399212195oec4KvkJMaU2解析.docx
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毕业论文
论文题目：
X射线在无损检测中的应用
姓名：
班级：
指导教师：
毕业设计主要内容
非破坏性检测，就是在不破坏待测物质原来的状态、化学性质等前提下，为获取与待测物的品质有关的内容、性质或成分等物理、化学情报所采用的检查方法
具体要求
主要参考文献
指导教师评语及能否参加答辩的意见：
指导教师
200年月日
答辩委员会评语及综合评定成绩：
答辩委员会主任签名
200年月日
系主任意见：
系主任签名
200年月日
第一章无损检测介绍
1.什么是无损检测
无损检测是工业发展必不可少的有效工具，在一定程度上反映了一个国家的工业发展水平，其重要性已得到公认。
我国在1978年11月成立了全国性的无损检测学术组织——中国机械工程学会无损检测分会。
此外，冶金、电力、石油化工、船舶、宇航、核能等行业还成立了各自的无损检测学会或协会；部分省、自治区、直辖市和地级市成立了省（市）级、地市级无损检测学会或协会；东北、华东、西南等区域还各自成立了区域性的无损检测学会或协会。
在无损检测的基础理论研究和仪器设备开发方面，我国与世界先进国家之间仍有较大的差距，特别是在红外、声发射等高新技术检测设备方面更是如此。
常用的无损检测方法：
射线检测检验（RT），超声检测（UT），磁粉检测（MT）和液体渗透检测（PT）四种。
其他无损检测方法：
涡流检测（ET）、声法检测（AT）、热像/红外（TIR）、泄漏试验（LT）、交流场测量技术（ACFMT）、漏磁检验（MFL）、远场测试检测方法（RFT）等。
2．无损检测的应用特点
不损坏试件材质、结构
无损检测的最大特点就是能在不损坏试件材质、结构的前提下进行检测，所以实施无损检测后，产品的检查率可以达到100%。
但是，并不是所有需要测试的项目和指标都能进行无损检测，无损检测技术也有自身的局限性。
某些试验只能采用破坏性试验，因此，在目前无损检测还不能代替破坏性检测。
也就是说，对一个工件、材料、机器设备的评价，必须把无损检测的结果与破坏性试验的结果互相对比和配合，才能作出准确的评定。
正确选用实施无损检测的时机
无损检测系统
在无损检测时，必须根据无损检测的目的，正确选择无损检测实施的时机。
正确选用最适当的无损检测方法
由于各种检测方法都具有一定的特点，为提高检测结果可靠性，应根据设备材质、制造方法、工作介质、使用条件和失效模式，预计可能产生的缺陷种类、形状、部位和取向，选择合适的无损检测方法。
综合应用各种无损检测方法
任何一种无损检测方法都不是万能的，每种方法都有自己的优点和缺点。
应尽可能多用几种检测方法，互相取长补短，以保障承压设备安全运行。
此外在无损检测的应用中，还应充分认识到，检测的目的不是片面追求过高要求的“高质量”，而是应在充分保证安全性和合适风险率的前提下，着重考虑其经济性。
只有这样，无损检测在承压设备的应用才能达到预期目的。
3．常用的无损检测方法
无损检测方法很多，据美国国家宇航局调研分析，其认为可分为六大类约70余种。
但在实际应用中比较常见的有以下五种，也就是我们所说的常规的无损检测方法：
目视检测VisualTesting（缩写VT）；
超声检测UltrasonicTesting（缩写UT）；
射线检测RadiographicTesting（缩写RT）；
磁粉检测MagneticparticleTesting（缩写MT）；
渗透检测PenetrantTesting（缩写PT）；
涡流检测EddyCurrentTesting（缩写ET）；
声发射Acousticemission（缩写AE）。
