工業(yè)探傷(張友九)

工業(yè)射線探傷蘇州大學(xué)醫(yī)學(xué)部放射醫(yī)學(xué)與防護(hù)學(xué)院射線探傷原理輻射探傷裝置應(yīng)用射線探傷原理射線探傷原理X射線、高能X射線、γ射線、中子射線等在真空中貫穿物質(zhì)，與物質(zhì)相互作用，強(qiáng)度逐漸減小。當(dāng)一種射線貫穿不同厚度、不同材質(zhì)的材料時(shí)，強(qiáng)度減弱的程度不同，而工件中的缺陷總是引起工件厚度和材質(zhì)的局部改變，因此，測(cè)量和顯示穿透射線的強(qiáng)度及其分布，即可發(fā)現(xiàn)和判別缺陷。當(dāng)一束平行的強(qiáng)度為I0的單色射線，透過厚度為d的一層均勻物質(zhì)時(shí)，射線強(qiáng)度的衰減將遵循以下規(guī)律：由于散射線的存在，透過厚度為d物質(zhì)時(shí)，除透射線外，還要加上物體內(nèi)部散射線強(qiáng)度。假設(shè)：平行入射則：I=ID+ISI'=I'D+I'S當(dāng)ΔD很小時(shí)，IS=I'S假設(shè)：平行入射從上面推導(dǎo)可以看出，射線對(duì)缺陷的檢驗(yàn)?zāi)芰?，與缺陷在射線透照方向上的尺寸、其線衰減系數(shù)與物體的線衰減系數(shù)的差別、散射線的控制情況等相關(guān)。只要這些方面具有一定的值，則缺陷將產(chǎn)生一定的物體對(duì)比度，它就可以被射線檢驗(yàn)出來。主因?qū)Ρ榷?)影響因素透照厚度（ΔD），選擇最大的方向線衰減系數(shù)（μ）散射比（n），影響散射比的因素有焦距、照射場(chǎng)大小、射線性質(zhì)和工件厚度等。例如，X射線照相時(shí)對(duì)鋼n≈0.09T(T<25mm)對(duì)鋁n≈0.035T(T<50mm)

l92Ir-γ射線照相時(shí)對(duì)鋼n≈0.075T(T≤70mm)

60Co-γ射線照相時(shí)對(duì)鋼n≈0.047T(T≤160mm)檢測(cè)方式膠片檢測(cè)器膠片：當(dāng)X射線或γ射線照射膠片時(shí)，與普通光線一樣，能使膠片乳劑層中的鹵化銀產(chǎn)生潛象中心，經(jīng)過顯影和定影后就黑化，接收射線越多的部位黑化程度越高，此為射線的照相作用。但X射線或γ射線的使鹵化銀感光作用比普通光線小得多。射線膠片與普通膠片除了感光乳劑成分有所不同外，其他的主要不同是射線膠片一般是雙面涂布感光乳劑層，普通膠片是單面涂布感光乳劑層；射線膠片的感光乳劑層厚度遠(yuǎn)大于普通膠片的感光乳劑層厚度。這主要是為了能更多地吸收射線的能量。檢測(cè)器：X射線穿透被檢材料后，通過射線接收轉(zhuǎn)換裝置，將不可見的X射線檢測(cè)信息轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，然后形成數(shù)字圖像，再經(jīng)計(jì)算機(jī)處理后，在顯示器上顯示出材料內(nèi)部的缺陷大小和位置等信息。X射線數(shù)字成像技術(shù)在檢測(cè)效率、經(jīng)濟(jì)效益、遠(yuǎn)程傳送和方便使用等方面都比射線膠片照相法更勝一籌。

輻射探傷裝置X射線裝置加速器γ射線裝置中子X射線裝置高速電子經(jīng)過原子核附近時(shí)，受到原子核庫(kù)侖電場(chǎng)的作用而急劇減速，電子的原有動(dòng)能一部分或全部轉(zhuǎn)化為電磁波輻射出去，稱為軔致輻射。典型X射線管示意圖影響產(chǎn)生軔致輻射幾率的因素：①與帶電粒子質(zhì)量的平方成反比。ɑ粒子質(zhì)量大，產(chǎn)生軔致輻射的幾率極小，可忽略不計(jì)。電子質(zhì)量小，產(chǎn)生的軔致輻射就不可忽略。②隨帶電粒子的能量增大而增大，因此高能量電子射線的軔致輻射效應(yīng)顯著。③與物質(zhì)原子序數(shù)的平方成正比。原子序數(shù)高的物質(zhì)（如鎢、鉛等重金屬）軔致輻射效應(yīng)更顯著。為減少電子在飛往陽極過程中與氣體粒子相碰撞損失動(dòng)能，射線管需抽成10-4～10-5Pa真空。電子流動(dòng)能的絕大部分(>97%)轉(zhuǎn)化為熱能，因此陽極材料一般應(yīng)選用耐高溫材料并通以介質(zhì)加冷卻。動(dòng)能中僅一小部分(～3%)轉(zhuǎn)變?yōu)閄射線。當(dāng)U=100kV時(shí)η=0.7%200kV1.5%300kV2.2%400kV3%1MV7%5MV37%由此可見，提高管電壓可顯著提高轉(zhuǎn)換效率η。X射線探傷機(jī)管電壓在450kV以下。

