1、第第二二章章 射线检测射线检测 2.1 2.1 射线检测的物理基础射线检测的物理基础一、一、射线的种类和频谱射线的种类和频谱在射线检测中应用的射线主要是在射线检测中应用的射线主要是X射线、射线、射线和中子射线。射线和中子射线。X射线和射线和射线属于电磁辐射，而中子射线是中子束流。射线属于电磁辐射，而中子射线是中子束流。1)X射线射线X射线又称伦琴射线，是射线检测领域中应用最广泛的一射线又称伦琴射线，是射线检测领域中应用最广泛的一种射线，波长范围约为种射线，波长范围约为0.0006100 nm(见图见图2-1)。在在X射线检射线检测中常用的波长范围为测中常用的波长范围为0.0010.1 nm。X
2、射线的频率范围约为射线的频率范围约为310951014 MHz。图2-1 射线的波长分布 2)2)射线射线 射线是一种波长比射线是一种波长比X X射线更短的射线，波长范围约为射线更短的射线，波长范围约为0.00030.00030.1 nm0.1 nm（见图见图2-12-1），频率范围约为），频率范围约为3 3101012121 110101515MHzMHz。工业上广泛采用人工同位素产生工业上广泛采用人工同位素产生射线。由于射线。由于射线的射线的波长比波长比X X射线更短，所以具有射线更短，所以具有更大的穿透力。在无损检测中更大的穿透力。在无损检测中射线常被用来对厚度较大和大型整体工件进行射线
3、照相。射线常被用来对厚度较大和大型整体工件进行射线照相。3 3）中子射线中子射线中子是构成原子核的基本粒子。中子射线是由某些物质中子是构成原子核的基本粒子。中子射线是由某些物质的原子在裂变过程中逸出高速中子所产生的。工业上常用人的原子在裂变过程中逸出高速中子所产生的。工业上常用人工同位素、加速器、反应堆来产生中子射线。在无损检测中工同位素、加速器、反应堆来产生中子射线。在无损检测中中子射线常中子射线常被用来对某些特殊部件被用来对某些特殊部件(如放射性核燃料元件如放射性核燃料元件)进行进行射线照相。射线照相。二、X X射线的产生射线的产生X X射线是一种波长比紫外线还短的电磁波，它具有光的特射线
4、是一种波长比紫外线还短的电磁波，它具有光的特性，例如具有反射、折射、干涉、衍射、散射和偏振等现象。性，例如具有反射、折射、干涉、衍射、散射和偏振等现象。它能使一些结晶物体发生荧光、气体电离和胶片感光。它能使一些结晶物体发生荧光、气体电离和胶片感光。X X射线通常是将高速运动的电子作用到金属靶射线通常是将高速运动的电子作用到金属靶(一般是重一般是重金属金属)上而产生的上而产生的,见教材见教材p47p47。图。图2-22-2是在是在35 kV35 kV的电压下操作的电压下操作时，钨靶与钼靶产生的典型的时，钨靶与钼靶产生的典型的X X射线谱。钨靶发射的是连续光射线谱。钨靶发射的是连续光谱，而钼靶除发
5、射连续光谱之外还叠加了两条特征光谱，称谱，而钼靶除发射连续光谱之外还叠加了两条特征光谱，称为标识为标识X X射线，即射线，即K K线和线和K K线。若线。若要得到钨的要得到钨的K线和线和K线，线，则电压必须加到则电压必须加到70 kV以上。以上。图2-2 钨与钼的X射线谱 1 1）连续连续X X射线射线根据电动力学理论，具有加速度的带电粒子将产生电磁辐根据电动力学理论，具有加速度的带电粒子将产生电磁辐射。在射。在X X射线管中，高压电场加速了阴极电子，当具有很大动射线管中，高压电场加速了阴极电子，当具有很大动能的电子达到阳极表面时，由于猝然停止，它所具有的动能必能的电子达到阳极表面时，由于猝然
6、停止，它所具有的动能必定转变为电磁波辐射出去。由于电子被停止的时间和条件不同，定转变为电磁波辐射出去。由于电子被停止的时间和条件不同，所以辐射的电磁波具有连续变化的波长。所以辐射的电磁波具有连续变化的波长。在任何在任何X X射线管中，只要电压达到一定数值，连续射线管中，只要电压达到一定数值，连续X X射线总射线总是存在的。连续是存在的。连续X X射线具有以下特点：射线具有以下特点：(1)连续连续X射线的波长与阳极的材料无关。射线的波长与阳极的材料无关。(2)连续连续X射线的波长在长波方向，理论上可以扩展到射线的波长在长波方向，理论上可以扩展到=；而在短波方向，实验证明具有最短波长而在短波方向，
