来表示。ABCD灰雾度（D0）是指未经曝光的胶片经显影处理后获得的微小黑度。2射线源的选择⑴射线能量指射线源的KV、MeV值或γ源的种类。⑵射线强度⑶焦点尺寸⑷辐射角3、几何参数的选择⑴焦点尺寸⑵透照距离焦点至胶片的距离F⑶缺陷至胶片的距离dFL1L2⑴几何不清晰度（Ug）Ugδ(L2)FL1利用三角关系可得：Ug=δd/(F-δ)L1胶片至工件上表面的距离L2射线源至工件上表面的距离可得：d/L1越小，则Ug越小因此①首先考虑小焦点的射线源，并适当增加射线源至工件上表面的距离(L1)②d/L1一定时，Ug随工件厚度增加而增加注意：埋藏缺陷的位置越靠近胶片，其影象就越清晰。这也是象质计摆放在靠近射线源一侧的原因，目的就是为了保证在整个透照厚度范围内都能达到象质计所显示的透照灵敏度。⑵几何不清晰度的控制①区别不同的底片级别或对不同的透照厚度范围分别规定允许的Ug值②将Ug值看成是变量，随透照厚度的增加而增加，随底片级别改变而改变。4曝光条件的选择用曝光曲线对曝光规范进行选择⑴X射线探伤规范：管电流(mA)、管电压(kV)、焦距(mm)、曝光时间(min)曝光量＝管电流×曝光时间从提高灵敏度的角度考虑应从中选取较低的管电压和较大的曝光量作为曝光规范。⑵γ射线探伤曝光量＝（射源）放射性活度×时间5、散射线的控制⑴限制辐射场⑵选择适当的射线能量6透照方式的选择决定射线源、工件和胶片之间的相互位置关系。GB3323－87规定，透照方式分为下列五种⑴纵缝透照法适用于I型、单V型和双V型作一次垂直于焊缝的透视。纵缝透照法胶片⑵环缝外透法⑶环缝内透法①射线源为定向辐射时，采用偏心透照法②射线源为周向辐射时采用环缝中心内透法⑷双壁单影法适合外径大于89mm的管道焊缝。ⅠⅡ⑸双壁双影法适于外径＜89mm的管道焊缝透照方式确定后应注意：①射线入射方向的选择②透照厚度差的控制δδ’具体到实际，可对一条焊缝划分等分数。对角接接头，T型接头加补偿块7胶片的暗室处理包括显影、停显、定影、冲洗和底片干燥五个工序三、焊缝射线底片的评定1底片质量的评定应符合GB3323－87的有关规定2焊缝质量的评级根据缺陷的性质、缺陷的尺寸及数量将焊缝质量分为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ，质量依次降低。3常见焊缝缺陷影象的特征1）裂纹裂纹主要是在熔焊冷却时因热应力和相变应力而产生的，也有在校正和疲劳过程中产生的，是危险性最大的一种缺陷。裂纹影像较难辨认。因为断裂宽度、裂纹取向、断裂深度不同，使其影像有的较清晰，有的模糊不清。常见的有纵向裂纹、横向裂纹和弧坑裂纹，分布在焊缝上或热影响区。2）未焊透未焊透是熔焊金属与基体材料没有熔合为一体且有一定间隙的一种缺陷。在胶片上的影像特征是连续或断续的黑线，黑线的位置与两基体材料相对接的位置间隙一致。3）气孔气孔是在熔焊时部分空气停留在金属内部而形成的缺陷。气孔在底片上的影像一般呈圆形或椭圆形，也有不规则形状的，以单个、多个密集或链状的形式分布在焊缝上。在底片上的影像轮廓清晰，边缘圆滑，如气孔较大，还可看到其黑度中心部分较边缘要深一些4）夹渣夹渣是在熔焊时所产生的金属氧化物或非金属夹杂物，因来不及浮出表面，停留在焊缝内部而形成的缺陷。在底片上其影像是不规则的，呈圆形、块状或链状等，边缘没有气孔圆滑清晰，有时带棱角，5）烧穿在焊缝的局部，因热量过大而被熔穿，形成流垂或凹坑。在底片上的影像呈光亮的圆形(流垂)或呈边缘较清晰的黑块(凹坑)，123456789104.1）表面缺陷对于缺陷，主要应检查工件内部缺陷，但是各种表面缺陷在胶片上的影像和内部缺陷的影像并没有什么区别，表面缺陷有些是允许的。因此，在胶片上发现有缺陷影像后，应与工件表面仔细查对，最后得出结论。2）伪缺陷伪缺陷产生的原因很多，形状也多种多样，检测人员一般凭经验能识别大部分伪缺陷。也就是说，对缺陷影像可根据缺陷影像的特征和产生的部位予以分析。此外，还可以从胶片两侧利用反光或放大镜观察表面是否划伤来判断。如仍怀疑有缺陷，则必须重照复验。根据缺陷在底片上的影像，只能判定缺陷在工件中的平面位置，也就是说，只能把缺陷位