工业探伤(张友九)

1、工业射线探伤工业射线探伤苏州大学医学部放射医学与防护学院苏州大学医学部放射医学与防护学院 射线探伤原理射线探伤原理 辐射探伤装置辐射探伤装置 应用应用射线探伤原理射线探伤原理射线探伤原理射线探伤原理X X射线、高能射线、高能X X射线、射线、射线、中子射线等在真空射线、中子射线等在真空中贯穿物质，与物质相互作用，强度逐渐减小。中贯穿物质，与物质相互作用，强度逐渐减小。当一种射线贯穿不同厚度、不同材质的材料时，当一种射线贯穿不同厚度、不同材质的材料时，强度减弱的程度不同，而工件中的缺陷总是引起强度减弱的程度不同，而工件中的缺陷总是引起工件厚度和材质的局部改变，因此，测量和显示工件厚度和材质的局部

2、改变，因此，测量和显示穿透射线的强度及其分布，即可发现和判别缺陷。穿透射线的强度及其分布，即可发现和判别缺陷。 工件工件 缺陷缺陷 胶片胶片 增感屏增感屏 暗合暗合 射线源射线源 缺陷影象缺陷影象 底片底片 当一束平行的强度为当一束平行的强度为I0的单色射线，透过厚的单色射线，透过厚度为度为d的一层均匀物质时，射线强度的衰减将的一层均匀物质时，射线强度的衰减将遵循以下规律：遵循以下规律：由于散射线的存在，透过厚度为由于散射线的存在，透过厚度为d物质时，除物质时，除透射线外，还要加上物体内部散射线强度。透射线外，还要加上物体内部散射线强度。dDeII0假设：平行入射：透射线强度。，：散射线强度；

3、，；：透射的一次射线强度入射线强度；：缺陷的线吸收系数；：工件的线吸收系数；尺寸；：缺陷在射线束方向的：工件厚度；，I III,I:IDDS0SDDI 则：I=ID+IS I=ID+IS 当D很小时，IS=IS假设：平行入射nDIeeIIIIIeeIIeDDSDDSD1)(IID)() 1(IInIIIID)(0DST)(00，令 从上面推导可以看出，射线对缺陷的检验能力，从上面推导可以看出，射线对缺陷的检验能力，与缺陷在射线透照方向上的尺寸、其线衰减系数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

4、些方面具有一定的值，则缺陷将等相关。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产生一定的物体对比度，它就可以被射线检验出来。来。l 主因对比度主因对比度( )影响因素影响因素透照厚度（透照厚度（D），选择最大的方向，选择最大的方向线衰减系数（线衰减系数（）散射比（散射比（n），），影响散射比的因素有焦距、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。照射场大小、射线性质和工件厚度等。IIn1DII时，当例如，例如，X射线照相时射线照相时 对钢对钢n0.09T (T25mm) 对铝对铝n0.035T (T97%)转化为热能，因此阳极材料一般应转化为热

5、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%)转变为转变为X射线。射线。当当U=100kV时时 =0.7% 200kV 1.5% 300kV 2.2% 400kV 3% 1 MV 7% 5 MV 37% 由此可见，提高管电压可显著提高转换效率由此可见，提高管电压可显著提高转换效率。X射线探伤机管电压在射线探伤机管电压在450kV以下。以下。 X射线探伤机射线探伤机 X射线装置在额定工作条件下，距射线装置在额定工作条件下，距X射线管焦点射线管焦点1m处的漏射线空气比释动能率应符合如下要求：处的漏射线空气比释动能率应符

6、合如下要求：管电压管电压,kV漏射线空气比释动能率漏射线空气比释动能率,mGyh-120012.55加速器加速器 加速器是由机头（加速器是由机头（X射线机头）、机头悬吊机构、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控水冷机组六大部分及它们之间的连接导线和水管组成。管组成。 高能高能X射线是指能量超过射线是指能量超过1000kV的射线，这种高的射线，这种高能能X射线都由加速器产生。射线都由加速器产生。 被加速粒子的能量在被加速粒子的能量在1000MeV以上是高能加速器，以上是高能加速器

7、，能量在能量在100MeV以下是低能加速器，能量在以下是低能加速器，能量在1001000MeV之间是中能加速器。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、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。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。但以下，即用低能电子加速器产生。但10MV以上电子以上电子加速器可产生中子和感生放射性。加速器可产生中子和感生放射性。 检测对加速器的要求是束

8、流强度大、焦点尺寸小、检测对加速器的要求是束流强度大、焦点尺寸小、体积小、重量轻、成本低、操作容易、维护简单等。体积小、重量轻、成本低、操作容易、维护简单等。 适合工业无损检测用加速器，主要有电子感应加适合工业无损检测用加速器，主要有电子感应加速器、电子直线加速器和电子回旋加速器。速器、电子直线加速器和电子回旋加速器。国家环境保护总局公告国家环境保护总局公告2006年第年第26号号 射线装置分类原则射线装置分类原则 根据射线装置对人体健康和环境可能造成危害根据射线装置对人体健康和环境可能造成危害的程度，从高到低将射线装置分为的程度，从高到低将射线装置分为类、类、类、类、类。按照使用用途分医用射

9、线装置和非医用类。按照使用用途分医用射线装置和非医用射线装置。射线装置。 射线装置分类管理办法射线装置分类管理办法 类为高危险射线装置，事故时可以使短时间受照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；成严重影响； 类为中危险射线装置，事故时可以使受照人员产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；生较严重放射损伤，大剂量照射甚至导致死亡； 类为低危险射线装置，事故时一般不会造成受照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。人员的放射损伤。