7、实验证明具有最短波长min(见图见图2-2)，且有且有)nm(24.1minU（2-1）式中：式中：U为为X射线管的管电压，单位为射线管的管电压，单位为kV。（3）X射线管的效率为射线管的效率为 ZUIUZIUPP20（2-2）式中：式中：P=ZIU2为连续为连续X射线的总功率；射线的总功率；P0=IU为输入功率；为输入功率；Z为阳极的原子序数；为阳极的原子序数；U为管电压，单位为为管电压，单位为kV；为常数，约等为常数，约等于于1.510-6。(4)X(4)X射线管的射线管的管电压愈高，其连续管电压愈高，其连续X X射线的强度愈大，射线的强度愈大，而且其最短波长而且其最短波长minmin愈向
8、短愈向短波方向移动，波方向移动，如图如图2-3所示。所示。图2-3 不同管电压下钨靶连续X射线 2）标识标识X射线射线根据原子结构理论，原子吸收能量后将处于受激状态，根据原子结构理论，原子吸收能量后将处于受激状态，受受激状态原子是不稳定的，当它回复到原来的状态时，将以发射激状态原子是不稳定的，当它回复到原来的状态时，将以发射谱线的形式放出能量。在谱线的形式放出能量。在X射线管内，高速运动的电子到达阳射线管内，高速运动的电子到达阳极靶时将产生连续极靶时将产生连续X射线。如果电子的动能达到相当的数值，射线。如果电子的动能达到相当的数值，可足以打出靶原子可足以打出靶原子(通常是重金属原子通常是重金属
9、原子)内壳层上的一个电子，内壳层上的一个电子，该电子或者处于游离状态，或者被打到外壳层的某一个位置上。该电子或者处于游离状态，或者被打到外壳层的某一个位置上。于是原子的内壳层上有了一个空位，邻近壳层上的电子便来填于是原子的内壳层上有了一个空位，邻近壳层上的电子便来填空，这样就发生相邻壳层之间的电子跃迁。这种跃迁将发射出空，这样就发生相邻壳层之间的电子跃迁。这种跃迁将发射出线状的线状的X射线。显然，这种射线。显然，这种X射线与靶金属原子的结构有关，射线与靶金属原子的结构有关，因此称其为标识因此称其为标识X射线或特征射线或特征X射线。标识射线。标识X射线通常频率很高，射线通常频率很高，波长很短。波
10、长很短。三、三、射线的特性射线的特性 1 具有穿透物质的能力具有穿透物质的能力 2 不带电荷、不受电磁场的作用不带电荷、不受电磁场的作用 3 具有波动性、粒子性，即所谓的二象性具有波动性、粒子性，即所谓的二象性 4 能使某些物质起光化学作用能使某些物质起光化学作用 5 能使气体电离和杀死有生命的细胞能使气体电离和杀死有生命的细胞四、四、射线通过物质的衰减定律射线通过物质的衰减定律1 1）射线与物质的相互作用射线与物质的相互作用射线与物质的相互作用主要有三种过程：光电效应、康普射线与物质的相互作用主要有三种过程：光电效应、康普顿效应和电子对的产生。顿效应和电子对的产生。这三种过程的共同点是都产生
11、电子，这三种过程的共同点是都产生电子，然后电离或激发物质中的其他原子；此外，还有少量的汤姆森然后电离或激发物质中的其他原子；此外，还有少量的汤姆森效应。光电效应和康普顿效应随射线能量的增加而减少，电子效应。光电效应和康普顿效应随射线能量的增加而减少，电子对的产生则对的产生则随射线能量的增加而增加，四种效应的共同结果是随射线能量的增加而增加，四种效应的共同结果是使射线在透过物质时能量产生衰减。使射线在透过物质时能量产生衰减。（1 1）光电效应。光电效应。在普朗克概念中每束射线都具有能量为在普朗克概念中每束射线都具有能量为E E=hvhv的光子。光子的光子。光子运动时保持着它的全部动能。运动时保持
12、着它的全部动能。光子能够撞击物质中原子轨道光子能够撞击物质中原子轨道上的电子，若撞击时光子释放出全部能量，并将原子电离，上的电子，若撞击时光子释放出全部能量，并将原子电离，则称为光电效应则称为光电效应(见图见图2-4)2-4)。光子的一部分能量把电子从原子。光子的一部分能量把电子从原子中逐出去，剩余的能量则作为电子的动能被带走，于是该电子中逐出去，剩余的能量则作为电子的动能被带走，于是该电子可能又在物质中引起新的电离。可能又在物质中引起新的电离。当光子的能量低于当光子的能量低于1 1 MeVMeV时，时，光电效应是极为重要的过程。另外，光电效应更容易在原光电效应是极为重要的过程。另外，光电效应
13、更容易在原子序子序数高的物质中产生，如在铅数高的物质中产生，如在铅(Z82)中产生光电效应的程度比中产生光电效应的程度比在铜在铜(Z=29)中大得多。中大得多。图2-4 光电效应（2）康普顿效应。在康普顿效应康普顿效应。在康普顿效应(见图见图2-5)中，一个光子撞中，一个光子撞击一个电子时只释放出它的一部分能量，结果光子的能量减弱击一个电子时只释放出它的一部分能量，结果光子的能量减弱并在和射线初始方向成并在和射线初始方向成角的方向上散射，而电子则在和初始角的方向上散射，而电子则在和初始方向成方向成角的方向上散射。这一过程同样服从能量守恒定律，角的方向上散射。这一过程同样服从能量守恒定律，即电子
