第三章 射线探伤

X射线管5内的阴极灯丝7由阴极 变压器2的次级加热至炽热，产 生热发射电子6。所产生的热电 子在加在阴、阳极间的高电压 所形成的强电场作用下被加速， 被加速的热电子获得很大动能。 这些被加速的热电子高速射向 阳极靶4，到达阳极靶后，电子 将全部动能交出。其中99%的动 能转化为热能，而仅只有1%的 热能转化为X光能。由于阳极靶 是倾斜放置的（与垂直方向夹 角为20度从阳极靶上发出的X射 线从X光管的窗口射出。 P30图3一3“X光管结构示意图”
② 按射线束的辐射方向分类
又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 力容器环形焊缝的检测。由于它一次曝光可以检测 整条环缝，所以工作效率特别高。 ▲ 此外，还有一些特殊用途的X射线机，例如：软 X射线机（管电压在60KV以下），用于检测金属薄 件、非金属材料等低原子序数物质内部缺陷。微焦 点X射线机（通常为0.01一0.1mm，微焦点最小为 0.005mm），适用于近焦距拍片，用于检测半导体 器件、集成电路内部结构及焊接质量。
3一2射线探伤设备简介
⒈ X射线获得及X射线机 ⑴ X射线获得 ●X射线在X射线机的X光管中 产生。 ● X射线机的主要组成： (见下页)
①X光管（是一个有一定真空度的玻璃容器。一端 有一个由W丝制成的阴极，相对的另一端有一个由 W制成的中空阳极靶。 P30图3一3“X光管结构示意 图” ） ②阴极变压器（输出电压2一10V、电流2一30mA， 用于阴极灯丝的加热。） ③高压变压器（输出几十伏——500KV电压。） ④高压整流器（经整流后直流电压加在阴、阴极 上，获得高压电场加速热电子。） ⑤冷却器（将冷却液〈常用变压器绝缘油〉泵入 中空阳极进行冷却。） ●自整流式X光机说明X射线的产生(见下页)
几种典型加速器性能
⒋ 射线探伤设备选择
初步选择时主要应考虑因素是： ①射线可穿透材料厚度、②显像质量、 ③曝光时间、④检测装置对位和移动 的难易程度等。 ★其中最主要的是射线可穿透材料厚度。 ★各种射线检测使用范围可参照P37图3—8“各种探
伤设备使用范围”和表3—5“不同厚度钢采用射线 探伤设备”。
⒋ 射线照相法探伤原理
图中射线在构件中及缺陷中的线衰减系数分别是：无 缺陷部位为μ；缺陷部位为μ′ 。根据衰减定律，透过无缺 陷部位X厚的射线强度为：
透过缺陷部分的射线强度为：
也就是说射线穿透工件后，有缺陷地方 的强度与无缺陷处的强度是不一样的。 若在工件的下方（紧贴工件）放一张X 光工业胶片，胶片受X光照射可以感光。 由于有缺陷地方的射伐强度与无缺陷处 的射结强度是不一样的，所以它反映在 胶片上的感光程度将是不同的。我们即 可在感光后的胶片（X光底片）上通过 这一不同判断出缺陷的性质、尺寸及缺 陷产生的部位。
厚壁钢焊件；铸件
C3、C4（T2）
C5（T3） C6（T4）
（3）增感屏
① 作用：1) 增感作用。2) 滤波作用。 ◆增感பைடு நூலகம்用: 射线胶片吸收入射射线的能量很 少，一般仅为1%左右，为了更多地吸收射线 的能量，缩短曝光时间，常使用增感屏与胶 片一起进行射线照相，利用增感屏吸收一部 分射线能量，增加胶片的感光量，达到缩短 曝光时间的目的。 ◆滤波作用: 金属增感屏可吸收射线中波长的 散射线，减少因散射线所引起的灰雾度提高 底片成像质量。
移 动 式 固 定 式
XY-3010定向
MG450定向
420
10
100
荷兰
几种X射线机主要参数
⒉ γ射线的获得及γ射线机
⑴ γ射线的获得
◆获得：由放射性同位素原子核衰变产 生。 ◆放射性同位素种类： 钴60 Co60、铱192 Ir192、铯137 Cs137、 铥170 Tm170、铈75 Se75。 ◆γ射线源有天然γ射线源和人工γ射线源 两种。
⑵γ射线机分类
γ射线机按其结构分为 ①携带式、②移动式和 ③爬行式三种。 ◆携带式γ射线机多采用Ir192、Cs137作射线 源，适合于较薄件的检测。 ◆ 移动式γ射线机多采用Co60作射线源，用于 厚件检测。 ◆爬行式γ射线机用于野外焊接管线的检测。
几种典型的γ射线机主要性能列于P36表3一3。
人工γ射线源：利用原子能反应堆或 加速器，用中子去轰击正常原子， 使正常原子核增加若干中子，所获 得的元素为原元素的放射性同位素。 例：钴60 ，Co60是利用原子能反应 堆或加速器，用中子去轰击钴59 ， Co59（质子数为27，而中子数为32， 质量为59）使其原子核增加一个中 子，变成放射性同位素钴60 ，Co60。
胶片系统类别（GB/T3323-2005）
胶片系统类别
C1、C2（T1） C3、C4（T2） C5（T3） C5（T3）
粒度
很细 细 中 粗
感光度
很慢 慢 中 快
对比度
很高 高 中 低
各类胶片主要应用场合
