射線無損檢測

1、射線無損檢測 射線檢測的基本原理射線檢測的基本原理 射線在穿過物質(zhì)的過程中將發(fā)生衰減而使其強度 降低，衰減的程度取決于被檢測材料的種類，射 線種類以及穿透的距離，利用各部位對入射射線 的衰減不同，透射射線的強度分布將不均勻。由 此，可檢測出物體表面或內(nèi)部的缺陷，包括缺陷 的種類，大小和分布情況。 射線檢測的優(yōu)點 檢測結(jié)果直觀：圖像信息。 缺陷定性比較容易(如氣孔，夾雜等)，定量，定位也比 較方便。 檢測結(jié)果可以保存。 適用對象廣，對材料的種類（金屬，非金屬及復(fù)合材料） 及工件的形狀幾乎沒有限制。 射線檢測的局限性 檢測成本高。 對體積型缺陷檢測的靈敏度較高，對平面型缺陷的檢測 靈敏度較低。（如

2、裂紋，射線方向與其垂直時不易檢測， 平行時才能。） 需雙面法檢測。 存在安全隱患，應(yīng)注意射線防護。 射線檢測的應(yīng)用射線檢測的應(yīng)用 目前主要應(yīng)用于： （1）機械，兵器，船舶，電子，石油化工， 土木工程，航空航天等領(lǐng)域中的鑄件和焊縫 的檢測。 （2）機場，車站，碼頭，海關(guān)等的安全檢查。 （3）也可以用來檢測材料的厚度。 射線檢測方法射線檢測方法 傳統(tǒng)方法：傳統(tǒng)方法： （按觀察方法分類） 照相法 電離檢測法 熒光屏直接觀察法 電視觀察法 線源：X，中子等 新進展：新進展： 射線 直接數(shù)字成像 數(shù)字實時成像 透照的技術(shù)指標選擇透照的技術(shù)指標選擇 線源的選擇線源的選擇 450mm 伽瑪射線（穿透能力強但

3、靈敏度低） 450mm X射線（或伽瑪射線） 管電壓、曝光量管電壓、曝光量 通過改變管電壓和曝光時間來改變射線能量，以滿足透 照不同厚度的要求。 曝光試驗結(jié)果表明，管電壓在 300kV、曝光量200 mAmin時混凝士透照厚度達400 mm。 焦距焦距 為了減少幾何不清晰度，除了選擇射線源外，主要是通 過改變焦距來實現(xiàn)。焦點尺寸越小、焦距越大、工件厚 度越小則幾何不清晰度也越小。對厚度在100400 mm的 混凝土，建議焦距取為600 1 000 mm 照相法照相法 膠片照相檢測法的原理： 將感光材料（膠片） 置于備件試件后面，用 來接收透過試件后的射 線，因為膠片如光機的 攝影作用與感受到的

4、射 線強度有直接的關(guān)系， 經(jīng)過暗室處理后，就會 得到被檢物的結(jié)構(gòu)影像。 電離檢測法電離檢測法： 射線穿過氣體時會產(chǎn) 生電離效應(yīng)，產(chǎn)生電離 電流，電離電流的大小 與射線的強度有關(guān)。通 過對電流強度的測量， 根據(jù)其強度的分布來判 斷試件的完整性。 熒光屏直接觀察法熒光屏直接觀察法： 將透過試件的射線投射到 涂有熒光物質(zhì)（ZnS或 CaS）的熒光屏上，激發(fā) 出熒光，成為可見影像， 由此直接辨認被檢測件 中是否存在缺陷。 電視觀察法電視觀察法： 電視觀察法是熒光屏直接觀察法的發(fā)展，就是將 熒光屏上的可見影像通過光電倍增管增強圖像， 再通過電視設(shè)備顯示。 X X射線探傷機射線探傷機 主要類型主要類型 （

5、1）按體積和重量，可分為固定式，移動式和便攜式。 （2）按輻射方向，可分為定向輻射和周向輻射兩種。 （3）按穿透能力，可分為軟X射線，硬X射線和高能X射 線探傷機。 （4）按焦點大小，可分為普通焦點，細焦點，極細焦 點和微焦點X射線探傷機。 （5）按制冷方式，可分為循環(huán)水冷，循環(huán)風(fēng)冷和強制 風(fēng)冷三種類型。 移動式 管道爬行器 便攜式 X X射線探傷機的主要技術(shù)指標射線探傷機的主要技術(shù)指標 （1）管電壓：決定X射線的穿透能力，管電壓越高， 穿透能力越強，可檢測的工件越厚。滿足穿透能 力下盡量選用低電壓，以減少散射影響，提高清 晰度。管電壓越高，缺陷顯現(xiàn)的靈敏度越低。 （2）管電流：影響檢測時曝光

