X射線強(qiáng)度對無損檢測質(zhì)量的影響

朱亞明 陳紅霞

(西南石油大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院，成都 610500)

我國射線無損檢測有2種:X射線照相和X射線數(shù)字化實(shí)時成像。X射線照相法是目前我國企業(yè)常用的無損檢測方法之一，石油天然氣長輸管道對接焊縫主要采用X射線膠片照相探傷，但該檢測方法耗用大量膠片，成本較高，且拍片洗片評片工序復(fù)雜。管道施工多在野外操作，也給洗片評片帶來很大困難。而X射線數(shù)字化實(shí)時成像系統(tǒng)克服了這些缺點(diǎn)，目前在國外應(yīng)用比較廣泛。這2種檢測方法雖然工作原理不同，但是X射線強(qiáng)度對無損檢測質(zhì)量的影響卻是基本相同的。影響X射線檢測質(zhì)量的因素很多，如像質(zhì)計、膠片、焦距及人工誤差等，在此只討論影響X射線強(qiáng)度的因素。

X射線無損檢測是利用射線通過被檢物體時，有缺陷的部位與無缺陷部位對射線吸收的能力不同，即透過有缺陷部位的射線強(qiáng)度高于無缺陷部位的射線強(qiáng)度。因而可以通過檢測透過被檢物體后射線的強(qiáng)度變化，來判斷被檢物體是否有缺陷存在。

1 X射線的產(chǎn)生

X射線是在X射線管中產(chǎn)生的，X射線管是具有陰陽兩極的真空管，陰極是鎢絲，陽極是金屬制成的靶。在陰陽兩極之間加有很高的直流電壓(管電壓)，當(dāng)陰極加熱到白熾狀態(tài)時釋放出大量電子，這些電子在高壓電場中被加速，從陰極飛向陽極(管電流)，最終以很大速度撞擊在金屬靶上，失去所有的動能，這些動能絕大部分轉(zhuǎn)換成熱能，僅有極少一部分轉(zhuǎn)換為X射線向四周輻射(見圖1)。

圖1 常用X射線管示意圖

2 X射線如何影響檢測質(zhì)量

電子在撞擊金屬靶時，只有約1%的動能轉(zhuǎn)化為X射線，其他大部分均轉(zhuǎn)化為熱能。X射線的質(zhì)是指X射線光子的能量，X射線的量是指X射線束內(nèi)的光子數(shù)目。X射線的質(zhì)和量決定了X射線的強(qiáng)度。而X射線強(qiáng)度的大小可以直接影響檢測試件的厚度，也會直接影響探傷過程中成像的質(zhì)量。而我國機(jī)械設(shè)備和管道類型多種多樣，鋼板的厚度也不盡相同，研究X射線強(qiáng)度的影響因素也就尤為重要。

目前我國X射線檢測還沒實(shí)現(xiàn)一體化，人為因素對X射線質(zhì)量的影響也很大，因此需要提高檢測人員的綜合素質(zhì)，掌握影響X射線強(qiáng)度的因素也是必要的。

3 影響X射線強(qiáng)度的因素

3.1 陽極靶材料

考慮X射線的產(chǎn)生，當(dāng)電子從陰極飛向陽極，最終以很大速度撞擊在金屬靶上時，絕大部分轉(zhuǎn)化為熱能，只有極少數(shù)轉(zhuǎn)化為X射線，因此要求陽極材料必須是耐高溫的，合理選擇陽極靶材料可提高X射線的轉(zhuǎn)化率。

當(dāng)X射線穿過物質(zhì)時，其強(qiáng)度衰減。在選擇陽極靶材料時，應(yīng)使產(chǎn)生的X射線盡量少地被待測物質(zhì)所吸收，所以陽極靶產(chǎn)生的X射線應(yīng)稍微大于物質(zhì)吸收限，并盡量靠近吸收限。

靶材料的原子序數(shù)越高，核庫侖場越強(qiáng)，軔致輻射作用越強(qiáng)，射線強(qiáng)度也會增加，所以一般采用高原子序數(shù)的鎢制作。

3.2 溫度的影響

在X射線產(chǎn)生中，大量電子的產(chǎn)生是當(dāng)陰極加熱到白熾狀態(tài)時釋放出來的。當(dāng)電子以很大速度撞擊陽極靶時，這些動能絕大部分轉(zhuǎn)化為熱能，而溫度過高就會燒壞陽極。

3.3 管電壓、管電流的影響

管電流越大，表明單位時間撞擊靶的電子數(shù)越多，產(chǎn)生的射線強(qiáng)度也越大;管電壓增加時，雖然電子數(shù)目未變，但每個電子所獲得的能量增大，因而短波成分射線增加，且碰撞發(fā)生的能量轉(zhuǎn)換過程增加，因此射線強(qiáng)度同時增加。X射線的產(chǎn)生效率η等于連續(xù)射線的總強(qiáng)度IT與管電壓V和管電流i的乘積之比，即:

式中:η— X射線的產(chǎn)生效率;IT— X射線的總強(qiáng)度;V— 管電壓，kV;i— 管電流，mA;Ki— 比例常數(shù)，Ki≈(1.1～1.4)×10-6;Z— 原子序數(shù)。

可見，X射線的產(chǎn)生效率與管電壓和靶材料原子序數(shù)成正比。在其他條件相同的情況下，管電壓越高，X射線的產(chǎn)生效率越高(圖2);管電壓越接近恒壓，X射線產(chǎn)生效率也越高。

3.4 輻射場的分布

定向X射線管的陽極靶與管軸線的方向也會影響射線的強(qiáng)度，圖3中X射線管的陽極靶與管軸線的方向呈20°的傾角，發(fā)射的X射線束有40°左右的立體錐角，隨著角度的不同X射線的強(qiáng)度有一定差異。并且陰極側(cè)比陽極側(cè)射線強(qiáng)度高，大約30°輻射角處射線強(qiáng)度最大。

圖2 X射線譜

圖3 不同角度上X射線的強(qiáng)度分布

4 結(jié)語

X射線檢測方法快速準(zhǔn)確，檢測圖像可長期保存，是各種無損檢測方法記錄中最真實(shí)、最直觀、最全面、追蹤性最好的方法。射線強(qiáng)度對透照厚度有影響，射線強(qiáng)度越大，可以透照的厚度就越大。X射線強(qiáng)度對無損檢測質(zhì)量的影響很大，正確的認(rèn)識影響X射線強(qiáng)度的因素能更好的提高無損檢測的質(zhì)量。提高X射線的強(qiáng)度，可在一定程度上提高X射線的透照厚度，也將使X射線檢測在實(shí)際應(yīng)用中翻開新的一頁。對X射線強(qiáng)度的研究能更好地提高無損檢測的質(zhì)量，擴(kuò)大無損檢測的范圍，進(jìn)而提高產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)效率。

［1］強(qiáng)天鵬.射線檢測［M］.北京:中國勞動社會保障出版社，2007.

［2］邵澤波.無損檢測技術(shù)［M］.北京:化學(xué)工業(yè)出版社，2003.

［3］曾祥照，孫忠誠，張正榮.X射線數(shù)字化實(shí)時成像技術(shù)在天然氣管道焊縫探傷中應(yīng)用的可行性［J］.無損檢測，2001，23(12):530-534.

［4］曾祥照，羅佩.X射線實(shí)時成像在焊縫探傷中的應(yīng)用［J］.焊接，2000(1):29-30.

［5］荊鋒.X射線實(shí)時成像系統(tǒng)的應(yīng)用［J］.無損檢測，2004，26(6):318-320.