射线检测ppt课件

1 第一章射线检测RT X RadiographyTesting 2 1 0概述 利用射线 X射线 射线 中子射线等 穿过工件时的强度衰减 检测其内部结构不连续性的技术称为射线检测 穿过材料或工件的射线由于强度不同在X射线胶片上的感光程度也不同 由此生成内部不连续的图象 焊缝的X射线底片 有气孔 夹渣等缺陷 铸件底片 3 优点 1 适用于大多数材料 对形状 表面粗糙度无特殊要求 2 直观显示缺陷影像 便于定性 定量 定位分析 3 射线底片能长期存档 便于分析事故原因 4 对被测物体无破坏 无污染 缺点 1 射线在穿透物体时被吸收和散射而衰减 检查厚度受限制 2 难于发现垂直射线方向的薄层缺陷 3 检测费用较高 4 射线对人体有害 需作特殊防护 射线检测的优缺点 4 射线的本质 射线是一种电磁波 与无线电波 红外线 可见光 紫外线等本质相同 但射线的波长短 频率高 射线的特点 1 不可见 易直线传播 2 不带电荷 不受电场和磁场影响 3 能够透过可见光不能透过的物体 4 与可见光一样有发射 干涉 绕射 折射等现象 5 能使物质产生光电子 反跳电子及引起散射现象 6 能被物质吸收产生热量 7 能使气体电离 8 能使某些物质起光化学作用 使胶片感光 使某些物质发生荧光 9 能产生生物效应 对生物机体既有辐照损伤又有治疗作用 射线的本质与特点 5 射线的种类 射线的种类 1 X射线与g射线 X射线是由人为的高速电子流撞击金属靶产生的 g射线是由钴 铀 镭等放射性物质自发产生的 两者产生的机理不同 但都是电磁波 2 a射线和b射线 它们不是电磁波 而是离子辐射 由放射性同位素产生衰变时发射出射线 a射线的穿透能力很弱 但有很强的电离作用 b射线虽然穿透能力强 但能量很小 它们只适用于某些特殊场合 3 中子射线 是一种电中性的微粒子流 它不是电磁波 具有巨大的速度和贯穿能力 与其他射线的区别在于 衰减取决于对中子的俘获能力 常用于检测火药 塑料和宇航零件 6 X射线机和 射线仪 7 1 1射线检测的物理基础 射线 波长较短的电磁波和那些速度高 能量大的粒子流 X射线 射线和中子射线 加速器产生的高能射线 都可用于固体材料的无损检测 8 射线的共性 具有穿透物质的能力不带电荷 不受电磁场的作用具有波动性 粒子性即所谓二象性能使某些物质起光化学作用能使气体电离和杀死有生命的细胞 9 辐射 辐射 射线由射线源向四外发射的过程 10 为何选择X射线 射线及中子射线等作为无损检测的射线源 间接电离辐射是不带电的粒子 如X射线 射线及中子射线等由于它们属于电中性 不会受到库仑场的影响而发生偏转 其贯穿物质的本领较强 故广泛地被用作NDT的射线源 11 射线的种类与产生 X射线的产生X光管 X射线管 内 X射线是由人为的高速电子流撞击金属靶产生的 1 X射线X射线是一种电磁辐射 与 射线是射线检测中最常用的两种射线 12 X射线的原理图 在工业应用方面 X射线是由一种特制的X射线管产生的 它是由阴极 阳极和高真空的玻璃管和陶瓷外壳组成 X射线管 13 阴极是一加热灯丝 用于发射电子 阳极靶是由耐高温的钨制成 工作时在两极之间加有高电压 从阴极灯丝发射的高速电子撞击到阳极靶上 其动能消耗于阳极材料原子的电离和激发 然后转变为热能 部分电子在原子核场中受到急剧阻止 产生所谓的韧致X射线 即连续X射线 普通X射线和 射线检测 由于其能量低 穿透能力差 检测能力受到限制 14 eg 超过100mm厚的钢板不能用一般X射线检测 超过300mm厚的钢板很难用 射线进行检测 此时可采用加速器产生的高能X射线检测 所谓高能X射线是指能量超过1000KV的射线 例如对厚度达300 500mm的钢板 采用高能X射线检测可以获得满意的结果 高能X射线的产生和上述基本相似 所不同的是高能X射线的电子发射源不是热灯丝 而是电子枪 电子运动的加速也不是管电压 而是加速器 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 15 X射线的波谱 一般情况下 由X射线管发出的X射线 其波长是由一系列不同波长的X射线和一个或几个特定波长的X射线谱所组成 把前者所组成的X射线谱叫做连续X射线或白色X射线 把后者叫做标识X射线或特征X射线 光学光谱中 不同波长的光具有不同的颜色 而在X射线谱中 不同波长的射线具有不同的穿透力 波长越短 射线越硬 穿透力越强 16 标识X射线谱 有不连续的线状谱存在 但是标识谱总是伴随着连续谱存在 在实际应用中 可以通过滤波的方式 减弱连续谱的强度 保留标识谱 