射线无损检测讲解

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1、射线无损检测 射线检测的基本原理 射线在穿过物质的过程中将发生衰减而使其强度 降低，衰减的程度取决于被检测材料的种类，射 线种类以及穿透的距离，利用各部位对入射射线 的衰减不同，透射射线的强度分布将不均匀。由 此，可检测出物体表面或内部的缺陷，包括缺陷 的种类，大小和分布情况。 射线检测的优点 检测结果直观：图像信息。 缺陷定性比较容易(如气孔，夹杂等)，定量，定位也比 较方便。 检测结果可以保存。 适用对象广，对材料的种类（金属，非金属及复合材料 ）及工件的形状几乎没有限制。 射线检测的局限性 检测成本高。 对体积型缺陷检测的灵敏度较高，对平面型缺陷的检测 灵敏度较低。（如裂纹，射线方向与其

2、垂直时不易检测 ，平行时才能。） 需双面法检测。 存在安全隐患，应注意射线防护。 射线检测的应用 目前主要应用于： （1）机械，兵器，船舶，电子，石油化工， 土木工程，航空航天等领域中的铸件和焊缝 的检测。 （2）机场，车站，码头，海关等的安全检 查。 （3）也可以用来检测材料的厚度。 射线检测方法 传统方法： （按观察方法分类） 照相法 电离检测法 荧光屏直接观察法 电视观察法 线源：X，中子等 新进展： 射线 直接数字成像 数字实时成像 透照的技术指标选择 线源的选择 450mm 伽玛射线（穿透能力强但灵敏度低） 450mm X射线（或伽玛射线） 管电压、曝光量 通过改变管电压和曝光时间来

3、改变射线能量，以满足透 照不同厚度的要求。 曝光试验结果表明，管电压在 300kV、曝光量200 mAmin时混凝士透照厚度达400 mm 。 焦距 为了减少几何不清晰度，除了选择射线源外，主要是通 过改变焦距来实现。焦点尺寸越小、焦距越大、工件厚 度越小则几何不清晰度也越小。对厚度在100400 mm的 混凝土，建议焦距取为600 1 000 mm 照相法 胶片照相检测法的原理 ： 将感光材料（胶片） 置于备件试件后面，用 来接收透过试件后的射 线，因为胶片如光机的 摄影作用与感受到的射 线强度有直接的关系， 经过暗室处理后，就会 得到被检物的结构影 像。 电离检测法： 射线穿过气体时会产

4、生电离效应，产生电离 电流，电离电流的大小 与射线的强度有关。通 过对电流强度的测量， 根据其强度的分布来判 断试件的完整性。 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（ZnS或 CaS）的荧光屏上，激发 出荧光，成为可见影像 ，由此直接辨认被检测 件中是否存在缺陷。 电视观察法： 电视观察法是荧光屏直接观察法的发展，就是将 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。 X射线探伤机 主要类型 （1）按体积和重量，可分为固定式，移动式和便携 式。 （2）按辐射方向，可分为定向辐射和周向辐射两种。 （3）按穿透能力，可分为软X射线，硬X射线和高能X射 线探伤

5、机。 （4）按焦点大小，可分为普通焦点，细焦点，极细焦 点和微焦点X射线探伤机。 （5）按制冷方式，可分为循环水冷，循环风冷和强制 风冷三种类型。 移动式 管道爬行器 便携式 X射线探伤机的主要技术指标 （1）管电压：决定X射线的穿透能力，管电压越高 ，穿透能力越强，可检测的工件越厚。满足穿透 能力下尽量选用低电压，以减少散射影响，提高 清晰度。管电压越高，缺陷显现的灵敏度越低。 （2）管电流：影响检测时曝光时间的长短，管电流 越大，曝光时间越短，故管电流应尽可能大些。 （3）焦点形式及尺寸：形式有点焦点和线焦点；尺 寸指焦点的大小。焦点减小，有利于提高检测灵 敏度和检测分辨率。 灌浆空洞X射

