射線檢測方法.ppt

1、3-2 X射線檢測方法 X射線照相能夠得到工件內(nèi)部狀況的二維圖象，但是由于幾何關(guān)系二維投影像不可能完全真實地反映工件內(nèi)部真實的缺陷形狀和大小。 這是由于焦點、焦距和缺陷位置等因素的影響，有可能產(chǎn)生放大、畸變、重疊、半影等情況，必須根據(jù)實際情況作出恰當?shù)呐袛唷?3-2-1 X射線機 X射線機按其結(jié)構(gòu)形式大致可分為兩大類：移動式X射線機和攜帶式X射線機。 移動式X射線機的管電壓可達420kV，攜帶式X射線機的管電壓一般可達300kV。 兩者在結(jié)構(gòu)上和應(yīng)用上都有些不同。,(1) 移動式X射線機 X射線管放在充滿冷卻、絕緣油的管頭內(nèi)，高壓發(fā)生器用油浸在高壓柜內(nèi)，X射線管用強制循環(huán)油冷卻。 移動式X射線

2、機的體積和重量一般都比較大，適用于實驗室、車間等固定場所，可用于透照比較厚的工件。,(2) 攜帶式X射線機 X射線管和高壓發(fā)生器放在一起，沒有高壓電纜和整流裝置。因此體積小、重量輕，適用于流動性檢驗或?qū)Υ笮驮O(shè)備的現(xiàn)場探傷。 同時X射線機也可按射線束輻射方向分為定向輻射和周向輻射兩種。 其中周向X射線機特別適用于管道、鍋爐和壓力容器的環(huán)形焊縫檢測，由于一次曝光可以檢測整條焊縫，工作效率顯著提高。,此外，還有一些特殊用途的X射線機，如軟X射線機，管電壓60kV以下，可用于檢測金屬薄件、非金屬材料等低原子序數(shù)物質(zhì)的內(nèi)部缺陷。 微焦點X射線機，焦點尺寸0.010.1mm，最小可達0.005mm，適用于

3、檢測半導體器件、集成電路，陶瓷等內(nèi)部結(jié)構(gòu)和焊接質(zhì)量。,X射線管是X射線探傷裝置的核心，一臺X射線探傷機的優(yōu)劣主要是看其X射線管的技術(shù)性能。 如穿透能力，透照清晰度，使用壽命等，這些都與X射線管的質(zhì)量直接有關(guān)。 X射線管的陰極起著發(fā)射電子和聚焦電子的作用，由發(fā)射電子鎢絲和聚焦電子的凹面組成。,陽極焦點的形成取決于陰極的形狀，陰極頭的形狀、大小、凹面直徑、深度、燈絲直徑和位置都對X射線焦點的形狀和大小有直接影響。 鎢絲的溫度決定于加熱電流強度，當達到一定管電壓而管電流不再增加時，稱為飽和電流。 發(fā)射X射線過程中90%以上能量轉(zhuǎn)換成熱，因此在陽極構(gòu)造上特別要考慮耐高溫和散熱。,一般陽極靶與管軸垂直方

4、向約成20o傾斜角，X射線束則形成一個約40o圓錐向外輻射，其強度與均勻度如圖所示。,X射線窗口中心部位的射線強度為100%時，靠近陰極側(cè)的射線強度比陽極側(cè)偏高。因此一般透照焊縫時，盡量使焊縫垂直于X射線管軸線，以獲得曝光均勻的底片。,X射線管焦點是決定X射線管光學特性好壞的重要標志，焦點大小直接影響探傷靈敏度。由于多數(shù)X射線管的陰極形狀是線焦點，在陽極靶面上呈長方形，X射線從這個長方形射線源發(fā)出。,這就是實際焦點。當靶面與X射線管軸線的垂直線之間傾斜20o時，其有效焦點面積約為實際焦點面積的三分之一。,X射線照相靈敏度與有效焦點直接有關(guān)，實際焦點面積大對散熱有利，有效焦點面積小對透照靈敏度有

5、利。一般所說的是指有效焦點。 常用有效焦點2.32.3、33、44 (mm)等尺寸，采用特殊的磁聚焦方法可以使有效焦點尺寸達到0.10.2mm,新出廠或存放一段時間的X線管必須經(jīng)過訓練試驗，將管內(nèi)氣體吸收掉才能正常使用。 小焦點X射線管雖然具有探傷靈敏度高，透照清晰的優(yōu)點，但是由于焦點面積小，陽極靶很容易因局部過熱而被燒壞。,一般大型X射線管(如1400kV)常常采用大小不同的兩個焦點，即所謂雙焦點X射線管。 這樣對一般射線檢測可用大焦點，要求靈敏度高時可用小焦點，提供了選擇余地。 普通X射線管的射線束一般為40o圓錐角，透照范圍比較小。為了提高透射效率，可采用360o輻射的周向X射線管。,金