在射线探伤时 所用的射线实际上是连续谱和标识谱同时存在 具有加速度的带电粒子分为2部分 连续光波谱和 连续光波谱 线形标识 标识射线与连续射线能量相比要小得多 其主要作用的是连续谱 17 射线的产生 射线是一种电磁波 射线和X射线从本质和性质上并没有区别 只是其产生方式有所不同 射线是某些放射性物质自发产生的 如钴 铀 镭等 两者产生机理不同 但都是电磁波 产生 天然放射性原子核 或人工放射性原子核 人工同位素 射线的波长 X射线的波长 具有更大的穿透力 可以对厚度较大的工件进行射线照相 18 中子射线 中子是一种呈电中性的微粒子流 它不是电磁波 这种粒子流具有巨大的速度和贯穿能力 它与X射线和 射线相比主要区别在于 它在被穿透材料中的衰减主要取决于材料中对中子的俘获能力 eg 对铅来说 X射线和 射线穿透时能量衰减很大 但俘获中子的能力很小 而对氢来说正好相反 一个很厚的铅罐中装有石蜡时 采用中子射线照相时所得的石蜡图象清晰 而用X射线照相时什么也看不到 因此 中子照相常用于检测火药 塑料和宇航零件等 19 中子射线 中子束流 其波长与热平衡的绝对温度有关产生 人工同位素法 加速器中子源 反应堆中子源在NDT中常被用来对某些特殊部件 如放射性核燃料元件 进行射线照相 20 射线透过物质时的衰减 射线的衰减特性 射线穿过物质时 将与物质中的原子发生撞击 发生能量转换 并引发种种物理效应和射线能量的衰减 X射线和 射线与物质相互作用时 射线与物质的相互作用主要有三种主要过程 光电效应 康普顿效应和电子对的产生这三种过程的共同点是都产生电子 然后电离或激发物质中的其它原子 此外 还有少量的汤姆森散射效应 21 三种主要作用的相互关系 22 光电效应 随射线能量的增加而减少光电效应更易在原子序数高的物质中发生康普顿效应 随射线能量的增加而减少其大小取决于物质原子中的电子数 在中等原子序数的物质中射线的衰减主要是由此效应引起的 23 汤姆森散射效应 此射线可产生干涉 能量衰减十分微小电子对的产生 随射线能量的增加而增加电子对的发生在原子核附近 唯有此才能能量守恒 高原子序数的物质电子对的产生也是重要的过程 24 四种效应共同结果 射线在透过物质时能量发生衰减射线的衰减 射线透过物质后 就失去了一部分能量 这种现象称为射线的衰减中子射线通过物质时的衰减中子射线在被测物质中的衰减主要取决于材料对中子的捕获能力 25 2 2X射线检测的基本原理和方法 一 检测原理当射线透过被检物体时 有缺陷部位 如气孔 非金属夹杂物等 与无缺陷部位对射线吸收能力不同 以金属物体为例 缺陷部位所含空气和非金属夹杂物对射线的吸收能力大大低于金属对射线的吸收能力 透过有缺陷部位的射线强度高于无缺陷部位的射线强度 因而可以通过检测透过工件后的射线强度的差异来判断工件中是否存在缺陷 利用射线透过物质时的衰减规律 即当射线通过物质时 由于射线与物质的相互作用发生吸收和散射而衰减 其衰减程度 则根据其被通过部位的材质 厚度和存在缺陷性质的不同而异 26 27 x 透照方向上的缺陷尺寸 X射线探伤原理 28 检测诊断方法 射线检测对不同的结构 如焊缝 有上述几种透照位置 透照位置 29 透照布置方式 第二种布置 单壁穿透 曲面工件 第一种布置 单壁穿透 平面工件 射线检测对不同的结构 如焊缝 有以下几种透照布置方式 30 第四种布置 单壁穿透 曲面工件 第三种布置 单壁穿透 曲面工件 透照布置方式 31 第五种布置 双壁穿透 检验单壁 第六种布置 双壁穿透 检验双壁 第七种布置 双壁穿透 检验厚度或材料不同的平面或曲面 32 射线检验的实例 射线照相检验飞机起落架 水力发电机蜗壳焊缝的射线检验 33 射线检验的实例 汽车零件实时X 射线检验 汽车零件实时X 射线成像 34 1 3射线照相探伤技术 灵敏度 发现缺陷的能力 也是探伤质量的标志 目前一般所说的射线照相灵敏度都是指相对灵敏度 它是综合评定射线照相质量的指标 按标注我国X射线照相质量分为三级 A级 成像质量一般 适用于承载负荷较小的产品与部件 AB级 成像质量较高 适用于锅炉和压力容器产品与部件 B级 成像质量最高 适用于航天飞机和设备等极为重要的产品与部件 35 透度计 像质计 像质指示器 估价检测灵敏度的标准工具 同时也常用来选取或验证射线检验的透照参数 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像质计 IQI Imagequalityindicator 来确定透照灵敏度 36 IQI的应用原理 将IQI放在射线源一侧被检工件部位 