射线检测在压力容器中的应用Word文档格式.docx

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ngquè

deliǎojiě.

源语言：

中文

Keywords:

non-destructivetesting,radiationdetectionprinciples.

1、绪论

1.1无损检测的含义

所谓无损检测，就是利用物质的声、光、磁和电等特性，在不损害或不影响被检测对象使用性能的前提下，检测被捡对象中是否存在缺陷或不均匀性，给出缺陷的大小、位置、性质和数量等信息，进而判定被检对象所处技术状态（如合格与否、剩余寿命等）的所有技术手段的总称。

1.2无损检测的特点

与破坏性检测相比，无损检测具有以下显著的特点。

（1）非破坏性检测不会损害被检对象的使用性能，因此，无损检测又称非破坏检测。

（2）全面性由于检测是非破坏性的，因此必要时可被捡对象进行100%的全面检测，这是破坏性检测所不能做到的。

（3）全程性破坏性检测一般只适用于对原材料进行检测，如机械工程中普遍采用的拉伸、压缩、弯曲、疲劳等破坏性检验都是针对制造用原材料进行的，对于产品和在用品，除非不准备让其继续服役，否则是不能进行破坏性检测的。

而无损检测因为不损坏检测对象的使用性能，所以，不仅可对制造用原材料、各中间工艺环节、直至最终的产成品进行全程检测，也可对服役中的设备进行检测，如桥梁、房屋建筑、各类输送管道、机械零部件及成套设备、汽车、机车、飞机、轮船、核反应堆、宇航设备及电力设备等，都可进行无损检测。

（4）可靠性问题目前还没有一种对所有材料或缺陷都可靠的无损检测方法，无损检测结论的正确性与否还有其特征其他手段的检验，其可靠性还有待提高。

1.3开展无损检测研究与实践的意义

无损检测是工业发展必不可少的有效工具，在一定程度上反应了一个国家的工业发展水平，其重要性已得到公认。

美国为保持他在世界上科技方面的领先地位，在1979年的一次政府报告中提出要成立六大技术中心，其中之一就是无损检测技术中心。

1981年，美国前总统里根在给美国无损检测学会成立40周年大会的贺新中说过“你们能够给飞机和空间飞行器、发电厂、船舶、汽车和建筑物等带来更大程度的可靠性，没有无损检测，我们就不能享有目前在这些领域和其他领域领先地位。

”

在我国，无损检测与评价也得到了国家有关部门的高度重视，不仅成立了专门的学术组织，还设立了专门从事无损检测的机构。

在“973”、“863”和国家自然科学基金等高水平的科研计划中，都列有无损检测的课程。

开展无损检测与实践的意义是多方面的，主要表现在以下方面：

（1）改进生产工艺采用无损检测方法对制造用原材料直至最终的产成品进行全程检测，可以发现某些工艺环节的不足之处，为改进工艺提供指导，从而也一定程度上保证最终产品的质量。

（2）提高产品质量无损检测可对制造产品的原材料、各中间环节直至最终的产成品实行全程检测，为保障最终产品的质量奠定了基础。

（3）降低生产成本在产品的设计制造阶段，通过无损检测，将存在缺陷的工件即使清理出去，可免除后续无效的加工环节，减小原材料和能源的消耗，节约工时，降低生产成本。

（4）保障设备的安全运行由于破坏性检测只能是抽样检测，不可能100%的全面现场，所得的检测结论只反映同类被检对象的平均质量水平。

由于生产工艺的分散性，即使经破坏性检验为100%的合格品，也不能完全排除其中有不合格品的存在。

退一步讲，即使所有刚投入运行的设备100%是完好的，但由于磨损、疲劳和腐蚀等不可避免的因素的作用，设备在使用过程中，也可能发生各种各样的缺陷，如磨损、疲劳损伤、腐蚀、断裂、裂纹等，危机设备的安全运行。