6、時間的長短，管電流 越大，曝光時間越短，故管電流應(yīng)盡可能大些。 （3）焦點形式及尺寸：形式有點焦點和線焦點；尺 寸指焦點的大小。焦點減小，有利于提高檢測靈 敏度和檢測分辨率。 灌漿空洞灌漿空洞X X射線的實驗研究射線的實驗研究 原因： 灌漿空洞是導(dǎo)致橋梁混凝土結(jié)構(gòu)中鋼材銹蝕或銹 斷的主要原因，因此及早發(fā)現(xiàn)灌漿空洞對保障橋 梁安全性與耐久性至關(guān)重要。 選擇方法選擇方法 由于灌漿處于波紋管內(nèi)部，若采用超聲波法， 其反射波受到多個界面綜合影響，很難明確判 斷空洞情況。 由于橋梁中有金屬波紋管存在，若采用電磁波 法，其反射波無法檢測灌漿空洞的電磁特性。 由于穿過混凝土中鋼材或空洞后的射線強度與 穿過混

7、凝土本身后的射線強度不同，可以從底 片上的黑度差別判斷混凝土的質(zhì)量。故可以采 用射線法。原理 透照透照方法方法 空洞在垂直于射線方向上的大小和位置從底片上 可由肉眼判斷。但空洞在平行于射線方向上，即 試件厚度方向上的大小和位置無法直接用肉眼識 別，一般需采用設(shè)置人工梯形溝或二次攝像等方 法？進行測定分析。 膠片，增感屏和散亂線的屏蔽 采用增感型膠片與金屬增感屏一起使用，以增加 膝片感光速度，減少射線透照時間。為提高透照 質(zhì)量，透照前在膠片前后屏各加入厚003 mm鉛 箔增感屏。 射線照相的靈敏度 采用絲質(zhì)像質(zhì)計來測定射線照片的射線照相靈敏度， 以射線照片上可識別的像質(zhì)計的最小細節(jié)尺寸來 表示射

8、線照相靈敏度。 實驗結(jié)果實驗結(jié)果 圖7為Pvc圓波紋管中只有鋼絞線， 尚未灌漿時的射線照片。從圖7中可 以看出，因波紋管內(nèi)未灌漿，其黑 度大于試件本體，鋼絞線之間空隙 有較明顯的黑度，波紋管中預(yù)設(shè)的 斷裂鋼絞線的斷裂位置清晰可見。 圖8為PvC圓波紋管內(nèi)部分灌漿后的照 片，從圖8可以看出，灌漿段與未灌 漿段黑度差別明顯，灌漿段中的波紋 管空隙處黑度與試件本體基本一致， 波紋管未灌漿段黑度大于試件本體。 說明x射線照片可以準確反映PVC波紋 管中的灌漿情況。 射線檢測技術(shù)射線檢測技術(shù) 射線產(chǎn)生機理：射線產(chǎn)生機理：放射性同位素發(fā)生衰變或 衰變之后，在激發(fā)態(tài)向穩(wěn)定態(tài)躍遷過程中輻射出 的電磁波。躍遷是

9、核內(nèi)能級之間的躍遷。 射線機的基本結(jié)構(gòu)：射線機的基本結(jié)構(gòu)： 源組件（ 射線源），源容器（主機體），輸源管，驅(qū)動機構(gòu)， 附件。 射線源射線源Co60Ir192Se75Tm170 能量/MeV1.17，1.330.30，0.31， 0.47，0.60 0.13，0.260.052，0.084 半衰期5.3a74d120d128d 等效能量1.25MeV400KeV217KeV84KeV 適宜厚度 (鋼)/mm 40200201001040=5 常用常用射線源的特性射線源的特性 中子射線檢測中子射線檢測 中子穿過物質(zhì)時主要是與物質(zhì)的原子核發(fā)生作用， 與核外電子幾乎沒有作用。中子的吸收概率主要 決定與

