第3章：射线照相质量的影响因素

1射线检测第三章：射线照相质量的影响因素二零一三年十一月22013年RT理论课程表日期时间章节理论授课内容10.31上午第二章射线检测的设备和器材10.31下午第三章射线照相质量的影响因素11.1上午第四章射线检测工艺11.1下午第四章射线检测工艺11.4上午第四章射线检测工艺11.4下午第五章暗室处理技术备注：1.以《射线检测》为主；2.授课时间：上午8:15~12:00下午2:15~6:003教材本课程主要采用“全国特种设备检验协会”组织编写、强天鹏主编，中国劳动社会保障出版社出版的NDT全国特种设备无损检测人员资格考核统编教材《射线检测》4主要讲解内容：本课程主要讲解射线检测第三章射线照相质量影响因素：对比度、清晰度、颗粒度等方面的重点、要点内容。按照TSGZ8001-2013《特种设备无损检测人员考核规则》C2.3部分，对掌握部分（●）和理解部分（■）作重点讲解，对概念、常用公式、与实际工作相关的知识，要求充分理解，掌握，吃透，对了解部分（▲）作一般性介绍，要求掌握一般性的概念性知识即可。课堂上主要针对培训教材中的重点、要点、难点问题进行讲解，并答疑。51、概述（■）射线照相灵敏度是：评价射线照相影像质量最重要的指标。①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，②从定性方面来说，是指发现和识别细小影象的难易程度。6③绝对灵敏度：指在射线底片上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。④相对灵敏度：指在射线底片上能发现的沿射线穿透方向上的最小缺陷尺寸与透照厚度的百分比称为相对灵敏度。7⑤象质计灵敏度：1.用自然缺陷尺寸来评价射线照相灵敏度是不现实，因为工件中是否有缺陷，在探伤前是不可知的，经过探伤发现的缺陷，其沿射线穿透方向上的尺寸也是很难测定的，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，又称为象质计，作为底片影象质量的监测工具，由此得到灵敏度称为象质计灵敏度；8⑥像质计：用于评价射线照相灵敏度与被检工件或焊缝厚度一定百分比关系的人工结构.如金属丝、孔、槽等，又叫透度计。由此得到的灵敏度叫像质计灵敏度。注意：像质计灵敏度不等于自然缺陷灵敏度，但象质计灵敏度越高，则表示底片影象的质量水平越高能间接反应射线照相对最小自然缺陷的检出能力。9影响射线照相灵敏度的三大因素：1.是射线照相对比度(小缺陷或细节与其周围背景的黑度差)；2.不清晰度(影象轮廓边缘黑度过渡区的宽度)；3.颗粒度(影象黑度的不均匀程度)是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，而黑度又是射线照相影象质量的基础，10当透照一锐利的垂直的金属物体边界时，理想的情况应得到一阶跃式的黑度分布曲线，即当从一个厚度过渡到另一个厚度时，对应的黑度应从一个黑度以阶跃的形式过渡到另一个黑度。但测量指出，实际的黑度分布并不是这种阶跃形式，而是在两个黑度之间存在一个缓慢变化的区域，使黑度逐渐地从一个黑度过渡到另一个黑度，缓慢变化区的黑度分布不是直线，而是一存在坡脚和肩部的曲线。进一步的研究发现，过渡区的黑度实际上存在不规则的大大小小的起伏不断变化，并不是单调均匀的变化。11对应金属边界的黑度差称为该影像的对比度，记为D。从一个黑度到另一黑度的缓慢变化区的宽度即是射线照相的不清晰度，一般记为U，它造成了射线照片上影像边界的扩展。黑度不规则变化的统计平均值（统计标准差）称为影像的颗粒度，记为σD。D、U和σD就是影像质量的基本因素，也就是说，射线照片上影像的质量由射线照相影像的对比度、不清晰度、颗粒度决定对比度是影像与背景的黑度差，不清晰度是影像边界扩展的宽度，颗粒度是影像黑度的不均匀性程度。影像的对比度决定了在射线透照方向上可识别的细节尺寸，影像的不清晰度决定了在垂直于射线透照方向上可识别的细节尺寸，影像的颗粒度决定了影像可显示的细节最小尺寸。1213对比度是影像与背景的黑度差，不清晰度是影像边界扩展的宽度，颗粒度是影像黑度的不均匀性程度。影像的对比度决定了在射线透照方向上可识别的细节尺寸，影像的不清晰度决定了在垂直于射线透照方向上可识别的细节尺寸，影像的颗粒度决定了影像可显示的细节最小尺寸。142、射线照相对比度D（■）（1）射线照相对比度：D＝0.43GT/（1+n）（2）主因对比度Ι/Ι＝T/（1+n）（3）胶片对比度G=D/lgE15如果工件中存在厚度差，那么射线穿透工后，不同厚度部位的透过射线的强度就不同，射线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象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象能够被观察和识别。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，底片对比度大，影象越容易被观察到和识别清楚。因此，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(厚度宽容度)减小，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161.