如何保障在用设备的安全运行，是摆在我们面前的一个重要课题，对危及人们的生命财产安全的设备来说尤其如此。

显然，在这方面破坏性检测是无能为力的。

目前，无损检测技术在保障设备的安全完好运行方面，起着举足轻重的作用。

1.4常用的无损检测方法

常用的无损检测方法包括射线检测法（RT}RadiologicalTesting）、超声检测法（UT，UltrasonicTesting）、磁力检测法（MT，MagneticparticleTesting）、涡流检测法（ET，EddycurrentTesting）、渗透检测法（PT，PenetrantTesting）等。

（1）射线检测法

射线检验是利用射线（X射线、Y射线、中子射线等）穿透物体过程中具有一

定的衰减规律，根据通过工件各部位衰减后射线强度检测工件内部缺陷的一种方

法。

不同物体其衰减程度不同，衰减的程度由物体的厚度、物体的材料品种以及

射线的种类而定。

当使用射线种类固定后，衰减后射线强度取决于被检工件厚度

和工件的密度。

如工件中含有气孔时，有气孔的部分不易吸收射线，不容易透过。

相反如果混进容易吸收射线的异物时，这些地方射线就容易透过。

（2）超声波检测

超声波在被检测材料中传播时，材料的声学特性和内部组织的变化对超声波

的传播产生一定的影响，通过对超声波受影响程度和状况的探测了解材料性能和结构变化的技术称为超声检测。

这种方法是利用超声振动来发现材料或制件内部（或表面）缺陷的。

根据超声

振动的不同调制方法可划分为连续波和脉冲波;

根据不同的振动和传播方式超声

振动又可分为纵波、横波、表面波和兰姆波四种形式;

根据声的发射和接收条件

的不同，又可分为单探头法和双探头法，这些方法都可用于检测缺陷。

由于超声

检测具有成本低、可应用范围广的特点，近些年在国内外得到普遍重视和迅速发

展。

如自动化超声检测在核电站、海底管道、石油化工和大型飞机零件方面发展

很快，这其中包括核电站压力容器、管道、海底管道和海上平台腐蚀与氢致裂纹

的自动超声检测。

由于其成本低、可进行非接触测量、对被测介质无影响，环境适应能力强等，

所以应用超出其它检测方法，也非常广泛，但其也存在对缺馅的定量或定性分析

尚存在一定困难，在近表面存在死区等缺点。

（3）磁力检测法

磁力检测法一般可以分为两种:

一是磁粉探伤，二是漏磁探伤。

磁粉探伤的基本原理是:

利用焊件磁化后在缺陷的上部会产生不规则的磁力

线这一现象来判断焊缝中缺陷的位置。

当焊缝中无缺陷时，磁力线必然是平行地

通过焊件，并无不规则现象，而当焊缝中存在缺陷时，磁力线就会围绕缺陷产生

不规则的畸变。

若在焊缝表面撒上细小的针状铁粉，则焊缝缺陷上部的铁粉就会

聚集起来，根据铁粉的分布情况，就可以确定缺陷的位置。

通常人们是在焊缝的

表面涂上一层磁粉，然后通电将磁粉磁化，最后根据磁粉的情况来判断焊缝中缺

陷的位置。

漏磁探伤是采用将钢管磁化成铁轨，然后采用检测器来检查漏磁。

通常选用

的检测器有检查线圈、霍耳元件、磁敏二极管和磁带。

人们根据不同的需要来加

以选择。

（4）涡流检测法

涡流检测的工作原理是:

将工件处于交变磁场的作用下，由于电磁感应的结

果会在工件中产生涡流。

涡流产生的磁场将削弱主磁场，形成叠加磁场。

工件中

存在的缺陷会使涡流发生变化，也会使叠加磁场发生变化，反应叠加磁场变化的

测量线圈。

人们根据磁场的变化来判断焊缝的缺陷。

钢管涡流探伤主要是用穿过

式线圈来进行检查，也可用插入管内的线圈。

在采用穿过型涡流探伤方法检查钢

管时，所用的检查装置通常是由探伤器（线圈）送管设备、磁饱和装置以及退磁装

置组成。

涡流检测在国内近年来发展较快，它适宜生产流水线，能自动地进行金属材

料表面缺陷的检测和分析，配合现代化分析方法，实现复杂的涡流信号的分析和

缺陷分类，减少了人为误差，特别对管材表面缺陷的自动化检测更有它的独特优越性。

其微小变化的涡电流经放大后用仪表指示出来，便可显现缺陷的存在与尺

寸。

（5）渗透检测法

渗透检测是一种以毛细现象为基础，检查表面开口缺陷的无损检测方法。

包

括荧光和着色两种方法。

荧光检测的原理是将被检测制品浸入荧光液中，因毛细

管现象，在缺陷内吸满了荧光液，除掉表面液体，由于光电效应荧光液在紫外线

的照射下，发出可见光而显现缺陷。

着色检测的原理与荧光检测相似，它不需专

门设备，只是用显像粉将吸附在缺陷内的着色液吸出零件表面而显现缺陷。

在以上几种检测方法中，磁场、涡流、渗透等方法只适宜检测表面或近表面

的缺陷，其中渗透检测限于表面开口缺陷，磁粉检测限于铁磁性材料，它们对线

性缺陷，如裂纹等有较高的灵敏度。

超声检测对内部缺陷较迅速灵敏，但对缺陷

的定量或定性分析尚存在一定困难;

