工業(yè)探傷(張友九)

1、工業(yè)射線探傷工業(yè)射線探傷蘇州大學(xué)醫(yī)學(xué)部放射醫(yī)學(xué)與防護學(xué)院蘇州大學(xué)醫(yī)學(xué)部放射醫(yī)學(xué)與防護學(xué)院 射線探傷原理射線探傷原理 輻射探傷裝置輻射探傷裝置 應(yīng)用應(yīng)用射線探傷原理射線探傷原理射線探傷原理射線探傷原理X X射線、高能射線、高能X X射線、射線、射線、中子射線等在真空射線、中子射線等在真空中貫穿物質(zhì)，與物質(zhì)相互作用，強度逐漸減小。中貫穿物質(zhì)，與物質(zhì)相互作用，強度逐漸減小。當一種射線貫穿不同厚度、不同材質(zhì)的材料時，當一種射線貫穿不同厚度、不同材質(zhì)的材料時，強度減弱的程度不同，而工件中的缺陷總是引起強度減弱的程度不同，而工件中的缺陷總是引起工件厚度和材質(zhì)的局部改變，因此，測量和顯示工件厚度和材質(zhì)的局部

2、改變，因此，測量和顯示穿透射線的強度及其分布，即可發(fā)現(xiàn)和判別缺陷。穿透射線的強度及其分布，即可發(fā)現(xiàn)和判別缺陷。 工件工件 缺陷缺陷 膠片膠片 增感屏增感屏 暗合暗合 射線源射線源 缺陷影象缺陷影象 底片底片 當一束平行的強度為當一束平行的強度為I0的單色射線，透過厚的單色射線，透過厚度為度為d的一層均勻物質(zhì)時，射線強度的衰減將的一層均勻物質(zhì)時，射線強度的衰減將遵循以下規(guī)律：遵循以下規(guī)律：由于散射線的存在，透過厚度為由于散射線的存在，透過厚度為d物質(zhì)時，除物質(zhì)時，除透射線外，還要加上物體內(nèi)部散射線強度。透射線外，還要加上物體內(nèi)部散射線強度。dDeII0假設(shè)：平行入射：透射線強度。，：散射線強度；

3、，；：透射的一次射線強度入射線強度；：缺陷的線吸收系數(shù)；：工件的線吸收系數(shù)；尺寸；：缺陷在射線束方向的：工件厚度；，I III,I:IDDS0SDDI 則：I=ID+IS I=ID+IS 當D很小時，IS=IS假設(shè)：平行入射nDIeeIIIIIeeIIeDDSDDSD1)(IID)() 1(IInIIIID)(0DST)(00，令 從上面推導(dǎo)可以看出，射線對缺陷的檢驗?zāi)芰?，從上面推?dǎo)可以看出，射線對缺陷的檢驗?zāi)芰?，與缺陷在射線透照方向上的尺寸、其線衰減系數(shù)與缺陷在射線透照方向上的尺寸、其線衰減系數(shù)與物體的線衰減系數(shù)的差別、散射線的控制情況與物體的線衰減系數(shù)的差別、散射線的控制情況等相關(guān)。只要這

4、些方面具有一定的值，則缺陷將等相關(guān)。只要這些方面具有一定的值，則缺陷將產(chǎn)生一定的物體對比度，它就可以被射線檢驗出產(chǎn)生一定的物體對比度，它就可以被射線檢驗出來。來。l 主因?qū)Ρ榷戎饕驅(qū)Ρ榷? )影響因素影響因素透照厚度（透照厚度（D），選擇最大的方向，選擇最大的方向線衰減系數(shù)（線衰減系數(shù)（）散射比（散射比（n），），影響散射比的因素有焦距、影響散射比的因素有焦距、照射場大小、射線性質(zhì)和工件厚度等。照射場大小、射線性質(zhì)和工件厚度等。IIn1DII時，當例如，例如，X射線照相時射線照相時 對鋼對鋼n0.09T (T25mm) 對鋁對鋁n0.035T (T97%)轉(zhuǎn)化為熱能，因此陽極材料一般應(yīng)轉(zhuǎn)化為熱

