【正文】 輻射劑量與防護課程設計 1 工業(yè) X射線 探傷儀系統(tǒng) 設計 1. X 射線探傷原理 X 射線是一種波長很短的電磁波，是一種光子，波長為 106? 108? cm， X射線有下列特性： （ 1）穿透性 X 射線能穿透一般可見光所不能透過的物質。其穿透能力的強弱，與 X 射線的波長以及被穿透物質的密度和厚度有關。 X 射線波長愈短，穿透力就愈大；密度愈低，厚度愈薄，則 X射線愈易穿透。在實際工作中，通過球管的電壓伏值（ kV）的大小來確定 X 射線的穿透性（即 X 射線的質） ，而以單位時間內通過 X 射線的電流（ mA）與時間的乘積代表 X 射線的量。 （ 2）電離作用 X 射線或其它射線（例如γ射線）通過物質被吸收時，可使組成物質的分子分解成為正負離子，稱為電離作用，離子的多少和物質吸收的 X 射線量成正比。通過空氣或其它物質產(chǎn)生電離作用，利用儀表測量電離的程度就可以計算 X 射線的量。檢測設備正是由此來實現(xiàn)對零件探傷檢測的。 X 射線還有其他作用，如感光、熒光作用等。 X 射線影像形成的基本原理，是由于 X 射線線的特性和零件的致密度與厚度之差異所致。 輻射劑量與防護課程設計 2 由于在壓 鑄過程中，零件的成型會因工藝參數(shù)、機床狀況變化而有所不同，因此成型后的零件厚度、致密度也有差異，而經(jīng) X 射線照射，其吸收及透過 X 射線量也不一樣。因而，在透視熒光屏上有亮暗之分。表 1 為零件厚差異和 X 射線影像的關系。圖 1為 X射線照相法示意圖： 輻射劑量與防護課程設計 3 熒光磁粉探傷 熒光 磁粉探傷 是采用熒光磁粉，加裝黑光照射裝置的 磁粉探傷機 。它是采用固定式、分立式結構，對工件進行交流熒光磁粉探傷。適用于機械、汽車、軍工、航天、內燃機、鐵道等行業(yè)對軸類、齒輪、盤套類等鐵磁性材料制成的零件的無損檢驗，能發(fā)現(xiàn)零件表面及近表面因鑄造、鍛壓、焊接、拉伸、淬火、研磨、疲勞而產(chǎn)生的裂痕以及夾渣等極細微的缺陷。 熒光 磁粉探傷機 的基本原理：自然中磁力線總能保持其連續(xù)性。當鐵磁性工件放在使其飽和的磁場中時，磁力線便會被引導通過工件。如果磁力線遇到工件材料上的不連續(xù)，則磁力線就會繞過這些磁導率較低的（磁阻較大）區(qū)域而泄漏出工件表面形成 “ 漏磁場 ” 。這樣在缺陷的兩側便會產(chǎn)生磁極 ,將磁粉（或磁懸液 ) 吸附到裂紋等缺陷周圍，便可形成明顯可見的線狀或點狀堆積。 滲透探傷 滲透探傷是利用毛細現(xiàn)象來進行探傷的方法 。對于表面光滑而清潔的零部件，用一種帶色 (常為紅色 )或帶有熒光的、滲透性很強的液體，涂覆于待探零部件的表面。若表面有肉眼不能直接察知的微裂紋，由于該液體的滲透性很強，它將沿著裂紋滲透到其根部。然后將表面的滲透液洗去，再涂上對比度較大的顯示液 (常為白色 )。放置片刻后，由于裂紋很窄，毛細現(xiàn)象作用顯著，原滲透到裂紋內的滲透液將上升到表面并擴散，在白色的襯底上顯出較粗的紅線，從而顯示出裂紋露于表面的形狀，因此，常稱為著色探傷。若滲透液采用的是帶熒光的液體，由毛細現(xiàn)象上升到表面的液體，則會在紫外燈照射下發(fā)出熒光，從而 更能顯示出裂紋露于表面的形狀，故常常又將此時的滲透探傷直接稱為熒光探傷。此探傷方法也可用于金屬和非金屬表面探傷。其使用的探傷液劑有較大氣味，常有一定毒性。 渦流探傷 渦流探傷是由交流電流產(chǎn)生的交變磁場作用于待探傷的導電材料，感應出電渦流。如果材料中有缺陷，它將干擾所產(chǎn)生的電渦流，即形成干擾信號。用渦流探傷儀檢測出其干擾信號，就可知道缺陷的狀況。