射線檢測(cè)方法.ppt

1、3-2 X射線檢測(cè)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(shí)地反映工件內(nèi)部真實(shí)的缺陷形狀和大小。 這是由于焦點(diǎn)、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(shí)際情況作出恰當(dāng)?shù)呐袛唷?3-2-1 X射線機(jī) X射線機(jī)按其結(jié)構(gòu)形式大致可分為兩大類(lèi)：移動(dòng)式X射線機(jī)和攜帶式X射線機(jī)。 移動(dòng)式X射線機(jī)的管電壓可達(dá)420kV，攜帶式X射線機(jī)的管電壓一般可達(dá)300kV。 兩者在結(jié)構(gòu)上和應(yīng)用上都有些不同。,(1) 移動(dòng)式X射線機(jī) X射線管放在充滿(mǎn)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(qiáng)制循環(huán)油冷卻。 移動(dòng)式X射線

2、機(jī)的體積和重量一般都比較大，適用于實(shí)驗(yàn)室、車(chē)間等固定場(chǎng)所，可用于透照比較厚的工件。,(2) 攜帶式X射線機(jī) X射線管和高壓發(fā)生器放在一起，沒(méi)有高壓電纜和整流裝置。因此體積小、重量輕，適用于流動(dòng)性檢驗(yàn)或?qū)Υ笮驮O(shè)備的現(xiàn)場(chǎng)探傷。 同時(shí)X射線機(jī)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(jī)特別適用于管道、鍋爐和壓力容器的環(huán)形焊縫檢測(cè)，由于一次曝光可以檢測(cè)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(jī)，如軟X射線機(jī)，管電壓60kV以下，可用于檢測(cè)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(diǎn)X射線機(jī)，焦點(diǎn)尺寸0.010.1mm，最小可達(dá)0.005mm，適用于

3、檢測(cè)半導(dǎo)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(tái)X射線探傷機(jī)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(yáng)極焦點(diǎn)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(duì)X射線焦點(diǎn)的形狀和大小有直接影響。 鎢絲的溫度決定于加熱電流強(qiáng)度，當(dāng)達(dá)到一定管電壓而管電流不再增加時(shí)，稱(chēng)為飽和電流。 發(fā)射X射線過(guò)程中90%以上能量轉(zhuǎn)換成熱，因此在陽(yáng)極構(gòu)造上特別要考慮耐高溫和散熱。,一般陽(yáng)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(gè)約40o圓錐向外輻射，其強(qiáng)度與均勻度如圖所示。,X射線窗口中心部位的射線強(qiáng)度為100%時(shí)，靠近陰極側(cè)的射線強(qiáng)度比陽(yáng)極側(cè)偏高。因此一般透照焊縫時(shí)，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(diǎn)是決定X射線管光學(xué)特性好壞的重要標(biāo)志，焦點(diǎn)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(diǎn)，在陽(yáng)極靶面上呈長(zhǎng)方形，X射線從這個(gè)長(zhǎng)方形射線源發(fā)出。,這就是實(shí)際焦點(diǎn)。當(dāng)靶面與X射線管軸線的垂直線之間傾斜20o時(shí)，其有效焦點(diǎn)面積約為實(shí)際焦點(diǎn)面積的三分之一。,X射線照相靈敏度與有效焦點(diǎn)直接有關(guān)，實(shí)際焦點(diǎn)面積大對(duì)散熱有利，有效焦點(diǎn)面積小對(duì)透照靈敏度有

5、利。一般所說(shuō)的是指有效焦點(diǎn)。 常用有效焦點(diǎn)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(diǎn)尺寸達(dá)到0.10.2mm,新出廠或存放一段時(shí)間的X線管必須經(jīng)過(guò)訓(xùn)練試驗(yàn)，將管內(nèi)氣體吸收掉才能正常使用。 小焦點(diǎn)X射線管雖然具有探傷靈敏度高，透照清晰的優(yōu)點(diǎn)，但是由于焦點(diǎn)面積小，陽(yáng)極靶很容易因局部過(guò)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(gè)焦點(diǎn)，即所謂雙焦點(diǎn)X射線管。 這樣對(duì)一般射線檢測(cè)可用大焦點(diǎn)，要求靈敏度高時(shí)可用小焦點(diǎn)，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(jiǎn)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(yáng)極提供機(jī)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(diǎn)是尺寸小、重量輕、耐機(jī)械振動(dòng)。,選擇X射線機(jī)要考慮其透過(guò)力、可搬動(dòng)性、焦點(diǎn)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(zhǎng)，管電壓愈高則射線透過(guò)能力愈強(qiáng)。,被透照物質(zhì)的原子序數(shù)和密度愈大，則對(duì)射線的吸收也愈大，因此需選用較高的管電壓。 X射線機(jī)發(fā)展的趨勢(shì)是繼續(xù)向小型化、輕型化發(fā)展，以及隨著微機(jī)應(yīng)用的普及一般X射線機(jī)的操縱箱采用微機(jī)控制。,3-2-2 象質(zhì)計(jì)與幾何不清晰度 (

