《工业X射线探伤仪系统设计辐射剂量与防护课程设计》由会员分享，可在线阅读，更多相关《工业X射线探伤仪系统设计辐射剂量与防护课程设计（27页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、tACT CHHAIH5nrUTE OTTKH-MOLOG. . , , , _ , 、， 一“亠.一八工业X射线探伤仪系统设计1. X射线探伤原理X射线是一种波长很短的电磁波，是一种光子，波长为10-6-10-8cm, X射线有下列特性：（1）穿透性X射线能穿透一般可见光所不能透过的物质。其穿透能力的强弱，与X射线的 波长以及被穿透物质的密度和厚度有关。X射线波长愈短，穿透力就愈大；密度愈 低，厚度愈薄，则X射线愈易穿透。在实际工作中，通过球管的电压伏值（kV）的 大小来确定X射线的穿透性（即X射线的质），而以单位时间内通过X射线的电流 （mA）与时间的乘积代表X射线的量。（2）电离作用X射
2、线或其它射线（例如Y射线）通过物质被吸收时，可使组成物质的分子分 解成为正负离子，称为电离作用，离子的多少和物质吸收的X射线量成正比。通过 空气或其它物质产生电离作用，利用仪表测量电离的程度就可以计算X射线的量。 检测设备正是由此来实现对零件探伤检测的。X射线还有其他作用，如感光、荧光 作用等。2. 影像形成原理X射线影像形成的基本原理，是由于X射线线的特性和零件的致密度与厚度之 差异所致。裘1零件厚差畀和X射线影橡爰蔡表吸收X线fil透过的X线掘图像卑少暗薄较暗内部有箱孔、气孔更少较亮由于在压铸过程中，零件的成型会因工艺参数、机床状况变化而有所不同，因 此成型后的零件厚度、致密度也有差异，而
3、经X射线照射，其吸收及透过X射线量 也不一样。因而，在透视荧光屏上有亮暗之分。表1 为零件厚差异和 X 射线影像的 关系。图 1为 X 射线照相法示意图：3. 几种常见的工程探伤方法3.1 荧光磁粉探伤荧光磁粉探伤是采用荧光磁粉，加装黑光照射装置的磁粉探伤机。它是采用 固定式、分立式结构，对工件进行交流荧光磁粉探伤。适用于机械、汽车、军工、 航天、内燃机、铁道等行业对轴类、齿轮、盘套类等铁磁性材料制成的零件的无损 检验，能发现零件表面及近表面因铸造、锻压、焊接、拉伸、淬火、研磨、疲劳而 产生的裂痕以及夹渣等极细微的缺陷。荧光磁粉探伤机的基本原理：自然中磁力线总能保持其连续性。当铁磁性工件 放在
4、使其饱和的磁场中时，磁力线便会被引导通过工件。如果磁力线遇到工件材料 上的不连续，则磁力线就会绕过这些磁导率较低的（磁阻较大）区域而泄漏出工件盘拿2丈呀E 辐射剂量与防护课程设计 表面形成“漏磁场”。这样在缺陷的两侧便会产生磁极，将磁粉（或磁悬液）吸附 到裂纹等缺陷周围，便可形成明显可见的线状或点状堆积。3.2 渗透探伤渗透探伤是利用毛细现象来进行探伤的方法。对于表面光滑而清洁的零部件， 用一种带色（常为红色）或带有荧光的、渗透性很强的液体，涂覆于待探零部件的表 面。若表面有肉眼不能直接察知的微裂纹，由于该液体的渗透性很强，它将沿着裂 纹渗透到其根部。然后将表面的渗透液洗去，再涂上对比度较大的
5、显示液（常为白 色）。放置片刻后，由于裂纹很窄，毛细现象作用显著，原渗透到裂纹内的渗透液 将上升到表面并扩散，在白色的衬底上显出较粗的红线，从而显示出裂纹露于表面 的形状，因此，常称为着色探伤。若渗透液采用的是带荧光的液体，由毛细现象上 升到表面的液体，则会在紫外灯照射下发出荧光，从而更能显示出裂纹露于表面的 形状，故常常又将此时的渗透探伤直接称为荧光探伤。此探伤方法也可用于金属和 非金属表面探伤。其使用的探伤液剂有较大气味，常有一定毒性。3.3 涡流探伤涡流探伤是由交流电流产生的交变磁场作用于待探伤的导电材料，感应出电涡 流。如果材料中有缺陷，它将干扰所产生的电涡流，即形成干扰信号。用涡流探
