焊接射线检测授课教案.docx
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焊接射线检测授课教案
课号
1
授课班级
06G521
授课时间
2008．9．5
课题
§1-1原子结构的概念
教具
讲授
教学目的：
了解原子结构的基本概念，并掌握射线的定义、光量子的定义。
教学重点
射线的定义、光量子、同位素与放射性同位素
教学难点
射线的定义、光量子
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教学内容：
一、原子结构
原子都是由原子核和核外电子组成的，原子核位于原子的中心，核外最子围绕原子核运动，原子核由质子和中子组成，不同原子的原子核含有的质子数和中子数不同。
其中，质子是一种特质微粒，带有一个单位的正电荷，电子是一种更小的物质微粒，带有一个单位的负电荷，核子电子在原子空间做高速运动，我们不能测出或计算它在某一时刻的准确位置，也不能指出它的运动轨迹。
不同能量的电子运动状态不同，能量低的电子通常在核附近区域运动，能量高的电子通常在离核较远的区域运动。
二、光量子概念
光子说认为，光既具有粒子性，又具有波动性，也就是说光具有波粒二象性，单个光子的运动显示粒子性，大量光子的运动显示出波动性。
但光既不象我们通常所说的微小物体，也不是我们通常概念中的波，以后的研究证明，一切微观粒子都具有波粒二象性，光子的能量越高（波长越短），粒子性越强，光子的能量越低（波长越长），波动性越强。
三、原子能级
1913年，物理学家玻尔提出了一种原子理论，这一理论以下列两个假设为前提：
1．原子只能处于一系列分立的能量状态中，在这些状态中原子是稳定的，这些状态称为定态。
2．原子从一种定态（En）跃迁到另一种定态（Em）时，将辐射或者吸收一定频率的不子，光子的能量决定于两个定态的能量差。
原子各个定态的能量值组成原子能级，电子的不同轨道分布对应于原子的不同能量状态，在正常状态下，原子处于最低能级，即其核外电子都在可能的最低能量轨道上运动，这种定态称为基态，其他的定态称为激发态。
原子从基态向激发态跃迁将吸收能量，从激发态向基态或从能量较高的激发态向能量较低的激发态跃迁时将辐射能量。
无论吸收或辐射能量，这个能量都只能等于原子发生跃迁的两个能级的能量差。
四、同位素和放射性同位素
1．同位素：
具有相同数量质子和不同数量中子的同一元素的原子互称为同位素。
2．放射性同位素：
不稳定同位素称为放射性同位素。
放射性同位素的性质：
放射性同位素能自发地放出某些射线，而衰变为另一种元素。
五、射线的概念
我们通常所说的射线可分为二类：
一类是电磁辐射；另一类是粒子辐射。
电磁辐射的能量子是光子，X射线与γ射线属于电磁辐射。
粒子辐射是指各种粒子射线，如α粒子、β粒子、质子、最子、中子等。
作业：
1-31-6
小结：
原子结构、光量子、原子能级、同位素和放射性同位素、射线的定义。
课号
2
授课班级
06G521
授课时间
2008．9．7
课题
§1-2X射线与γ射线
教具
讲授
教学目的：
了解射线的产生原理，掌握X射线与γ射线的主要性质、放射性与衰变性。
教学重点
X射线与γ射线的主要性质、放射性与衰变性。
教学难点
X射线与γ射线的放射性与衰变性
渤海船舶职业学院教学教案首页
教学内容：
一、X射线的性质
X射线的主要性质可以归纲为：
1．在真空中以光速沿直线传播，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的差别。
3．X射线可以发生干涉、衍射现象，但只有对很小的孔、狭缝等才能观察到。
4．与可见光不同，X射线对人的眼睛是不可见的。
5．当X射线射入物体后，将与物质发生复杂的物理作用和化学作用，如使物质原子发生电离、使某些物质发出荧光、使某些物质产生光化学反应等。
