X射线无损检测.docx

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X射线无损检测

1、X射线的发现：

1895年，伦琴在做实验时偶然发现了一种尚未为人所知的射线。

他发现这种射线的穿透能力很强，可以穿透千页书、2～3厘米厚的木板，甚至可以穿透肌肉照出手骨轮廓。

这留下了一张经典的照片，底片上清晰的呈现出他夫人的手骨像，手指上的戒指也清清楚楚。

2、X射线的产生：

当高速运动着的电子被物质截制时，电子的运动速度急剧减小，根据电磁场理论，运动电荷的状态变化时，必须伴随有电磁效应，电子原有一部分或全部动能就会转换成另一种能量，以电磁波的形式辐射，此即韧致辐射。

在射线探伤法中，X射线是在一定的条件下，由阴级射出的高速电子撞击阳极金属靶发生韧致辐射效应而产生的。

常规的X射线发生装置如下图所示

1-高压变压器2-钨丝变压器3-X射线管4-阳极

5-阴极6-电子7-X射线

3、X射线的性质

X射线与可见光在本质上完全相同，但X射线的光子能量远大于可见光，所以在性质上它们又存在明显的不同。

X射线的主要性质可以归纳为下列几个方面：

（1）在真空中以光速直线传播，不受电场或磁场的影响；

（2）在媒质界面可以发生反射、折射，但其反射、折射与可见光有很大差别。

对于常见的媒质，X射线不能产生可见光那样的镜面反射，因为媒质界面对它来说太粗糙了，X射线从一种媒质进入另一种媒质时也将发生折射，但折射率几乎就等于1；

（3）X射线也可以发生干涉、衍射现象，但由于X射线的波长远小于可见光的波长，所以干涉、衍射现象只有对极微小的孔、狭缝等才能观察到；

（4）与可见光不同，X射线人的眼睛是不可见的，并且它能穿透可见光不能穿透的物体（即对可见光是不透明的物体）。

短波长的X射线称为硬X射线，其光子的能量大，穿透物体的能力强；较长波长的X射线称为软X射线，其穿透物体的能力较弱；

（5）当X射线作用于物体时，将与物体发生复杂的物理作用和化学作用。

它可使物质原子发生电离、使某些物质发出荧光、也可能产生光化学反应等；

（6）具有辐射生物效应，能够杀伤生物细胞，损害生物组织，危及生物器官的正常功能

4、X射线的应用

X射线可以用于医疗诊断、晶体分析、工业探伤等多种领域。

X射线在焊接检测上的应用也由来已久，自从伦琴1895年发现X射线以来，1900年X射线胶片问世；1922年始建工业X射线实验室；1930年美国ASME认可锅炉焊缝射线照相检测；1940年工业专业X射线胶片问世；1980年工业射线电视与工业CT问世。

如今X射线探伤已被广泛应用于大型机械、锅炉、造船、铸造、化学、高压容器、国防工业等部门。

如今，X射线实时成像技术，使射线检测不断拓宽其应用领域，另外，还引进计算机数字图像处理技术使图像质量得到改善，X射线检测技术正不断向前发展。

5、X射线探伤的原理：

X射线检测是利用X射线具有较强的穿透能力，穿透被测物的射线带有反映被测物内部结构的信息，通过射线强度的变化来检测与评判材料或工件内部各种宏观或微观缺陷的性质、大小及其分布情况。

显然，这里涉及X射线在穿透物质时产生一系列极为复杂的物理过程。

用射线检测时，若被检工件内存在缺陷，缺陷与工件材料不同，其对射线的衰减程度不同，且透过厚度不同，透过后的射线强度则不同。

如图2.1所示。

若射线强度为J0，透过工件和缺陷后的射线强度分别为JY和JX。

X射线在穿越物质后其基本物理过程的总效果是射线强度的减弱，这种强度的减弱可能部分来自射线的偏转，即散射，部分是被物质吸收而转化为其他形式的能量。

实验结果表明，导致射线在穿透物质后的强度衰减，将决定于射线本身的强度和穿透物质的厚度及材料的吸收特性。

6、常见的X射线探伤设备

X射线机按其结构形式可分为携带式、移动式和固定式。

携带式射线机多采用组合式X射线发生器，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韩静中，靠移动焊件来完成探伤工作。

同时，X射线机按射线束的辐射方向可分为定向辐射和周向辐射两种。

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，显著提高了效率。

便携式、移动式X射线机的典型产品如下图所示

便携式X射线机移动式X射线机

7、X射线探伤的方法

（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3-2所示，从X射线机发射出来的X射线透过工件时，由于缺陷内部介质对射线的吸收能力和周围完好部位不一样，因而透过缺陷部位的射线强度不同于周围完好部位。