6、屬-陶瓷X射線管是X射線管制造上的一次重大變革，這種管子結(jié)構(gòu)簡單，如圖所示。,金屬-陶瓷組件被熔接在金屬管內(nèi)以形成真空密封，并且為陰極和陽極提供機械支承，起到兩極絕緣，提供高壓電纜聯(lián)接插座。這種射線管的優(yōu)點是尺寸小、重量輕、耐機械振動。,選擇X射線機要考慮其透過力、可搬動性、焦點尺寸、管電流大小、X射線束形狀等。穿透能力取決于X射線的能量或波長，管電壓愈高則射線透過能力愈強。,被透照物質(zhì)的原子序數(shù)和密度愈大，則對射線的吸收也愈大，因此需選用較高的管電壓。 X射線機發(fā)展的趨勢是繼續(xù)向小型化、輕型化發(fā)展，以及隨著微機應(yīng)用的普及一般X射線機的操縱箱采用微機控制。,3-2-2 象質(zhì)計與幾何不清晰度 (

7、1) 靈敏度與象質(zhì)計 射線照相靈敏度是指在射線透照的底片上所能發(fā)現(xiàn)的工件中沿射線穿透方向上最小缺陷的尺寸，稱為絕對靈敏度。,由于射線照相時，不同厚度工件所能發(fā)現(xiàn)缺陷的最小尺寸不同，比較薄的工件容易發(fā)現(xiàn)細小缺陷，厚工件則只能發(fā)現(xiàn)尺寸稍大一些的缺陷。,因此，采用絕對靈敏度往往不能反映不同厚度工件的透照質(zhì)量。 用所能發(fā)觀的最小缺陷尺寸占被透照工件厚度的百分比表示，則更能反映不同厚度工件的透照質(zhì)量，這稱為相對靈敏度或百分比靈敏度。 目前一般所說的X射線照相靈敏度，都是指相對靈敏度。,但在射線照相前，被透照工件中所能發(fā)現(xiàn)的最小缺陷尺寸是無法知道的，一般采用帶有人工缺陷的象質(zhì)計來確定透照靈敏度。 象質(zhì)計的

8、材質(zhì)應(yīng)與被透照工件相同，目前國內(nèi)外采用的主要有3種象質(zhì)計即槽狀象質(zhì)計、孔型象質(zhì)計和金屬絲象質(zhì)計。,金屬絲象質(zhì)計是以一系列直徑不同的金屬絲所組成，利用在底片上顯示金屬絲的粗細來評價透照質(zhì)量。 金屬絲象質(zhì)計制作簡單、使用方便，在國內(nèi)外得到廣泛采用。,1號象質(zhì)計鋼絲(0.10.4mm)，用于透照厚度20mm以下鋼件；2號象質(zhì)計(0.251.0mm)，用于透照厚度560mm鋼件；3號象質(zhì)計(0.83.2mm)，用于透照厚度50100mm鋼件。,采用金屬絲象質(zhì)計時，透照靈敏度按下式計算 一般要求靈敏度小于等于2%，要求高的在一定厚度范圍內(nèi)要達到1%。,按標準我國X射線照相質(zhì)量分為3級： A級成象質(zhì)量一般

9、，適用于承載負荷較小的產(chǎn)品與部件。 AB級成象質(zhì)量較高，適用于鍋爐和壓力容器產(chǎn)品與部件。 B級成象質(zhì)量最高，適用于航天及核設(shè)備等極為重要的產(chǎn)品與部件。,象質(zhì)計要放在工件靠近射線源的表面。 與放在靠近膠片一面表面上相比，在相同透照條件下，靠膠片容易顯示更細的金屬絲。 因為愈靠近膠片半影愈小、成象愈清楚。同樣，工件中相同性質(zhì)和大小的缺陷越靠近膠片時越容易在底片上發(fā)現(xiàn)。 所以將象質(zhì)計放在工件靠近射線源表面上透照后、能在底片上顯示出來，說明工件中遠離膠片的缺陷也能在底片上顯示出來。,其次，象質(zhì)計應(yīng)放在接近膠片的一端，而不是在膠片中心。因為象質(zhì)計放在中心部位時靈敏度夠了，不能說明邊緣部分靈敏度也夠。 當