14、所具有的动能为入射光子和散射光子的能量之差，即电子所具有的动能为入射光子和散射光子的能量之差，最最后电子在物质中因电离原子而损失其能量。后电子在物质中因电离原子而损失其能量。在绝大多数的轻金属中，射线的能量大约在在绝大多数的轻金属中，射线的能量大约在0.23 MeV范围时，康普顿效应是极为重要的效应。范围时，康普顿效应是极为重要的效应。康普顿效应随着射康普顿效应随着射线能量的增加而减小，其大小也取决于物质中原子的电子数。线能量的增加而减小，其大小也取决于物质中原子的电子数。在中等原子序数的物质中，射线的衰减主要是由康普顿效应引在中等原子序数的物质中，射线的衰减主要是由康普顿效应引起，起，在射线
15、防护时主要侧重于康普顿效应。在射线防护时主要侧重于康普顿效应。图2-5 康普顿效应（3 3）电子对的产生。电子对的产生。一个具有足够能量的光子释放出它的全部动能而形成具一个具有足够能量的光子释放出它的全部动能而形成具有同样能量的一个负电子和一个正电子，这样的过程称为电有同样能量的一个负电子和一个正电子，这样的过程称为电子对的产生。子对的产生。产生电子对所需的最小能量为产生电子对所需的最小能量为0.51 0.51 MeVMeV，所以所以光子能量光子能量hv必须大于等于必须大于等于1.02 MeV，如图如图2-6所示。所示。图2-6 电子对的产生和消失 光子的能量一部分用于产生电子对，一部分传递给
16、电子光子的能量一部分用于产生电子对，一部分传递给电子和正电子作为动能，另一部分能量传给原子核。在物质中负和正电子作为动能，另一部分能量传给原子核。在物质中负电子和正电子都是通过原子的电离而损失动能，在消失过程电子和正电子都是通过原子的电离而损失动能，在消失过程中正电子和物质中的负电子相作用成为能量各为中正电子和物质中的负电子相作用成为能量各为0.51 0.51 MeVMeV的的两个光子，它们在物质中又可以两个光子，它们在物质中又可以通过光电效应和康普顿效应通过光电效应和康普顿效应进一步相互作用。进一步相互作用。由于产生电子对的能量条件要求不小于由于产生电子对的能量条件要求不小于1.02 1.0
17、2 MeVMeV，所以所以电子对的产生只有在高能射线中才是重要的过程。电子对的产生只有在高能射线中才是重要的过程。该过程正该过程正比于吸收体的原子序数的平方，所以高原子序数的物质电子比于吸收体的原子序数的平方，所以高原子序数的物质电子对对的产生也是重要的过程。的产生也是重要的过程。（4 4）汤姆森效应。汤姆森效应。射线与物质中射线与物质中带电粒子带电粒子相互作用，产生与入射波长相同的相互作用，产生与入射波长相同的散射线的现象叫做汤姆森效散射线的现象叫做汤姆森效应。这种散射线可以产生干涉，应。这种散射线可以产生干涉，能量衰减十分微小，能量衰减十分微小，如图如图2-7所示。所示。图2-7 汤姆森效
18、应 2 2）射线的衰减定律和衰减曲线射线的衰减定律和衰减曲线射线的衰减是由于射线光子与物体相互作用产生光电效应、射线的衰减是由于射线光子与物体相互作用产生光电效应、康普顿效应、汤姆森效应或电子对的产生，使射线被吸收和散康普顿效应、汤姆森效应或电子对的产生，使射线被吸收和散射而引起的射而引起的。由此可知，。由此可知，物质愈厚，则射线穿透时的物质愈厚，则射线穿透时的衰减程度衰减程度也愈大。也愈大。射线衰减的程度不仅与透过物质的厚度有关，而且还与射线衰减的程度不仅与透过物质的厚度有关，而且还与射射线的性质线的性质(波长波长)、物体的性质、物体的性质(密度和原子序数密度和原子序数)有关。一般来有关。一
19、般来讲，讲，射线的波长愈小，衰减愈小；物质的密度及原子序数愈大，射线的波长愈小，衰减愈小；物质的密度及原子序数愈大，衰减也愈大。衰减也愈大。但它们之间的关系并不是简单的直线关系，但它们之间的关系并不是简单的直线关系，而而是成指数关系的衰减，是成指数关系的衰减，如图如图2-82-8所示。所示。图2-8 宽束射线的衰减曲线设入射线的初始强度为设入射线的初始强度为I0，通过物质的厚度为通过物质的厚度为d，射线能射线能量的线衰减系数为量的线衰减系数为，那么射线在透过物质以后的强度那么射线在透过物质以后的强度Id为为 ddeII0（2-3）因为射线的衰减包括吸收和散射，所以射线的衰减系数因为射线的衰减包
