射线检测 - 图文

大 连 理 工 大 学

研究生考查课

作 业

课程名称： 材料无损检测 研究生姓名： 史少飞 学号： 20905017

作业成绩： 任课教师(签名)

交作业日时间：2010 年 06 月 15日

射线检测技术及其应用

20905017 史少飞

摘要：射线检测作为无损检测的五大常规检测方法之一，是利用各种射线对材料的

透射性能及不同材料对射线的吸收、衰减程度的不同，使底片感光成黑度不同的图像来观察的，是一种行之有效而又不可缺少的检测材料或零件内部缺陷的手段，在工业上有着非常广泛的应用。本文主要介绍了射线检测技术的原理、方法及其在实际中的应用及发展。

关键词：无损检测，射线检测，X射线，照相法

无损检测（Non-destructive testing），就是利用声、光、磁和电等特性，在不损害或不影响被检对象使用性能的前提下，检测被检对象中是否存在缺陷或不均匀性，给出缺陷的大小、位置、性质和数量等信息，进而判定被检对象所处技术状态（如合格与否、剩余寿命等）的所有技术手段的总称。常用的无损检测方法：射线检测(RT)、超声检测(UT)、磁粉检测(MT)、渗透检测(PT)和涡流检测(ET)五种。

射线检测（Radiology）之所以在工业上被广泛应用，是因为射线检测适用于几乎所有的材料，对零件几何形状及表面粗糙度均无严格要求，目前射线检测主要应用于对铸件和焊件的检测；能直观地显示缺陷影像，便于对缺陷进行定性、定量和定位；能长期存档备查，便于分析事故原因。

但是对平面缺陷的检测灵敏度较低，如当射线方向与平面缺陷（如裂纹）垂直时很难检测出来，只有当裂纹与射线方向平行时才能够对其进行有效检测。另外，射线对人体有害，需要有保护措施。

1 射线检测的物理基础

在射线检测中应用的射线主要是X射线、γ射线和中子射线（如图1）。X射线和γ射线属于电磁辐射，中子射线是中子束流。 由于他们属电中性，不会受到库伦场的影响而发生偏转，且贯穿物质的本领较强，被广泛应用于无损检测。

X射线又称伦琴射线，是射线检测领域中应用最广泛的一种射线，是由原子的内层电子跃迁释放能量而发射出的一种电磁波，波长范围约为0.0006～100nm。在X射线检测中常用的波长范围为0.001～0.1 nm，频率范围约为3×109～5×1014MHz。

γ射线是一种波长比X射线更短的射线，波长范围约为0.0003～0.1 nm，频率范围约为3×1012～1×1015MHz。工业上广泛采用人工同位素产生γ射线。由于γ射线的波长比X射线

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更短，所以具有更大的穿透力。在无损检测中γ射线常被用来对厚度较大和大型整体工件进行射线照相。

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图1 射线的波长分布

中子射线是由某些物质的原子在裂变过程中逸出高速中子所产生的。工业上常用人工同位素、加速器、反应堆来产生中子射线。在无损检测中中子射线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。

2 X射线检测的原理

Χ射线检测是利用Χ射线通过物质衰减程度与被通过部位的材质、厚度和缺陷的性质有关的特性，使胶片感光成黑度不同的图像来实现的，检测原理：当射线通过被检物体时，有缺陷部位与无缺陷部位对射线的吸收能力不同，一般情况是通过有缺陷部位的射线强度高于无缺陷部位的射线强度，因此可以通过检测透过被检物体后射线强度的差异来判断被检物体中是否有缺陷存在（如图2）。

图2 X射线检测原理

当一束强度为I0的Χ射线平行通过被检测试件(厚度为d)后，其强度Id为

e I d ? I 0 （1）

??d若被测试件表面有高度为h的凸起时，则Χ射线强度将衰减为

Ih?I0e??(d?h)（2）

如在被测试件内，有一个厚度为x、吸收系数为μ′的某种缺陷， 则射线通过后，强度衰减为

Ix?I0e?[?(d?x)???x]（3）

若有缺陷的吸收系数小于被测试件本身的吸收系数，则Ix>Id>Ih，于是，在被检测试件的另一面就形成一辐射线强度不均匀的分布图。通过一定方式将这种不均匀的射线强度进行照相或转变为电信号指示、记录或显示，就可以评定被检测试件的内部质量，达到无损检测的目的。沿射线透照方向的缺陷尺寸越大，则有无缺陷处的强度差越大，反映在胶片上的黑度差越大，就越容易发现缺陷。