10、把象質(zhì)計放在膠片一端時靈敏度達2%，則說明整個底片的靈敏度都夠了。 每張底片原則上都必須有象質(zhì)計，當采用周向360o等距離透照時，可每隔90o放一象質(zhì)計。,(2) 幾何不清晰度 影響射線透照靈敏度的因素之一是幾何不清晰度，與射線源尺寸有關(guān)。,在進行透照時，缺陷在底片上影象邊緣會出現(xiàn)半影。幾何不清晰度可用半影寬度Ug度量，缺陷遠離膠片時在底片上形成的半影最大。,可按下式計算半影寬度 式中d-射源尺寸 b-工件厚度 f-透照焦距,工件厚度b一定時，欲減小半影寬度Ug，主要因素是射源尺寸d和焦距f的大小。 焦距即射源至工件表面的距離。,射線源愈小、焦距愈大時，半影就愈小。 但焦距大則射線強度低，即曝

11、光時間延長，既降低檢測效率又增加散射線。 實際工作中，要綜合考慮。,幾何不清晰度允許值也可用圖中曲線表示。 由于焦距不能過大，這就是在射線照相中為什么希望盡量采用小焦點X射線機的道理。,(3)射線能量的選擇 射線能量決定于管電壓，管電壓愈高則射線能量愈大，探傷時穿透能力愈強。 射線能量不僅與被透照工件厚度有關(guān)，而且與透照靈敏度有關(guān)。 在能夠透過工件的前提下，盡量采用較低管電壓，以便提高底片靈敏度和射線照相質(zhì)量。,缺陷部位與無缺陷部位的黑度差取決于膠片上射線強度差，強度差取決于衰減系數(shù)，衰減系數(shù)愈大則射線強度差愈大。 衰減系數(shù)與射線波長是三次方正比關(guān)系，射線能量愈大，衰減系數(shù)愈小。,在能穿透工件

12、的情況下，盡量采用較低的管電壓，減少射線能量。 此時被透照工件對射線的吸收能力增強，這就使有缺陷部位和無缺陷部位的黑白對比度增大，從而提高了底片靈敏度。,此外，管電壓愈高，它使底片產(chǎn)生的固有不清晰度愈大，有時稱為膠片不清晰度，它與射線的能量有關(guān)。表為固有不清晰度的實驗值。,為防止管電壓過高使底片質(zhì)量下降，在射線檢測標準中，對不同材料各種厚度允許的最高管電壓作了限制，如圖所示,在射線檢測標準中，對不同材料各種厚度允許的最低管電壓沒有限制，但也不宜過低。 因為X射線強度與被照射面到射線源之間的距離的平方成反比。 管電壓較低，襯度較高，顯示多層次厚度的能力降低了，射線檢測的寬容度降低了。 對于多層次

13、厚度工件(如小口徑金屬管)，采用較高管電壓，適當犧牲襯度，提高寬容度。,3-2-3 增感屏與膠片的選擇 (1) 增感屏的選擇 射線可以使膠片感光，但只有一小部分與感光膠片上的AgBr起光化作用而使膠片感光。 這將使實際透照時間大大延長，對厚工件甚至無法使底片得到滿意的黑度。,在射線探傷時，常常要在膠片兩側(cè)貼加增感屏，以增加膠片感光速度，減少透照時間。,當X射線透照時增感屏產(chǎn)生熒光，除了射線直接使膠片感光外，熒光又使膠片感光。 一般采用增感因子，來表示增感屏增感作用的強弱，即,以往X射線照相采用熒光增感屏，熒光物質(zhì)所發(fā)熒光強度與所照射的射線強度成正比，可以增加膠片的感光速度、縮短曝光時間。,熒光

14、增感屏常用的熒光物質(zhì)是鎢酸鈣，當X射線透照時，鎢酸鈣增感屏能吸收40%50%的X射線能量并把它轉(zhuǎn)變成熒光。 熒光增感屏的增感系數(shù)大致1060，熒光物質(zhì)會降低影象的清晰度，從而降低底片靈敏度。,在X射線探傷中，現(xiàn)在用得比較普遍的是金屬增感屏(金屬箔)。 金屬增感屏的增感作用，主要是射線對屏照射后能產(chǎn)生二次電子和金屬標識X射線，它們將增加膠片感光。 金屬增感屏的增感因子為27,金屬增感屏的增感因子雖然不高，但影象很清晰。因為它除了本身晶粒細小外，還能吸收一部分干擾影象的散亂射線。 欲獲得較高清晰度和靈敏度的底片時，應(yīng)采用金屬增感屏。常用的金屬增感屏是鉛屏，也可以用其它材料。 金屬增感屏的增感因素大