6、伤 仪检测出其干扰信号，就可知道缺陷的状况。影响涡流的因素很多，即是说涡流中 载有丰富的信号，这些信号与材料的很多因素有关，如何将其中有用的信号从诸多 的信号中一一分离出来，是目前涡流研究工作者的难题，多年来已经取得了一些进 展，在一定条件下可解决一些问题，但还远不能满足现场的要求，有待于大力发展。 涡流探伤的显著特点是对导电材料就能起作用，而不一定是铁磁材料，但对铁磁性 材料的效果较差。其次，待探工件表面的光洁度、平整度、边界等对涡流探伤都有 较大影响，因此常将涡流探伤用于形状较规则、表面较光洁的铜管等非铁磁性工件 探伤。3.4 射线探伤射线探伤是利用射线的穿透性和直线性来探伤的方法。这些射
7、线虽然不会像可 见光那样凭肉眼就能直接察知，但它可使照相底片感光，也可用特殊的接收器来接 收。常用于探伤的射线有X射线和同位素发出的Y射线，分别称为X射线探伤和Y射线探伤。当这些射线穿过（照射）物质时，该物质的密度越大，射线强度减弱得越 多，即射线能穿透过该物质的强度就越小。此时，若用照相底片接收，则底片的感 光量就小；若用仪器来接收，获得的信号就弱。因此，用射线来照射待探伤的零部 件时，若其内部有气孔、夹渣等缺陷，射线穿过有缺陷的路径比没有缺陷的路径所 透过的物质密度要小得多，其强度就减弱得少些，即透过的强度就大些，若用底片 接收，则感光量就大些，就可以从底片上反映出缺陷垂直于射线方向的平面
8、投影； 若用其它接收器也同样可以用仪表来反映缺陷垂直于射线方向的平面投影和射线 的透过量。由此可见，一般情况下，射线探伤是不易发现裂纹的，或者说，射线探 伤对裂纹是不敏感的。因此，射线探伤对气孔、夹渣、未焊透等体积型缺陷最敏感。 即射线探伤适宜用于体积型缺陷探伤，而不适宜面积型缺陷探伤，另射线探伤价格 一般较贵。3.5 超声波探伤人们的耳朵能直接接收到的声波的频率范围通常是20Hz到20kHz，即音（声） 频。频率低于20 Hz的称为次声波，高于20 kHz的称为超声波。工业上常用数兆 赫兹超声波来探伤。超声波频率高，则传播的直线性强，又易于在固体中传播，并 且遇到两种不同介质形成的界面时易于
9、反射，这样就可以用它来探伤。通常用超声 波探头与待探工件表面良好的接触，探头则可有效地向工件发射超声波，并能接收 （缺陷）界面反射来的超声波，同时转换成电信号，再传输给仪器进行处理。根据超 声波在介质中传播的速度（常称声速）和传播的时间，就可知道缺陷的位置。当缺陷 越大，反射面则越大，其反射的能量也就越大，故可根据反射能量的大小来查知各 缺陷（当量）的大小。常用的探伤波形有纵波、横波、表面波等，前二者适用于探测 内部缺陷，后者适宜于探测表面缺陷，但对表面的条件要求高。3.6 激光探伤激光全息无损探伤是借助于全息图来记录和再现不同物体表面所散射出来的 光波，然后由它们产生的干涉条纹图比较出表面形
10、变之间的差别，最后由条纹的反 常分布来探知物体中存在的缺陷。该法适用于光滑或粗糙表面，能对物体表面作全 场检测，而且设备比较简单。目前，这一技术已经解决了不少其它技术难以解决的 检验问题。近代航空工业中广泛应用的铝合金蜂窝板采用迭层结构，以减轻重量， 增大强度，但在制造过程中会出现脱胶等缺陷而影响强度.如采用全息术对蜂窝板 进行无损检测，即可检测出脱胶、板层厚度不均匀等缺陷，并能显示出这些缺陷的盘拿2丈呀位置及区域大小。在动力机械中，全息术可用于检测叶轮机、发动机等的叶片质量， 也为工业中的高压容器和输送管道提供了无损探伤手段。另外，陶瓷、玻璃及耐火 材料的质量检验也已借助于全息术而得到改进。
11、现在，全息无损检验技术已与文物 保护这一涉及人类文明历史的学科结合起来，并取得了成效。科学工作者利用局部 加热和两次曝光全息图检测了春秋时期的编钟，汉代陶峨等青铜器及陶瓷文物中的 裂纹、修复区域等缺陷，为文物保护提供了珍贵的科学资料.近年来，许多新的无 损探伤方法如微波、红外、光弹显示及介电常数检测等不断得以开发应用。目前， 仍在开拓的新模式有中子和电子衍射、场的扰动和位错的磁显示、激光诱发激波脉 冲和正电子湮没等.我们相信，随着计算机科学的不断发展，以微机和计算数学为 核心的数值仿真与模拟，必将自动、准确和迅速地把被检物体的信息综合起来，进 行全面分析，以得到动态的、完全符合实际的检测结果。