10、探伤机探伤机 手提式：特制的可携带活度达手提式：特制的可携带活度达3.7 TBq的的192Ir等。等。 移动式：通常利用手推车移动；移动式：通常利用手推车移动；常用来容纳常用来容纳60Co。 固定式：可使用活度达固定式：可使用活度达 8.5 - 37 TBq 的的60Co 类型类型 I：辐射源并不从辐照装置中移出来，通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。过快门或其他的机械装置来控制照射。 类型类型 II ：源直接从屏蔽的源容器中照射：源直接从屏蔽的源容器中照射(经过经过通风管通风管, 气动装置等气动装置等)，通过一个套管到达照射，通过一个套管到达照射位置。位置。

11、类型类型 X ：特殊的应用。：特殊的应用。操作类型操作类型I类类 装置装置 源在装置内部；源在装置内部； 包含一个快门机构；包含一个快门机构； 利用真空或气压将源移动利用真空或气压将源移动到照射位置。到照射位置。 放射源可以从源容器发放射源可以从源容器发射出；射出； 采用遥控装置；采用遥控装置； 在照射期间源未被屏蔽在照射期间源未被屏蔽 (在使用时要校准在使用时要校准)； 手动或自动操作。手动或自动操作。II类类 装置装置 特殊应用特殊应用, 例如测量例如测量管道；管道； 设计和测试需要依赖设计和测试需要依赖特殊的装置。特殊的装置。X类装置类装置屏蔽效率屏蔽效率 设备类型设备类型容器周围比释动

12、能控制值容器周围比释动能控制值(Gy/h) 1 m5 cm表面表面手提手提式式(P) 20并且并且 500并且并且 2000移动式移动式(M) 5010002000固定固定式式(F)10010002000探伤用探伤用射线放射源射线放射源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放射源分为、类，类，V类源的下限活度值为类源的下限活度值为该种核素的豁免活度。该种核素的豁免活度。 类放射源为极高危险源。没有防护情况下，接触这类源几类放射源为极高危险源。没有防护情况下，接触

13、这类源几分钟到分钟到1小时就可致人死亡小时就可致人死亡; 类放射源为高危险源。没有防护情况下，接触这类源几小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时至几天可致人死亡; 类放射源为危险源。没有防护情况下，接触这类源几小时类放射源为危险源。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就可对人造成永久性损伤，接触几天至几周也可致人死亡; 类放射源为低危险源。基本不会对人造成永久性损伤，但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对长时间、近距离接触这些放射源的人可能造成可恢

14、复的临时性损伤时性损伤; 类放射源为极低危险源。不会对人造成永久性损伤。类放射源为极低危险源。不会对人造成永久性损伤。 源体积小；源体积小； 辐射具有各向同性；辐射具有各向同性； 高能辐射能检测的壁厚大于高能辐射能检测的壁厚大于X射线的厚度；射线的厚度； 稳定性高，外部参数对同位素的辐射无影响；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；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。辐射源成本低，应用较廉价、简单。 剂量率低（影响经济效益）；剂量率低（影响经济效益）； 壁越薄，射线照片质量就越差；壁越薄，射线照片质量就越差； 射线照片的轮廓（几何）不清

15、晰度增加；射线照片的轮廓（几何）不清晰度增加； 放射源要经常更换；放射源要经常更换； 连续辐射，必须考虑辐射防护问题；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）。连续衰变，需有限时间利用（经济因素）。密封源结构密封源结构 密封壳密封壳 ISO 2919 设计设计和测试和测试 特殊形状设计和特殊形状设计和测试测试 用户进行的泄漏用户进行的泄漏测试测试源的组件源的组件 螺旋导管上的螺旋导管上的源壳源壳 导管外可加装导管外可加装套管、屏蔽等套管、屏蔽等 连接头的形状连接头的形状射线探伤机一般由工作容器、挠性源导管、遥控器射线探伤机一般由工作容器、挠性源导管、遥控器和其他附

16、件组成。工作容器由贫铀或铅屏蔽体、快和其他附件组成。工作容器由贫铀或铅屏蔽体、快门、源辫子及锁定装置、放射源、连接器、保护盖门、源辫子及锁定装置、放射源、连接器、保护盖等组成。等组成。遥控遥控套管和阻止装置套管和阻止装置准直器准直器探伤机的操作顺序探伤机的操作顺序 (1)各种探伤机的操作顺序各种探伤机的操作顺序(2)各种探伤机的操作顺序各种探伤机的操作顺序(3)各种探伤机的操作顺序各种探伤机的操作顺序(4)换源器换源器 普通普通X射线和射线和射线检测，由于其能量低、穿透射线检测，由于其能量低、穿透能力差，检测能力受到限制。超过能力差，检测能力受到限制。超过100mm厚钢板不厚钢板不能用一般能用

17、一般X射线检测，超过射线检测，超过300mm厚钢板很难用厚钢板很难用射线进行检测。此时可采用加速器产生的高能射线进行检测。此时可采用加速器产生的高能X射线射线检测，例如对厚度达检测，例如对厚度达300500mm的钢板，采用高能的钢板，采用高能X射线检测可获得满意结果。射线检测可获得满意结果。 从中子照相来说，要求中子射线强度大、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、中子重、无法用于生产现场。而小型加速器

18、、中子管、同位素中子源等虽然灵巧、方便，但强度管、同位素中子源等虽然灵巧、方便，但强度总的来说还不够高。总的来说还不够高。中子照相中子照相 中子照相主要是用热中子，中子源放射出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，常用的为性同位索，常用的为(锎锎252Cf) (锎锎)252Cf中子源的半衰期中子源的半衰期2.65年，产额年，产额2.31012中子中子/s/g，目前价格还很贵。利用，目前价格还很贵。利用252Cf可做成可移动式中子照相装置。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，与中子发生器组合在一起的慢化器，与252Cf中子中子源不同之处是可以关闭，不