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1、第三章 射线探伤,射线探伤是利用射线穿透物质和在物质中有衰减的特性来发现缺陷的一种方法. 射线种类达数百种：x射线、射线、射线、射线、中子射线等。 按射线探伤源分类：x射线探伤、射线探伤、高能射线探伤、热中子（照相法）探伤。 按显示缺陷的方法分类：射线电离法探伤、射线荧光屏探伤、射线照相法探伤、实时图象法探伤、射线计算机断层扫描技术等。,焊接检验,1,第三章 射线探伤,第一节 射线探伤基本原理,一、x射线、射线的实质 x、射线是电磁波，具有波粒二象性。衍射、干涉波动性与物质相互作用粒子性 电磁波的波长与频率的关系 =c/ c=3108m/s 光子的能量与频率的关系为 E=h=hc/普朗克常数h
2、=6.621034JS 电磁波频率愈高、波长愈短、光子能量愈高、穿透能力愈强。,焊接检验,2,第三章 射线探伤,可见光频率3.910147.71014Hz、波长7.8102nm3.9102nm x射线频率3101651020Hz、波长0.001nm0.1nm 射线频率3.10181021Hz、波长0.0003nm0.1nm 1m=109nm,焊接检验,3,第三章 射线探伤,焊接检验,4,第三章 射线探伤,1895年11月8日德国 伦琴 x射线 x射线是利用在真空管中用电场加速的电子撞击金属靶产生的。 1896年法国贝可勒尔 铀盐；1898年居里夫妇 钋、镭 自发放射射线 人们把某种元素自发放出
3、的穿透能力很强的射线称为射线。把这种放出射线的性质称为放射性，把具有放射性的元素（或物质）称为放射性元素（或物质）。,焊接检验,5,第三章 射线探伤,放射性元素,天然放射性元素铀235U、钋210Po、镭225Ra 核反应制成的人工放射性源钴60Co 、铯137Cs 、 铥170 Tm、铱192Ir X射线探伤采用人工放射性源,焊接检验,6,第三章 射线探伤,二、射线的性质,1.具有较强的穿透能力 能穿透可见光不能穿透的物质，黑纸、肌肉、金属。 射线穿透物质后其强度减弱，减弱的程度与物质的原子序数及密度有关。 原子序数愈高、密度愈大，衰减就愈大。 射线探伤就是利用射线穿透工件时，工件母材与缺陷
4、对射线的衰减不同来判别缺陷的。 强度：表示单位时间内垂直通过单位面积的x射线光子的能量。,焊接检验,7,第三章 射线探伤,2.能使胶片感光 属于光子流，照射涂有感光乳剂层的胶片，产生光化学作用，使AgBr中的Ag还原“潜象”，显影、定影后成黑色影像射线照相探伤。 3.能使荧光物质发出荧光 荧光物质：钨酸钙（CaWO4）、硫化锌(ZnS)、铂氰化钡(BaPt(CN)6) 荧光是接近紫外线的可见光，黄绿色，感光能力强荧光增感屏。,焊接检验,8,第三章 射线探伤,4.能杀死生物细胞 应注意安全防护，控制照射剂量。 5.能使空气电离 电离的正负离子数随射线的强度增加而增加测定射线剂量。 6.不受电磁场
5、的影响 7.不可见、按直线传播,焊接检验,9,第三章 射线探伤,三、射线与物质的相互作用,射线穿透物质时，与物质相互作用，发 生光电效应、康普顿效应、汤姆逊效应和电 子对效应等，从而引起射线强度的减弱，这 种现象称之为射线的衰减。,焊接检验,10,第三章 射线探伤,光电效应 x、射线穿透物质与物质相互作用时，x、射线光子对撞击物质原子壳层电子，将其击出，而光子消失的现象，叫光电效应。被击出的电子，称为光电子。 E= h=W+Ek W电子逸出功或电离能 Ek光电子的动能 E=（10500）KeV时，光电效应十分明显 物质原子序数增加、光电效应显著增加 一次标识x射线、二次标识x射线、俄歇电子,焊
