第四章射线照相检验的基本技术

1射线检测第四章射线照相检验的基本技术24.1透照布置4.1.1基本透照布置射线照相的基本透照布置如图所示，考虑透照布置的基本原则是使透照区的透照厚度小，从而使射线照相能更有效地对缺陷进行检验。在具体进行透照布置时主要应考虑的方面有：1）射线源、工件、胶片的相对位置；2）射线中心束的方向；3）有效透照区（一次透照区）。3图4-1射线照相的基本透照布置1—射线源2—中心束3—工件4—胶片5—像质计4在图4-1中，射线源与工件源侧表面的距离一般记为f，有效透照区一般记为L，射线源与工件胶片侧表面的距离一般记为F，并称为焦距，中心射线束与透照区边缘射线束的夹角一般记为，并称为照射角。T是工件厚度，对于一个具体工件，通常所说的透照厚度，即是指工件本身的厚度。54.1.2射线源、工件、胶片的相对位置射线源与胶片分别置于工件的两侧，具体考虑：一是工件和设备的具体情况和特点。二是可能出现的缺陷类型和特点。64.1.3有效透照区有效透照区，即一次透照的有效透照范围（因此，也可称为“一次透照区”），是指透照区内在射线照片上形成的影像满足下面要求的区域：1）黑度处于规定的黑度范围；2）射线照相灵敏度符合规定的要求。71．规定透照厚度比透照厚度比定义为，有效透照范围内最大透照厚度与最小透照厚度之比。按图所示，透照厚度比K可以表示为K＝T'/T式中T——中心射线束的透照厚度；T'——边缘射线束的透照厚度。82．规定射线源与工件源侧表面距离和有效透照区大小的关系这种规定直接规定射线源与工件源侧表面距离和有效透照区大小的比，通过此比值的方式规定有效透照区。常用的规定为：A级技术：f≥2LB级技术：f≥3L在射线照相检验技术标准中，A级技术是一般灵敏度技术，B级技术是高灵敏度技术，此外存在比B级灵敏度更高的技术。93．规定同一张射线照片的黑度这种规定是一种间接的规定方式。它规定，同一张射线照片的黑度必须处于规定的黑度范围之内，超出的区域，除非另外证明这些区域的射线照相灵敏度达到了规定的要求，否则不能作为质量评定区。例如，美国的一些标准常如下规定：最大黑度应不高于：D0+0.30D0最小黑度应不低于：D00.15D0其中D0是像质计所在处的黑度。104.1.4中心射线束的方向一般情况下应指向有效透照区的中心，为了使整个有效透照区的厚度变化较小，使射线的照射角较少，提高检验性。114.2基本透照参数4.2.1透照参数概念射线能量、焦距、曝光量124.2.2射线能量的确定射线能量，对于X射线是以X射线管所施加的高压，即管电压表示，一般称它为透照电压。对于射线是射线源辐射的主要射线的能量或这些主要能量的等效能量。射线能量是重要的基本透照参数，它对射线照片的影像质量和射线照相灵敏度都具有重要影响。主要是随着射线能量的提高，线衰减系数将减小，胶片固有不清晰度将增大，此外还将影响散射比。推荐的选取射线能量的原则是，在保证射线具有一定穿透能力条件下选用较低的能量。134.2.3焦距焦距是射线源与胶片之间的距离，通常以F记号表示焦距是射线照相另一个基本透照参数，确定焦距时必须考虑的是：1）所选取的焦距必须满足射线照相对几何不清晰度的规定；2）所选取的焦距应给出射线强度比较均匀的适当大小的透照区。前者限定了焦距的最小值，后者指导如何确定实际使用的焦距值。14计算焦距最小值的公式式中Fmin——焦距最小值；d——射线源焦点尺寸；T——物体的透照厚度；Ug——几何不清晰度。焦距直接关系到射线照相的几何不清晰度，并影响其他透照参数的确定，对射线照相得到的影像质量，也就是对射线照相灵敏度具有重要影响。从此式可以看到，在确定焦距时应同时考虑物体的透照厚度、射线源的焦点尺寸、限定的几何不清晰度。gmin1UdTF154.2.4曝光量的确定曝光量是射线照相检验的又一个基本参数，它直接影响底片的黑度和影像的颗粒度，因此，也将影响射线照片影像可记录的细节最小尺寸。曝光量通常用符号E表示。