5、能，因此陽極材料一般應(yīng)選用耐高溫材料并通以介質(zhì)加冷卻。動能中僅一小部分選用耐高溫材料并通以介質(zhì)加冷卻。動能中僅一小部分(3%)轉(zhuǎn)變?yōu)檗D(zhuǎn)變?yōu)閄射線。射線。當當U=100kV時時 =0.7% 200kV 1.5% 300kV 2.2% 400kV 3% 1 MV 7% 5 MV 37% 由此可見，提高管電壓可顯著提高轉(zhuǎn)換效率由此可見，提高管電壓可顯著提高轉(zhuǎn)換效率。X射線探傷機管電壓在射線探傷機管電壓在450kV以下。以下。 X射線探傷機射線探傷機 X射線裝置在額定工作條件下，距射線裝置在額定工作條件下，距X射線管焦點射線管焦點1m處的漏射線空氣比釋動能率應(yīng)符合如下要求：處的漏射線空氣比釋動能率應(yīng)符

6、合如下要求：管電壓管電壓,kV漏射線空氣比釋動能率漏射線空氣比釋動能率,mGyh-120012.55加速器加速器 加速器是由機頭（加速器是由機頭（X射線機頭）、機頭懸吊機構(gòu)、射線機頭）、機頭懸吊機構(gòu)、調(diào)制器與低壓電源柜、控制臺、穩(wěn)壓電源柜、溫調(diào)制器與低壓電源柜、控制臺、穩(wěn)壓電源柜、溫控水冷機組六大部分及它們之間的連接導(dǎo)線和水控水冷機組六大部分及它們之間的連接導(dǎo)線和水管組成。管組成。 高能高能X射線是指能量超過射線是指能量超過1000kV的射線，這種高的射線，這種高能能X射線都由加速器產(chǎn)生。射線都由加速器產(chǎn)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之間是中能加速器。之間是中能加速器。 按加速器種類可以分為電子加速器、質(zhì)子加速器、按加速器種類可以分為電子加速器、質(zhì)子加速器、重離子加速器等。重離子加速器等。 射線檢測中應(yīng)用的加速器都是電子加速器，能量射線檢測中應(yīng)用的加速器都是電子加速器，能量數(shù)兆電子伏到數(shù)十兆電子伏范圍內(nèi)，一般都在數(shù)兆電子伏到數(shù)十兆電子伏范圍內(nèi)，一般都在45MeV以下，即用低能電子加速器產(chǎn)生。但以下，即用低能電子加速器產(chǎn)生。但10MV以上電子以上電子加速器可產(chǎn)生中子和感生放射性。加速器可產(chǎn)生中子和感生放射性。 檢測對加速器的要求是束

8、流強度大、焦點尺寸小、檢測對加速器的要求是束流強度大、焦點尺寸小、體積小、重量輕、成本低、操作容易、維護簡單等。體積小、重量輕、成本低、操作容易、維護簡單等。 適合工業(yè)無損檢測用加速器，主要有電子感應(yīng)加適合工業(yè)無損檢測用加速器，主要有電子感應(yīng)加速器、電子直線加速器和電子回旋加速器。速器、電子直線加速器和電子回旋加速器。國家環(huán)境保護總局公告國家環(huán)境保護總局公告2006年第年第26號號 射線裝置分類原則射線裝置分類原則 根據(jù)射線裝置對人體健康和環(huán)根據(jù)射線裝置對人體健康和環(huán)境可能造成危害的程度，從高境可能造成危害的程度，從高到低將射線裝置分為到低將射線裝置分為類、類、類、類、類。按照使用用途分醫(yī)類。

9、按照使用用途分醫(yī)用射線裝置和非醫(yī)用射線裝置。用射線裝置和非醫(yī)用射線裝置。 射線裝置分類管理辦法射線裝置分類管理辦法 類為高危險射線裝置，事故時可以使短時間受照類為高危險射線裝置，事故時可以使短時間受照射人員產(chǎn)生嚴重放射損傷，甚至死亡，或?qū)Νh(huán)境造射人員產(chǎn)生嚴重放射損傷，甚至死亡，或?qū)Νh(huán)境造成嚴重影響；成嚴重影響； 類為中危險射線裝置，事故時可以使受照人員產(chǎn)類為中危險射線裝置，事故時可以使受照人員產(chǎn)生較嚴重放射損傷，大劑量照射甚至導(dǎo)致死亡；生較嚴重放射損傷，大劑量照射甚至導(dǎo)致死亡； 類為低危險射線裝置，事故時一般不會造成受照類為低危險射線裝置，事故時一般不會造成受照人員的放射損傷。人員的放射損傷。