4.非常规无损检测方法
声发射AcousticEmission（缩写AE）；
涡流检测EddycurrentTesting（缩写ET）
泄漏检测LeakTesting（缩写LT）；
衍射波时差法超声检测技术TimeofFlightDiffraction（缩写ToFD）；
导波检测GuidedWaveTesting；
5.X射线无损检测的重要性
X射线无损检测应用领域非常广泛，在材料测试、食品检测、制造业、电器、仪器仪表、电子、汽车零部件、医学、生物学、军工、考古、地质等领域都有不俗的表现。
。
材料测试
铝铸件：
在无损检测领域（NDT），铸件检测是一个最典型的应用。
铝铸件的市场在稳步增长，特别是一些关键的安全部件（例如汽车制造业中的一些铸件）生产厂商必须对他的客户保证其产品的质量是信得过的，而铝铸件的砂眼或其他内部隐蔽缺陷可能会对其最终用户造成剧烈的伤害。
下面的数字X射线图像很清晰的展示了铝铸件的多孔渗水砂眼。
一张简单的X射线图像，使得许多造成次品的原因一目了然。
使用自动化数字X射线无损检测系统可以实现在线100%的检查，从而实现0故障率。
可塑型材：
型材上的通气孔是不受欢迎的，因为这些通气孔可能会造成交接部分的脆弱或者降低型材的坚固性。
X射线检测以其高效的无损探伤能力使得保证其质量成为可能。
涡轮叶片：
涡轮叶片通常都安装在一些通道（系统）内，在工作时，冷空气从它们中间流过。
因为其弯曲的几何结构，采用超声波等其他无损探伤技术变得非常困难。
而X射线无损检测系统就可以检测制冷系统中的涡轮叶片的破损或故障。
第二章射线的产生、性质及其衰减
第一节射线的产生及其性质
1．X射线的产生
用来产生X射线的装置是X射线管。
它由阴极、阳极和真空玻璃（或金属陶瓷）外壳组成，其简单结构和工作原理如图7-1所示。
阴极通以电流加热至白炽时，其阳极周围形成电子云，当在阳极与阴极间施加高压时，电子为阴极排斥而为阳极吸引，加速穿过真空空间，高速运动的电子束集中轰击靶子的一个面积（几平方毫米左右、称实际焦点），电子被阻挡减速和吸收，其部分动能（约1%）转换为X射线,其余99%以上的能量变成热能。
2．与探伤有关的X射线的性质
⑴不可见，以光速直线传播。
⑵不带电，不受电场和磁场的影响。
⑶具有可穿透可见光不能穿透的物质如骨骼、金属等的能力，并且在物质中有衰减的特性。
⑷可以使物质电离，能使胶片感光，亦能使某些物质产生荧光。
⑸能起生物效应，伤害和杀死细胞。
2.γ射线的产生及其特性
γ射线是由放射性物质（60Co、192Ir等）内部原子核的衰变过程产生的。
γ射线的性质与X射线相似，由于其皮长比X射线短，因而射线能量高，具有更大的穿透力。
例如，目前广泛使用的γ射线源60Co，它可以检查250mm厚的铜质工件、350mm厚的铝制工件和300mm厚的钢制工件。
3．高能X射线的产生及其特性
高能X射线是指射线能量在1MeV以上的X射线。
它主要是通过加速器使灯丝释放的热电子获得高能量后撞击射线靶而产生的。
加速器产生的高能X射线，其射线束能量、强度和方向均可精确控制，能量可高达35MeV，对钢铁的探伤厚度达500mm。
高能X射线虽然具有一般X射线的性质，但是由于其能量很大，因此其特性不同于一般X射线，主要表现在：
穿透力
工业探伤用的高能X射线能量一般在15～30MeV范围，可穿透一般X射线及γ射线不能穿透的工件，它对于解决大厚件的探伤问题是很有成效的。
灵敏度
高能X射线装置产生的能量有40%～50%可以转变成X射线，其余的变成热能，故高能X射线装置的散热问题不大，从而可以制成很小的焦点（一般在0.3～1mm）来提高探伤灵敏度。
高能X射线探伤灵敏度高达0.5%～1%,而一般X射线探伤灵敏度只有1%～2%。
透照幅度