6．具有辐射生物效应，能够杀死生物细胞，损害生物组织，危及生物器官的正常功能。
二、X射线的产生与X射线谱
（一）X射线的产生
用来产生X射线的装置是X射线管，它由阴极、阳极和真空玻璃（或金属陶瓷）外壳组成，其简
（二）X射线谱
1．定义：
X射线强度随波长分布的关系称为X射线谱。
2．X射线强度：
在单位时间内，通过垂直于射线传播方向上单位面积的X射线光子的能量。
3．X射线谱的分布曲线
由图1-2可以看出，X射线谱由两部分组成：
连续X射线谱：
图中从最短波长开始，随着波长的加长强度逐渐变化的部分，波长可以延伸到很长。
特征X射线谱：
在某些波长上叠加在连续谱上的线状谱部分。
4．连续谱的产生与特点
（1）产生：
连续谱产生于轫致辐射过程，轫致辐射是高速电子接近原子核时，与核发生相互作用，急剧减速，产生的电磁辐射。
（2）分布特点：
在一定加速电压下获得一定能量的大量电子，与物体撞击急剧减速的过程将是各种各样的，不同的减速过程发生的可能性不同，极少量的电子在一次或很少次数撞击过程损失了全部能量，多数电子需经过多次撞击过程逐渐损失掉全部能量，经过很多很多次撞击过程损失了全部能量的电子数也是较少的，因此，辐射的光子能量将是各种各样的，这样就形成了连续谱辐射。
5．特征谱的产生与特点
（1）产生：
特征谱是在跃迁辐射过程产生的，当电子具有足够的能量时，它可以把原子内层轨道电子击出，使内层轨道出现空位，邻近电子层的电子跃迁到空位，并产生辐射，这就是跃迁辐射。
不同原子其电子层结构不同，各层之间的能量差也就不同，因此辐射的光子能量也不相同，形成了特定波长的辐射。
（2）特点：
1）每一谱线都有特定的波长，电子撞击的物质不同，这些物定波长的值也不同。
2）特征谱可以分为若干组，称为系，每一系的谱线都有自己的特定结构和激发电压，只有电子的加速加压超过激发电压时才能产生该系的特征谱线。
三、放射性与放射性衰变
1．放射性的定义：
物质可以发射出看不见的与X射线有相似性质的射线的能力，称为放射性。
2．放射性元素：
具有放射性的元素叫做放射性元素。
自然界中存在的放射性元素称为天然放射性元素；用人工方法得到的放射性同位素，称为人工放射性同位素。
3．α射线、γ射线、β射线的产生
利用电场或磁场的作用下，射线分裂为3束，带正电的射线称为α射线；带负电的射线称为β射线；不带电的射线称为γ射线。
4．原子核的衰变
（1）定义：
一种元素的原子核放出射线之后转变为新的原子核，原子核由于放出某种粒子而转变为新核的变化，称为原子核的衰变。
（2）衰变的方式：
α衰变：
原子核放出α粒子的衰变过程。
β衰变：
原子核放出β粒子的衰变过程。
γ衰变：
在α衰变、β衰变的过程中，原子核处于激发状态，当它返回正常态时一般将辐射γ射线，这个过程称为γ衰变。
5．衰减规律
衰变的原子数与存在的原子数成正比，即放射性原子核的减少服从指数衰减规律。
作业：
1-81-10
小结：
本节主要介绍了X射线的产生与性质；X射线谱；放射性与放射性衰变等知识。
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课号
3
授课班级
06G521
授课时间
2008．9．10
课题
§1-3射线与物质的相互作用
教具
讲授
教学目的：
了解X射线与物质各种相互作用类别，掌握作用的原理。
教学难点
各种作用的原理
教学内容：
一、光电效应
1．定义：
入射光与原子的轨道电子相互作用，把全部能量传递给这个轨道电子，获得能量的电子克服原子核的束缚成为自由电子，这种作用称为光电效应。
2．光电效应的特点
光电子发射的方向与入射光子的能量相关，当入射光子的能量较低时，光电子主要分布在与入射光子方向垂直的方向，随着入射光子能量的增大，光电子的发射方向逐渐倾向于入射光子的方向。