20、括吸收和散射，所以射线的衰减系数是吸收系数是吸收系数和散射系数和散射系数之和，即之和，即=+。由于物质密度愈大，射线在物质中传播时碰到的原子也愈由于物质密度愈大，射线在物质中传播时碰到的原子也愈多，因而射线衰减也愈大。多，因而射线衰减也愈大。为便于比较起见，通常采用质量衰为便于比较起见，通常采用质量衰减系数，即减系数，即（2-4）式中：式中：为物质的密度；为物质的密度；为质量吸收系数；为质量吸收系数；/为质量散射系数。为质量散射系数。射线的质量吸收系数和散射系数表示如下：射线的质量吸收系数和散射系数表示如下：43CZAAZ4.0（2-5）（2-6）式中：式中：C为常数；为常数；A为元素的质量数
21、；为元素的质量数；Z为元素的原子序数；为元素的原子序数；为射线的波长。为射线的波长。当低能射线透过重元素当低能射线透过重元素(轻元素和波长很短的射线除外轻元素和波长很短的射线除外)物物质时，射线的衰减主要表现质时，射线的衰减主要表现为吸收，由射线散射所引起的衰减为吸收，由射线散射所引起的衰减可忽略不计，可忽略不计，则则 34ZAC（2-7）2.2 射线检测的基本原理和方法射线检测的基本原理和方法一、一、射线检测的基本原理射线检测的基本原理射线检测是利用射线检测是利用射线通过物质衰减程度与被通过部位射线通过物质衰减程度与被通过部位的材质、厚度和缺陷的性质有关的特性，使胶片感光成黑度不的材质、厚度
22、和缺陷的性质有关的特性，使胶片感光成黑度不同的图像来实现的，同的图像来实现的，如图如图2-9所示。当一束强度为所示。当一束强度为I0的的射线平射线平行通过被检测试件行通过被检测试件(厚度为厚度为d)后，其强度后，其强度Id由式（由式（2-3）表示。）表示。若被测试件表面有高度为若被测试件表面有高度为h的凸起时，则的凸起时，则射线强度将衰减为射线强度将衰减为)(0ehdhII(2-8)又如在被测试件内，有一个厚度为又如在被测试件内，有一个厚度为x、吸收系数为吸收系数为的某的某种缺陷，种缺陷，则射线通过后，强度衰减为则射线通过后，强度衰减为)(0exxdxII(2-9)若有缺陷的吸收系数小于被测试
23、件本身的线吸收系数，则若有缺陷的吸收系数小于被测试件本身的线吸收系数，则IxIdIh，于是，在被检测试件的另一面就形成一幅射线强度于是，在被检测试件的另一面就形成一幅射线强度不均匀的分布图。通过一定方式将这种不均匀的射线强度进行不均匀的分布图。通过一定方式将这种不均匀的射线强度进行照相或转变为电信号指示、记录或显示，就可以评定被检测试照相或转变为电信号指示、记录或显示，就可以评定被检测试件的内部质量，达到无损检测的目的。件的内部质量，达到无损检测的目的。图2-9X射线检测原理 二、二、射线检测方法射线检测方法 目前工业上主要有照相法、电离检测法、荧光屏直接观察目前工业上主要有照相法、电离检测法
24、、荧光屏直接观察法、电视观察法等。法、电视观察法等。射线检测常用的方法是照相法，即利用射线感光材料射线检测常用的方法是照相法，即利用射线感光材料(通常用射线胶片通常用射线胶片)，放在被透照试件的背面接受透过试件后的，放在被透照试件的背面接受透过试件后的射线，射线，如图如图2-102-10所示。胶片曝光后经暗室处理，就会显示所示。胶片曝光后经暗室处理，就会显示出物体的结构图像。根据胶片上影像的形状及其黑度的不均匀出物体的结构图像。根据胶片上影像的形状及其黑度的不均匀程度，就可以评定被检测试件中有无缺陷及缺陷的性质、形状、程度，就可以评定被检测试件中有无缺陷及缺陷的性质、形状、大小和位置。大小和位
25、置。此法的优点是灵敏度高、直观可靠、重复性好，此法的优点是灵敏度高、直观可靠、重复性好，是是射线检测法中应用最广泛的一种常规方法。射线检测法中应用最广泛的一种常规方法。由于生产和科由于生产和科研的需要，还可用放大照相法和闪光照相法以弥补其不足。研的需要，还可用放大照相法和闪光照相法以弥补其不足。放大照放大照相可以检测出材料中的微小缺陷。相可以检测出材料中的微小缺陷。图2-10 X射线照相原理示意图 二、二、射线检测方法射线检测方法 电离检测法、荧光屏直接观察法、电视观察法见教材电离检测法、荧光屏直接观察法、电视观察法见教材2.3 射线照相检测技术射线照相检测技术一、一、照相法的灵敏度和透度计照
