RT-II第3章射线照相质量的影响因素

射线照相质量的影响因素台州市特种设备监督检验中心郭黎群2014年07月18日第三章的主要内容一、射线照相灵敏度的影响因素1、基本概念及相关定义2、射线照相--对比度ΔD3、射线照相--清晰度U4、射线照相--颗粒度σD二、灵敏度和缺陷检出的有关研究1、最小可见对比度△Dmin2、底片黑度与灵敏度3、缺陷检出试验4、几何因素对小缺陷对比度的影响5、不同缺陷的灵敏度关系式6、裂纹检出的研究7、信噪比一、基本概念及相关定义1、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。2、绝对灵敏度：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。3、相对灵敏度：能发现的沿射线穿透方向上的最小缺陷尺寸与射线透照厚度的百分比。4、像质计：(1)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。像质计（像质指示器，透度计）是测定射线照片的射线照相灵敏度的器件，根据在底片上显示的像质计的影像，可以判断底片影像的质量，并可评定透照技术、胶片暗室处理情况、缺陷检验能力等。(2)最广泛使用的像质计主要是三种：丝型像质计、阶梯孔型像质计、平板孔型像质计，此外还有槽型像质计和双丝像质计等。像质计应用与被检验工件相同或对射线吸收性能相似的材料制做。各种像质计设计了自己特定的结构和细节形式，规定了自己的测定射线照相灵敏度的方法我国相关检测标准对像质计的选用：•JB/T4730-2005标准3.6条：底片影像质量采用线型像质计测定。线型像质计的型号和规格应符合JB/T7902-1995《线型像质计》的规定，未包含的应符合HB7684-2000《射线照相用线型像质计》的有关规定（增加了17号0.100mm，18号0.063mm）。•SY/T4109-2005《石油天然气钢质管道无损检测》、GB/T12605-2008《无损检测金属管道熔化焊环向对接接头射线照相检测方法》等标准与JB/T4730-2005标准基本一致。•GB3323-2005标准：影像质量应使用JB/T7902《线型像质计》或EN462-1射线照相影像质量及EN462-2所规定的像质计来验证和评定。（采用线型像质计和孔型像质计）5、像质计灵敏度：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。线型像质计的相对灵敏度：K=dmin/TA×100%平板孔型像质计的等效像质计灵敏度：式中：χ---透照厚度，T---像质计厚度，h---像质计孔径。为什么说像质计灵敏度不能等于缺陷灵敏度？1）像质计灵敏度是评价射线照相技术质量的一种手段。一般来说，像质计灵敏度和缺陷检测灵敏度之间不能划等号，后者的情况要复杂得多，是缺陷自身几何形状、吸收系数、位置及取向角度的复合函数。虽然人们设计了各种型式的像质计，但到目前为止，还没有一种完美的像质计，能恰当反映射线照相技术对各种自然缺陷的检测能力。2）但像质计灵敏度的提高，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相对于最小自然缺陷检出能力的提高3）对裂纹、未熔合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、不清晰度均符合标准要求，有时也有难于检出甚至完全不能检出的情况。4）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措施。缺陷检出率与哪些因素有关？（1）底片像质计灵敏度；（2）工艺参数选择的正确性（透照方向、焦距等）；（3）良好的观片条件；（4）评片人员的判断能力。•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)，颗粒度(影像黑度的不均匀程度)三大要素的综合结果，而三大要素又分别受到不同因素的影响。•黑度是射线照相影像质量的基础。二、影响射线照相灵敏度的因素射线照相对比度ΔD射线照相不清晰度U射线照相颗粒度σD主因对比度胶片对比度几何不清晰度固有不清晰度取决于：1）缺陷造成的透照厚度差ΔT（缺陷高度、透照方向）2）射线的质μ（或λ、KV、MeV)3）散射比n=Is/Ip取决于：1)胶片类型（或梯度G）2）显影条件（配方、时间、活度、温度、搅动）3）底片黑度D取决于：1）焦点尺寸df2）焦点到工件表面距离L13）工件表面至胶片距离L2取决于：1）射线的质μ（或λ、KV、MeV)2）增感屏种类（Pb、Au、Sb等）3）屏一片贴紧程度取决于：1）胶片系统（胶片型号、增感屏、冲洗条件）2）射线的质μ（或λ、KV、MeV)3）曝光量（It）和底片黑度DnTII1EDGlg)1(G434.0nTD22igUUUbFbdUfg79.00013.0kVUi21121)(NiiDNDD三、射线照相对比度1、射线照相对比度：如果工件中存在厚度差，那么射线穿透工件后，不同厚度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。▲射线强度差异是底片产生对比度的根本原因，所以把△I/I称为主因对比度。2、底片对比度越大，影像越容易被观察到和识别清楚。3、为检出较小的缺陷，获得较高的灵敏度，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，例如试件能被检出的厚度范围减小（厚度宽容度↓），底片上的有效评定区域缩小，曝光时间延长，检测速度下降，检测成本增大等等。