10、探傷機探傷機 手提式：特制的可攜帶活度達手提式：特制的可攜帶活度達3.7 TBq的的192Ir等。等。 移動式：通常利用手推車移動；移動式：通常利用手推車移動；常用來容納常用來容納60Co。 固定式：可使用活度達固定式：可使用活度達 8.5 - 37 TBq 的的60Co 類型類型 I：輻射源并不從輻照裝置中移出來，通輻射源并不從輻照裝置中移出來，通過快門或其他的機械裝置來控制照射。過快門或其他的機械裝置來控制照射。 類型類型 II ：源直接從屏蔽的源容器中照射：源直接從屏蔽的源容器中照射(經(jīng)過經(jīng)過通風(fēng)管通風(fēng)管, 氣動裝置等氣動裝置等)，通過一個套管到達照射，通過一個套管到達照射位置。位置。

11、類型類型 X ：特殊的應(yīng)用。：特殊的應(yīng)用。操作類型操作類型I類類 裝置裝置 源在裝置內(nèi)部；源在裝置內(nèi)部； 包含一個快門機構(gòu)；包含一個快門機構(gòu)； 利用真空或氣壓將源移動利用真空或氣壓將源移動到照射位置。到照射位置。 放射源可以從源容器發(fā)放射源可以從源容器發(fā)射出；射出； 采用遙控裝置；采用遙控裝置； 在照射期間源未被屏蔽在照射期間源未被屏蔽 (在使用時要校準在使用時要校準)； 手動或自動操作。手動或自動操作。II類類 裝置裝置 特殊應(yīng)用特殊應(yīng)用, 例如測量例如測量管道；管道； 設(shè)計和測試需要依賴設(shè)計和測試需要依賴特殊的裝置。特殊的裝置。X類裝置類裝置屏蔽效率屏蔽效率 設(shè)備類型設(shè)備類型容器周圍比釋動

12、能控制值容器周圍比釋動能控制值(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移動式移動式(M) 5010002000固定固定式式(F)10010002000探傷用探傷用射線放射源射線放射源國家環(huán)境保護總局公告 2005年 第62號放射源分類辦法 按照放射源對人體健康和環(huán)境的潛在危害程度，從高到低將按照放射源對人體健康和環(huán)境的潛在危害程度，從高到低將放射源分為放射源分為、類，類，V類源的下限活度值為類源的下限活度值為該種核素的豁免活度。該種核素的豁免活度。 類放射源為極高危險源。沒有防護情況下，接觸這類源幾類放射源為極高危險源。沒有防護情況下，接觸

13、這類源幾分鐘到分鐘到1小時就可致人死亡小時就可致人死亡; 類放射源為高危險源。沒有防護情況下，接觸這類源幾小類放射源為高危險源。沒有防護情況下，接觸這類源幾小時至幾天可致人死亡時至幾天可致人死亡; 類放射源為危險源。沒有防護情況下，接觸這類源幾小時類放射源為危險源。沒有防護情況下，接觸這類源幾小時就可對人造成永久性損傷，接觸幾天至幾周也可致人死亡就可對人造成永久性損傷，接觸幾天至幾周也可致人死亡; 類放射源為低危險源?；静粫θ嗽斐捎谰眯該p傷，但類放射源為低危險源?；静粫θ嗽斐捎谰眯該p傷，但對長時間、近距離接觸這些放射源的人可能造成可恢復(fù)的臨對長時間、近距離接觸這些放射源的人可能造成可恢

14、復(fù)的臨時性損傷時性損傷; 類放射源為極低危險源。不會對人造成永久性損傷。類放射源為極低危險源。不會對人造成永久性損傷。 源體積??；源體積??； 輻射具有各向同性；輻射具有各向同性； 高能輻射能檢測的壁厚大于高能輻射能檢測的壁厚大于X射線的厚度；射線的厚度； 穩(wěn)定性高，外部參數(shù)對同位素的輻射無影響；穩(wěn)定性高，外部參數(shù)對同位素的輻射無影響； 對電能、冷卻水等無特殊要求；對電能、冷卻水等無特殊要求； 輻射源成本低，應(yīng)用較廉價、簡單。輻射源成本低，應(yīng)用較廉價、簡單。 劑量率低（影響經(jīng)濟效益）；劑量率低（影響經(jīng)濟效益）； 壁越薄，射線照片質(zhì)量就越差；壁越薄，射線照片質(zhì)量就越差； 射線照片的輪廓（幾何）不清