26、相法的灵敏度和透度计1）灵敏度灵敏度 灵敏度是指发现缺陷的能力，也是检测质量的标志。通常灵敏度是指发现缺陷的能力，也是检测质量的标志。通常用两种方式表示：用两种方式表示：一是绝对灵敏度，一是绝对灵敏度，是指在射线胶片上能发现是指在射线胶片上能发现被检测试件中与射线平行方向的最小缺陷尺寸；被检测试件中与射线平行方向的最小缺陷尺寸；二是相对灵敏二是相对灵敏度，度，是指在射线胶片上能发现被检测试件中与射线平行方向的是指在射线胶片上能发现被检测试件中与射线平行方向的最小缺陷尺寸占试件厚度的百分数。若以最小缺陷尺寸占试件厚度的百分数。若以d表示为被检测试件表示为被检测试件的材料厚度，的材料厚度，x为缺陷
27、尺寸，则其相对灵敏度为为缺陷尺寸，则其相对灵敏度为%100dxK（2-10）2 2）透度计透度计 透度计又称像质指示器。在透视照相中，要评定缺陷的实透度计又称像质指示器。在透视照相中，要评定缺陷的实际尺寸是困难的，因此，际尺寸是困难的，因此，要用透度计来做参考比较。同时，要用透度计来做参考比较。同时，还可以用透度计来鉴定照片的质量和作为改进透照工艺的依据。还可以用透度计来鉴定照片的质量和作为改进透照工艺的依据。透度计要用与被透照工件材质吸收系数相同或相近的材料制成。透度计要用与被透照工件材质吸收系数相同或相近的材料制成。常用的透度计主要有两种。常用的透度计主要有两种。（1 1）槽式透度计。槽式
28、透度计。槽式透度计的基本设计是在平板上加工出一系列的矩形槽，槽式透度计的基本设计是在平板上加工出一系列的矩形槽，其规格尺寸如图其规格尺寸如图2-112-11所所示。对不同厚度的工件照相，可分别采示。对不同厚度的工件照相，可分别采用不同型号的透度计。用不同型号的透度计。100%hKTd图2-11 槽式透度计示意图(2)金属丝透度计。金属丝透度计。金属丝透度计是以一套（金属丝透度计是以一套（711根）不同直径（根）不同直径（0.14.0 mm）的金属丝均匀排列，粘合于两层塑料或薄橡皮中间而构的金属丝均匀排列，粘合于两层塑料或薄橡皮中间而构成的。为区别透度计型号，在金属丝两端摆上与号数对应的铅成的。
29、为区别透度计型号，在金属丝两端摆上与号数对应的铅字或铅点。金属丝一般分为两类，透照钢材时用钢丝透度计，字或铅点。金属丝一般分为两类，透照钢材时用钢丝透度计，透照铝合金或镁合金时用铝丝透度计。透照铝合金或镁合金时用铝丝透度计。图图2-12为金属丝透度计为金属丝透度计的结构示意图的结构示意图(图中图中JB表示表示“机械工业部标准机械工业部标准”)。图2-12 金属丝透度计示意图%100dK使用金属丝透度计时，应将其置于被透照工件的表面，并使用金属丝透度计时，应将其置于被透照工件的表面，并应使金属丝直径小的一侧远离射线束中心。这样可保证整个被应使金属丝直径小的一侧远离射线束中心。这样可保证整个被透照
30、区的灵敏度达到如下计算数值：透照区的灵敏度达到如下计算数值：（2-11）式中：式中：为观察到的最小金属丝直径；为观察到的最小金属丝直径；d为被透照工件部位的为被透照工件部位的总厚度。总厚度。2.增感屏及增感方式的选择增感屏及增感方式的选择由于由于X射线和射线和射线波长短、硬度大，对胶片的感光效应差，射线波长短、硬度大，对胶片的感光效应差，一般透过胶片的射线，大约只有一般透过胶片的射线，大约只有1左右能激发胶片中的银盐左右能激发胶片中的银盐微粒感光。为了增加胶片的感光速度，利用某些增感物质在射微粒感光。为了增加胶片的感光速度，利用某些增感物质在射线作用下能激发出荧光或产生次级射线，从而加强对胶片
31、的感线作用下能激发出荧光或产生次级射线，从而加强对胶片的感光作用。在射线透视照相中，所用的增感物质称为增感屏，光作用。在射线透视照相中，所用的增感物质称为增感屏，其其增感系数为增感系数为 量时，用增感屏所需曝光产生相同的摄影密度时，无增感所需曝光量在摄影密度为DDK（2-12）1）荧光增感屏荧光增感屏荧光增感屏是利用荧光物质被射线激发产生荧光实现增感荧光增感屏是利用荧光物质被射线激发产生荧光实现增感作用的，其结构如图作用的，其结构如图2-13所示。它是将荧光物质均匀地涂布在所示。它是将荧光物质均匀地涂布在质地均匀而光滑的支撑物质地均匀而光滑的支撑物(硬纸或塑料薄板等硬纸或塑料薄板等)上，再覆盖