3．光电效应的作用
由于光电效应在原子的电子轨道上将产生空位，这些空位将被外层轨道电子填充，所以将产生跃迁辐射，发射特征X射线。
二、康普顿效应
1．定义：
康普顿效应是入射光子与原子外层轨道电子或自由电子发生的碰撞过程。
2．康普顿效应的特点
能量为hv的入射光子，与原子外层轨道电子碰撞后，它的一部分能量传递给电子，使电子从原子的电子轨道飞出，这各电子称为反冲电子，同时，入射光子的能量减少，成为散光子，并偏离了入射光子的传播方向，反冲电子和散射光子的方向都相关于入射光子的能量，随着入射光子能量的增加，反冲电子和散射光子的偏离角都减少。
一、电子对效应
1．定义：
高能量的光子与物质的原子核或电子相互作用时，光子可以转化为一对正、负电子，这就是电子对效应。
2．电子对效应的作用
在电子对效应中，入射光子消失，产生的正、负电子对向不同方向飞出，其方向与入射光子的能量相关。
3．电子对效应的特点
电子对效应只能产生在入射光子的能量不小于1.022MeV时；
入射光子与原子的电子发生作用也可以产生电子对效应；
电子对效应发生的可能性与物质原子序数的平方成正比，近似与光子能量的对数成正比。
三、瑞利散射
图1-9主要作用与光子能量及原子序数的关系
瑞利散射是入射光子与原子内层轨道电子作用的散射过程。
在这个过程中，一个束缚电子吸收入射光子后跃迁到高能级，随即又释放一个能量约等于入射光子能量的散射光子，光子能量的损失可以不计。
简单地说，也可以认为这是光子与原子发生的弹性碰撞过程。
瑞利散射发生的可能性与物质的原子序数和入射光子的能量相关，与原子序数的平方近似成正比，并随入射光子能量的增大而急剧减小。
在入射光子能量较低（例如0.5～200keV）必须注意瑞利散射。
四、射线衰减规律
实验表明，射线穿透物体时其强度的衰减与吸收体（射线入射的物体）的性质、厚度及射线光子的能量相关。
对于一束射线，在均匀的媒介中，在很小的厚度范围内强度的衰减量与入射射线强度和穿透物体的厚度成正比，按照图1-11所示的符号，即
对此式积分，则可得到通常所写的关系
＝
e
（1-7）式中
入射射线强度；
I透射射线强度；
T吸收体厚度；
线衰减系数（cm1）。
这就是射线衰减的基本规律，即单色窄束射线的衰减规律。
作业：
1-121-13
小结：
1．射线存在光电效应、康普顿效应、电子对效应、瑞利散射等作用。
2．射线穿透物体时其强度的衰减规律为：
即：
＝
e
课号
4
授课班级
06G521
授课时间
2008．9．12
课题
§2-1X射线机
教具
讲授
教学目的：
了解X射线机的分类，掌握X射线机的基本结构及各部分的作用。
教学重点
X射线机的基本结构及各部分的作用
教学难点
X射线机各部分作用原理。
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教学内容：
一、X射线机的基本结构
X射线机由四部分组成：
射线发生器、高压发生器、冷却系统、控制系统。
1．分类：
根据工作电压分：
恒压X射线机、脉冲X射线机；
按结构进行分类：
便携式X射线机、移动式X射线机、固定式X射线机；
按加在X射线管上的电压脉冲频率分：
恒频X射线机、变频X射线机。
按X射线管的辐射角可分：
定向X射线机、周向X射线机。
2．各部分的组成
（1）射线发生器：
主要由X射线管、外壳和充填的绝缘介质构成。
（2）高压发生器：
主要由高压变压器、高压整流管、灯丝变压器，它们共同装在一个机壳中，里面充满了耐高压的绝缘介质。
（3）冷却系统：
X射线机的冷却系统所采用的冷却方式可分为：
油循环冷却、水循环冷却。
（4）控制系统：
X射线机的控制系统主要包括：
基本电路、电压和电流调整部分、冷却和时间等的控制部分、保护装置等。
（5）高压电缆：