X射線探傷機(jī)X射線裝置在額定工作條件下，距X射線管焦點(diǎn)1m處的漏射線空氣比釋動(dòng)能率應(yīng)符合如下要求：管電壓,kV漏射線空氣比釋動(dòng)能率,mGy·h-1<150150~200>200<1<2.5<5加速器加速器是由機(jī)頭（X射線機(jī)頭）、機(jī)頭懸吊機(jī)構(gòu)、調(diào)制器與低壓電源柜、控制臺(tái)、穩(wěn)壓電源柜、溫控水冷機(jī)組六大部分及它們之間的連接導(dǎo)線和水管組成。高能X射線是指能量超過1000kV的射線，這種高能X射線都由加速器產(chǎn)生。被加速粒子的能量在1000MeV以上是高能加速器，能量在100MeV以下是低能加速器，能量在100～1000MeV之間是中能加速器。按加速器種類可以分為電子加速器、質(zhì)子加速器、重離子加速器等。射線檢測(cè)中應(yīng)用的加速器都是電子加速器，能量數(shù)兆電子伏到數(shù)十兆電子伏范圍內(nèi)，一般都在45MeV以下，即用低能電子加速器產(chǎn)生。但10MV以上電子加速器可產(chǎn)生中子和感生放射性。檢測(cè)對(duì)加速器的要求是束流強(qiáng)度大、焦點(diǎn)尺寸小、體積小、重量輕、成本低、操作容易、維護(hù)簡(jiǎn)單等。適合工業(yè)無損檢測(cè)用加速器，主要有電子感應(yīng)加速器、電子直線加速器和電子回旋加速器。國(guó)家環(huán)境保護(hù)總局公告2006年第26號(hào)射線裝置分類原則根據(jù)射線裝置對(duì)人體健康和環(huán)境可能造成危害的程度，從高到低將射線裝置分為Ⅰ類、Ⅱ類、Ⅲ類。按照使用用途分醫(yī)用射線裝置和非醫(yī)用射線裝置。射線裝置分類管理辦法Ⅰ類為高危險(xiǎn)射線裝置，事故時(shí)可以使短時(shí)間受照射人員產(chǎn)生嚴(yán)重放射損傷，甚至死亡，或?qū)Νh(huán)境造成嚴(yán)重影響；Ⅱ類為中危險(xiǎn)射線裝置，事故時(shí)可以使受照人員產(chǎn)生較嚴(yán)重放射損傷，大劑量照射甚至導(dǎo)致死亡；Ⅲ類為低危險(xiǎn)射線裝置，事故時(shí)一般不會(huì)造成受照人員的放射損傷。γ探傷機(jī)手提式：特制的可攜帶活度達(dá)3.7TBq的192Ir等。移動(dòng)式：通常利用手推車移動(dòng)；常用來容納60Co。固定式：可使用活度達(dá)8.5-37TBq的60Co類型I：輻射源并不從輻照裝置中移出來，通過快門或其他的機(jī)械裝置來控制照射。類型II

：源直接從屏蔽的源容器中照射(經(jīng)過通風(fēng)管,氣動(dòng)裝置等)，通過一個(gè)套管到達(dá)照射位置。類型X

：特殊的應(yīng)用。操作類型I類裝置源在裝置內(nèi)部；包含一個(gè)快門機(jī)構(gòu)；利用真空或氣壓將源移動(dòng)到照射位置。放射源可以從源容器發(fā)射出；采用遙控裝置；在照射期間源未被屏蔽(在使用時(shí)要校準(zhǔn))；手動(dòng)或自動(dòng)操作。II類裝置特殊應(yīng)用,例如測(cè)量管道；設(shè)計(jì)和測(cè)試需要依賴特殊的裝置。X類裝置屏蔽效率