而且也受工件的形状或晶粒尺寸等限制。

而

射线检测由于直观、便于定量判定、较高的灵敏度、分辨率和可靠性等特点成为

目前广泛应用的检测方法，其最主要的应用是探测设备内部的缺陷。

2、射线检测

1、射线及其种类

所谓射线，是指波长较短的电磁波，或运动速度高、能量大的粒子流。

射线有多种类型，如微波、红外线、阴极射线、β射线、α射线和质子射线、X射线、γ射线及中子射线等。

阴极射线、β射线、α射线和质子射线等是直接电离辐射所产生带电离子，由于他们带电荷，所以在物质发生作用时，要受原子库仑场的作用而发生偏转。

还会以物质中原子激发、电离或本身产生场致辐射的方式损失其能力，故其穿透本领较差，因而一般不直接用于无损检测。

微波和红外线的能力很低，不足以引起物质发生电离。

利用微波、红外线进行无损检测的技术分别称为微波检测和红外检测，对红外检测将在后面第九章中进行讨论。

X射线、γ射线及中子射线等是间接电离辐射所产生的不带电的离子。

由于他们都属于电中性，不会受到库仑场的影响而发生偏转，且贯穿物质的本领较强，故被广泛的用于无损检测。

通常所说的射线检测就是指X射线、γ射线及中子射线检测。

由于X射线检测和γ射线检测有很多相似之处，所以，如不特别说明，对X射线检测的有关讨论同样适用于γ射线检测。

2、射线检测的基本原理和特点

2.1原理

射线在穿过物质的过程中将发生衰减而使其强度降低，衰减的程度取决于被检材料的种类、射线种类以及所穿透的距离。

当把强度均匀的射线射到物体上一个侧面时，由于各部位对入射射线的衰减不同，透射射线的强度分布将不均匀。

这样，采用照相、荧光屏观察等手段，通过在物体的另一测检测射线在穿过物体后的强度分布，就可检测出物体表面或内部的缺陷，包括缺陷的种类、大小和分状况。

射线检测的基本原理如图2-1所示。

2.2、射线检测的特点

与其他检测方法相比，射线检测的主要优点如下：

（1）检测结果直观。

射线检测输出的是图像信息，该图像与试样（包括其中缺陷）有比较好的对应，两者之间近似几何投影关系，因此，对检测结果的解析比较容易。

（2）缺陷定性比较容易，定量、定位也比较方便。

射线检测能比较直观地判别气孔、夹杂、裂纹等缺陷类型及其大小（射线投影方向的平面尺寸），缺陷水平位置的确定很容易，垂直位置（深度方向的位置）的确定也不难。

（3）检测结果可以保存。

射线检测结果可以制成胶片或生成数据文件，可以长期保存。

（4）使用对象广，对材料的种类（金属、非金属、复合材料）及工件的形状几乎没有限制。

射线检测的局限性如下：

（1）检测成本较高。

射线检测不仅有X射线探伤机等设备的损耗费用，还有胶片等物品的消耗，因而检测费用比较高。

（2）对体积型缺陷的检测灵敏度较高，对平面型缺陷的检测灵敏度角度，如当射线方向与平面缺陷（如裂纹）垂直时就很难检测出来，只有当裂纹与射线方向平行时才能对其进行有效地检测。

（3）需双面检测法检测。

常规射线检测的入射和出射分别在被检件的相对两侧，这使某些条件下的射线检测很方便。

（4）存在安全隐患，应注意射线防护。

无论哪种射线，都能对生物造成伤害，对X射线而言，只要X射线机在工作，在其附近的人员就有受辐射伤害的危险；

而同位素射线（γ射线）是源源不断的发生射线的，所以其辐射危险时存在。

而且，射线不只是笔直的向前辐射，他还可通过被检物、周围的墙壁、地板以及天花板等障碍物进行反射与透射传播，从而增大了其危害性。

因此，射线检测中的安全防护工作特别重要。

3、射线检测的基本原理和特点

强度均匀的射线透过被检工件后，对其强度的检测又多种方法，如胶片照相法、荧光屏直接观察法、电视观察法、电离检测法等传统方法，以及目前正逐步兴起的射线CT、直接数字成像和射线实时成像等方法，此处只介绍胶片照相法、电离检测法、荧光屏直接观察法和电视观察法。

3.1照相法

目前，射线检测的照相法有胶片照相法和CCD直接成像等多种，他们之间的主要差别源于检测射线的介质不同，因此在检测速度和检测灵敏度等方面也有所差异。

3.1.1胶片照相检测法的原理

将感光材料（胶片）置于被检测试件后面，用来接收透过试件后的射线，因为胶片乳剂的摄影作用与感受到的射线强度有直接的关系，经过暗室处理后，就会得到被检测物的结构影像。