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3 X射线检测方法

目前工业上主要有照相法、电离检测法、荧光屏直接观察法、电视观察法等。 3.1 照相法

Χ射线检测常用的方法是照相法（如图3），即利用射线感光材料(通常用射线胶片)，放在被透照试件的背面接受透过试件后的Χ射线。胶片曝光后经暗室处理，就会显示出物体的结构图像。根据胶片上影像的形状及其黑度 图3 X射线照相原理示意图 的不均匀程度，就可以评定被检测试件中有无缺陷及缺陷的性质、形状、大小和位置。此法的优点是灵敏度高、直观可靠、重复性好， 是

Χ射线检测法中应用最广泛的一种常规方法。由于生产和科研的需要，还可用放大照相法和闪光照相法以弥补其不足。 放大照相可以检测出材料中的微小缺陷。 3.2 电离检测法

当射线通过气体时与气体分子撞击，有的气体分子失去电子成为正离子，有的气体分子得到电子成为负离子，此即气体的电离效应。电离效应将会产生电离电流，电离电流的大小与射线的强度有关。如果将透过试件的X射线通过电离室测量射线强度，就可以根据电离室内电离电流的大小来判断试件的完整性。 这种方法对缺陷性质的判别较困难，只适用于形状简单、表面工整的工件，应用较少。 3.3 荧光屏直接观察法

将透过试件的射线投射到涂有荧光物质的荧光屏上时，在荧光屏上会激发出不同强度的荧光来，利用荧光屏上的可见影像直接辨认缺陷。这种方法成本低，适用于形状简单、要求不严格的产品的检测。 3.4 电视观察法

电视观察法是荧光屏直接观察法的发展，将荧光屏上的可见影像通过光电倍增管增强图像，再通过电视设备显示。这种方法检测灵敏度比照相法低，对形状复杂的零件检测困难。

4 X射线检测的应用

目前X射线检测应用最广的仍然是照相法，因此本文主要介绍X射线照相技术的应用。 4.1 典型工件的透照方向选择 4.1.1 平板型工件

让X射线从前方照射，胶片放在被检查部位的后面，如图4所示。

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4.1.2 圆管

特别注意胶片与被检部位紧密贴合，并使锥形中心的辐射线与被检区域中心的切面垂直。

1）环缝外透法：胶片在内，射线由外向里穿过单层壁厚对焊缝进行透照。

2）环缝内透法：胶片在外，射线由里向外照射，特别适用于壁厚大直径小的管子。 3）双壁双影法：射线源在工件外侧，胶片放在射线源对面的工件外侧，射线透过双层壁厚把工件两侧都投影到胶片上的透照方法称为双壁双影法。外径小于等于89mm的管子对接焊缝可采用此法透照。透照时，为了避免上、下层焊缝的影像重叠，射线束方向应有适当倾斜。

4）双壁单影法：缩小焦距，使上层管壁中的缺陷模糊，从而得到下层管壁的清晰图像。

图4 平板型工件透照方向

4.1.3 角形件

检验此类工件时，X射线照射的方向多为其角的二等分线方向。 4.1.4 厚度变化剧烈的物体的透照

这些物体可以通过采用两种感光度不同的胶片，感光快的底片上观察厚处，感光慢的底片上观察薄处；按材料厚薄单独曝光；对薄处采用密度相近的材料补偿；采用金属增感屏；不增感曝光等方法来处理。 4.2 常见缺陷及其影像特征 4.2.1 铸件中常见的缺陷

1）气孔：因铸模通气性不良等原因，使铸件内部分气体排不出来而形成气孔。气孔大部分接近表面，在底片上的影像呈圆形或椭圆形，也有不规则形状的，一般中心部分较边缘稍黑， 轮廓较清晰，如图5所示。

2）疏松：浇铸时局部温差过大，在金属收缩过程中，邻近金属补缩不良，产生疏松。疏松多产生在铸件的冒口根部、厚大部位、厚薄交界处和具有大面积的薄壁处。在底片上的影像呈轻微疏散的浅黑条状（羽毛状）或疏散的云雾状（海绵状），严重的呈密集云雾状或树枝状，如图6所示。

3）缩孔：铸件的缩孔在底片上呈树枝状、细丝或锯齿状的黑色影像。

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本文来源：https://www.bwwdw.com/article/l0h2.html