射线透照工艺

第3章 射线透照工艺

3．1 射线照相灵敏度的影响因素

3．1．1 概述

从事射线透照，首先必须编制出透照工艺（严格按透照工艺进行所有的操作），以满足被透照对象对射线照相影像质量的要求，保证检测结果的一致性和可靠性。

评价射线照相影像质量最重要的指标是射线照相灵敏度。所谓射线照相灵敏度，从定量方面来说，是指在射线底片上可以观察到的最小缺陷尺寸或最小细节尺寸，从定性方面来说，是指发现和识别细小影像的难易程度。

灵敏度有绝对与相对之分，在射线照相底片上所能发现的沿射线穿透方向上的最小缺陷尺寸称为绝对灵敏度。此最小缺陷尺寸与射线透照厚度的百分比称为相对灵敏度。

显然，用自然缺陷尺寸来评价射线照相灵敏度是不现实的。为便于定量评价射线照相灵敏度，常用与被检工件或焊缝的厚度有一定百分比关系的人工结构，如金属丝、孔、槽等组成所谓透度计，又称为像质计，作为底片影像质量的监测工具，由此得到灵敏度称为像质计灵敏度。需要注意的是，底片上显示的像质计最小金属丝直径、或孔径、或槽深，并不等于工件中所能发现的最小缺陷尺寸，即像质计灵敏度并不等于自然缺陷灵敏度。但像质计灵敏度提高，表示底片像质水平也相应提高，因而也能间接地反映出射线照相对最小自然缺陷检出能力的提高。

对裂纹之类方向性很强的面积型缺陷，即使底片上显示的像质计灵敏度很高，黑度、不清晰度符合标准要求，有时也有难于检出甚至完全不能检出的情况。面积型缺陷检出灵敏度与像质计灵敏度存在着较大差异。造成这种差异的影响因素很多，例如焦点尺寸等几何因素的影响，射线透照方向与缺陷平面有一定的夹角而造成透照厚度差减小的影响等。要提高此类缺陷的检出率，就必须很好考虑透照方向及其他有助于提高缺陷检出灵敏度的工艺措施。

射线照相灵敏度是射线照相对比度(小缺陷或细节与其周围背景的黑度差)、不清晰度(影像轮廓边缘黑度过渡区的宽度)和颗粒度(影像黑度的不均匀程度)三大要素的综合结果，三大要素又分别受到不同工艺因素的影响。

3．1．2 射线照相对比度

如果工件中存在厚度差（如带有余高的焊接接头、工件内部存在的气孔）、原子序数差（如高强度铝合金点焊，在局部熔化区晶界含有的铜）、密度差（如钢焊接接头中常见的金属或非金属夹渣）等，那么射线穿透工件后，不同部位的透过射线的强度就不同，曝光后经暗室处理得到的底片上不同部位就会产生不同的黑度，射线照相底片上的影像就是由不同黑度的阴影构成的，阴影和背景的黑度差使得影像能够被观察和识别。我们把底片上某一小区域和相邻区域的黑度差称为底片对比度，又叫作底片反差。显然，底片对比度越大，影像就越容易被观察和识别。因此，为检出较小的缺陷，获得较高灵敏度，就必须设法提高底片对比度。但在提高对比度的同时，也会产生一些不利后果，例如透照厚度宽容度(规定条件下，标准允许的黑度范围内，射线底片所能充分记录的厚度范围)减小，底片上有效评定区缩小，曝光时间延长，检测速度下降，检测成本增大等。

1.射线照相对比度公式的推导

在第1章中，我们推导过主因对比度公式：

?I??T? I1?n'式中：?I——因试件中存在厚度为?X的缺陷而引起的一次透射射线强度之差(?I?IP?IP)；

I——无缺陷处的射线总强度，包括一次透射射线和散射线(I?IP?IS)；

?——试件材料的线衰减系数； ?T——缺陷在射线透照方向上的尺寸；

n——散射比，散射线强度与一次透射射线强度之比(n?IS/IP)。

注意，公式的导出有以下三个假设：

①试件中缺陷厚度?T相对于试件厚度T来说很小(即?T??T)，且缺陷中充满空气，其衰减系 数忽略不计。

' ②缺陷的存在不影响到达胶片的散射线量(即通过有缺陷部位到达胶片的散射线量IS=通过无缺陷部

位到达胶片的散射线量IS)

③缺陷的存在不影响散射比(即通过有缺陷部位的散射比n=通过无缺陷部位的散射线比n)。

在大多数情况下，以上假设引起的误差极小，因此公式是可以成立的。

在2章中，我们给出了胶片对比度公式： G?该式可改写为：

'?D ?lgE?D?G?lgE?G(lgE2?E1)?GlgE2 E1?Glg?GI2tII??I?I?Glg2?Glg?Glg(1?)I1tI1IIln(1??I/I)ln10