32、一层上，再覆盖一层薄薄的透明保护层组合而成的。薄薄的透明保护层组合而成的。图2-13 荧光增感屏构造示意图 2）金属增感屏金属增感屏金属增感屏在受射线照射时产生金属增感屏在受射线照射时产生射线和二次标识射线和二次标识X射线射线对胶片起感光作用。其增感较小，一般只有对胶片起感光作用。其增感较小，一般只有27倍。金属屏倍。金属屏的增感特性通常是，的增感特性通常是，原子序数增加，增感系数上升，辐射波原子序数增加，增感系数上升，辐射波长愈短，增感作用越显著。但是原子序数越大，激发能量也长愈短，增感作用越显著。但是原子序数越大，激发能量也要相应提高，如果射线能量不能使金属屏的原子电离或激发，要相应提高，
33、如果射线能量不能使金属屏的原子电离或激发，则不起增感作用，相反还会吸收一部分软射线。如铅增感屏，则不起增感作用，相反还会吸收一部分软射线。如铅增感屏，当管电压低于当管电压低于80 kV时，则基本上无增感作用。时，则基本上无增感作用。在生产实践中，在生产实践中，多采用铅、锡等原子序数较高的材料作金属增感屏，因为铅多采用铅、锡等原子序数较高的材料作金属增感屏，因为铅的压延性好，吸收散射线的能力强。的压延性好，吸收散射线的能力强。3 3）金属荧光增感屏金属荧光增感屏金属荧光增感屏是在铅箔上涂一层荧光物质组合而成的，金属荧光增感屏是在铅箔上涂一层荧光物质组合而成的，其结构如图其结构如图2-142-14
34、所示。它具所示。它具有荧光增感的高增感系数，又有有荧光增感的高增感系数，又有吸收散射线的作用。吸收散射线的作用。图2-14 金属荧光增感屏结构示意图 4）增感方式的选择增感方式的选择 增感方式的选择通常考虑三方面的因素：产品设计对检测增感方式的选择通常考虑三方面的因素：产品设计对检测的要求、射线能量和胶片类型。的要求、射线能量和胶片类型。三、三、曝光参数的选择曝光参数的选择 1）射线的硬度射线的硬度射线硬度是指射线的穿透力，由射线的波长决定。波长越射线硬度是指射线的穿透力，由射线的波长决定。波长越短硬度越大，则穿透力就越强，对某一物质即具有较小的吸收短硬度越大，则穿透力就越强，对某一物质即具有
35、较小的吸收系数。系数。X射线波长的长短由管电压所决定，管电压愈高，射线波长的长短由管电压所决定，管电压愈高，波长波长愈短。射线硬度对透照胶片影像的质量有很大关系。因此，愈短。射线硬度对透照胶片影像的质量有很大关系。因此，选择射线的硬度尤为重要。例如：当一束强度为选择射线的硬度尤为重要。例如：当一束强度为I0的射线，的射线，通通过被透照厚度为过被透照厚度为d的物体后，其强度将衰减为的物体后，其强度将衰减为Id(由公式（由公式（2-3）描述描述)；通过一厚度为；通过一厚度为x的缺陷后，其强度为的缺陷后，其强度为Ix(由公式（由公式（2-9）描述描述)。IxId称为对比度或主因衬度称为对比度或主因衬
36、度，即即 xdxeII)(（2-13）假设缺陷内为空气，则假设缺陷内为空气，则可忽略不计。因而可忽略不计。因而 xdxeII（2-14）在工业射线透照中，总是希望胶片上的影像衬度尽可能高，在工业射线透照中，总是希望胶片上的影像衬度尽可能高，以保证检测质量。因此，射线硬度尽可能选软些。但是，以保证检测质量。因此，射线硬度尽可能选软些。但是，如果如果希望在材料的厚薄相邻部分一次曝光，则要选用较硬的射线。希望在材料的厚薄相邻部分一次曝光，则要选用较硬的射线。为了提高某些低原子序数、低密度和薄壁材料的检测灵敏为了提高某些低原子序数、低密度和薄壁材料的检测灵敏度，应采用软射线，即低能度，应采用软射线，即
37、低能X射线照相法。射线照相法。通常将通常将60150 kV定为中等硬度定为中等硬度X射线，射线，60 kV以下定为软以下定为软X射线。射线。2）射线的曝光量射线的曝光量 射线的曝光量通常以射线强度射线的曝光量通常以射线强度I和时间和时间t的乘积表示，即的乘积表示，即 E=It，E的单位为的单位为mCih(毫居里毫居里小时小时)。对。对X射线来说，当管压射线来说，当管压一定时，其强度与管电流成正比。因此一定时，其强度与管电流成正比。因此X射线的曝光量通常用射线的曝光量通常用管电流管电流i和时间和时间t的乘积来表示，即的乘积来表示，即 E=it(2-15)其单位为其单位为mAmin(毫安毫安分分)
38、或或mAs(毫安毫安秒秒)。在一定范围内，如果在一定范围内，如果E为常数，则为常数，则i与与t存在反比关系：存在反比关系：E=i1t1=i2t2(2-16)一般在选用管电流和曝光时间时，在射线设备允许范围内，一般在选用管电流和曝光时间时，在射线设备允许范围内，管电流总是取得大些，以缩短曝光时间并减少散射线的影响。管电流总是取得大些，以缩短曝光时间并减少散射线的影响。此外，此外，X X射线从窗口呈射线从窗口呈直线锥体直线锥体辐射，在空间各点的分布强度与辐射，在空间各点的分布强度与该点到焦点的距离平方成反比该点到焦点的距离平方成反比(见图见图2-15)2-15)。即。即 212221)()(LLI
