射线检测技术在无损检测中的应用

黄爱民（广东省博罗县质量技术监督检测所,广东　惠州　516100）

射线检测技术在无损检测中的应用

黄爱民
（广东省博罗县质量技术监督检测所,广东惠州516100）

摘要：无损检测是现代产品、设备质量检测的重要方法之一，在各行各业得到了广泛应用。射线检测是无损检测的一个重要门类，本文将针对射线检测技术，分别对其概念、物理基础、检测原理、发展与应用、优缺点以及防护做详细阐述。

关键词：无损检测;射线检测;应用

0　前言

无损检测是在不破坏和改变被检测物体的物理和化学状态，并对被检测对象的性质、状态、结构进行高灵敏度检查和高可靠性测试，从而判断其表面和内部的完整性、连续性、安全性以及其他性能指标。射线检测是无损检测的重要类别，如应用于工件内部宏观几何形状缺陷检测，可以获得缺陷的直观图像，定性准确，甚至对长度、宽度、高度进行测量，因而它在各行各业得到了广泛应用。本文将针对射线检测技术，分别对其概念、物理基础、检测原理、发展与应用、优缺点以及防护做详细阐述。

1　射线检测的物理基础

射线强度衰减是指X射线穿过物体时，入射光束强度大于从物体透射的光束强度。其原因是光子射线衰减与物质复杂的相互作用，主要包括电子对效应、康普顿效应、光电效应和瑞利散射。由于这种相互作用的能量，一部分转移到方向或能量改变的光子，一部分转移到相互作用的电子或产生的电子，并且电子可以继续与原子相互作用，其中有相当部分能量在物体中损失（称为吸收）。X射线通过物质后其强度的衰减主要是由于物质对它的吸收所造成。X射线穿过一定厚度的物体后，透射射线中将包含一次射线、散射线、电子等。如果到达检测器（如图像增强器、胶片等）只有一次射线，它被称为窄束辐射；如果检测器上除了一次射线还包含散射线，被称为宽束射线。

单色窄束射线衰减规律：射线穿透物体时，对于一束射线，在均匀的介质中，在较小的厚度范围内入射射线强度和透射物的厚度与强度衰减量成正比。即：△I=-μI△T(式中：μ-线衰减系数，I-透射射线强度，T-透过物体的厚度)。

宽束连续谱射线的衰减规律：射线检测中常使用的是X射线，此时透射射线强度应为一次射线和散射射线强度之和。即：I=ID+IS(式中：ID-一次射线强度，IS-散射线强度)。

2　射线检测的原理

当辐射入射到物体上，物质原子与入射光子发生相互作用，射线强度由于吸收和散射等原因逐步减弱。强度衰减的大小主要取决于材料的衰减系数以及穿透该材料的厚度。如果被穿透对象存在局部缺陷，且其与构成缺陷的材料衰减系数不同，局部区域将与相邻区域产生透过射线强度的差异，利用这些差异以确定被测对象是否存在缺陷，这是射线检测的基本原理。射线穿透被测对象后，形成一幅射线强度分布空间的潜像。在被检体背面放置一个检测器件（如图像增强器、胶片等），可得到这个潜像的平面投影，经过一定的技术处理，就可把潜像转化成为一幅人眼睛可观察到的二维平面图。

3　射线检测的发展与分类

3.1射线检测的发展

1895年伦琴发现了X射线，随着X射线的发现，法国海关开始使用X射线检查物品，在1920年以后，X射线开始应用于工业领域；美国在1922年建立了世界上第一个工业射线实验室，然后射线检测技术开始在军工和机械制造领域得到了广泛的应用。我国于1958年开始生产工业射线检测胶片，于1960年研制出第一台便携式60Co 源C射线探伤机，于1964年研制出第一台X射线探伤机；90年代相继引进了美国、俄罗斯的工业CT装置。

20世纪50年代以前，主要是针对射线照相检验技术的研究，即胶片成像技术。1962年前后，建立了完整射线照相检测技术基本理论。1970年后，主要是对新技术和新方法进行了研究，这些研究的基本特征是把射线照射检测技术、数字图像处理技术和计算机技术结合起来。随着图像增强器的应用，出现了实时成像射线检测技术。20多年前，计算机、图像增强器及荧光成像板等设备和技术的发展，对数字射线检测新技术的推广起到了很大推动作用，其中CR和DR方法是非常重要的两种方法。随着数字化射线检测技术的发展，工业CT技术作为国际上无损检测界公认的最佳NDT技术已登上舞台，并逐步占有无损检测领域非常重要的地位。

3.2射线检测的种类

如果对射线检测技术细分，还可以分为三类。即射线照相检测技术：X射线照相检测、电子射线照相检测、γ射线照相检测、中子射线照相检测、相纸射线照相检测、成像板射线照相检测等；射线层析检测技术：康普顿散射成像检测、胶片层析射线照相技术、射线层析检测；射线实时成像检测技术：X射线光导摄像实时成像检测、X射线荧光实时成像检测、图像增强实时成像检测、数字实时成像检测。