6、线的实验研究 原因： 灌浆空洞是导致桥梁混凝土结构中钢材锈蚀或锈 断的主要原因，因此及早发现灌浆空洞对保障桥 梁安全性与耐久性至关重要。 选择方法 由于灌浆处于波纹管内部，若采用超声波法， 其反射波受到多个界面综合影响，很难明确判 断空洞情况。 由于桥梁中有金属波纹管存在，若采用电磁波 法，其反射波无法检测灌浆空洞的电磁特性。 由于穿过混凝土中钢材或空洞后的射线强度与 穿过混凝土本身后的射线强度不同，可以从底 片上的黑度差别判断混凝土的质量。故可以采 用射线法。原理 透照方法 空洞在垂直于射线方向上的大小和位置从底片上 可由肉眼判断。但空洞在平行于射线方向上，即 试件厚度方向上的大小和位置无法

7、直接用肉眼识 别，一般需采用设置人工梯形沟或二次摄像等方 法？进行测定分析。 胶片，增感屏和散乱线的屏蔽 采用增感型胶片与金属增感屏一起使用，以增加 膝片感光速度，减少射线透照时间。为提高透照 质量，透照前在胶片前后屏各加入厚003 mm铅 箔增感屏。 射线照相的灵敏度 采用丝质像质计来测定射线照片的射线照相灵敏度 ，以射线照片上可识别的像质计的最小细节尺寸 来表示射线照相灵敏度。 实验结果 图7为Pvc圆波纹管中只有钢绞线， 尚未灌浆时的射线照片。从图7中可 以看出，因波纹管内未灌浆，其黑 度大于试件本体，钢绞线之间空隙 有较明显的黑度，波纹管中预设的 断裂钢绞线的断裂位置清晰可见。 图8为

8、PvC圆波纹管内部分灌浆后的照 片，从图8可以看出，灌浆段与未灌 浆段黑度差别明显，灌浆段中的波纹 管空隙处黑度与试件本体基本一致， 波纹管未灌浆段黑度大于试件本体。 说明x射线照片可以准确反映PVC波纹 管中的灌浆情况。 射线检测技术 射线产生机理：放射性同位素发生衰变或 衰变之后，在激发态向稳定态跃迁过程中辐射出 的电磁波。跃迁是核内能级之间的跃迁。 射线机的基本结构： 源组件（ 射线源），源容器（主机体），输源管，驱动机构 ，附件。 射线线源Co60Ir192Se75Tm170 能量/MeV1.17，1.330.30，0.31， 0.47，0.60 0.13，0.260.052，0.08

9、4 半衰期5.3a74d120d128d 等效能量1.25MeV400KeV217KeV84KeV 适宜厚度(钢 )/mm 40200201001040=5 常用射线源的特性 中子射线检测 中子穿过物质时主要是与物质的原子核发生作用 ，与核外电子几乎没有作用。中子的吸收概率主 要决定与核的性质。 与X射线 射线不同，物质与中子相互作用对其的 吸收和衰减不随原子序数的增大而增大。原子序 数相邻的两种元素对中子的吸收可能相差殊 。衰 减系数大小是由该元素的中子截面决定的。 部分元素对热中子的质量吸收系数 描述中子射线的参数 强度：中子源单位时间内发射出来的中子数目 ，对于每次核反应释放一个中子的过

10、程，中子 强度等于单位时间内靶物质中发生的核反应 数。 能量：和中子的速度有关。0.1MeV以上称为快 中子，1keV以下称慢中子，之间的为中能中 子。10-2eV左右的中子相当于分子原子晶格处 于热运动平衡的能量，所以又叫热中子。 不同中子能量范围和特点 中子类类型能量范围围适用范围围 冷中子0.01eV当能量低于布拉格极限时 ，材料中的散射减少 热中子0.010.5eV对材料具有良好的鉴别能 力 超热中子0.5104eV热中子不能充分穿透的工 件可采用超热中子 谐振中子1100eV对特定材料有优异的鉴别 能力 快中子10320106eV对材料无鉴别能力 检测原理 中子源发生的中子束射向被检

11、测的物体，由于物 体的吸收和散射，中子的能量被衰减，衰减的程 度取决于物体的成分，穿过物体的中子束被影像 记录仪所接收而形成物体的射线照片。 注意:与X射线 射线不同，物质对中子的吸收和衰 减不随原子序数的增大。且中子穿过物质时主要 是与物质的原子核发生作用，与核外电子几乎没 有作用。 中子射线检测设备： 中子源，减速器，准直器，记录设备。 中子射线源类型 同位素中子源 加速器中子源 反应堆中子源 中子管式中子源：加速器中子源的另一种形式， 体积小，可用作移动式中子检测装置。 产生快中子，通过慢化剂变成热中子 产生热中子直接用于探伤 热中子射线检测主要应用： 高密度材料检测，如铅，铋，铀等；