39、I（2-17）图2-15 曝光距离与射线强度的关系 3 3）射线照相对比度）射线照相对比度射线照片上影像的质量由射线照片上影像的质量由对比度、不清晰度、颗粒度决对比度、不清晰度、颗粒度决定。影像的对比度是指射线照片上两个相邻区域的黑度差。定。影像的对比度是指射线照片上两个相邻区域的黑度差。如果两个区域的黑度分别为如果两个区域的黑度分别为D D1 1、D D2 2，则它们的对比度为：则它们的对比度为：D D=D D1 1-D D2 2 。影像的对比度影像的对比度决定了在射线透照方向上可识别的决定了在射线透照方向上可识别的细节，细节，影像的不清晰度影像的不清晰度决定了在垂直于射线透照方向上可识决定
40、了在垂直于射线透照方向上可识别的细节尺寸，别的细节尺寸，影像的颗粒度影像的颗粒度决定了影像可记录的细节最小决定了影像可记录的细节最小尺寸。尺寸。思考：思考：D=G（lgE2-lgE1）=？G为衬度系数为衬度系数 1.窄束、单色射线窄束、单色射线 2.宽束射线宽束射线4)4)焦距的选择焦距的选择焦距是指从放射源焦距是指从放射源(焦点焦点)至胶片的距离。焦距选择与射线至胶片的距离。焦距选择与射线源的几何尺寸和试件厚度有关。由于射线源有一定的几何尺寸，源的几何尺寸和试件厚度有关。由于射线源有一定的几何尺寸，从而产生几何不清晰度从而产生几何不清晰度U Ug g，如图如图2-162-16所示。由相似所示
41、。由相似三角形关系，三角形关系，可以求出：可以求出：gbUFb（2-18）式中：式中：为射线源的几何尺寸；为射线源的几何尺寸；F F为焦点至胶片的距离；为焦点至胶片的距离；a a为焦为焦点至缺陷的距离；点至缺陷的距离；b b为缺陷至胶片的距离。为缺陷至胶片的距离。为了减小几何不清晰度，胶片都应尽可能紧靠试件，焦距越大为了减小几何不清晰度，胶片都应尽可能紧靠试件，焦距越大越好。但焦距增大，使曝光时间急剧增加或者提高越好。但焦距增大，使曝光时间急剧增加或者提高X X射线管电射线管电压。为了保证底片的影像质量和缩短曝光时间，在满足几何不压。为了保证底片的影像质量和缩短曝光时间，在满足几何不清晰度要求
42、下，焦距应尽可能减小。清晰度要求下，焦距应尽可能减小。图2-16 透照影像几何不清晰度 5)曝光曲线曝光曲线 1.不同管电压下，材料厚度与曝光量的关系曲线，不同管电压下，材料厚度与曝光量的关系曲线，材料厚材料厚度度d与曝光量与曝光量x的关系为：的关系为：Cdx（2-19）式中：式中：为吸收系数；为常数。为吸收系数；为常数。x x与与d d呈线性关系。若以呈线性关系。若以x x为纵为纵轴，轴，d d为横轴，当焦距一定时，则给定一个厚度为横轴，当焦距一定时，则给定一个厚度d d，对应于某一对应于某一管电压可以求得一个管电压可以求得一个x x值。用各种不同的电压试验时，就可以值。用各种不同的电压试验
43、时，就可以得出一组斜率逐渐变化的曲线，如图得出一组斜率逐渐变化的曲线，如图2-172-17所示。所示。图2-17 材料厚度与曝光量的关系曲线 2.2.不同焦距下，材料厚度与管电压的关系曲线。不同焦距下，材料厚度与管电压的关系曲线。根据式根据式(2-19)(2-19)，由于底片黑度要求一定，所以，由于底片黑度要求一定，所以x x为一常数，如果被透为一常数，如果被透照的材料固定，则照的材料固定，则d d增大时增大时必须减小。根据式（必须减小。根据式（2-12-1）和式）和式（2-72-7）知，所以管电压要相应增大。）知，所以管电压要相应增大。U1（2-20）若以材料厚度若以材料厚度d为横轴，管电压
44、为横轴，管电压U为纵轴，则在一定焦距下的厚为纵轴，则在一定焦距下的厚度所对应的管电压可以连成一条曲线。以不同的焦距试验时，度所对应的管电压可以连成一条曲线。以不同的焦距试验时，就可得到一组曲线，就可得到一组曲线，如图如图2-18所示。所示。图2-18 材料厚度与管电压的关系曲线 3.等效系数等效系数两块不同厚度的不同材料在入射强度为两块不同厚度的不同材料在入射强度为I0的射线源照射下，的射线源照射下，若得到相同的出射强度若得到相同的出射强度Ix，则称二者为则称二者为“等效等效”。它们的厚度。它们的厚度之比称为材料的之比称为材料的“等效系数等效系数”。根据等效系数的定义，可以从。根据等效系数的定