由近似公式ln(1?x)?x，得

?D?G将主因对比度公式

?I/I?I?0.434G 2.3I?I??T?代入得 I1?n?D?0.434G??T （3-1）

1?n此即射线照相对比度公式。

2.射线照相对比度的影响因素

由式(3-1)可知，射线底片的对比度?D是主因对比度(

??T)和胶片对比度G共同作用的结果，主因1?n对比度是构成底片对比度的根本原因，而胶片对比度则可看作是主因对比度的放大系数(通常这个系数为3～6)。

(1)影响主因对比度的因素

影响主因对比度的因素有：缺陷在射线透照方向上的尺寸?T、衰减系数?和散射比n。

①?T与缺陷尺寸有关，某些情况下还与透照方向有关。试件中的缺陷，其几何尺寸一定，但在不同方向上形成的厚度差可能不同，方向性强的面积型缺陷，如裂纹、未熔合等，透照方向与?T的关系特别明显。为提高照相对比度，就必须考虑选择适当的透照方向或控制一定的透照角度，以求得到较大的?T。例如，为检出坡口未熔合，往往选择沿坡口的透照方向。为保证裂纹的检出率，就必须控制射线束与工件表面法线的角度不得过大。

②衰减系数?与试件材质和射线能量有关。在试件材质给定的情况下，透照的射线能量越低，线质越软，?值越大。在保证射线穿透力的前提下，选择能量较低的射线进行照相，是增大对比度的常用方法。 ③减小散射比n可以提高对比度，因此透照时就必须采取有效措施控制和屏蔽散射线。 (2)影响胶片对比度的因素

影响胶片对比度的因素有：胶片种类、底片黑度和显影条件。

①不同类型的胶片具有不同的梯度，通常，非增感型胶片的梯度比增感型胶片的梯度大。非增感型胶片中，不同种类的胶片有时梯度也不一样，要想提高对比度，可以选择梯度较大的胶片。

②胶片梯度随黑度的增加而增大，为保证对比度，常对底片的最小黑度提出限制，为增大对比度，射线照相底片往往取较大的黑度值。

③显影条件（如显影配方、显影时间、温度以及显影液活度）的变化可以显著改变胶片特性曲线的形状，从而影响胶片的梯度。 3．1．3 射线照相清晰度

如图3-1所示，用一束垂直于试件表面的射线透照一个金属台阶试块，理论上理想的射线底片将由两部分黑度区域组成，一部分是试件AO部分形成的高黑度均匀区，另一部分是试件OB部分形成的低黑度均匀区，两部分交界处的黑度是突变的，不连续的，如图中(a)所示，但实际上底片上的黑度变化并不是突变的。试件的“阶边”影像是模糊的，影像的黑度变化如图中(b)或(c)所示，存在着一个黑度过渡区，把黑度在该区域的变化绘成曲线，称之为“黑度分布曲线”或“不清晰度曲线”。很明显，黑度变化区域的宽度越大，影像的轮廓就越模糊，所以该黑度变化区域的宽度就定义为射线照相不清晰度U。

将P82图3-4作为该位置图

图3-1 阶边影像的射线照相不清晰度（U）

在实际工业射线照相中，造成底片影像不清晰有多种原因，如果排除试件或射源移动、屏—胶片接触不良等偶然因素，不考虑使用盐类增感屏荧光散射引起的屏不清晰度，那么构成射线照相不清晰度主要是两方面因素，即：由于射源有一定尺寸而引起的几何不清晰度Ug以及由于电子在胶片乳剂中散射而引起的固有不清晰度Ui。

底片上总不清晰度U是Ug和Ui的综合结果，目前比较广泛采用的关系式为：

2U?(Ug?Ui2)1/2 (3-2)

1.几何不清晰度Ug

由于X射线管焦点或?射线源都有一定尺寸，所以透照工件时，工件表面轮廓或工件中的缺陷在底片上的影像边缘会产生一定宽度的半影，此半影宽度就是几何不清晰度Ug，如图3-2所示。

Ug值（根据相似三角形对应边成比例）可用下式计算：

Ug?

dL (3-3) F?L将P82图3-5作为该位置图，df改为d；b改为L

图3-2 工件中缺陷的几何不清晰度Ug

式中：d—射线源尺寸（射线源的有效焦点尺寸）；

F—焦点至胶片距离； L—缺陷至胶片距离。

通常技术标准中所规定的射线照相必须满足的几何不清晰度，是指工件中可能产生的最大几何不清晰度Ugmax，相当于射源侧表面缺陷或射源侧放置的像质计金属丝所产生的几何不清晰度(图3-3)。

将P83图3-6作为该位置图，df改为d；L1改为f；L2改为b

图3-3 以像质计金属丝或射源测表面的Ug值作为被检焊接接头的Ugmax值

其计算公式为：