射线照相对比度公式的推导：因为主因对比度I/Ι＝.T/（1+n）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(3)缺陷的存在不影响散射比17由胶片对比度公式：G=D/lgE得：D=G·lgE=G·(lgE2-lgE1)=G·lgE2/lgE1=G·lg(I2t/I1t)=G·lg(I2/I1)=G·lg[(I+I)/I]=G·lg(1+I/I)=G·ln(1+I/I)/ln10=G·(I/I)/2.3=0.434G·(I/I)代入主因对比度公式：I/I=μT(1+n)得：射线照相对比度公式：D=0.434GμT(1+n)18射线照相对比度：D＝0.43GT/（1+n）主因对比度Ι/Ι＝T/（1+n）取决于：T：缺陷高度、透照方向等：射线的质（λ.kv.Mev）n：散射比（n=Ιs/Ιp）19胶片对比度：G=D/lgE取决于：G：胶片类型（或梯度G）D：底片黑度显影条件：（配方、时间、活度、温度、搅动）202.主因对比度的影响因素影响主因对比度的因素有：厚度差T、衰减系数μ、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。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。如，为检出坡口未熔合，选择沿坡口的透照方向，为保证裂纹的检出率，就必须控制射线束的角度，使与裂纹的夹角不得过大。21（2）衰减系数μ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，μ值越大，在保证射线穿透力的前下，选择能量较低的射线进行照相，提高衰减系数是增大对比度的常用方法。（3）减小散射比n，提高对比度，在透照时就采取有效措施控制和屏蔽散射线。223.胶片对比度影响因素影响胶片对比度的因素有：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，应选择梯度较大的胶片。23（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。24（3）几何条件对小缺陷对比度的影响小缺陷：指横向尺寸（垂直射线束方向尺寸）远小于射线源焦点尺寸的缺陷，包括点状和细小线状缺陷。与：焦点尺寸df、缺陷到胶片的距离L2、射线源缺陷的距离L1有关。df、L2上升，L1下降半影增加，对比度下降，直到缺陷本影消失。2526射线照相对比度影响因素=主因对比度影响因素+胶片对比度影响因素27对一个特定的缺陷，要得到高的射线照相对比度，综合起来，主要是：1）选用适宜的透照布置，使得该缺陷在透照方向具有较大的厚度差T；2）选用可能的较低能量的射线透照—提高线衰减系数；3）采取各种措施，减少到达胶片的散射线强度—降低散射比；4）选用质量优良的胶片，采用良好的暗室处理技术—获得较高的梯度。283、射线照相清晰度（■）在实际射线照相检测中，构成不清晰度主要有两个因素：1、由射线源几何尺寸引起的几何不清晰度。2、电子在胶片乳剂中散射引起的固有不清晰度。29用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，试件薄的部分形成的高黑度均匀区，试件厚的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，如后图所示，但实际上底片上的黑度变化并不是突变的，试件的“阶边”影象是模糊的，影象的黑度变化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，影象的轮廓就越模糊，所以该黑度变化区域的宽度就定义为射线照相的不清晰度U。3031（1）射线照相不清晰度（2）几何不清晰度Ug=df×b/（F－b）或Ugmax=df×L2/L1（3）固有不清晰度0.79Ui=0.0013（KV）32不清晰度描述的是影像边界扩展的程度，是影像质量三个因素的另一个重要因素。对工业射线照相检验，产生不清晰度的原因是多方面的，其中最主要的是几何不清晰度和胶片固有不清晰度，此外还有屏不清晰度和运动不清晰度及屏一胶片接触不良等。331、几何不清晰度：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象的边缘会产生一定宽度的半影，这个半影的宽度就是几何不清晰度Ug；在射线源尺寸一定时，主要通过改变焦距控制几何不清晰度；几何不清晰度计算式：Ug=df×b/（F－b）或Ugmax=df×L2/L134几何不清晰度形成示意图35通常在标准中规定的射线照相必须满足的Ug，是指工件中可能产生的Ugmax，相当于射线源侧表面缺陷或源侧的像质计金属丝产生的Ug。Ugmax=df×L2/（F－L2）或Ugmax=df×L2/L13637几何不清晰度取决于(1)焦点尺寸df(2)焦点至工件表面距离L1(3)工件表面至胶片距离L2JB/T4730标准规定射线源至工件表面的距离应满足以下要求：2/31/3-A级射线检测技术：f≥7.5d.b或Ug=2/15L22/31/3-AB级射线检测技术：f≥10d.b或Ug=1/10L22/31/3-B级射线检测技术：f≥15d.b或Ug=1/15L238为获得较小的Ug值，则应增大焦距F，由于射线强度与距离的平方成反比，在保证底片黑度D不变时，增大焦距F的同时就必须增加曝光量mA.min或提高管电压KV值，因此，在工作中应综合考虑。使用X射线照相时，由于透照场中不同位置上的焦点尺寸不同，阴极一侧的焦点尺寸较大，因此相应位置上的几何不清晰度也较大。实际上，由于照射场内光学焦点从阴极到阳极一侧都是变化的，因此，即使是纵焊缝(平板)照相，底片上各点的Ug值也是不同的。而环焊缝(曲面)照相，由于距离、厚度的变化，故底片的上各点的Ug值的变化更大、更复杂39例：采用双壁双影法透照φ76×3mm的管子对接焊缝，已知X射线机焦点尺寸为3mm，透照焦距为600mm，求胶片侧焊缝和射源侧焊缝的照相几何不清晰度Ug。解：已知管子外径D＝76mm，焦点df＝3mm，壁厚t＝3mm，焦距F＝600mm又：焊缝余高△t取2mm，根部余高取0mm。则胶片侧焊缝的几何不清晰度Ug1射源侧焊缝的几何不清晰度Ug2答：胶片