胶片类型 C1、C2（T1 ） 主要应用场合 电子元器件；结构照相；薄壁焊 件；复合材料；非金属材料 电子元器件；轻金属焊件；铸件； 钢焊件； 钢焊件；铸件；轻金属厚铸件
便携 式
TI-F S301 PI-104H
移动 式
TK-100 PC-501
爬行 式
M10
⒊ 加速器
加速器分有： ①电子直线加速器、②电子感应加速器、③电子 回旋加速器三种。目前应用最广泛的是电子直 线加速器。 具有如下优点： ① 射线束能量、强度、方向均可精确控制。 ② 能量最高可达35MeV，探伤钢铁透照厚度可达 500mm。 ③ 焦点尺寸小。（电子感应加速器为0.1一 0.2x2mm2，电子直线加速器略大些） ④ 探伤灵敏度高达0.5%一1%。
▲ 焦点分为实际 焦点和有效焦点：
▲实际焦点：阳极靶 上热电子轰击的面积 （图中2）。 ▲有效焦点：实际焦 点在垂直于射线束轴 线上投影面积。（由 于阳极靶与射线束成20 度倾角，所以有效焦 点尺寸约为实际焦点 尺寸的1/3）（图中3）
⑵ X射线机分类 (2种分类方法)
① 按结构形式分类 按结构形式又分为： 1)携带式；2)移动式；3)固定式三种。 1)携带式X射线机因其体积小、重量轻，而适 用于施工现场和野外作业的检测工作。 2)移动式X射线机能在生产车间或实验室内移 动，适用于中、厚板件的检测。 3)固定式X射线机则固定在确定的工作环境中， 靠移动工件来完成检测任务。
入射到物体的射线，因为一部分能量被吸收、一部 分能量被散射而减弱，使其强度发生衰减。 单色平行射线入射物体后的衰减规律可用下式表 示： 式中 Iδ---射线穿透厚度为δ物体后的射线强度； I0---入射射线强度； δ-----透过物体的厚度； μ----线衰减系数。
也就是说射线穿透工件后，有缺陷地方的 ★上式表明，射线的强度是呈负指数规律 衰减的。它随透过物体的厚度和线衰减系 数的增加而增大。 ★ 线衰减系数μ值与射线的波长（λ）及被 穿透物质性质（原子序数Z、密度ρ）有关。 ▲ 对同样的物质，入射射线波长（λ）越 长，μ值越大； ▲ 对相同波长（或能量）的入射射线， 物质的原子序数Z越大，密度ρ越大，则μ值 也越大。
第三章 射线探伤 （RT）
3一1射线检测基本原理 ⒈ 射线种类 射线分有： ①X射线（波长为0.001-0.1nm,射线能量及强 度均可调节。探伤灵敏度一般为1%一2%。 ） ②γ射线（波长为0.0003-0.1nm,能量不能调节， 衰变速率也是固定的 .） ③高能密度X射线（指射线能量在1MeV以上 的X射线，焊缝探伤用高能密度X射线一般在 15一30MeV,探伤灵敏度较高（0.5%一1%） ）
缺陷部分μ′ 分如下两种情况： （1）当μ′ < μ时（缺陷为气孔、夹渣、
未熔合、未焊透等，即缺陷部位透过射 线强度大于周围完好部位） ，I′> IX。 缺陷在射线照相法探伤的底片上呈黑色 影象，在电视屏幕上呈灰白色影象。 （2）当μ′ > μ时（缺陷为夹钨，即缺陷 部位透过射线强度小于周围完好部位）， I′< IX。缺陷在射线照相法探伤的底片上 呈白色影象，在电视屏幕上呈黑色影象。
1—射线源 2—铅光阑 3—滤板 4— 象质计、标记 带 5—铅遮板 6—工件 7— 滤板 8--底部 铅板 9—暗盒、 胶片、增感屏 10—铅罩
（1）射线源： X射线机、γ射线机、加速器。 （2）射线胶片： 类型：①增感型胶片、 ②非增感型胶片（直 接型胶片）。 ◆增感型胶片适于与荧光增感屏一起使用. ◆非增感型胶片适于与金属增感屏一起使用或 不用增感屏直接使用。 ◆IS011699（国际标准化组织）和EN584一1提 出将射线胶片分为六类，即C1、C2、C3、C4、 C5、C6类。
★ 放射性同位素：原子核内质子数（原子序数）相同， 而中子数不同的原子称为放射性同位素。 ★ 衰变常数：衰变过程与外界的物理一化学条件无关。 单位时间衰变的原子核数（即衰变速度）是恒定的。这一 恒定的衰变速度被称为衰变常数，记作λ。 ★ 半衰期：γ射线源的强度衰减至一半所需时间。 ◈ 钴60 60Co半衰期：5.3年。 可透照厚度：40一200mm ◈ 铱192 192Ir半衰期：73天。 可透照厚度：20一100mm ◈ 铯137 137Cs半衰期：30年。 可透照厚度：25一90mm ◈ 铥170 170Tm半衰期：128天。可透照厚度：≤5mm ◈ 铈75 75Se半衰期：120天。 可透照厚度：10一40mm
几种典型γ射线机性能
类型 型号 γ源 Ir192 Ir192 Ir192 Co60 Co60 Ir192 3x2 4x4 4.2x5.5 容量 重量 钢铁透 焦点尺寸 （Ci） /Kg 照范围 （mm） /平方mm 3x3 100 140 10 100 50 60 15 20 21 140 585 30 30～250 10～80 德围 日本 中国丹 东 日本 德国 备注
★ P34表3一2列出了几种典型X射线机主要性能。
P34表3-2几种典型X 射线机类型及特点