15、小與射線軟硬、屏的成分、厚度以及膠片特性有關(guān)。,對軟X射線來說，金屬增感屏實際上不能縮短曝光時間，射線愈硬、增感因素愈明顯。 采用射線照相時由于散射線嚴重，必須采用金屬增感屏增感。 在透照時，增感屏與膠片的貼緊對增感屏的使用效果極為重要。如果在透照時增感屏與膠片之間有間隙，則將大大降低增感效果。,(2) 膠片的選擇 與一般攝影用膠片相比，射線檢測用的膠片是在片基兩面都涂有比較厚的乳劑層，這是為了吸收更多的射線能量。 在射線照射下、乳劑溴化銀將因光化作用而分解成銀和溴，隨射線能量強弱而析出不同量的金屬銀，形成了所謂潛象。,然后經(jīng)過顯影作用使?jié)撓筮€原成可見象，是黑色的金屬銀，在底片上所得到的影象就

16、是由這些金屬銀所組成的。 膠片經(jīng)顯影后未被顯影而仍帶有能感光的溴化銀粒子，要用另外的藥品把它溶解掉，這種處理稱為定影。 膠片的暗室處理包括顯影、中間沖洗、定影、水洗和烘干。,射線檢測用膠片的暗室處理與可見光用膠片的暗室處理類似。 膠片經(jīng)上述處理后，就可得到具有黑色影象的底片，由密度不同的黑色金屬銀所組成，銀密度愈大則透光率愈低，看上去愈黑。 可見光透過底片的程度也反映了底片黑的程度，底片愈黑、可見光透過率愈小。,用透過率T的倒數(shù)的常用對數(shù)來表示底片上各點黑化的程度，稱為底片黑度D 式中 I0-原有可見光強，I-透過底片后可見光強。 黑度D=1意義是只有l(wèi)/10光線透過底片，D=2則只透過1/1

17、00光線，D=3則只透過1/1000光線,下圖是兩組實驗曲線，圖a是非增感膠片黑度與襯度關(guān)系曲線，兩者呈線性關(guān)系，斜率隨所用膠片種類和增感屏種類不同而變化。,圖b是增感膠片的黑度與襯度關(guān)系曲線，不呈線性關(guān)系，曲線具有極大值。,該圖是黑度與工件厚度和曝光量之間關(guān)系，為了利用曲線直線部分，黑度應(yīng)選在1.5以上。,底片黑度值可以用測微光度計測定。底片黑度主要與射線照相時的曝光量有關(guān)，曝光量愈大時底片黑度愈大，但兩者之間不是簡單的遞增關(guān)系,圖示為膠片特性曲線，用以評價膠片感光度、對比度和灰霧度等。X射線照射量的絕對值很難測定，常用照射量相對值的對數(shù)lgE作橫軸,特性曲線因膠片種類而異，例如圖中所示分別

18、為增感膠片和非增感膠片的不同特性曲線,曲線上任意點切線與橫軸夾角正切值，稱為襯度系數(shù)(膠片反差或膠片對比度)，可表示,對于兩種不同特性曲線的膠片，同樣射線強度差所得到的底片黑度差不一樣。 襯度系數(shù)大的膠片，底片上缺陷與基本金屬黑度差大，缺陷影象明顯；反之則不明顯。 襯度系數(shù)高的感光膠片透照靈敏度高，在選擇膠片時是應(yīng)考慮該因素。,X射線底片的襯度除與膠片種類有關(guān)外，還與顯影液的成分有關(guān)，如高襯度顯影液可獲得高襯度的X射線底片。 因此對任何一種膠片都應(yīng)按其要求的顯影配方和條件進行顯影。 為了適應(yīng)各種不同射線照相的需要，生產(chǎn)了各種不同性能的膠片。,根據(jù)需要進行選擇，原則上選用高襯度、細粒度和低灰霧度

19、膠片，膠片質(zhì)量應(yīng)該穩(wěn)定。 為了排除由于膠片本身的毛病而誤認為是被檢工件中的缺陷，可把兩張膠片合起來照相。 國內(nèi)外常用的射線檢測用膠片按溴化銀的粒度大體可分為3類。,J1類：包括超微粒膠片和微粒膠片兩種，超微粒膠片照相速度最慢，用鉛屏增感適用于特別重要的零部件 J2類：細顆粒膠片，照相速度比較快，一般采用金屬增感屏，滿足靈敏度要求時也可采用熒光增感屏，適用于一般零部件 J3類：粗顆粒膠片，照相速度快，適用于需要感光速度快，照相質(zhì)量要求不高的零部件,3-2-4 散亂射線的遮蔽與曝光曲線 (1) 散亂射線的遮蔽 照射到膠片上的射線不僅是有用的透過線，還有一些散亂射線也使膠片曝光。,由于散亂射線的曝光會使底片增加黑度，降低襯度，降低了底片的質(zhì)量和靈敏度，因此在射線照相中應(yīng)盡可能遮蔽有害的散亂射線。,散亂射線是由于X射線透過工件時，會產(chǎn)生彈性散射和康普頓散射，也會產(chǎn)生二次