高能X射线能量很高，而且其装置产生的能量转换成射线的效率也高，产生的射线也多，因此比一般X射线探伤所需的曝光时间短得多，故散射线少。
这样不仅可以得到清晰的底片，而且它透照零件的厚度差的幅度也很宽，厚度相差一倍而不用补偿时，在底片上也可以得到清晰的图像。
4．射线的衰减
当射线穿透物质时，由于物质对射线有吸收和散射作用，从而引起射线能量的衰减。
射线在物质中的衰减是按照射线强度的衰减是呈负指数规律变化的,以强度为I0的一束平行射线束穿过厚度为δ的物质为例，穿过物质后的射线强度为：
I=I0e－μδ
式中 I—－射线透过厚度δ的物质的射线强度；
I0—－射线的初始强度；
e—－自然对数的底；
δ—－透过物质的厚度；
μ—－衰减系数（㎝-1）。
第二节x射线探伤的方法及其原理
1．射线照相法
射线照相法是根据被检工件与其内部缺陷介质对射线能量衰减程度的不同，使得射线透过工件后的强度不同，使缺陷能在射线底片上显示出来的方法。
如图7-2所示，平行射线束透过工件时，由于缺陷内部介质（如空气、非金属夹渣等）对射线的吸收能力比基本金属对射线的吸收能力要低得多，因而透过缺陷部位（图中A、B）的射线强度高于周围完好部位（如C处）。
在感光胶片上，对应有缺陷部位将接受较强的射线曝光，经暗室处理后将变得较黑（图中A、B处黑度比C处大）因此，工件中的缺陷通过射线照相后就会在底片上产生缺陷影迹。
这种缺陷影迹的大小实际上就是工件中缺陷在投影面上的大小。
2．射线荧光屏观察法
荧光屏观察法是将透过被检物体后的不同强度的射线，再投射在涂有荧光物质的荧光屏上，激发出不同强度的荧光而得到物体内部的影象的方法。
此法所用设备主要由X射线发生器及其控制设备﹑荧光屏﹑观察和记录用的辅助设备﹑防护及传送工件的装置等几部分组成。
检验时，把工件送至观察箱上，X射线管发出的射线透过被检工件，落到与之紧挨着的荧光屏上，显示的缺陷影象经平面镜反射后，通过平行于镜子的铅玻璃观察。
荧光屏观察法只能检查较薄且结构简单的工件，同时灵敏度较差，最高灵敏度在2%～3%，大量检验时，灵敏度最高只达4%～7%，对于微小裂纹是无法发现的。
3．射线实时成象检验
射线实时成象检验是工业射线探伤很有发展前途的一种新技术，与传统的射线照相法相比具有实时，高效、不用射线胶片、可记录和劳动条件好等显著优点。
由于它采用X射线源，常称为X射线实时成象检验。
国内外将它主要用于钢管、压力容器壳体焊缝检查；微电子器件和集成电路检查；食品包装夹杂物检查及海关安全检查等。
这种方法是利用小焦点或微焦点X射线源透照工件，利用一定的器件将X射线图象转换为可见光图象，再通过电视摄象机摄象后，将图象直接或通过计算机处理后再显示在电视监视屏上，以此来评定工件内部的质量。
通常所说的工业X射线电视探伤，是指X光图象增强电视成象法，该法在国内外应用最为广泛，是当今射线实时成象检验的主流设备，其探伤灵敏度已高于2%，并可与射线照相法相媲美。
4．射线计算机断层扫描技术
计算机断层扫描技术，简称CT（Computertomography）。
它是根据物体横断面的一组投影数据，经计算机处理后，得到物体横断面的图象。
所以，它是一种由数据到图象的重组技术。
射线源发出扇形束射线，被工件衰减后的射线强度投影数据经接收检测器（300个左右，能覆盖整个扇形扫描区域）被数据采集部采集，并进行从模拟量到数字量的高速A/D转换，形成数字信息。
在一次扫描结束后，工作转动一个角度再进行下一次扫描，如此反复下去，即可采集到若干组数据。
这些数字信息在高速运算器中进行修正﹑图象重建处理和暂存，在计算机CPU的统一管理及应用软件支持下，便可获得被检物体某一断面的真实图象，显示于监视器上。
第二节X射线探伤设备简介