12、3.7 磁粉探伤磁粉探伤是建立在漏磁原理基础上的一种磁力探伤方法。当磁力线穿过铁磁材 料及其制品时，在其（磁性）不连续处将产生漏磁场，形成磁极。此时撒上干磁粉或 浇上磁悬液，磁极就会吸附磁粉，产生用肉眼能直接观察的明显磁痕。因此，可借 助于该磁痕来显示铁磁材料及其制品的缺陷情况。磁粉探伤法可探测露出表面，用 肉眼或借助于放大镜也不能直接观察到的微小缺陷，也可探测未露出表面，而是埋 藏在表面下几毫米的近表面缺陷。用这种方法虽然也能探查气孔、夹杂、未焊透等 体积型缺陷，但对面积型缺陷更灵敏，更适于检查因淬火、轧制、锻造、铸造、焊 接、电镀、磨削、疲劳等引起的裂纹。磁力探伤中对缺陷的显示方法有多种，
13、有用 磁粉显示的，也有不用磁粉显示的。用磁粉显示的称为磁粉探伤，因它显示直观、 操作简单、人们乐于使用，故它是最常用的方法之一。不用磁粉显示的，习惯上称 为漏磁探伤，它常借助于感应线圈、磁敏管、霍尔元件等来反映缺陷，它比磁粉探 伤更卫生，但不如前者直观。由于目前磁力探伤主要用磁粉来显示缺陷，因此，人 们有时把磁粉探伤直接称为磁力探伤，其设备称为磁力探伤设备。磁粉探伤广泛用 于汽车发动机零部件的检测。4. X 射线探伤机的结构及工作原理4.1便携式X射线探伤机的结构探伤机由供电及控制系统，冷却防护设施四部分组成。可分为携带式，移动式两类，移动式X射线探伤机用在透照室内的射线探伤，它具有较高的管电
14、压和管电 流，管电压可达450kv，管电流可达20mA，最大透厚度约100mm，它的高压发生装 置、冷却装置与X射线机头都分别独立安装。X射线机头通过高压电缆与高压发生 装置连接。机头可通过带有轮子的支架在小范围内移动，也可固定在支架上。携带 式X射线机主要用于现场射线照相，管电压一般小于320kV,最大穿透厚度约50mm。 其高压发生装置和射线管探伤机在一起组成机头，通过低压电缆与控制箱连接。（1）TF3120型X射线探伤机TF3120 X 射线探伤机是时代集团公司研制生产的工业用携带式气绝缘 200kV 定向X射线探伤机，TF3120 X射线探伤机由TF3120GD X射线发生器、TF31
15、20C控 制器及一系列附件组成。该机采用逆变技术及国外最新半导体功率元件（IGBT ）设计制造，微机控制， 具有国际先进水平，是一代集电力电子器件、整流逆变技术、微机控制、模糊技术 等高科技于一体的新型射线探伤机。1）TF3120 X射线探伤机适用于造船、石油、化工、机械、航天、交通和建筑 等工业部门检查船体、管道、高压容器、锅炉、飞机、车辆和桥梁等材料、零部件 加工焊接质量以及各种轻金属、橡胶、陶瓷等加工的质量。2）采用微机控制，自动化程度高，功能多，但操作却很简单。具有人工智能 功能，简化了训机操作，保证了使用的高效性及设备的安全性。3）采用高亮度LED显示，显示清晰，适合野外使用。4）有
16、各种故障保护及报警功能，提高了控制器的可靠性。5）电源部分采用IGBT做主功率器件，大大减少了重量和体积，便于携带。6）使用电压范围宽，减少了对电源的特殊要求，适应性好。7）发生器重点解决了 X射线管的散热问题。在散热上有比较大的突破，提高 了 X射线管的寿命。（2）XXQ-3005型X射线探伤机XXQ-3005X射线探伤机由XXQ-3005 X射线发生器XXQ-3005控制器及一系列附 件组成。图4.1 XXQ-3005X射线探伤机外型尺寸及辐射场示意图XXQ-3005X射线探伤机是200kV、定向气绝缘X射线发生器。内装X射线管、 高压变压器等部件，并充有SF6绝缘气体，在发生器底部装有风机作为强迫冷却装 置。其外型尺寸及辐射场示意图如图3.1所示（供参考）。