曝光量本应是透照时曝光时间（透照时间）与射线强度的乘积，即H＝It但在实际射线照相检验中，都采用与射线强度相关的量代替射线强度来表示曝光量。对于X射线，采用管电流与曝光时间之积表示曝光量，即E＝it对于射线，常用射线源的放射性活度与曝光时间之积表示曝光量，即E＝At16在一些标准中对X射线照相推荐了下面的最小曝光量值：1.对一般灵敏度技术曝光量应不小于：15mA·min；2.对较高灵敏度技术曝光量应不小于：20mA·min；3.对高灵敏度技术曝光量应不小于：30mA·min。174.3增感4.3.1增感概念当射线入射到胶片时，由于射线的穿透能力很强，大部分穿过胶片，胶片仅吸收入射射线很少的能量。为了更多地吸收射线的能量，缩短曝光时间，在射线照相检验中，常使用前、后增感屏贴附在胶片两侧，与胶片一起进行射线照相，利用增感屏吸收一部分射线能量，达到缩短曝光时间的目的。描述增感屏增感性能的主要指标是增感系数，它定义为式中E0——底片达到一定黑度不用增感屏时所需的曝光量；E——底片达到一定黑度使用增感屏时所需的曝光量；k——增感系数。EEk0184.3.2增感屏的类型与特点增感屏主要有三种类型：金属增感屏、荧光增感屏、复合增感屏（金属荧光增感屏）。194.3.3．增感屏使用使用时增感屏常分为前屏和后屏。前屏应置于胶片朝向射线源一侧，后屏置于另一侧，胶片夹在两屏之间。使用增感屏时主要应注意：1）正确选取增感屏的类型和规格；2）增感物质表面（金属箔、荧光物质）应朝向胶片；3）增感物质表面与胶片表面之间应直接接触，不能放置其他物品，如纸张；4）在向前后屏之间装入胶片或从它们之间取出胶片时应尽量避免摩擦，以免因摩擦产生荧光或静电，使胶片感光；5）使用前应检查增感屏表面是否受到污染或损坏，存在这些问题的增感屏不能使用。204.4散射线的控制4.4.1散射线的产生射线入射到物体后，由于射线量子与物质发生相互作用，一部分被吸收，一部分被散射，一部分沿直线穿透物体。因此，在透射射线中总包括下列的成分：从射线源发出沿直线穿透物体透射的一次射线，射线与物体相互作用中产生的次级射线，即散射线。在常规的射线照相检验中，散射线是有害的射线，应采取各种措施进行控制，减少它对底片影像质量的影响。21图4-8散射线产生示意图1—射线源2—工件3—暗盒4—胶片5—地面22对于实际的射线照相检验工作。到达胶片的散射线，最主要的是来自被透照的工件本身，其次（当对散射线防护不好时）是工件背面与周围的物体，特别是原子序数比较低的物体产生的散射线。从图中可见，对胶片来说，散射线可来自前方、后方、侧面等各个方向，来自后方和侧面的散射线常被称为“背散射线”，它们可从暗盒的背面入射到胶片，产生曝光作用。23所产生的散射线的多少，与射线能量相关，与射线照射物体的材料、厚度、面积也相关。对散射比来说，它们之间的关系可简单地概括如下：1）随着射线能量的提高散射比将降低，应注意的是这是对能量变化较大的一般结论；2）随着透照厚度的增大散射比也增大；3）在较小的面积范围内，随着面积的增大散射线比也增大，但当面积增大到一定程度后，散射线比不再增大。24图4-9散射比与射线能量和透照厚度的关系254.4.2散射线对影响质量的影响散射线对影像质量可产生重要的影响，主要表现在两个方面：降低影像的对比度。从射线照相对比度的基本公式可以清楚地看到，如果散射比较大，影像的对比度将降低很多，也就是散射线会严重地影响小缺陷和裂纹性缺陷的检验。nTGD1Δ434.0Δ264.4.3散射线防护的主要方法减少到达胶片的散射线的主要方法是滤波、光阑、遮蔽、屏蔽等方法，具体的布置示意图如图4-10所示。1—X射线管2—滤波板3—光阑与准直器4—工件5—遮蔽铅板6—前吸收铅板（箔）7—胶片8—后屏蔽铅板271．铅屏蔽在实际射线照相检验中，采用铅屏蔽防护散射线是经常使用的措施。