影響渦流的因素很多，即是說渦流中 輻射劑量與防護課程設計 4 載有豐富的信號，這些信號與材料的很多因素有關，如何將其中有用的信號從諸多的信號中一一分離出來，是目前渦流研究工作者的難題，多 年來已經(jīng)取得了一些進展，在一定條件下可解決一些問題，但還遠不能滿足現(xiàn)場的要求，有待于大力發(fā)展。渦流探傷的顯著特點是對導電材料就能起作用，而不一定是鐵磁材料，但對鐵磁性材料的效果較差。其次，待探工件表面的光潔度、平整度、邊界等對渦流探傷都有較大影響，因此常將渦流探傷用于形狀較規(guī)則、表面較光潔的銅管等非鐵磁性工件探傷。 射線探傷 射線探傷是利用射線的穿透性和直線性來探傷的方法。這些射線雖然不會像可見光那樣憑肉眼就能直接察知，但它可使照相底片感光，也可用特殊的接收器來接收。常用于探傷的射線有 X 射線和同位 素發(fā)出的γ射線，分別稱為 X射線探傷和γ射線探傷。當這些射線穿過 (照射 )物質時，該物質的密度越大，射線強度減弱得越多，即射線能穿透過該物質的強度就越小。此時，若用照相底片接收，則底片的感光量就小；若用儀器來接收，獲得的信號就弱。因此，用射線來照射待探傷的零部件時，若其內部有氣孔、夾渣等缺陷，射線穿過有缺陷的路徑比沒有缺陷的路徑所透過的物質密度要小得多，其強度就減弱得少些，即透過的強度就大些，若用底片接收，則感光量就大些，就可以從底片上反映出缺陷垂直于射線方向的平面投影；若用其它接收器也同樣可以用儀表來反映缺陷 垂直于射線方向的平面投影和射線的透過量。由此可見，一般情況下，射線探傷是不易發(fā)現(xiàn)裂紋的，或者說，射線探傷對裂紋是不敏感的。因此，射線探傷對氣孔、夾渣、未焊透等體積型缺陷最敏感。即射線探傷適宜用于體積型缺陷探傷，而不適宜面積型缺陷探傷，另射線探傷價格一般較貴。 超聲波探傷 人們的耳朵能直接接收到的聲波的頻率范圍通常是 20Hz 到 20kHz，即音 (聲 )頻。頻率低于 20 Hz 的稱為次聲波，高于 20 kHz 的稱為超聲波。工業(yè)上常用數(shù)兆赫茲超聲波來探傷。超聲波頻率高，則傳播的直線性強，又易于在固體中傳播，并且 遇到兩種不同介質形成的界面時易于反射，這樣就可以用它來探傷。通常用超聲波探頭與待探工件表面良好的接觸，探頭則可有效地向工件發(fā)射超聲波，并能接收(缺陷 )界面反射來的超聲波，同時轉換成電信號，再傳輸給儀器進行處理。根據(jù)超聲波在介質中傳播的速度 (常稱聲速 )和傳播的時間，就可知道缺陷的位置。當缺陷 輻射劑量與防護課程設計 5 越大，反射面則越大，其反射的能量也就越大，故可根據(jù)反射能量的大小來查知各缺陷 (當量 )的大小。常用的探傷波形有縱波、橫波、表面波等，前二者適用于探測內部缺陷，后者適宜于探測表面缺陷，但對表面的條件要求高。 激光探傷 激光全息無損探傷是借助于全息圖來記錄和再現(xiàn)不同物體表面所散射出來的光波，然后由它們產(chǎn)生的干涉條紋圖比較出表面形變之間的差別，最后由條紋的反常分布來探知物體中存在的缺陷。該法適用于光滑或粗糙表面，能對物體表面作全場檢測，而且設備比較簡單。目前，這一技術已經(jīng)解決了不少其它技術難以解決的檢驗問題。近代航空工業(yè)中廣泛應用的鋁合金蜂窩板采用迭層結構，以減輕重量，增大強度，但在制造過程中會出現(xiàn)脫膠等缺陷而影響強度 .如采用全息術對蜂窩板進行無損檢測，即可檢測出脫膠、板層厚度不均勻等缺陷，并能顯示出這些缺陷的位置及區(qū)域大 小。在動力機械中，全息術可用于檢測葉輪機、發(fā)動機等的葉片質量，也為工業(yè)中的高壓容器和輸送管道提供了無損探傷手段。另外，陶瓷、玻璃及耐火材料的質量檢驗也已借助于全息術而得到改進。