10、核的性質(zhì)。 與X射線 射線不同，物質(zhì)與中子相互作用對其的 吸收和衰減不隨原子序數(shù)的增大而增大。原子序 數(shù)相鄰的兩種元素對中子的吸收可能相差殊 。衰 減系數(shù)大小是由該元素的中子截面決定的。 部分元素對熱中子的質(zhì)量吸收系數(shù) 描述中子射線的參數(shù)描述中子射線的參數(shù) 強度：強度：中子源單位時間內(nèi)發(fā)射出來的中子數(shù)目， 對于每次核反應(yīng)釋放一個中子的過程，中子強 度等于單位時間內(nèi)靶物質(zhì)中發(fā)生的核反應(yīng)數(shù)。 能量：能量：和中子的速度有關(guān)。0.1MeV以上稱為快 中子，1keV以下稱慢中子，之間的為中能中子。 10-2eV左右的中子相當(dāng)于分子原子晶格處于熱 運動平衡的能量，所以又叫熱中子。 不同中子能量范圍和特點不

11、同中子能量范圍和特點 中子類型中子類型能量范圍能量范圍適用范圍適用范圍 冷中子0.01eV當(dāng)能量低于布拉格極限時， 材料中的散射減少 熱中子0.010.5eV對材料具有良好的鑒別能 力 超熱中子0.5104eV熱中子不能充分穿透的工 件可采用超熱中子 諧振中子1100eV對特定材料有優(yōu)異的鑒別 能力 快中子10320106eV對材料無鑒別能力 檢測原理檢測原理 中子源發(fā)生的中子束射向被檢測的物體，由于物 體的吸收和散射，中子的能量被衰減，衰減的程 度取決于物體的成分，穿過物體的中子束被影像 記錄儀所接收而形成物體的射線照片。 注意注意: :與X射線 射線不同，物質(zhì)對中子的吸收和衰 減不隨原子序

12、數(shù)的增大。且中子穿過物質(zhì)時主要 是與物質(zhì)的原子核發(fā)生作用，與核外電子幾乎沒 有作用。 中子射線檢測設(shè)備：中子射線檢測設(shè)備： 中子源，減速器，準直器，記錄設(shè)備。 中子射線源類型中子射線源類型 同位素中子源 加速器中子源 反應(yīng)堆中子源 中子管式中子源：加速器中子源的另一種形式， 體積小，可用作移動式中子檢測裝置。 產(chǎn)生快中子，通過慢化劑變成熱中子 產(chǎn)生熱中子直接用于探傷 熱中子射線檢測主要應(yīng)用：熱中子射線檢測主要應(yīng)用： 高密度材料檢測，如鉛，鉍，鈾等； 高密度材料中的低原子序數(shù)物質(zhì)檢測； 放射性材料檢測。 工業(yè)射線工業(yè)射線CTCT概念概念 一、工業(yè)射線一、工業(yè)射線CTCT概念概念 p CTComp

13、uted Tomography 即計算機斷層成像技術(shù)計算機斷層成像技術(shù) 它根據(jù)物體橫斷面的一組投影數(shù)據(jù)，經(jīng)過計 算及處理后，得到物體橫斷面的圖像，所以它是 一種由數(shù)據(jù)到圖像的重建技術(shù)。 ICTIndustrial Computed Tomography 即工業(yè)計算機斷層成像技術(shù)，簡稱工業(yè)工業(yè)CTCT。 首先探測器測量射線透過物體的 強度變化（即探測器計數(shù)和的變化）， 然后輸入計算機，通過CT圖像重建運 算，重組出被檢測部位的橫斷面圖像， 即獲得該層上下無重疊、對比度很高 的清晰圖像。 二、工業(yè)射線二、工業(yè)射線CTCT工作原理工作原理 工業(yè)射線工業(yè)射線CTCT結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)原理圖（以原理圖（以X X射

14、線為射線為源源例）例） 工業(yè)CT系統(tǒng)組成示意圖 技術(shù)指標： p空間分辨率 p密度分辨率 p掃描重建時間 射線源系統(tǒng) 探測器系統(tǒng) 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng) 掃描機械系統(tǒng) 計算機系統(tǒng) 輔助系統(tǒng) 1.1. 能量：能量：醫(yī)院的一般在160KV，工業(yè)的覆蓋 比較廣，最高可達15MeV； 2.2. 劑量：劑量：醫(yī)院的比較小，工業(yè)的比較大， 醫(yī)院的考慮對人提輻射盡量做的小，工 業(yè)的有防護，劑量大圖像質(zhì)量好； 3.3. 檢測對象：檢測對象：醫(yī)院針對的是生物體，比如 人，工業(yè)的針對的是工業(yè)產(chǎn)品，比如零 件，電子器件等； 工業(yè)工業(yè)CTCT與醫(yī)用與醫(yī)用CTCT對比對比 三三、工業(yè)射線、工業(yè)射線CTCT的特點的特點 傳統(tǒng)二維檢測