高压电缆的结构由同轴芯线、绝缘层、半导体层、金属网、保护层组成。
二、X射线管
1．基本结构：
X射线管主要由管壳、阳极靶及阴极组成。
2．各部分的作用：
（1）管壳：
保护阳极、阴极与灯丝等，必须具有足够高的强度和绝缘强度。
（2）阳极靶：
承受高速电子的撞击，产生X射线。
（3）阴极：
发射电子，由灯丝和一定形状的金属电极—聚焦杯（阴极头）构成。
3．产生射线的基本过程
X射线管的阴极灯丝通过电流，被加热到2000℃以上后发射电子，这些电子在高压人用下被加速，高速飞向阳极靶，通过韧轫致辐射，电子的一部分动能转化为X射线，从X射线管口辐射出来，其他大部分动能则传给阳极靶，使它迅速升温。
作业：
2-12-32-5
小结：
本节主要介绍了X射线机的组成及原理及作用。
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课号
5
授课班级
06G521
授课时间
2008．9．17
课题
§2-2γ射线机及加速器
教具
讲授
教学目的：
了解γ射线机、加速器的基本构成，掌握γ射线机及加速器的作用原理。
教学重点
γ射线机的基本构成、加速器的构成及作用原理
教学难点
γ射线机各部分结构的作用、加速器的工作原理。
教学内容：
一、γ射线机的类型
γ射线机分为三种类型：
手提式、移动式、固定式。
手提式：
体积小，重量轻，便于携带，使用方便；但不能装备能量高的γ射线源。
移动式和固定式：
体积大，重量也较大，需借助适当的装置才能移动，但可以装备能量高和活度较大的γ射线源。
二、γ射线机的基本构成
γ射线机主要由五部分构成：
源容器（主机体）、源组件（密封γ射线源）、输源（导）管、驱动机构和附件。
源容器：
源容器是γ射线机的主机，是储存装置。
源组件：
由γ射线源、外壳、源辫子、屏蔽杆构成。
通过等离子焊将一定形状和尺寸的放射性同位素密封在外壳之中，防止放射性同位素散失。
驱动机构：
由控制部件、控制导管以及驱动部件构成，工作时它与源容器连接，用来送出和收回γ射线源，其行程记录装置可以指示γ射线源所处的位置。
输源管：
是一种软管，由包塑的不锈钢管制成，一端开口，另一端封闭，开口一端与源容器连接。
封闭一端与照射头连接。
附件：
主要包括照射头、定向架等。
利用照射头限定γ射线源的照射场，利用定向架固定照射头，保证照相过程按设定的方式进行。
三、γ射线材料
工业射线照相法探伤中使用的γ射线源主要是人工放射性同位素，对于工业射线探伤，在选择γ射线源材料时重点应考虑的是其能量、放射性比活度，半衰期和源尺寸等。
四、加速器—高能X射线源
高能X射线探伤设备的原理主要是利用超高压、强磁砀、微波等技术对射线管的电子进行加速，从而获得能量强大的电子束，轰击靶面而获得高能X射线。
这里以电子直线加速器为例，加以简单的介绍，高能X射线探伤装置如图所示。
电子直线加速器示意图
1．电子源；2．X射线靶；3．聚焦磁极；4．微激输入极；5．微激输出极；
6．桥式电子聚集准直仪；7．空心圆片；8．磁控管；9．真空泵¨10．空心金属管
电子直线加速器，其原理主要是利用高功率的微波装置。
在玻导管内向电子输送能量，当加速管内产生60～100KV／cm的微波电场时，电子每移动1cm的距离就获得60×103eV的能量，控制这些高能电子轰击靶面，从而获得高能X射线。
作业：
2-82-102-14
小结：
1．γ射线机的类型及结构。
2．加速器的结构及工作原理
渤海船舶职业学院教学教案首页
课号
6
授课班级
06G521
授课时间
2008．9．19
课题
§2-3工业射线胶片
教具
讲授
教学目的：
了解胶片的结构组成，掌握胶片的参数术语及如何选用胶片。
教学重点
胶片的结构、基本术语及选用
教学难点
胶片的基本术语及选用
教学内容：
一、射线胶片的结构
射线照相法所用胶片如图所示。