射线探伤常用的设备主要有X射线机、γ射线机等，它们的结构区别较大。
一．X射线机
1．1X射线机的分类和用途
X射线机即X射线探伤机，按其结构形式分为携带式、移动式和固定式三种。
携带式X射线机多采用组合式X射线发生器，体积小，重量轻，适用于施工现场和野外作业的工件探伤；移动式X射线机能在车间或实验室移动，适用于中、厚焊件的探伤；固定式X射线机则固定在确定的工作环境中靠移动焊件来完成探伤工作。
X射线机亦可按射线束的辐射方向分为定向辐射和周向辐射二种。
其中周向X射线机特别适用于管道、锅炉和压力容器的环形焊缝探伤，由于一次曝光可以检查整个焊缝，显著提高了工作效率。
移动式X射线探伤机
2．Ｘ射线管
Ｘ射线管是Ｘ射线机的核心部件，是由阴极、阳极和管套组成的真空电子器件，其结构如图7-6所示。
图7-6
（1）管套 它是Ｘ射线管的外壳。
为了使高速电子在Ｘ射线管内运动时阻力减小，管内要求有较高的真空度，一般在1.33×10—4Pa以上。
（2）阴极 Ｘ射线管的阴极起着发射电子和聚集电子的作用。
它主要由发射电子的钨丝和聚焦电子的聚集罩（纯铁或纯镍制成的凹面形）组成。
Ｘ射线管内阳极焦点的形成取决于阴极的形状。
（3）阳极 Ｘ射线是从射线管的阳极发出的。
整个阳极构造包括阳极靶（钨等）、阳极体和阳极罩（铜，导电和散热）三部分。
一般阳极靶与管轴垂直方向约成200倾角，X射线束则形成一个约400圆锥向外辐射。
由于X射线管能量转换率很低，阳极靶接受电子轰击的动能绝大部分转换为热能而被阳极吸收，因此阳极的冷却至关重要。
目前采用的冷却方式主要有辐射散热及油、水冷却等。
（1）焦点 Ｘ射线管的焦点是决定X射线管光学性能好坏的重要标志，焦点大小直接影响探伤灵敏度。
技术指标中给出的焦点尺寸通常是有效焦点。
因为影响透照清晰度和灵敏度的主要是有效焦点的大小。
由于阳极靶块与射线束轴线一般成200倾斜角，所以有效焦点大约是实际焦点的1/3。
3．X射线机的组成
X射线机通常由X射线管、高压发生器、控制装置、冷却器、机械装置和高压电缆等部件组成。
携带式X射线机是将X射线管和高压发生器直接相连构成组合式X射线发生器，省去了高压电缆，并和冷却器一起组装成射线柜，为了携带方便一般也没有为支撑机器而设计的机械装置。
4．X射线机选择
（1）根据工作条件选择 X射线机按其可搬动性分为携带式和移动式两大类。
携带式轻便，易于搬动。
移动式X射线机比较重，组件多，但管电压﹑管电流可以制作得较大，其线路结构和安全可靠性也较好。
因此对于零件较小，可以集中在地面工作的，宜选用移动式X射线机。
对于零件较大﹑需在高空或地下工作的，宜选用携带式X射线机
（2）根据被透物体的结构和厚度选择 X射线机是利用射线机透过被检验物质来发现其中是否有缺陷的。
所以，首先关心的是X射线机能否穿透欲检验物质的材料或焊缝。
X射线穿透能力取决于X射线的能量和波长。
X射线管的管电压愈高，发射的X射线波长愈短，能量愈大，透过物质的能力愈强。
因此，选择管电压高的X射线机可以得到高的穿透能力。
另外，X射线穿透过不同的物质时，物质对射线的衰减能力不同。
一般来说，被透照物质原子序数愈大﹑密度愈大则对射线衰减的能力愈大。
因此，透照轻金属或厚度较薄的工件时，宜选用管电压低的X射线机，透照重金属或厚度较大的工件时，宜选用管电压高的X射线机。
二、γ射线机
γ射线机按其结构形式分为携带式﹑移动式和爬行式三种。
携带式γ射线机多采用60Co作射线源，用于较厚工件的探伤。
爬行式γ射线机主要用于野外焊接管线的探伤。
γ射线机具有以下优点：
穿透力强，最厚可透照300mm钢材；透照过程中不用水和电，因而可在野外、对带电高压电器设备、高空、高温及水下等多种场合下工作，可在X射线机和加速器无法达到的狭小部位工作。
主要缺点是：