如焊缝 的一端 约被检区长度的1 4处 金属丝与焊缝方向垂直 细丝置于外侧 与被检部位同时曝光 则在底片上应观察到不同直径的影像 若被检工件厚度 检测透照条件相同时 能识别出的金属丝越细 说明灵敏度越高 37 IQI IQI的材质应与被透照工件相同 对射线检测技术的变化灵敏 判断影像的方法尽可能简单 准确 易于应用 IQI必须按标准规定使用 使用方法不当则不能正确反映透照混合灵敏度 除了必须选用种类正确 规格负荷要求外 还要求IQI摆放位置正确 数量足够 38 IQI 透度计有多种形式 目前 最广泛使用的IQI主要有 槽式透度计和金属丝透度计 还有丝型IQI 阶梯孔型IQI和平板孔型IQI 39 增感屏 定义 为了增加射线透过时的胶片的感光速度 利用某些增感物质在射线作用下能激发出荧光和产生次级射线对胶片加强感光作用 在射线透视照相中 所用的增感物质称为增感屏 位置 常在胶片两侧加上增感屏来增强胶片的感光效果 加快感光速度 减少透照时间 提高效率和底片质量 40 增感屏的种类 增感屏通常有三种 金属增感屏 荧光增感屏和金属荧光增感屏 金属增感屏应用普遍 后两种应用较少 且只限于A级 41 增感方式的选择 按产品设计对探伤的要求选择 某些重要产品 质量要求高 为保证底片影像的清晰度 多采用铅或锡箔增感屏 而宁可增加一些曝光时间 按射线能量选择 一般说 当射线能量足够时 多用金属增感屏 当工件较厚而射线能力又不够时 可用荧光增感屏 最好用金属荧光增感屏 如当射线能量很高 如x射线管电压为400kv以上或用r射线 高能x射线照相时 都采用金属增感屏 按胶片类型选择 不同胶片对不同波长的光与射线的敏感程度也不相同 42 曝光参数的选择 1 射线硬度 波长 是指其穿透力 它决定于射线的波长 波长短的射线硬度大 穿透力强 对于某一定的物质来说 具有较小的吸收系数 2 射线的曝光量 曝光的强弱造成对比度的变化E It 射线强度I和时间t的乘积 mCi 毫居里 h 43 曝光参数的选择 3 影像的射线照相对比度射线照片上影像的质量由对比度 衬度 不清晰度 颗粒度决定 影像的对比度决定了在射线透照方向上可识别的细节 影像的不清晰度决定了在垂直于射线透照方向上可识别的细节尺寸 影响的颗粒度决定了影像可记录的细节最小尺寸 4 焦距的选择5 曝光曲线 44 1 4射线感光胶片和暗室处理 1 4 1射线感光胶片 45 感光胶片的特性及其曲线 为了能准确掌握感光材料的性能 从事影像科学研究的科学家们对这个问题进行了多年研究 现在 对于感光材料性能定量化的客观测试和评价已经不是梦想 因为 摄影科学工作者已经找到了研究摄影过程的钥匙 曝光量与密度的关系 而感光特性曲线就是对这种关系的集中反映 在对感光材料的性能进行研究的过程中 感光特性曲线成了摄影的基本技术语言 并且为建立摄影科学奠定了基础 46 感光胶片的主要特性有衬度 感光度 灰雾度 清晰度 颗粒度 和最大摄影密度 最大黑度 等 胶片性能的好坏影响对缺陷显现的灵敏度 47 特性曲线 胶片的特性曲线 就是胶片的摄影密度与相应曝光量的关系曲线 又称D logE曲线 如图所示 48 胶片特性曲线的组成 49 50 51 52 4 0一般是胶片所能达到的最高密度 所以纵坐标的最高值一般不大于4 0 横坐标上 曝光量每增加一倍 lgH增加0 3单位 53 曲线上的A点 是在曝光量为0时的固有的底片黑度 称为胶片的灰雾度 当曝光量增加到B点 底片上的黑度没有增加 超过B点以后 才能使胶片起感光作用 所以B点称为曝光量的阈值 BC部分表示曝光量增加底片黑度只有缓慢的增加 这一段称为曝光不足区 CD部分直线上升 称为适当曝光区 是特性曲线的工作部分 因为此段曝光量与黑度成正比 曲线DE部分 曝光量虽然增加 底片黑度增加较少 这段称为过渡曝光区 E点为底片黑度顶点 是胶片的最大黑度 过E点以后 再增加曝光量 底片黑度反而较小 EF这段称为负感 又叫不正常曝光区 54 感光特性曲线可以分为趾部 直线部和肩部 在趾部随着暴光量增加 密度的增长比较缓慢 在直线部暴光量增加 密度按一定比例增加 而肩部密度变化渐渐减小 感光特性曲线反映的是暴光量和密度之间的关系 奠定了感光测定的基础 使摄影影象的控制走向科学化和定量化 同时 这些信息也反应感光材料自身的性能 比如反差系数 感光度和宽容度等 也可以反映冲洗控制情况 为暴光提供依据 55 底片的摄影密度 黑度 底片的摄影密度习惯上又称黑度 用D表示 胶片曝光后 显影定影处理 就得到具有黑色影像的负片 通常叫底片 这些影像是由密度不同的黑色金属