4、射线照相对比度公式推导：主因对比度公式：式中：△I——因试件中存在厚度为△T的缺陷而引起的一次透射射线强度之差(△I=I′p—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)；μ—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=I/Ip)公式的导出是从以下三个假设为基本前提：(1)试件中缺陷厚度相对于试件厚度来说很小(△TT)，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(Is＝Is’)(3)缺陷的存在不影响散射比(n＝n’)nTII1胶片对比度公式：•胶片的梯度即胶片对不同曝光量在底片上映出不同黑度差别的固有能力。可用胶片特性曲线上某一点切线的斜率表示。此斜率称为胶片梯度G或称为胶片反差系数γ。胶片特性曲线中某点的胶片梯度为：••由于特性曲线上各点的G值不同，所以常用特性曲线上两点连线的斜率来表示称为胶片的平均梯度或平均反差系数。•所以胶片对比度公式为：射线照相对比度公式：由近似公式ln(1+x)≈x，得：将主因对比度公式代人得10ln)1ln()1lg(lglglglg)lg(lglg12121212IIGIIGIIIGIIGtItIGEEGEEGEGDIIGIIGD**434.03.2nTII1)1(**G*434.0nTD•射线底片的对比度△D是主因对比度和胶片对比度G共同作用的结果。•主因对比度是构成底片对比度的根本原因。•胶片对比度可以看作是主因对比度的放大系数，(通常这个系数为3～8)。)1(G434.0nTD5、射线照相对比度的影响因素A.影响主因对比度的因素：厚度差△T、衰减系数μ、散射比n1）△T与缺陷尺寸有关，某些情况下还与透照方向有关。缺陷高度：高度、线状缺陷截面宽度、点状体积缺陷形状：圆形、三角形、平面形5、射线照相对比度的影响因素2）△T与缺陷尺寸有关，某些情况下还与透照方向有关。对于试件中具体存在的缺陷，它的几何尺寸是一定的，但在不同方向上形成的厚度差可能不同，对于具有方向性的面积型缺陷，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。。3）衰减系数μ与试件材质和射线能量有关。A.源的种类：X射线（连续谱）和γ射线（线状谱）的差异B.能量↑→μ↓→ΔD↓在试件材质给定的情况下，透照的射线能量越低，线质越软，μ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。同时带来问题是曝光时间增加。C.工件材质和缺陷内含物│μ1－μ2│：取决于物质原子序数和密度：│μ1－μ2│↑→ΔD↑4）减小散射比n可以提高对比度。n的相关因素（源的种类、射线的能量、工件材质、工件形状、散射线屏蔽）A.源的种类：X射线、高能X射线和γ射线的差异；B.射线能量：能量与透照厚度；C.工件材质：钢与轻金属；D.工件形状：大厚度差工件、厚而窄的工件、有余高的焊缝；E.散射线屏蔽措施:因此透照时就必须采取有效措施控制和屏蔽散射线，如使用铅窗口与铅屏蔽，这些也将降低工作效率，使曝光时间延长。B.影响胶片对比度的因素:胶片种类、底片黑度，显影条件1)不同类型的胶片具有不同的梯度通常，非增感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。（梯度：T1＞T2＞T3＞T4）若要增大G值，可选用G值更高的微粒胶片；由于非增感胶片G值和黑度成正比，也可通过提高底片黑度增大G值。但高G值的微粒胶片感光速度往往较慢，需要增大曝光时间，提高黑度也需要增加曝光时间，此外，黑度的提高会增加最小可见对比度△Dmin，对灵敏度产生不利影响。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。JB/T4730-2005标准规定：A级:1.5≤D≤4.0；AB级:2.0≤D≤4.0；B级:2.3≤D≤4.0。标准中规定底片黑度上下限是为了保证底片具有较高的对比度△D和较小的识别界限对比度△Dmin，从而得到较高的灵敏度。3)显影条件的变化可以显著改变胶片特性曲线的形状，显影配方、显影时间、温度以及显影液活度都会影响胶片的梯度。▲显影时间延长，黑度和反差增加，但影像颗粒度和灰雾度也增大；显影时间过短，将导致黑度和反差不足。▲温度高时对苯二酚显影能力增强。其结果使影像反差增大，同时灰雾也增大，颗粒变粗，此时药膜松软，容易划伤或脱落，温度低时对苯二酚显影能力减弱，此时显影主要靠米吐尔作用，因此反差降低。▲显影液的活性取决于显影剂的种类和浓度以及显影液的PH值。显影液在使用过程中，显影剂浓度逐渐减少，显影剂氧化物逐渐增加，PH值逐渐降低，溶液中卤化物离子逐渐增加，将导致显影作用减弱，活性降低，这种现象称为显影液老化。使用老化的显影液，显影速度变慢，反差减小，灰雾增大。C.小缺陷来说，射线照相的几何条件也会影响其影像对比度。1）所谓小缺陷，是指横向尺寸(垂直于射线束方向的尺寸)远小于射线源的焦点尺寸的缺陷，包括小的点状缺陷和细的线状缺陷。2）影响对比度的照相几何条件主要是：射线源尺寸df，（如何计算？JB/T4730附录E）源到缺陷的距离L1缺陷到胶片的距离L2。•解释：正常情况下，底片上缺陷影像由本影和半影组成(图3.3a)，但随着df的增大或L2的增大，或L1的减小，缺陷影像的本影区域将缩小，半影区域将扩大，图3.3b表示一种临界状态，即本影缩小为一个点；如果进一步增大df，L2或缩小L1，则情况如图3.3c所示，缺陷的本影将消失，其影像只由半影构成，对比度将显著下降。•几何条件对小缺陷影像对比度的影响可以用系数σ来