半衰期短的γ源更换频繁；要求有严格的射线防护措施；探伤灵敏度略低于X射线机。
三、加速器
加速器是一种利用电磁场使带电粒子（如电子、质子、氘核、氦核及其他重离子）获得能量的装置。
用于产生高能X射线的加速器主要有电子感应式、电子直线式和电子回旋式三种。
目前应用最广大的电子直线加速器。
由于加速器能量高，射线焦点尺寸小，探伤灵敏度高，且其射线束能量、强度与方向均可精确控制，其应用已日益广泛。
第三节 焊缝射线照相法探伤
射线照相法具有灵敏度较高﹑所得射线底片能长期保存等优点，目前在国内外射线探伤中，应用最为广泛。
射线照相法探伤法是通过底片上缺陷影象，对照有关标准来评定工件内部质量的。
对于焊接射线探伤而言，我国已经制订了国家标准。
以下介绍射线照相中的各项主要技术。
一、象质等级的确定
象质等级就是射线照相质量等级，是对射线探伤技术本身的质量要求。
我国将其划分为三个级别：
A级——成象质量一般，适用于承受负载较小的产品和部件。
AB级——成象质量较高，适用于锅炉和压力容器产品及部件。
B级——成象质量最高，适用于航天和核设备等极为重要的产品和部件
不同的象质等级对射线底片的黑度﹑灵敏度均有不同的规定。
为达到其要求，需从探伤器材﹑方法﹑条件和程序等方面预先进行正确选择和全面合理布置，对给定工件进行射线照相法探伤时，应根据有关规定和标准要求选择适当的象质等级。
二、探伤位置的确定及其标记
在探伤工件中，应按产品制造标准的具体要求对产品的工作焊缝进行全检即100%检查或抽检。
抽检面有5%﹑10%﹑20%﹑40%等几种，采用何种抽检面应依据有关标准及产品技术条件而定。
对允许抽检的产品，抽检位置一般选在：
可能或常出现缺陷的位置；危险断面或受力最大的焊缝部位；应力集中部位；外观检查感到可疑的部位。
1．探伤位置的确定
图7-7所示压力容器（Ⅰ类）是由两节筒体和两个封头对接焊成，其钢板厚度为12mm。
根据《压力容器监察规程》，可对探伤位置确定如下：
⑴筒体与封头连接部位，因此1～5﹑31～45二条环焊缝应100%探伤，共拍片30张。
⑵筒节纵环逢交叉部位，因此中间环焊缝16～17﹑23～24二区段必须探伤。
另外，根据规定，除16～17﹑23～24二个区段外，尚需再自行增加一个探伤区段。
⑶筒体纵缝X—321上的0～1﹑6～7二区段占焊缝长度的28%；X—322的0～1﹑7～8二区段已占焊缝长度25%，均大于20%的要求。
2．标记
对于选定的焊缝探伤位置必须进行标记，使每张射线底片与工件被检部位能始终对照，易于找出返修位置。
标记内容主要有：
1）定位标记 包括中心标记﹑搭接标记。
2）识别标记 包括工件编号﹑焊缝编号﹑部位编号﹑返修标记等。
3）B标记 该标记应贴附在暗盒背面，用以检查背面散射线防护效果。
若在较黑背景上出现“B”的较淡影象，应予重照。
另外，工件也可以采用永久性标记（如钢印）或详细的透照部位草图标记。
三、射线能量的选择
射线能量的选择实际上是对射线源的kV﹑MeV值或γ源的种类的选择。
射线能量愈大，其穿透能力愈强，可透照的工件厚度愈大。
但同时也带来了由于衰减系数的降低而导致成象质量下降。
所以在保证穿透的前提下，应根据材质和成象质量要求，尽量选择较低的射线能量。
四、胶片与增感屏的选取
1．胶片的选取
射线胶片不同于普通照相胶卷之处是在片基的两面均涂有乳剂，以增加射线敏感的卤化银含量，通常依卤化银颗粒粗细和感光速度快慢，将射线胶片予以分类。
探伤时可按检验的质量和象质等级要求来选用，检验质量和象质等级要求高的应选用颗粒小、感光速度慢的胶片。
反之则可选用颗粒较小、感光速度较快的胶片。
2．增感屏的选取
射线照相中使用的金属增感屏，是由金属箔（常用铅﹑钢或铜等）粘合在纸基或胶片片基上制成。
