射线探伤的方法及原理

基础知识

射线探伤按其所使用的射线源种类不同，分为X射线探伤和γ射线探伤；按显示方式不同，射线探伤的方法常见的有四种，它们的探伤原理基本相同，但是，每一种都有它们的特点及适用范围，实际检验时可能多种方法一起使用，才能准确评定焊接缺陷。

任务实施

射线探伤的方法及原理分析

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4-4所示，平行射线束透过工件时，由于缺陷内部介质（如空气、非金属夹渣等）对射线的吸收能力比基本金属对射线的吸收能力要低得多，因而透过缺陷部位（图中A、B）的射线强度高于周围完好部位（如C处）。在感光胶片上，对应有缺陷部位将接受较强的射线曝光，经暗室处理后将变得较黑（图中A、B处黑度比C处大），因此，工件中的缺陷通过射线照相后就会在底片上产生缺陷影迹。这种缺陷影迹的大小实际上就是工件中缺陷在投影面上的大小。

2.射线荧光屏观察法

图4-4  射线照相法

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像的方法。其所用设备有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﹑传送工件及防护的装置等几部分。检测时，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，显示的缺陷影像经平面镜反射后，通过平行于镜子的铅玻璃观察，如图4-5所示。

图4-5  射线荧光屏观察法示意图

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.射线实时成像检验

射线实时成像检验与传统的射线照相法相比具有实时、高效、不用射线胶片、劳动条件好和可记录等显著优点，是工业射线探伤很有发展前途的一种新技术，由于它采用X射线源，常被称为X射线实时成像检验。它主要用于钢管、压力容器壳体焊缝等检查，微电子器件和集成电路检查，食品包装检查，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射线图像转换为可见光图像，再通过电视摄像机摄像后，将图像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光图像增强电视成像法，该法在国内外应用最为广泛，是当今射线实时成像检验的主流设备，其探伤灵敏度已高于2%，并可与射线照相法相媲美。该方法探伤系统的基本组成如图4-6所示。

图4-6  射线实时成像原理

1-射线源  2、5-电动光阑  3-X射线束  4-工件  6-图像增强器  7-耦合透镜组8-电视摄像机  9-控制器  10-图像处理器  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（Computer Tomography）。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像。所以，它是一种由数据到图像的重组技术。

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，工件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﹑图像重建处理和暂存，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像，显示于监视器上，如图4-7所示。

图4-7  射线计算机断层扫描技术

拓展提高

射线探伤常用的设备主要有X射线机、γ射线机等，它们的结构区别较大。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X射线机多采用组合式X射线发生器，体积小，重量轻，适用于施工现场和野外作业的工件探伤；移动式X射线机能在车间或实验室移动，适用于中、厚焊件的探伤；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。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，显著提高了工作效率。

γ射线机按其结构形式分为携带式﹑移动式和爬行式三种。携带式γ射线机多采用60Co作射线源，用于较厚工件的探伤。爬行式γ射线机主要用于野外焊接管线的探伤。

γ射线机具有以下优点：穿透力强，最厚可透照300 mm钢材；透照过程中不用水和电，因而可在野外、对带电高压电器设备、高空、高温及水下等多种场合下工作，可在X射线机和加速器无法达到的狭小部位工作。

γ射线的主要缺点是：半衰期短的γ源需频繁更换；探伤灵敏度略低于X射线机；要求有严格的射线防护措施。

加速器是一种利用电磁场使带电粒子（如电子、质子、氘核、氦核及其他重离子）获得能量的装置。用于产生高能X射线的加速器主要有电子感应式、电子直线式和电子回旋式三种。目前应用最广泛的是电子直线加速器。

由于加速器能量高，射线焦点尺寸小，探伤灵敏度高，且其射线束能量、强度与方向均可精确控制，所以其应用已日益广泛。