7、1) 靈敏度與象質(zhì)計(jì) 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(chēng)為絕對(duì)靈敏度。,由于射線照相時(shí)，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(xì)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(duì)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(chēng)為相對(duì)靈敏度或百分比靈敏度。 目前一般所說(shuō)的X射線照相靈敏度，都是指相對(duì)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(wú)法知道的，一般采用帶有人工缺陷的象質(zhì)計(jì)來(lái)確定透照靈敏度。 象質(zhì)計(jì)的

8、材質(zhì)應(yīng)與被透照工件相同，目前國(guó)內(nèi)外采用的主要有3種象質(zhì)計(jì)即槽狀象質(zhì)計(jì)、孔型象質(zhì)計(jì)和金屬絲象質(zhì)計(jì)。,金屬絲象質(zhì)計(jì)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(xì)來(lái)評(píng)價(jià)透照質(zhì)量。 金屬絲象質(zhì)計(jì)制作簡(jiǎn)單、使用方便，在國(guó)內(nèi)外得到廣泛采用。,1號(hào)象質(zhì)計(jì)鋼絲(0.10.4mm)，用于透照厚度20mm以下鋼件；2號(hào)象質(zhì)計(jì)(0.251.0mm)，用于透照厚度560mm鋼件；3號(hào)象質(zhì)計(jì)(0.83.2mm)，用于透照厚度50100mm鋼件。,采用金屬絲象質(zhì)計(jì)時(shí)，透照靈敏度按下式計(jì)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(dá)到1%。,按標(biāo)準(zhǔn)我國(guó)X射線照相質(zhì)量分為3級(jí)： A級(jí)成象質(zhì)量一般

9、，適用于承載負(fù)荷較小的產(chǎn)品與部件。 AB級(jí)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(jí)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(jì)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(xì)的金屬絲。 因?yàn)橛拷z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(shí)越容易在底片上發(fā)現(xiàn)。 所以將象質(zhì)計(jì)放在工件靠近射線源表面上透照后、能在底片上顯示出來(lái)，說(shuō)明工件中遠(yuǎn)離膠片的缺陷也能在底片上顯示出來(lái)。,其次，象質(zhì)計(jì)應(yīng)放在接近膠片的一端，而不是在膠片中心。因?yàn)橄筚|(zhì)計(jì)放在中心部位時(shí)靈敏度夠了，不能說(shuō)明邊緣部分靈敏度也夠。 當(dāng)

10、把象質(zhì)計(jì)放在膠片一端時(shí)靈敏度達(dá)2%，則說(shuō)明整個(gè)底片的靈敏度都?jí)蛄恕?每張底片原則上都必須有象質(zhì)計(jì)，當(dāng)采用周向360o等距離透照時(shí)，可每隔90o放一象質(zhì)計(jì)。,(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(jìn)行透照時(shí)，缺陷在底片上影象邊緣會(huì)出現(xiàn)半影。幾何不清晰度可用半影寬度Ug度量，缺陷遠(yuǎn)離膠片時(shí)在底片上形成的半影最大。,可按下式計(jì)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(shí)，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(shí)，半影就愈小。 但焦距大則射線強(qiáng)度低，即曝