3.3X射线检测方法分类

（1）X射线照相方法：当X射线穿透被照物体，有缺陷的位置（如孔隙，杂物等）对射线吸收能力与基体（金属或非金属）不同，例如空隙所含空气对射线的吸收能力远低于基体的吸收能力，所以，通过无缺陷位置的X射线强度要低于有缺陷位置的射线强度。对应于有缺陷的位置将接受更多的X射线粒子，从而导致在X射线胶片上形成黑度较大的缺陷图像。缺陷检测与材料性质，缺陷厚度有关，通过缺陷部位：Id`=I0e-μ(d-x)，无缺陷部位：Id=I0e-μd（式中：缺陷厚度X，d为物体沿射线方向的厚度）。

（2）实时成像检测：通过真空管中对X射线敏感的荧光屏把不可见的X射线图像转换为可见光子图像，然后利用光电阴极将可见光子转换为相应的电子，再通过数千eV的电压对电子加速并聚焦于荧光显示屏，最后形成被增强了好几十倍的可见光图像。图像增强器输出的可见光图像是不能够直接用于观察的，用摄像机把图像增强器输出的光信号转换成电信号，通过电缆传送到计算机，并对图像进行必要的加工处理再送到显示器供检测人员观察分析。

（3）计算机断层成像（CT）：在被测物体无损状态下，利用射线以扫描方式从多个方向照射被测物的某断面，通过计算机的专用的图像重建算法，将前述的断面以二维灰度图像显示出来，其检测直观图就是被测断层的断面图像。能给出检测工件二维或三维图像感兴趣的目标不受周围细节特征遮挡，图像易识别且高分辨率。

4　射线检测技术的应用

射线检测方法以其缺陷定位定量准确、结果易记录、缺陷显示直观等优点，仍然是许多工业产品质量控制的重要手段，随着射线在各个工业领域的应用，射线检测技术更是呈现出迅猛的发展势头。航空航天工业中，CT技术用来检测精密铸件，烧结和复合材料的结构等；核工业CT技术用来检测反应堆燃料元件的密度和缺陷，确定包壳管内芯体的位置，核动力装置的零部件及组件等；钢铁工业CT技术用来检测钢材的质量，如管子的外径，内径，壁厚，偏心率和椭圆度；机械工业中可检测铸件和焊缝中的微小气孔，夹杂和裂纹等缺陷；此外，在陶瓷、建筑、食品、矿业、石油等领域都有广泛的应用。

我国颁布的射线检测相关标准如：GB/T3323金属熔化焊焊接接头射线照相、GB/T5677铸钢件射线照相检测、GB/T17925气瓶对接焊缝X射线数字成像检测等。

5　射线检测技术的优缺点

射线检测技术的主要优点：对被检验工件无特殊要求，几乎适用于所有材料；可以直观地显示缺陷影像，便于对缺陷进行定量、定性和定位等；射线底片能够长期保存，便于日后追溯查找原因。射线检测技术的主要缺点：费用高；设备较重；不能发现与射线方向垂直的微小线性缺陷；对环境有辐射污染，对人体有副作用甚至伤害，对其他敏感物体可能有损害，因此有安全防护要求。

6　射线的防护

当人体受大剂量的射线照射或者连续超过允许剂量照射时会受到相当的伤害；因此在射线检测技术中，必须采取措施避免射线的超剂量照射，减少对人体的影响。根据国际放射线委员会的规定，射线检测人员可承受的射线最大允许剂量为每年5rem（雷姆），每月420mrem，每日17mrem。射线防护的方法主要有屏蔽防护、距离防护和时间防护3种：屏蔽防护法：利用或填充各种屏蔽物质吸收射线，以降低射线对人体的伤害。防护材料优先选择密度大的物质，如铅、铁等；也可以选择普通材料，如混凝土、岩石等；距离防护法：射线剂量率与距离的平方成反比，因此增加距离可以显著降低射线的剂量率。无防护或者防护层不够时，这是一种有效的方法；时间防护法：让人体尽可能减少接触射线的时间，以保证其在任一天都不超过国家规定的最大允许剂量当量。人体接受总剂量：D=Ρt（Ρ是射线剂量率，t是接触时间）。

7　结语

作为一种综合性应用技术，无损检测技术经历了从无损探伤（NDI），到无损检测（NDT），再到无损评价（NDE），并且向定量无损评价（QNDE）和自动无损评价（ANDE）发展。射线检测技术作为无损检测极为重要的分支，随着数字化和集成技术的发展，其应用领域将不断拓展，其优越性和重要性也将倍受关注。

参考文献：

[1]王乐生.射线检测[J].北京：机械工业出版社,2009(11).

[2]张小海,邬冠华.射线检测[J].北京：机械工业出版社，2013(10).

作者简介：黄爱民(1982-)，男，广东信宜人，研究方向：仪器仪表工程。