射线胶片与普通胶片除了感光乳剂成分有所不同外，它的主要不同点是射线胶片一般是双面涂布红色色盲乳剂层（普通胶片是单面全色乳剂层），其厚度远大于普通胶片，这主要是为了增加卤化银含量以吸收较多的穿透能力很强的X射线和γ射线，从而提高胶片的感光速度，增加底片的黑度。
射线胶片的结构
1-保护层2-乳剂层3-粘接剂4-片基
在射线照射下，胶片乳剂层中的卤化银感光微粒将发生变化，可以形成潜在的影像，称为“潜影”。
经过显影处理，潜影可转化为可见的影像。
对射线胶片的结构简述如下：
（1）片基：
片基是感光乳剂层的支持体，在胶片中起骨架作用；
（2）粘接剂：
其作用是使感光乳剂层和片基牢固地粘结在一起，防止感光乳剂层在冲洗时从片基上脱下来；
（3）乳剂层（又称感光药膜）：
每层厚度约为10～20um，通常由溴化银微粒在明胶中的混合体构成。
乳剂中加入少量碘化银，可改善感光性能；
（4）保护层（又称保护膜）：
是一层厚度为l～2um、涂在感光乳剂层上的透明胶质，用以防止感光剂层受到污损和磨擦，其主要成分是明胶、坚膜剂（甲醛及盐酸萘的衍生物）、防腐剂（苯酚）、防静电剂。
为防止胶片粘连，有时在感光乳剂层上还涂布毛面剂。
二、有关射线胶片的基本术语
1．曝光量：
曝光量是曝光时期间胶片接收的光能量。
2．胶片感光特性曲线：
射线胶片的曝光量与黑度之间的关系曲线。
3．感光度：
使底片产生一定黑度所需的曝光量的倒数，它表示胶片感光的快慢，也称为感光速度。
4．梯度：
胶片感光特性曲线上任一点的切线的斜率称为梯度。
5．黑度：
底片的不透明程度称为光学密度，它表示了金属银使底片变黑的程度，通常简称为黑度。
6．灰雾度：
在不经过曝光的情况下，胶片在显影后也能得到的黑度称为灰雾度。
7．粒度：
颗粒粒度指的是感光乳剂中卤化银颗粒的平均尺寸。
8．颗粒度：
射线照片的实际黑度在规定黑度下的随机偏差。
三、射线胶片的分类及选用
1．分类：
增感型胶片、非增感型胶片。
2．选用：
增感型胶适宜与荧光增感屏配合使用，非增感型胶片适合与金属增感屏一起使用或不用增感屏而直接使用。
作业：
2-162-172-18
小结：
本节课主要介绍了射线检测所用胶片的结构及胶片参数、分类、选用。
渤海船舶职业学院教学教案首页
课号
7
授课班级
06G521
授课时间
2008．9．24
课题
§2-4其他常用设备和器材
教具
讲授
教学目的：
了解胶片的结构组成，掌握胶片的参数术语及如何选用胶片。
教学重点
增感屏的作用、像质计的作用及分类
教学难点
增感屏的作用、像质计的作用。
教学内容：
一、增感屏
某些盐类物质在射线的作用下可以发射荧光，金属在高能量射线作用下可以发射电子和荧光X线，荧光和电子都具有使射线胶片感光的作用。
增感屏就是将这些盐类物质涂布在支持物上或将金属箔粘接在支持物上制成的屏。
1．增感屏的类型：
增感屏主要有三种类型：
金属增感屏、荧光增感屏、复合增感屏（金属荧光增感屏）。
2．使用增感屏时主要应注意以下几点：
（1）正确选取增感屏的类型和规格；
（2）使用方法要正确；
（3）保持经常的维护。
二、像质计
像质计是测定射线照片的照相灵敏度的器件。
1．作用：
根据底片上显示的像质计的影像，可以判断底片影像的质量，并谰定透照技术、胶片暗室处理情况、缺陷检验能力等。
2．类型：
主要有丝型像质计、阶梯孔型像质计和平板孔型像质计，此外还有槽式像质计和双丝像质计等。
（1）丝型像质计：
采用与被透照工件材料相同或相近的材料制作的金属丝，按照直径大小的顺序，以规定的间距平行排列，封装在对射线吸收系数很低的透明材料中，或直接安装在一定的框架上，并配备一定的标志说明字母和数字。
（2）阶梯孔型像质计：
阶梯孔型像质计的基本结构，是在阶梯块上钻上直径等于阶梯厚度的通孔，孔应垂直于阶梯表面，不做倒角。