6、接检验,11,第三章 射线探伤,焊接检验,12,第三章 射线探伤,2. 康普顿效应 x、射线光子撞击物质原子外层电子，将其部分能量给予电子，使电子击出，光子能量减少，方向改变的现象称为康普顿效应或康普顿散射。被击出的电子称为反冲电子或反撞电子，能量减少方向改变的光子称为散射光子或散射线。 E=（0.23）MeV时，康普顿效应严重。 物质厚度增加，康普顿效应增强；质子数与原子量之比（Z/A）增加，康普顿效应增强。 康普顿散射使底片清晰度降低、探伤灵敏度下降 射线照相检验时要对散射线进行屏蔽。,焊接检验,13,第三章 射线探伤,焊接检验,14,第三章 射线探伤,Zdep,3. 汤姆逊效应 当射线光
7、子与物质原子碰撞时，原子中的电子受入射电磁波作用产生强迫振动成为辐射源，向四周辐射出的x射线光子频率、波长同入射光子，这种现象称为汤姆逊效应或汤姆逊散射。 相干散射 弹性散射 一般强度很低，对探伤影响不大。,焊接检验,15,第三章 射线探伤,4. 电子对效应 当具有足够能量的x、射线光子从原子核附近通过时，在原子核的强电场作用下，光子转化成一对正、负电子，光子消失的现象称为电子对效应。 正电子+负电子两个传播方向相反0.51MeV光子 电子对效应条件：入射光子的能量1.02MeV，常用x射线达不到该值。,焊接检验,16,第三章 射线探伤,焊接检验,17,第三章 射线探伤,焊接检验,18,第三章
8、 射线探伤,四、x、射线的衰减,射线在物质中传播时，随着距离的增 加，射线的强度不断减弱的现象称为射线的 衰减。 1. 衰减原因 吸收衰减 光电效应、电子对效应 散射衰减 康普顿散射、汤姆逊效应散射 扩散衰减,焊接检验,19,第三章 射线探伤,2. 衰减系数 一般规定射线穿透单位长度的物质引起的射线强度相对减弱称为线性衰减系数，用表示。 =+c+T+ =KZ43 、c、T、分别为光电吸收、康普顿散射、汤姆逊散射和电子对吸收衰减系数，K常数 、密度、Z原子序数、波长。 总衰减系数在光子h=5MeV左右时最小，因此低能或高能射线透照底片反差大，中能射线透照底片反差小。 对Fe而言， h=0.110
9、MeV时康普顿散射对衰减起主要作用， h=1MeV时康普顿散射影响最大,焊接检验,20,第三章 射线探伤,3. 衰减规律 单能窄束射线穿透物质后的强度相对减弱dI/I与物质的厚度dx的增量成正比。 -dI/I=dx I=I0e-x 或I=I0e- I、I0穿透物质前后射线强度，（或x）物质厚度。 与物质、Z及光子的波长有关，、Z、都使总衰减系数值上升。,焊接检验,21,第三章 射线探伤,五、探伤基本原理,射线探伤的实质是根据被检工件及其内部 缺陷介质对射线能量衰减程度不同，而引起 射线透过工件后的强度差异，使缺陷能在射 线底片或X光电视屏幕上显示出来。,焊接检验,22,第三章 射线探伤,焊接检
10、验,23,第三章 射线探伤,完好部分透射射线强度Ix=I0e-x 穿过缺陷部分透射射线强度 I=I0e-(x-x) e-x= I0e-x e-(-) x,焊接检验,24,第三章 射线探伤,I=I0e-(x-x) e-x= I0e-x e-(-) x,焊接检验,25,第三章 射线探伤,第二节 射线探伤设备,用于x射线探伤、射线探伤和高能射线探伤的设备分为： x射线机、 射线机 电子直线加速器,焊接检验,26,第三章 射线探伤,一、x射线机,1. x射线探伤机的工作原理 x射线探伤机主要由高压回路、灯丝回 路、保护回路和控制回路组成。 灯丝电压712V，灯丝电流230mA，管电压50500KV,焊
11、接检验,27,第三章 射线探伤,X射线机原理简图,焊接检验,28,第三章 射线探伤,2. x射线机分类及用途 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。 携带式因其体积小、重量轻，而适用于施工现场和野外作业的探伤工作 移动式x射线机能在车间或实验室内移动，适用于中、厚板焊件的探伤 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 同时，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。,焊接检验,29,第三章 射线探伤,焊接检验,30,第三章 射线探伤,焊接检验,31,第三章 射线探伤,焊接检验,32,第三章 射线探伤,焊接检验,33,第三章