主要的防护方法是用适当厚度的铅屏蔽板遮盖工件非透照区，用适当厚度的铅屏蔽板遮盖工件以外的胶片，采用适当的金属增感屏吸收来自工件的散射线，或者在工件与胶片之间放置适当厚度的铅屏蔽板，吸收从被透照工件产生的散射线。282．光阑与准直器减少散射线的另一个主要方法是尽量减少物体被检验区以外受到射线照射的范围大小，除了采用铅屏蔽板遮盖外，常用的方法是用光阑或准直器限制射线束的大小，限制透照的区域。光阑采用对射线具有强烈吸收性能的材料制做，例如，采用铅板制做，其厚度应能有效地吸收入射的射线。光阑的孔径和孔的形状可按照透照区的大小和形状设计，光阑通常放在靠近射线源的位置。293．滤波在X射线照相中使用的连续谱X射线，其长波（低能量）部分X射线对射线照相检验不起主要作用，但当它们直接照射胶片或穿过薄的物体到达射线胶片时，可以被强烈吸收并产生散射线。为了减少射线中的这部分成分，常采用滤波的方法。即在X射线管窗口附近放置滤波片，射线从窗口出射之后首先要穿过滤波片，使长波部分的X射线被大量吸收。滤波片就是适当厚度的某种金属材料平板，它的厚度应按射线能量选取。304．背散射防护在射线照相检验中，当胶片后方较近的地方存在物体时，必须注意采用背铅板对背散射线进行防护。否则，背散射线很可能会使底片无法达到规定的影像质量要求。背铅板的厚度一般应大于1mm。背铅板的厚度是否满足防护背散射线的要求，可以采用下述的方法检验。在胶片暗袋背面贴附铅字“B”。透照后观察底片，如果底片上未出现这个铅字B的影像或出现黑度高于背景黑度的铅字B影像，则说明防护铅板的厚度符合要求。如果出现黑度低于背景黑度的铅字B的影像，则说明防护不足，应加大背铅板的厚度。314.5曝光因子曝光因子给出的是曝光量与X射线机的管电流或放射性同位素源的活度、曝光时间、焦距的关系。它指出，在曝光过程中，只要保持曝光因子值不变，就可以给出相同的曝光量，因此也就可以给出相同黑度的底片。32导出曝光因子需要使用平方反比定律和互易律，平方反比定律给出了光线强度与距离变化的规律，互易律给出了射线强度与曝光时间在感光时间的感光作用中的相互关系。将平方反比定律和互易律结合在一起，就可以得到射线照相中的曝光因子的概念。X射线可以写为：г射线可以写为：22222111FtiFti22222111FtAFtA33在二次曝光的时候，只要二次曝光满足上面的等式，则可以得到相同黑度的底片对于X射线可以记：г射线可以记：2FAtM2FitM344.6曝光曲线与曝光量计算4.6.1曝光曲线概述曝光曲线是在一定条件下绘制的透照参数（射线能量、焦距、曝光量）与透照厚度之间的关系曲线。这些条件主要是透照工件材料；射线源；胶片、暗室处理技术、增感；射线照相质量要求等。35实际进行射线照相时确定透照参数经常采用曝光曲线，从曝光曲线给出的关系可方便地确定某种材料、某个厚度的工件、满足规定的质量要求应选用的射线能量、焦距、曝光量等。364.6.2曝光曲线的典型形式对X射线照相检验，常用的曝光曲线有两种类型，第一种类型曝光曲线以透照电压为参数，给出一定焦距下曝光量对数与透照厚度之间的关系。第二种类型曝光曲线以曝光量为参数，给出一定焦距下透照电压与透照厚度之间的关系。图4-11是第一种类型，图4-12是第二种类型。37图3-16以透照电压为参数的曝光曲线38图3-17以曝光量为参数的曝光曲线39第一种类型曝光曲线，纵坐标是曝光量，单位是毫安·分（mA·min），采用对数刻度尺，横坐标是透照厚度，常用毫米（mm）为单位，采用算术刻度尺。图中的曲线是在相同的焦距下对不同的透照电压画出来的。从图中的曲线可以看到，采用某一透照电压但透照不同厚度时，曝光量相差得很大。由于曝光量既不能很大，也不能很小，所以某个透照电压实际上只适于透照一较小的厚度范围。40第二种类型曝光曲线，纵坐标是透照电压，单位名称为千伏，单位符号为kV，采用算术刻度尺；横坐标是透照厚度，单位常用毫米（mm），采用算术刻度尺。图中曲线是在相同的焦距下对不同曝光量画出的。很显然，它不是直线。41射线曝光曲线的一般形式如