15、晰度增加；射線照片的輪廓（幾何）不清晰度增加； 放射源要經(jīng)常更換；放射源要經(jīng)常更換； 連續(xù)輻射，必須考慮輻射防護問題；連續(xù)輻射，必須考慮輻射防護問題； 連續(xù)衰變，需有限時間利用（經(jīng)濟因素）。連續(xù)衰變，需有限時間利用（經(jīng)濟因素）。密封源結(jié)構(gòu)密封源結(jié)構(gòu) 密封殼密封殼 ISO 2919 設(shè)計設(shè)計和測試和測試 特殊形狀設(shè)計和特殊形狀設(shè)計和測試測試 用戶進行的泄漏用戶進行的泄漏測試測試源的組件源的組件 螺旋導(dǎo)管上的螺旋導(dǎo)管上的源殼源殼 導(dǎo)管外可加裝導(dǎo)管外可加裝套管、屏蔽等套管、屏蔽等 連接頭的形狀連接頭的形狀射線探傷機一般由工作容器、撓性源導(dǎo)管、遙控器射線探傷機一般由工作容器、撓性源導(dǎo)管、遙控器和其他附

16、件組成。工作容器由貧鈾或鉛屏蔽體、快和其他附件組成。工作容器由貧鈾或鉛屏蔽體、快門、源辮子及鎖定裝置、放射源、連接器、保護蓋門、源辮子及鎖定裝置、放射源、連接器、保護蓋等組成。等組成。遙控遙控套管和阻止裝置套管和阻止裝置準直器準直器探傷機的操作順序探傷機的操作順序 (1)各種探傷機的操作順序各種探傷機的操作順序(2)各種探傷機的操作順序各種探傷機的操作順序(3)各種探傷機的操作順序各種探傷機的操作順序(4)換源器換源器 普通普通X射線和射線和射線檢測，由于其能量低、穿透射線檢測，由于其能量低、穿透能力差，檢測能力受到限制。超過能力差，檢測能力受到限制。超過100mm厚鋼板不厚鋼板不能用一般能用

17、一般X射線檢測，超過射線檢測，超過300mm厚鋼板很難用厚鋼板很難用射線進行檢測。此時可采用加速器產(chǎn)生的高能射線進行檢測。此時可采用加速器產(chǎn)生的高能X射線射線檢測，例如對厚度達檢測，例如對厚度達300500mm的鋼板，采用高能的鋼板，采用高能X射線檢測可獲得滿意結(jié)果。射線檢測可獲得滿意結(jié)果。 從中子照相來說，要求中子射線強度大、從中子照相來說，要求中子射線強度大、射線束質(zhì)量高、便宜、方便、操作靈活等。目射線束質(zhì)量高、便宜、方便、操作靈活等。目前，強度大的源是核反應(yīng)堆，但它投資大、笨前，強度大的源是核反應(yīng)堆，但它投資大、笨重、無法用于生產(chǎn)現(xiàn)場。而小型加速器、中子重、無法用于生產(chǎn)現(xiàn)場。而小型加速器

18、、中子管、同位素中子源等雖然靈巧、方便，但強度管、同位素中子源等雖然靈巧、方便，但強度總的來說還不夠高?？偟膩碚f還不夠高。中子照相中子照相 中子照相主要是用熱中子，中子源放射出中子照相主要是用熱中子，中子源放射出來的快中子由于能量高，不適合照相，需經(jīng)慢來的快中子由于能量高，不適合照相，需經(jīng)慢化后變成低能熱中子，由準直器引出。目前可化后變成低能熱中子，由準直器引出。目前可供照相用的中子源有核反應(yīng)堆、加速器和放射供照相用的中子源有核反應(yīng)堆、加速器和放射性同位索，常用的為性同位索，常用的為(锎锎252Cf) (锎锎)252Cf中子源的半衰期中子源的半衰期2.65年，產(chǎn)額年，產(chǎn)額2.31012中子中子/s/g，目前價格還很貴。利用，目前價格還很貴。利用252Cf可做成可移動式中子照相裝置。可做成可移動式中子照相裝置。 另一種可移動中子裝置，核心是與密封管另一種可移動中子裝置，核心是與密封管中子發(fā)生器組合在一起的慢化器，與中子發(fā)生器組合在一起的慢化器，與252Cf中子中子源不同之處是可以關(guān)閉，不