根据底片上影像的形状和黑度的不均匀情况来评定材料中有无缺陷及缺陷的性质、形状、大小和位置。

3.1.2照片照相检测法的特点

照相法的优点是灵敏度高、结果直观、重复性好、检测结果可长期保存等；

其不足之处在于检测过程比较慢，且有胶片的消耗，因而检测费用相对较高。

3.2电离检测法

3.2.1电离检测法的工作原理

当设想你通过气体时，将与气体分子撞击使其失去电子而电离，生成正离子，有的气体分子得到电子而生成负离子，此即气体的电离效应。

气体的电离效应将产生电离电流，电离电流的大小与射线的强度有关。

如果让透过试件的射线在通过电离室进行射线强度的测量，便可以根据电离室内电离电流的强度分布来判断试件的完整性。

检测时，可用探头（电离室）接收射线，并将其转换为电信号，经放大、滤波等调理后输出。

3.2.2电离法的特点

电离检测法的自动化程度高，可对被检件进行自动、连续检测，检测成本低，但只适用于形状简单、外表平整的工件，缺陷定性比较困难。

因此在探伤方面应用较少，但可制成专用设备。

3.3荧光屏直接观察法

将透过试件的射线透射到涂有荧光物质（如ZnS/CaS）的荧光屏上时，在荧光屏上会激发出荧光来，成为可见影像，由此直辨认被检件中是否存在缺陷。

普通荧光屏直接观察法的相对检测灵敏度约为7%，采用电子聚焦荧光辉度倍增管配合小焦点的X射线机，使荧光屏上的亮度、清晰度增加，检测灵敏度可达2%~3%。

从荧光屏上观察到的缺陷等影响，如果需要，可用相机等设备拍摄下来。

荧光屏直接观察法成本低、效率高、可连续检测等优点，适用于形状简单、要求不严格的产品检测。

4、焊件中常见的影像特征

（1）气孔底片上气孔的分布情况不一，有密集的，单个的和链状的。

（2）夹渣是在熔焊过程中产生的金属氧化物或非金属夹杂物来不及浮出表面，，停留在焊缝内部而形成的缺陷，故分为非金属夹渣和金属夹渣两种。

前者在底片上呈不规则的黑色块状、条状和点状，影像密度较均匀；

钨极氩弧焊中饭产生的钨夹渣等，在底片上呈白色的斑点。

（3）为焊透分根部未焊透和中间未焊透两种。

前者产生于单面焊缝的根部，如直边对接单面焊缝，V型坡口单面焊缝和直边角焊缝的根部。

后者产生于双面焊缝的中间直边部分。

如直边双面焊缝、X型坡口双面焊缝和丁字双面焊缝等。

未焊透内部常有夹渣。

未焊透在底片上呈平行于焊缝方向的连续的或间断的黑线，还可能呈断续点状，黑度深浅不一。

（4）未熔合分边缘（坡口）未熔合和层间未熔合两种，前者是母材与焊条材料之间未熔合，期间形成缝隙或夹渣。

在底片上呈直线状的黑色条纹，位置偏离焊缝中心，靠近坡口边缘一边的密度较大且直。

对于V形坡口，沿坡口方向透照较易发现。

未熔合在底片上呈黑色条纹，但不很长，有时与非金属焊渣相似。

（5）裂纹主要是在熔焊冷却时因热应力和相变应力而产生的，也有在矫正或疲劳过程中产生的，是危险性最大的一种缺陷。

焊件裂纹在底片上的影像与铸件的基本相同，其分布区域自然是在焊缝上及其附近的热影响区，尤其以起弧处、收弧处及接头处最易产生。

方向可以是横向的、纵向的或任意方向的。

5、缺陷位置和大小的确定

1缺陷定位

缺陷位置包括水平位置和垂直位置两个方面，其中，缺陷在工件中的水平位置的确定比较简便，根据简单的几何投影关系即可以确定。

为了确定缺陷的深度，必须进行两次不同方向的照射。

两次透射时焦距F应保持不变或移动射线机，或移动被检测件，如下图所示：

（a）移动射线管头（b）移动被检试件

二次曝光法

对于一些薄、小且规则的工件，也可以将工件转90°

进行第二次透照，将两次透照后的胶片进行比较，便能看出埋藏深度，如下图所示：

工件转向透照

2、缺陷定量

缺陷定位后，也可以粗略求出垂直于射线束方向的缺陷平面尺寸大小，如图所示，假如此缺陷在垂直于射线方向的平面坐标上的真正长度为x，而投影到底片上的影像坐标长度为m，则有

为确定缺陷的厚度（即平行于射线方向的缺陷尺寸），需要将工件旋转90°

后再次透照，采用前述平面尺寸的确定方法完成。

3、总结

焊接已经是设备制造所必不可少的环节，而想要保证焊接的质量就要通过无损检测来解决，文章介绍了射线探伤的基本形式，射线探伤作为压力容器中的核心，是必不可少的。

（1）检测方法很多，在压力容器制造厂一般都是以照片照相检测法。

（2）胶片影像种类繁多，记住各自特点，得以区分。

4、参考文献

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5、致谢

经过两个多月的忙碌，本次论文已经即将结束，作为一名学生，由于经验的匮乏，难免有许多考虑不周全的地方，如果没有导师的指导和同学的帮助与支持圆满完成此次论文是难以想象的。

在这里我首先要感谢陈教授的悉心指导和李工的指点，陈教授严谨认真负责的态度和作风给了我深刻的影响。

在学习期间，得到了老师们悉心的教导，学到了丰富的知识和做人的道理，为我走向社会迎接挑战打下了坚实的基础。

感谢同学们的热心帮助和真诚相待。

最后，我要再次向给与我帮助的所有老师和同学们表示深深地感谢，感谢大家在学习、生活中对我的帮助，谢谢大家！