15、中的不足傳統(tǒng)二維檢測中的不足： p檢測過程是一個三維到二維變換過程，不同 深度方向上的信息重疊在一起，引起混淆， 即影像重疊影像重疊。 p密度分辨率低。 p只能提供定性信息檢測能力強，不能實用于 測定結(jié)構(gòu)尺寸，缺陷方向和大小。 射線射線CTCT的特點：的特點： p逐點測定工件薄層，比較后可獲得三維立體結(jié) 構(gòu)，不存在前后缺陷重疊的問題。 p可進行任何方向上的非破壞切片和斷面成像。 p改變成像質(zhì)量，提高產(chǎn)品合格率。一般射線照 相技術(shù)僅能定性，而射線可以定量。 p檢測能力強，精度高，成像快。比一般射線照 相法提高接近兩個數(shù)量級。 p不足：成本高、效率低。 四、工業(yè)四、工業(yè)CTCT應(yīng)用應(yīng)用 p大尺寸

16、p高密度 p復(fù)雜結(jié)構(gòu)件 p貴重精密設(shè)備 典型代表：火箭發(fā)動機、飛機高級渦輪葉片 火箭發(fā)動機空心渦輪葉片 五、五、射線射線CTCT的評價參數(shù)的評價參數(shù) a.a.空間分辨率空間分辨率 指圖像中能夠辨別最小物體的能力。以分辨黑 白相間條形帶的對數(shù)，即每毫米線對數(shù)（ ）表示。 影響因素影響因素 (1)(1)掃描像素數(shù)目大小(2)(2)探測器準直孔的寬度(3)(3)采 樣點間距(4)(4)重建算法(5)(5)機械系統(tǒng)精度(6)(6)X射線管 焦點大小。 b.b.密度密度分辨率分辨率 密度分辨率又稱為系統(tǒng)靈敏度，它表示能夠區(qū)分 開的密度差別程度。利用圖像的灰度去分辨被檢 測物的材質(zhì)，通常以密度變化的百分比

17、（）表 示相互變化的關(guān)系。 提高提高密度分辨率密度分辨率的方法主要是合理選擇射線 源的能量，增加射線源的量，降低噪聲。 c.c.斷層斷層厚度厚度 與空間分辨率密切相關(guān)，即斷層厚度愈薄時， 得到的空間分辨率愈高。 影響因素影響因素有準直器寬度、探測器孔的寬度、采 樣點間距和重建算法等。 d.d.偽影偽影 圖像中與被檢物體的物理參數(shù)分布沒有對應(yīng) 關(guān)系的部分，可能來自被檢物體和CT裝置兩個方面。 e.e.均勻度均勻度 斷面不同位置上同一組織或同類缺陷成像時， 是否具有同一個平均CT值。 f.f.重復(fù)性重復(fù)性 在一定的誤差范圍內(nèi)，同一物體在同樣的 測量參數(shù)下，始終能獲得同樣的圖像。 g.g.時間分辨力

18、時間分辨力 無法從CT圖像中直接讀取，作用時間是間 接的，受檢測時間影響。 射線檢測工作的射線檢測工作的輻射防護輻射防護 一、射線對人體的危害一、射線對人體的危害 射線具有生物效應(yīng)，過量的射線輻照會對 人體產(chǎn)生傷害。 注； 1.希（沃特）(Sv)的急性照射，有15%的人將出現(xiàn) 臨床癥狀； 2.希（沃特）(Sv)的急性照射，幾乎100%出現(xiàn)臨 床癥狀并可能死亡；而45希（沃特）(Sv)的急 性照射，100%死亡。 1Sv=1J/Kg=100rem 生物效應(yīng)：輻射作 用于生物體時能產(chǎn) 生電離電離輻射，這種 電離作用能導(dǎo)致生 物體的細胞、組織、 器官等損傷，引起 病理反應(yīng)病理反應(yīng)。 知道嗎？ 輻射生

19、物效應(yīng)不僅可以在 受照者本身表現(xiàn)出來，還 可以出現(xiàn)在受照者的后代！ (稱為遺傳效應(yīng)) 一般發(fā)生四個階段變化： 物理變化階段：持續(xù)10-16 秒， 細胞被電離； 物理化學(xué)變化階段：10-16 秒，離子與水分子作用，形 成新產(chǎn)物； 化學(xué)變化階段：持續(xù)約幾秒， 反應(yīng)產(chǎn)物與細胞分子作用， 可能破壞復(fù)雜分子； 生物變化階段：持續(xù)時間可 以是幾十分鐘至幾十年。可 能破壞細胞或其功能。 輻射后的癥狀輻射后的癥狀 急性損傷急性損傷： （短時間受到全身大劑量輻射） 前驅(qū)期：惡心、嘔吐，一般持續(xù)12天。 潛伏期：一切癥狀消失，數(shù)日或數(shù)周。 發(fā)癥期：表現(xiàn)輻射損傷癥狀，嘔吐、腹瀉、出血、 嗜眠、毛發(fā)脫落，嚴重者導(dǎo)致死