阶梯的材料应与被检工件的材料相同或相近，阶梯的厚度尺寸与丝型像质计的金属丝直径尺寸相同
丝型像质计和阶梯孔型像质计相对灵敏度比较
钢厚度（mm）
Sw（％）
Sh（％）
12.5
1.0
2,7
20
0.8
2.0
25
0.8
2.0
30
0.8
1.7
（3）片状孔型像质计：
片状孔型像质计是在均匀厚度薄片上钻上三个通孔，如果片板的厚度为T（这是美国采用的记法），则三个孔的直径分别分1T、2T、4T（1T孔位于中间）。
片厚应选为透照厚度的1％、2％或4％，片的材料应与被透照工件的材料相同或相近。
作业：
2-182-192-20
小结：
本节课主要讲授了射线检测时的增感屏及像质计的类型及作用。
渤海船舶职业学院教学教案首页
课号
8、9
授课班级
06G521
授课时间
2008．9．26/10。
9
课题
§3-1射线照相法检验的工艺条件
教具
讲授
教学目的：
了解射线照相法检验的工艺条件包括哪些，掌握工艺条件的确定原则。
教学重点
射线照相检验的工艺条件的选择
教学难点
曝光量的选择及修正。
教学内容：
一、射线照相法检验的工艺参数的选择
1、射线检测工艺条件：
是指工艺中有关参变量及其组合。
它包括设备器材条件、透照几何条件、工艺参数条件和工艺措施条件等。
2．工艺条件的选择
（1）射线源和能量的选择选择射线源与能量时主要考虑以下几个方面的要求。
1）按穿透能力选择射线源和能量：
X射线能量取决于管电压，随着管电压的升高，X射线的平均波长变短，有效能量增大，线质变硬，穿透能力增强。
2）按照相灵敏度选择射线源和能量：
从灵敏度的角度考虑X射线能量选择的原则是：
在保证穿透力的前提下，选择能量较低的管电压。
3）按射线机的特点选择：
除了穿插透力和灵敏度外，X射线探伤机和γ射线探伤机的其他不同特点也是需要考虑的因素。
综上所述，选择射线源的一般原则为：
①对轻质合金、低密度材料以及透照厚度小于5mm的钢材料，最常选用100KV以下X射线。
②对厚度为5mm～50mm的钢，用100kV～420kV的X射线，可以获得较高的灵敏度；选择γ射线源Se75或Ir192，应注意透照厚度下限和满足照相灵敏度要求，同时应考虑配合适当的胶片类别。
③对厚度为50mm～150mm的钢，如果使用的正确方法，用X射线或高能X射线和γ射线可以得到几乎相同的像质计灵敏度，但裂纹检出率还是有差异的。
④对厚度大于150mm的钢，即使用Co60γ射线源，透照厚度最大只有200mm，且曝光时间也很长，如工作批量大，或工件照相灵敏度要求较高时，宜用高能量X射线。
⑤受现场透照条件的限制、野外作业（无水无电），宜采用γ射线探伤机，体积较大的X射线探伤机使用不方便。
⑥在焦距满足几何不清晰度要求的前提下，容器环形焊缝的透照应尽量选用圆锥靶周向X射线探伤机作中心法周向曝光，以提高工效和影像质量。
⑦选用平靶周向X射线探全国各地机对环焊缝作中心周向曝光时，应尽量减小倾斜角主工，确保焊缝中纵向面状缺陷的检出。
（2）胶片系统的选择胶片系统是指射线胶片、增感屏和冲洗条件的组合。
选择胶片系统考虑的因素：
1）考虑射线检测所要达到的检测灵敏度的要求。
2）当采用γ射线源对裂纹敏感性大的材料进行检测时，要考虑裂纹检出率。
（3）焦距的选择选择焦距大小主要考虑的因素是焦距对几何不清晰度的影响。
焦距F等于透照距离f和工件表面至胶片距离b之和。
为了保证射线照相的清晰度，在JB/T4730.2-2005标准中，规定了f与d和b应满足以下的关系。
射线检测技术等级
透照距离f
Ug值
A级
f≥7.5d.b2/3
Ug≤（2/15）b1/3
AB级
f≥10d.b2/3
Ug≤（1/10）b1/3
B级
f≥15d.b2/3
Ug≤（1/15）b1/3
在实际工作中，通常焦距的最小值采用计算或由诺模图查出。
一般实际透照采用的
升级会员 