把胶片放在工件适当位置，在感光胶片上，有缺陷部位和无缺陷部位将接受不同的射线曝光。

再经过暗室处理后，得到底片。

然后把底片放在观片灯上就可以明显观察到缺陷处和无缺陷处具有不同的黑度。

评片人员据此就可以判断缺陷的情况。

射线照相法探伤条件的选择原则：

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。

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

根据《压力容器安全监察规程》，可对探伤位置确定如下：

（1）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。

（2）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。

（3）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。

标记的安放位置如图3-6所示。

图3-6各种标记相互位置（标记系）

A--定位及分编号（搭接标记）B—制造厂代号C—产品令号（合同号）D—工件编号

E—焊接类别（纵、环缝）F—返修次数G—检验日期H－中心定位标记I—象质计

J—B标记K—操作者代号

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

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。

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，其放置方式应符合图3-7所示要求，即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。

图3-7象质计的正确安放

在透照灵敏度相同情况下，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。

（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。

该法探伤系统基本组成如图3-3所示。

1—  射线源2、5—电动光阑3—X射线束4—工件6—图象增强器7—耦合透镜组

8--电视摄象机9—控制器10--图象处理器11—监视器12—防护设施

（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。

其装置结构如图3-4所示。

图3-4射线工业CT系统组成框图

1--射线源2—工件3—检测器4—数据采集部5—高速运算器6—计算机CPU7—控制器

8—显示器9—摄影单元10—磁盘11—防护设施12机械控制单元13—射线控制单元

14—应用软件15—图象处理器

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。

8、X射线检测的特点：

X射线检测方法用底片作为记录介质，可以直接得到缺陷的直观图像，且可以长期保存。

通过观察底片能够比较准确地判断出缺陷的性质、数量、尺寸、和位置。

容易检出那些形成局部厚度差的缺陷。

对气孔和加渣之类缺陷有很高的检出率，对裂纹类缺陷的检出率则受透照角度的影响。

它不能检出垂直照射方向的薄层缺陷，例如钢板的分层。

X射线检测所能检出的缺陷高度尺寸与透照厚度有关，可以达到透照厚度的1%，甚至更小。

所能检出的长度和宽度尺寸分别为毫米数量级和亚毫米数量级，甚至更小。

X射线检测薄工件没有困难，几乎不存在检测厚度下限，但检测厚度上限受射线穿透能力的限制。

而穿透能力取决于射线光子能量。

9、X射线检测缺陷分析

根据焊接缺陷形状﹑大小，国家标准将焊缝中的缺陷分成圆形缺陷﹑条状夹渣﹑未焊透﹑未熔合和裂纹等五种

（1）圆形缺陷：

长宽比小于等于3的非裂纹、未焊透和未熔合缺陷。

圆形缺陷包括气孔、块状夹渣、夹钨等缺陷。

气孔的成像：

呈暗色斑点，中心黑度较大,边缘较浅平滑过渡，轮廓较清晰。

夹渣（非金属）的成像：

呈暗色斑点，黑度分布无规律，轮廓不圆滑，小点状夹渣轮廓较不清晰。

夹钨（金属夹渣）成像：

呈亮点，轮廓清晰。

夹渣

气孔

夹钨

（2）条形缺陷：

不属于裂纹、未焊透和未熔合的缺陷，当缺陷的长宽比大于3时，定义为条状缺陷，包括条渣和条孔。

（3）未焊透：

未焊透是指母材金属之间没有熔化，焊缝金属没有进入接头的部位根部造成的缺陷。

影像特征：

未焊透的典型影像是细直黑线，两侧轮廓都很整齐，为坡口钝边痕迹，宽度恰好是钝边的间隙宽度。

有时坡口钝边有部分融化，影像轮廓就变得不很整齐，线宽度和黑度局部发生变化，但只要能判断是出于焊缝根部的线性缺陷，仍判定为未焊透。

未焊透有底片上处于焊缝根部的投影位置，一般在焊缝中部，因透照偏、焊偏等原因也可能偏像一侧。

未焊透呈断续或连续分布，有时能贯穿整张底片。

未焊透

（4）未熔合：

未熔合是指焊缝金属与母材金属可焊缝金属之间未熔化结合在一起的缺陷。

影像特征：

根部未熔合的典型影像是连续或断续的黑线，线的一侧轮廓整齐且黑度较大，为坡口或钝边的痕迹，另一侧轮廓可能较规则，也可能不规则。

根部未熔合在底片上的位置就是焊缝根部的投影位置，一般在焊缝的中间，因坡口形状或投影角度等原因出可能偏向一边。

坡口未熔合的典型影像是连续或断续的黑线，宽度不一，黑度不均匀，一侧轮廓较齐，黑度较大，另一侧轮廓不规则，黑度较小，在底片上的位置一般在中心至边缘的1/2处，沿焊缝纵向延伸。

层间未熔合的典型影像是黑度不大的块状阴影，开关不规则，如伴有夹渣时，夹渣部位黑度较大。

一般在射线照相检测中不易发现。

未熔合

（5）裂纹：

裂纹是指材料局部断裂形成的缺陷。

影像特征：

底片上裂纹和典型影像是轮廓分明的黑线或黑丝。

其细节特征包括：

黑线或黑丝上有微小的锯齿，有分叉，粗细和黑度有时有变化，有些裂纹影像呈较粗的黑线与较细的黑丝相互缠绕状；线的端部尖细，端头前方有时有丝状阴影延伸。