12、射线探伤,焊接检验,34,第三章 射线探伤,3.x射线机结构组成,x射线探伤机主要由高压回路、灯丝回 路、保护回路和控制回路及机械装置组成。 高压系统：包括高压发生器、高压电缆和x射线管等。 高压发生器：高压变压器、灯丝变压器、高压电容和高压整流管。 高压电缆：连接高压发生器与x射线柜,焊接检验,35,第三章 射线探伤,半波自整流电路,焊接检验,36,第三章 射线探伤,半波整流电路,焊接检验,37,第三章 射线探伤,倍压整流电路,焊接检验,38,第三章 射线探伤,焊接检验,39,第三章 射线探伤,全波整流电路,焊接检验,40,第三章 射线探伤,全波整流电路,焊接检验,41,第三章 射线探伤,冷
13、却系统,电子撞击(12)%能量转变为x射线，绝大部分转变为热能。 常用的冷却方式有 油（变压器油）浸 自冷、气体（SF6） 自冷、循环油外冷 及循环水外冷等四 种。,焊接检验,42,第三章 射线探伤,保护系统：,包括熔断器、过压继电器、过流继电器、零位接触器、时针零位开关、油温开关、油通开关、水通开关、气压开关。 控制系统：是指x射线机的一切外部条件的总控制。 调节部分 指示部分 开关按钮 机械装置：支撑机械、工件探伤工装等。,焊接检验,43,第三章 射线探伤,焊接检验,44,第三章 射线探伤,4.X射线管,(1)结构特点：x射线管由阴极构件、阳极构件和管套组成。,焊接检验,45,第三章 射线
14、探伤,（2）工作原理,阴极：它包括发射电子的灯丝和聚焦电子的凹面阴极头两部分，其作用是发射电子和聚焦电子。 阴极(钨)、灯丝(钨丝绕成平面螺旋形可产生圆焦点，绕成螺旋管形可产生方形或矩形的线焦点。）,焊接检验,46,第三章 射线探伤,灯丝形状,焊接检验,47,第三章 射线探伤,阴极工作原理,当灯处通以电流后,被加热到白炽状态此时开始从灯丝里发出电子。出于阴极头上接的是负电位，与电子之间有斥力，所以把电子聚集成一束,在X射线管两端高电压的电场力作用下电子高速飞向阳极。,焊接检验,48,第三章 射线探伤,阳极,X射线管的阳极是产生X射线的部分，按X射线的辐射方向可分为定向辐射和周向辐射两种阳极形式
15、。 定向辐射式阳极 ： 它是由阳极靶（钨）、阳极罩（铜）和阳极体（铜）组成 产生X射线的总强度由下式表示：IKi ZU2 K比例常数，Z阳极靶材料的原子序数，U管电压，i管电流。,焊接检验,49,第三章 射线探伤,焊接检验,50,第三章 射线探伤,焊接检验,51,第三章 射线探伤,管套,X射线管的外套由玻璃或金属陶瓷制成，内抽真空，起绝缘和密封作用。,焊接检验,52,第三章 射线探伤,（3）焦点,实际焦点：是电子束打在阳极靶面上的实际面积。 有效焦点：X射线管实际焦点在射线束中心方向(即垂直于X射线管轴线方向)的投影面积叫做x射线管的有效焦点。 靶面与射线束轴线一般成20倾斜角，有效焦点S1大约是实际焦点S的1/3。 S1=Ssin,焊接检验,53,第三章 射线探伤,焊接检验,54,第三章 射线探伤,X射线管焦点的大小对射线照相底片的清晰度有明显的影响，焦点面积愈小，就愈清晰，它是衡量X射线管性能的重要指标，但受到阳极散热的限制。,焊接检验,55,第三章 射线探伤,5.X射线机主要性能,X射线机主要参数有:管压峰值、管电流平均值、焦点尺寸、最大穿透钢铁厚度。 随管电压增加，产生的X射线能量增加，最大穿透钢铁厚度能力增加。 管电流增加，电子数量（流量）大， X射线强度提高。,焊接检验,56,