45、义，可以从一条常用材料的曝光曲线上查出另一种材料的等效厚度所对应一条常用材料的曝光曲线上查出另一种材料的等效厚度所对应的管电压。的管电压。2.4 常见缺陷及其影像特征常见缺陷及其影像特征 一、一、焊件中常见的缺陷焊件中常见的缺陷1）裂纹裂纹 裂纹主要是在熔焊冷却时因热应力和相变应力而产生的，裂纹主要是在熔焊冷却时因热应力和相变应力而产生的，也有在校正和疲劳过程中产生的，是危险性最大的一种缺陷。也有在校正和疲劳过程中产生的，是危险性最大的一种缺陷。裂纹影像较难辨认。因为断裂宽度、裂纹取向、断裂深度不同，裂纹影像较难辨认。因为断裂宽度、裂纹取向、断裂深度不同，使其影像有的较清晰，有的模糊不清。常见
46、的有纵向裂纹、横使其影像有的较清晰，有的模糊不清。常见的有纵向裂纹、横向裂纹和弧坑裂纹，向裂纹和弧坑裂纹，分布在焊缝上或热影响区。分布在焊缝上或热影响区。图2-19 焊缝裂纹照片2 2）未焊透未焊透未焊透是熔焊金属与基体材料没有熔合为一体且有一定未焊透是熔焊金属与基体材料没有熔合为一体且有一定间隙的一种缺陷。在胶片上的影像特征是连续或断续的黑线，间隙的一种缺陷。在胶片上的影像特征是连续或断续的黑线，黑线的位置与两基体材料相对接的位置间隙一黑线的位置与两基体材料相对接的位置间隙一致。图致。图2-20是是对接焊缝的未焊透照片。对接焊缝的未焊透照片。图2-20 对接焊缝未焊透照片 3 3）气孔气孔
47、气孔是在熔焊时部分空气停留在金属内部而形成的缺陷。气孔是在熔焊时部分空气停留在金属内部而形成的缺陷。气孔在底片上的影像一般呈圆形或椭圆形，也有不规则形状气孔在底片上的影像一般呈圆形或椭圆形，也有不规则形状的，以单个、多个密集或链状的形式分布在焊缝上。在底片的，以单个、多个密集或链状的形式分布在焊缝上。在底片上的影像轮廓清晰，边缘圆滑，如气孔较大，还可看到其黑上的影像轮廓清晰，边缘圆滑，如气孔较大，还可看到其黑度中心部分较边缘要深一些度中心部分较边缘要深一些(见见图图2-21)。图2-21 焊缝气孔照片 4 4）夹渣夹渣 夹渣是在熔焊时所产生的金属氧化物或非金属夹杂物，夹渣是在熔焊时所产生的金属
48、氧化物或非金属夹杂物，因来不及浮出表面，停留在焊缝内部而形成的缺陷。在底片因来不及浮出表面，停留在焊缝内部而形成的缺陷。在底片上其影像是不规则的，呈圆形、块状或链状等，边上其影像是不规则的，呈圆形、块状或链状等，边缘没有气缘没有气孔圆滑清晰，孔圆滑清晰，有时带棱角，有时带棱角，如图如图2-22所示。所示。图2-22 焊缝夹渣照片 5 5）烧穿烧穿 在焊缝的局部，因热量过大而被熔穿，形成流垂或凹坑。在焊缝的局部，因热量过大而被熔穿，形成流垂或凹坑。在底片上的影像在底片上的影像呈光亮的圆形呈光亮的圆形(流垂流垂)或呈边缘较清晰的黑块或呈边缘较清晰的黑块(凹凹坑坑)，如图如图2-23所示。所示。图2
49、-23 焊缝烧穿照片 二、二、铸件中常见的缺陷铸件中常见的缺陷1 1）夹杂夹杂 夹杂是金属熔化过程中的熔渣或氧化物，因来不及浮出夹杂是金属熔化过程中的熔渣或氧化物，因来不及浮出表面而停留在铸件内形成的。表面而停留在铸件内形成的。在胶片上的影像有球状、块状在胶片上的影像有球状、块状或其他不规则形状。其黑度有均匀的和不均匀的，有时出现或其他不规则形状。其黑度有均匀的和不均匀的，有时出现的可能不是黑块而是亮块，这是因为铸件中夹有比铸造金属的可能不是黑块而是亮块，这是因为铸件中夹有比铸造金属密度更大的夹杂物，密度更大的夹杂物，如铸镁合金中的熔剂夹渣，如图如铸镁合金中的熔剂夹渣，如图2-24所所示。示。
50、图2-24 铸镁合金中的夹杂照片 2 2）气孔气孔 因铸型通气性不良等原因，使铸件内部分气体排不出来因铸型通气性不良等原因，使铸件内部分气体排不出来而形成气孔。气孔大部分接近表面，在底片上的影像呈圆形而形成气孔。气孔大部分接近表面，在底片上的影像呈圆形或椭圆形，也有不规则形状的，一般中心部分较边或椭圆形，也有不规则形状的，一般中心部分较边缘稍黑，缘稍黑，轮廓较清晰，轮廓较清晰，如图如图2-25所示。所示。图2-25 铸件中的气孔照片 3）针孔针孔 针孔是指直径小于或等于针孔是指直径小于或等于1 mm的气孔，是铸铝合金中常的气孔，是铸铝合金中常见的缺陷。在胶片上的影像有圆形、条形、苍蝇脚形等。见