11、光時(shí)間延長(zhǎng)，既降低檢測(cè)效率又增加散射線。 實(shí)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(guò)大，這就是在射線照相中為什么希望盡量采用小焦點(diǎn)X射線機(jī)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(shí)穿透能力愈強(qiáng)。 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(guò)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(wú)缺陷部位的黑度差取決于膠片上射線強(qiáng)度差，強(qiáng)度差取決于衰減系數(shù)，衰減系數(shù)愈大則射線強(qiáng)度差愈大。 衰減系數(shù)與射線波長(zhǎng)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(shí)被透照工件對(duì)射線的吸收能力增強(qiáng)，這就使有缺陷部位和無(wú)缺陷部位的黑白對(duì)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(shí)稱(chēng)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(shí)驗(yàn)值。,為防止管電壓過(guò)高使底片質(zhì)量下降，在射線檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)中，對(duì)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(cè)標(biāo)準(zhǔn)中，對(duì)不同材料各種厚度允許的最低管電壓沒(méi)有限制，但也不宜過(guò)低。 因?yàn)閄射線強(qiáng)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(cè)的寬容度降低了。 對(duì)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(dāng)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(shí)際透照時(shí)間大大延長(zhǎng)，對(duì)厚工件甚至無(wú)法使底片得到滿(mǎn)意的黑度。,在射線探傷時(shí)，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(shí)間。,當(dāng)X射線透照時(shí)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(lái)表示增感屏增感作用的強(qiáng)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(qiáng)度與所照射的射線強(qiáng)度成正比，可以增加膠片的感光速度、縮短曝光時(shí)間。,熒光

14、增感屏常用的熒光物質(zhì)是鎢酸鈣，當(dāng)X射線透照時(shí)，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(huì)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(duì)屏照射后能產(chǎn)生二次電子和金屬標(biāo)識(shí)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?yàn)樗吮旧砭Я＜?xì)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(shí)，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(duì)軟X射線來(lái)說(shuō)，金屬增感屏實(shí)際上不能縮短曝光時(shí)間，射線愈硬、增感因素愈明顯。 采用射線照相時(shí)由于散射線嚴(yán)重，必須采用金屬增感屏增感。 在透照時(shí)，增感屏與膠片的貼緊對(duì)增感屏的使用效果極為重要。如果在透照時(shí)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(cè)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(qiáng)弱而析出不同量的金屬銀，形成了所謂潛象。,然后經(jīng)過(guò)顯影作用使?jié)撓筮€原成可見(jiàn)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(chēng)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(cè)用膠片的暗室處理與可見(jiàn)光用膠片的暗室處理類(lèi)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(jiàn)光透過(guò)底片的程度也反映了底片黑的程度，底片愈黑、可見(jiàn)光透過(guò)率愈小。,用透過(guò)率T的倒數(shù)的常用對(duì)數(shù)來(lái)表示底片上各點(diǎn)黑化的程度，稱(chēng)為底片黑度D 式中 I0-原有可見(jiàn)光強(qiáng)，I-透過(guò)底片后可見(jiàn)光強(qiáng)。 黑度D=1意義是只有l(wèi)/10光線透過(guò)底片，D=2則只透過(guò)1/1

17、00光線，D=3則只透過(guò)1/1000光線,下圖是兩組實(shí)驗(yàn)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(lèi)和增感屏種類(lèi)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(cè)微光度計(jì)測(cè)定。底片黑度主要與射線照相時(shí)的曝光量有關(guān)，曝光量愈大時(shí)底片黑度愈大，但兩者之間不是簡(jiǎn)單的遞增關(guān)系,圖示為膠片特性曲線，用以評(píng)價(jià)膠片感光度、對(duì)比度和灰霧度等。X射線照射量的絕對(duì)值很難測(cè)定，常用照射量相對(duì)值的對(duì)數(shù)lgE作橫軸,特性曲線因膠片種類(lèi)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(diǎn)切線與橫軸夾角正切值，稱(chēng)為襯度系數(shù)(膠片反差或膠片對(duì)比度)，可表示,對(duì)于兩種不同特性曲線的膠片，同樣射線強(qiáng)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(shí)是應(yīng)考慮該因素。,X射線底片的襯度除與膠片種類(lèi)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(duì)任何一種膠片都應(yīng)按其要求的顯影配方和條件進(jìn)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(jìn)行選擇，原則上選用高襯度、細(xì)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(rèn)為是被檢工件中的缺陷，可把兩張膠片合起來(lái)照相。 國(guó)內(nèi)外常用的射線檢測(cè)用膠片按溴化銀的粒度大體可分為3類(lèi)。,J1類(lèi)：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(lèi)：細(xì)顆粒膠片，照相速度比較快，一般采用金屬增感屏，滿(mǎn)足靈敏度要求時(shí)也可采用熒光增感屏，適用于一般零部件 J3類(lèi)：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(guò)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(huì)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(guò)工件時(shí)，會(huì)產(chǎn)生彈性散射和康普頓散射，也會(huì)產(chǎn)生二次