設(shè)備類型容器周圍比釋動(dòng)能控制值(μGy/h)1m5cm表面手提式(P)20并且500并且2000移動(dòng)式(M)5010002000固定式(F)10010002000探傷用γ射線放射源放射性核素半衰期γ射線能量MeV鋼材厚度mm鈷-605.27a1.17、1.3350~150銫-13730a0.6650~100銥-19274d0.206~0.61210~70硒-75120d0.066~0.4014~40鐿-16932d0.063~0.3082~15銩-170129d0.052~0.0841.5~5國(guó)家環(huán)境保護(hù)總局公告2005年第62號(hào)

放射源分類辦法

按照放射源對(duì)人體健康和環(huán)境的潛在危害程度，從高到低將放射源分為Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ類，V類源的下限活度值為該種核素的豁免活度。Ⅰ類放射源為極高危險(xiǎn)源。沒有防護(hù)情況下，接觸這類源幾分鐘到1小時(shí)就可致人死亡;Ⅱ類放射源為高危險(xiǎn)源。沒有防護(hù)情況下，接觸這類源幾小時(shí)至幾天可致人死亡;Ⅲ類放射源為危險(xiǎn)源。沒有防護(hù)情況下，接觸這類源幾小時(shí)就可對(duì)人造成永久性損傷，接觸幾天至幾周也可致人死亡;Ⅳ類放射源為低危險(xiǎn)源?；静粫?huì)對(duì)人造成永久性損傷，但對(duì)長(zhǎng)時(shí)間、近距離接觸這些放射源的人可能造成可恢復(fù)的臨時(shí)性損傷;Ⅴ類放射源為極低危險(xiǎn)源。不會(huì)對(duì)人造成永久性損傷。γ射線探傷優(yōu)點(diǎn)源體積??；輻射具有各向同性；高能輻射能檢測(cè)的壁厚大于X射線的厚度；穩(wěn)定性高，外部參數(shù)對(duì)同位素的輻射無影響；對(duì)電能、冷卻水等無特殊要求；輻射源成本低，應(yīng)用較廉價(jià)、簡(jiǎn)單。γ射線探傷缺點(diǎn)劑量率低（影響經(jīng)濟(jì)效益）；壁越薄，射線照片質(zhì)量就越差；射線照片的輪廓（幾何）不清晰度增加；放射源要經(jīng)常更換；連續(xù)輻射，必須考慮輻射防護(hù)問題；連續(xù)衰變，需有限時(shí)間利用（經(jīng)濟(jì)因素）。密封源結(jié)構(gòu)密封殼ISO2919設(shè)計(jì)和測(cè)試特殊形狀設(shè)計(jì)和測(cè)試用戶進(jìn)行的泄漏測(cè)試源的組件螺旋導(dǎo)管上的源殼導(dǎo)管外可加裝套管、屏蔽等連接頭的形狀γ射線探傷機(jī)組成γ射線探傷機(jī)一般由工作容器、撓性源導(dǎo)管、遙控器和其他附件組成。工作容器由貧鈾或鉛屏蔽體、快門、源辮子及鎖定裝置、放射源、連接器、保護(hù)蓋等組成。遙控套管和阻止裝置準(zhǔn)直器探傷機(jī)的操作順序(1)各種探傷機(jī)的操作順序(2)各種探傷機(jī)的操作順序(3)各種探傷機(jī)的操作順序(4)換源器

普通X射線和γ射線檢測(cè)，由于其能量低、穿透能力差，檢測(cè)能力受到限制。超過100mm厚鋼板不能用一般X射線檢測(cè)，超過300mm厚鋼板很難用γ射線進(jìn)行檢測(cè)。此時(shí)可采用加速器產(chǎn)生的高能X射線檢測(cè)，例如對(duì)厚度達(dá)300～500mm的鋼板，采用高能X射線檢測(cè)可獲得滿意結(jié)果。從中子照相來說，要求中子射線強(qiáng)度大、射線束質(zhì)量高、便宜、方便、操作靈活等。目前，強(qiáng)度大的源是核反應(yīng)堆，但它投資大、笨重、無法用于生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)。而小型加速器、中子管、同位素中子源等雖然靈巧、方便，但強(qiáng)度總的來說還不夠高。中子照相中子照相主要是用熱中子，中子源放射出來的快中子由于能量高，不適合照相，需經(jīng)慢化后變成低能熱中子，由準(zhǔn)直器引出。目前可供照相用的中子源有核反應(yīng)堆、加速器和放射性同位索，常用的為(锎252Cf)(锎)252Cf中子源的半衰期2.65年，產(chǎn)額2.3×1012中子/s/g，目前價(jià)格還很貴。利用252Cf可做成可移動(dòng)式中子照相裝置。