其作用主要是通过增感屏被射线投射时产生的二次电子和二次射线，增强对胶片的感光作用，从而增加胶片的感光速度。
同时，金属增感屏对波长较长的散射线有吸收作用。
这样，由于金属增感屏的存在，提高了胶片的感光速度和底片的成象质量。
金属增感屏有前﹑后屏之分。
前屏（覆盖胶片靠近射线源的一面）较薄，后屏（覆盖胶片背面）较厚。
其厚度应根据射线能量进行适当的选择。
五、灵敏度的确定及象质计的选用
灵敏度是评价射线照相质量的最重要的指标，它标志着射线探伤中发现缺陷的能力。
灵敏度分绝对灵敏度和相对灵敏度。
绝对灵敏度是指在射线底片上所能发现的沿射线穿透方上的最小缺陷尺寸。
相对灵敏度则用所能发现的最小缺陷尺寸在透照工件厚度上所占的百分比来表示。
由于预先无法了解沿射线穿透方向上的最小缺陷尺寸，为此必须采用已知尺寸的人工“缺陷”——象质计来度量。
象质计有线型﹑孔型和槽型三种，探伤时，所采用的象质计必须与被检工件材质相同，其放置方式应安放在焊缝被检区长度1/4处，钢丝横跨焊缝并与焊缝轴线垂直，且细丝朝外。
在透灵敏度相同情况下，由于缺陷性质﹑取向﹑内含物的不同，所能发现的实际尺寸不同。
所以在达到某一灵敏度时，并不能断定能够发现缺陷的实际尺寸究竟有多大。
但是象质计得到的灵敏度反映了对于某些人工“缺陷”（金属丝等）发现的难易程度，因此它完全可以对影象质量作出客观的评价。
六、透照几何参数的选择
1．射线焦点大小的影响
射线焦点的大小对探伤取得的底片图象细节的清晰程度影响很大，因而影响探伤灵敏度。
焦点为点状时，得到的缺陷影象最为清晰，底片上的黑度由D2急剧过度到D1。
而当焦点为直径d的圆截面时，缺陷在底片上的影象将存在黑度逐渐变化的区域ug，称为半影。
它使得缺陷的边缘线影象变得模糊而降低射线照相的清晰度。
且焦点尺寸愈大，半影也愈大，成象就愈不清晰。
所以，探伤时应当尽量减小焦点尺寸。
2．透照距离的选择
焦点至胶片的距离称为透照距离，又称焦距。
在射线源选定后，增大透照距离可提高底片清晰度，也增大每次透照面积。
但同时也大大削弱单位面积的射线强度，从而使得曝光时间过长。
因此，不能为了提高清晰度而无限地加大透照距离。
探伤通常采用的透照距离为400～700mm。
九、曝光规范的选择
曝光规范是影响照相质量的重要因素。
Ｘ射线探伤的曝光规范包括管电压、管电流、曝光时间及焦距等四个参数。
其中管电流与暴光时间的乘积称为曝光量。
γ射线探伤的曝光规范包括射线源种类、剂量、曝光时间及焦距四个内容。
射线剂量反映了射线强度，它和曝光时间的乘积称为曝光量。
曝光量决定底片的感光量，即直接影响底片黑度。
实际射线探伤中利用曝光曲线进行曝光规范的选择。
第四节 焊缝射线底片的评定
射线底片的评定工作简称评片，由二级或二级以上探伤人员在评片室内利用观片灯﹑黑度计等仪器和工具进行该项工作。
评片工作包括底片质量的评定﹑缺陷的定性和定量﹑焊缝质量的评级等内容。
一、底片质量的评定
射线照相法探伤是通过射线底片上缺陷影象来反映焊缝内部质量的。
底片质量的好坏直接影响对焊缝质量评价的准确性。
因此，只有合格的底片才能作为评定焊缝质量的依据。
合格底片应当满足如下各项指标的要求：
1．黑度值
黑度是射线底片质量的一个重要指标。
它直接关系到射线底片的照相灵敏度。
射线底片只有达到一定的黑度，细小缺陷的影象才能在底片上显露出来。
2．灵敏度
射线照相灵敏度是以底片上象质计影象反映的象质指数来表示的。
因此，底片上必须有象质计显示，且位置正确，被检测部位必须达到灵敏度要求。
3．标记系
底片上的定位标记和识别标记应齐全，且不掩盖被检焊缝影象。
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