X射线强度对无损检测质量的影响

朱亚明 陈红霞

(西南石油大学机电工程学院，成都 610500)

我国射线无损检测有2种:X射线照相和X射线数字化实时成像。X射线照相法是目前我国企业常用的无损检测方法之一，石油天然气长输管道对接焊缝主要采用X射线胶片照相探伤，但该检测方法耗用大量胶片，成本较高，且拍片洗片评片工序复杂。管道施工多在野外操作，也给洗片评片带来很大困难。而X射线数字化实时成像系统克服了这些缺点，目前在国外应用比较广泛。这2种检测方法虽然工作原理不同，但是X射线强度对无损检测质量的影响却是基本相同的。影响X射线检测质量的因素很多，如像质计、胶片、焦距及人工误差等，在此只讨论影响X射线强度的因素。

X射线无损检测是利用射线通过被检物体时，有缺陷的部位与无缺陷部位对射线吸收的能力不同，即透过有缺陷部位的射线强度高于无缺陷部位的射线强度。因而可以通过检测透过被检物体后射线的强度变化，来判断被检物体是否有缺陷存在。

1 X射线的产生

X射线是在X射线管中产生的，X射线管是具有阴阳两极的真空管，阴极是钨丝，阳极是金属制成的靶。在阴阳两极之间加有很高的直流电压(管电压)，当阴极加热到白炽状态时释放出大量电子，这些电子在高压电场中被加速，从阴极飞向阳极(管电流)，最终以很大速度撞击在金属靶上，失去所有的动能，这些动能绝大部分转换成热能，仅有极少一部分转换为X射线向四周辐射(见图1)。

图1 常用X射线管示意图

2 X射线如何影响检测质量

电子在撞击金属靶时，只有约1%的动能转化为X射线，其他大部分均转化为热能。X射线的质是指X射线光子的能量，X射线的量是指X射线束内的光子数目。X射线的质和量决定了X射线的强度。而X射线强度的大小可以直接影响检测试件的厚度，也会直接影响探伤过程中成像的质量。而我国机械设备和管道类型多种多样，钢板的厚度也不尽相同，研究X射线强度的影响因素也就尤为重要。

目前我国X射线检测还没实现一体化，人为因素对X射线质量的影响也很大，因此需要提高检测人员的综合素质，掌握影响X射线强度的因素也是必要的。

3 影响X射线强度的因素

3.1 阳极靶材料

考虑X射线的产生，当电子从阴极飞向阳极，最终以很大速度撞击在金属靶上时，绝大部分转化为热能，只有极少数转化为X射线，因此要求阳极材料必须是耐高温的，合理选择阳极靶材料可提高X射线的转化率。

当X射线穿过物质时，其强度衰减。在选择阳极靶材料时，应使产生的X射线尽量少地被待测物质所吸收，所以阳极靶产生的X射线应稍微大于物质吸收限，并尽量靠近吸收限。

靶材料的原子序数越高，核库仑场越强，轫致辐射作用越强，射线强度也会增加，所以一般采用高原子序数的钨制作。

3.2 温度的影响

在X射线产生中，大量电子的产生是当阴极加热到白炽状态时释放出来的。当电子以很大速度撞击阳极靶时，这些动能绝大部分转化为热能，而温度过高就会烧坏阳极。

3.3 管电压、管电流的影响

管电流越大，表明单位时间撞击靶的电子数越多，产生的射线强度也越大;管电压增加时，虽然电子数目未变，但每个电子所获得的能量增大，因而短波成分射线增加，且碰撞发生的能量转换过程增加，因此射线强度同时增加。X射线的产生效率η等于连续射线的总强度IT与管电压V和管电流i的乘积之比，即:

式中:η— X射线的产生效率;IT— X射线的总强度;V— 管电压，kV;i— 管电流，mA;Ki— 比例常数，Ki≈(1.1～1.4)×10-6;Z— 原子序数。

可见，X射线的产生效率与管电压和靶材料原子序数成正比。在其他条件相同的情况下，管电压越高，X射线的产生效率越高(图2);管电压越接近恒压，X射线产生效率也越高。

3.4 辐射场的分布

定向X射线管的阳极靶与管轴线的方向也会影响射线的强度，图3中X射线管的阳极靶与管轴线的方向呈20°的倾角，发射的X射线束有40°左右的立体锥角，随着角度的不同X射线的强度有一定差异。并且阴极侧比阳极侧射线强度高，大约30°辐射角处射线强度最大。

图2 X射线谱

图3 不同角度上X射线的强度分布

4 结语

X射线检测方法快速准确，检测图像可长期保存，是各种无损检测方法记录中最真实、最直观、最全面、追踪性最好的方法。射线强度对透照厚度有影响，射线强度越大，可以透照的厚度就越大。X射线强度对无损检测质量的影响很大，正确的认识影响X射线强度的因素能更好的提高无损检测的质量。提高X射线的强度，可在一定程度上提高X射线的透照厚度，也将使X射线检测在实际应用中翻开新的一页。对X射线强度的研究能更好地提高无损检测的质量，扩大无损检测的范围，进而提高产品质量和生产效率。

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