12、高密度材料中的低原子序数物质检测； 放射性材料检测。 工业射线CT概念 一、工业射线CT概念 p CTComputed Tomography 即计算机断层成像技术 它根据物体横断面的一组投影数据，经过计 算及处理后，得到物体横断面的图像，所以它是 一种由数据到图像的重建技术。 ICTIndustrial Computed Tomography 即工业计算机断层成像技术，简称工业CT。 首先探测器测量射线透过物体的 强度变化（即探测器计数和的变化） ，然后输入计算机，通过CT图像重建 运算，重组出被检测部位的横断面图 像，即获得该层上下无重叠、对比度 很高的清晰图像。 二、工业射线CT工作原理

13、工业射线CT结构原理图（以X射线为源例） 工业CT系统组成示意图 技术指标： p空间分辨率 p密度分辨率 p扫描重建时间 射线源系统 探测器系统 数据采集系统 扫描机械系统 计算机系统 辅助系统 1. 能量：医院的一般在160KV，工业的覆盖 比较广，最高可达15MeV； 2. 剂量：医院的比较小，工业的比较大， 医院的考虑对人提辐射尽量做的小，工 业的有防护，剂量大图像质量好； 3. 检测对象：医院针对的是生物体，比如 人，工业的针对的是工业产品，比如零 件，电子器件等； 工业CT与医用CT对比 三、工业射线CT的特点 传统二维检测中的不足： p检测过程是一个三维到二维变换过程，不同 深度方

14、向上的信息重叠在一起，引起混淆， 即影像重叠。 p密度分辨率低。 p只能提供定性信息检测能力强，不能实用于 测定结构尺寸，缺陷方向和大小。 射线CT的特点： p逐点测定工件薄层，比较后可获得三维立体结 构，不存在前后缺陷重叠的问题。 p可进行任何方向上的非破坏切片和断面成像。 p改变成像质量，提高产品合格率。一般射线照 相技术仅能定性，而射线可以定量。 p检测能力强，精度高，成像快。比一般射线照 相法提高接近两个数量级。 p不足：成本高、效率低。 四、工业CT应用 p大尺寸 p高密度 p复杂结构件 p贵重精密设备 典型代表：火箭发动机、飞机高级涡轮叶片 火箭发动机空心涡轮叶片 五、射线CT的评

15、价参数 a.空间分辨率 指图像中能够辨别最小物体的能力。以分辨黑 白相间条形带的对数，即每毫米线对数（ ）表示。 影响因素 (1)扫描像素数目大小(2)探测器准直孔的宽度(3)采 样点间距(4)重建算法(5)机械系统精度(6)X射线管 焦点大小。 b.密度分辨率 密度分辨率又称为系统灵敏度，它表示能够区分 开的密度差别程度。利用图像的灰度去分辨被检 测物的材质，通常以密度变化的百分比（）表 示相互变化的关系。 提高密度分辨率的方法主要是合理选择射线 源的能量，增加射线源的量，降低噪声。 c.断层厚度 与空间分辨率密切相关，即断层厚度愈薄时， 得到的空间分辨率愈高。 影响因素有准直器宽度、探测器

16、孔的宽度、采 样点间距和重建算法等。 d.伪影 图像中与被检物体的物理参数分布没有对应 关系的部分，可能来自被检物体和CT装置两个方 面。 e.均匀度 断面不同位置上同一组织或同类缺陷成像时 ，是否具有同一个平均CT值。 f.重复性 在一定的误差范围内，同一物体在同样的 测量参数下，始终能获得同样的图像。 g.时间分辨力 无法从CT图像中直接读取，作用时间是间 接的，受检测时间影响。 射线检测工作的辐射防护 一、射线对人体的危害 射线具有生物效应，过量的射线辐照会对 人体产生伤害。 注； 1.希（沃特）(Sv)的急性照射，有15%的人将出现 临床症状； 2.希（沃特）(Sv)的急性照射，几乎100%出现临 床症状并可能死亡；而45希（沃特）(Sv)的急 性照射，100%死亡。 1Sv=1J/Kg=100rem 生物效应：辐射作 用于生物体时能产 生电离辐射，这种 电离作用能导致生 物体的细胞、组 织