20、亡。 慢性損傷慢性損傷： （長時間受到超過允許水平的低劑量輻射） 白血病、癌癥（皮膚癌、甲狀腺癌、乳腺癌、肺癌、 骨癌等）、再生不良性貧血、白內(nèi)障、壽命縮短等。 表4-12 不同輻射的相對生物效應(yīng) 輻射類型輻射類型X,射線射線熱能中子熱能中子質(zhì)子質(zhì)子快中子快中子 （20MeV） 快中子快中子 （ 20MeV） 粒子粒子 相對生物效應(yīng) RBE值 1510102020 不同種類的射線對機體的生物效應(yīng)各不相同！不同種類的射線對機體的生物效應(yīng)各不相同！ 生物效應(yīng)也受生物種類和個體生理差異因素的影響：生物效應(yīng)也受生物種類和個體生理差異因素的影響： 即使在劑量相同的情況下，對生物所產(chǎn)生的輻射損傷程度也 未

21、必相同。 人體不同部位對輻射敏感性從高到低的次序為：人體不同部位對輻射敏感性從高到低的次序為： 腹部、盆腔、頭部、胸部、四肢。人體對射線最敏感的是白 血球，眼晶體。 外照射外照射 來自人體之外的輻射照射。 內(nèi)照射內(nèi)照射 吸入（如放射性塵埃）或進入（如受放射性污染 的水、食物或其他物體）人體內(nèi)的放射性物質(zhì)的 照射。 單次集中輻射比多次分散輻射所造成的傷害更大。 生物效應(yīng)還受照射條件的不同的影響：生物效應(yīng)還受照射條件的不同的影響： 二、射線防護的有關(guān)法令二、射線防護的有關(guān)法令 我國主要標準是GB 18871-2002 GB 18871-2002 電離輻射防 護和輻射源安全基本標準 對于從事電離輻射

22、照射的職業(yè)的工作人員，其劑量限值其劑量限值 有如下規(guī)定：有如下規(guī)定： 由審核管理部門決定的連續(xù)5年的年平均有小劑量不 超過20mSv。 任何單一年份中的有效劑量不超過50mSv。 眼晶體年當(dāng)量劑量不超過150mSv。 四肢（手和足）或皮膚的年當(dāng)量劑量不超過500mSv。 隨機、非隨機效應(yīng)的區(qū)別 三、射線防護原則三、射線防護原則 正當(dāng)化原則：危害小于利益，否則不進行。 最優(yōu)化原則：符合上一前提下，設(shè)法使受 輻射的水平降為最低。 限制化原則：符合上兩前提下，保證個人 所受到的吸收劑量當(dāng)量不超過規(guī)定的限值。 四、射線防護方法四、射線防護方法 時間防護法：時間防護法： 通過縮短接觸射線的時間，達到減少

23、受 射線輻射的時間。 距離防護法：距離防護法： P PR R2 2； 劑量率與距離成反比，距離防護是在無防護或距離防護是在無防護或 防護層不夠時一種特別有效的防護方法。防護層不夠時一種特別有效的防護方法。 屏蔽防護法：屏蔽防護法：在放射源和人體之間放置屏蔽材屏蔽材 料料，是外照射防護的主要方法。 屏蔽材料屏蔽材料以密度大的物質(zhì)為好，如貧化鈾、鉛、鐵、重混 凝土、鉛玻璃等。實際工作中，為經(jīng)濟、方便計，也可采 用混凝土、巖石、磚、土、水等普通材料作屏蔽材料。要 注意防護結(jié)構(gòu)不留縫不留縫及反射輻射等間接輻射的防護。 屏蔽材料的選擇及其厚度厚度的確定，取決于輻射的性質(zhì)以及 對防護的要求，查閱有關(guān)資料，計算確定。 五、中子射線防護五、中子射線防護 中子對人體危害很大，所以要特別注意防護。 快中子的減速：依靠中子和原子核的彈性碰撞。 減速 劑如石蠟、塑料、水、油等，它們作為減速劑減速劑使用性 能效果好，價格便宜，