射线照相质量的影响因素

2012-10-15第第第第3333章章章章射线照相质量的影响因素射线照相质量的影响因素射线照相质量的影响因素射线照相质量的影响因素天津市特种设备监督检验技术研究院刘怿欢3.13.13.13.1射线照相灵敏度的影响因素�概述�射线照相对比度�射线照相清晰度�射线照相颗粒度3.1.13.1.13.1.13.1.1概述�胶片照相影像质量（像质）评价指标：射线照相灵敏度�灵敏度定义：定性：发现和识别细节的能力定量：底片上可观察到的最小细节尺寸表示方法：�绝对灵敏度：沿射线方向上所能发现的最小细节尺寸相对灵敏度：最小细节尺寸与透照厚度的百分比�用自然缺陷尺寸评价射线照相灵敏度显然不现实，为便于对射线照相灵敏度进行定量评价，常用与工件（焊缝）厚度有一定百分比关系的人工结构——（丝、孔、槽型）像质计作为底片质量的检测工具，由此得到的灵敏度称为像质计灵敏度。�像质计灵敏度的含义只是底片像质的一种定量表示方法，对最小缺陷的检出能力（指体积型缺陷），并不等同于可检出被检工件最小缺陷的尺寸。�需要注意：像质计灵敏度并不等于自然缺陷灵敏度，也就是说并不代表和像质计显示的同样尺寸的缺陷一定可以检出。但是像质计灵敏度的提高，底片像质水平相应提高，因而可以间接反映出射线对最小缺陷的检出能力。�这是由于：真实缺陷与像质计的形状不同真实缺陷与像质计的材质不同（吸收不同）真实缺陷通常为不规则取向，像质计往往是规则取向，特别是对面积形缺陷。�例如：对于裂纹缺陷和丝型像质计，裂纹为面积形缺陷，与像质丝形状不同，材质也不同，且裂纹缺陷通常有一定取向，所以，即使像质计灵敏度很高，裂纹也有可能漏检。所以对于此类面积形缺陷应采取适当方法以提高其检出率。�影响射线照相灵敏度的三大因素对比度：缺陷影像与其周围背景的黑度差不清晰度：影像轮廓边缘过渡区的宽度颗粒度：影像黑度不均匀度三大因素共同决定射线照相的影像质量�对比度：决定在射线透照方向上可识别的细节尺寸�不清晰度：决定垂直于射线透照方向上可识别的细节尺寸（分辨力）�颗粒度：决定了影响可显示的最小细节尺寸�射线检测的原理是：射线穿透工件的过程中，若工件中存在厚度差，不同厚度的部位射线的透过强度就不同，透过的不同强度的射线对胶片进行感光，经暗室处理后，由于不同部位射线强度不同，底片不同部位就会产生不同的黑度，进而形成黑度不同的影像。�底片上某一小区域和相邻区域的黑度差称为底片对比度，也称为底片反差。显然，底片对比度越大，影像越容易被观察和识别。3.1.23.1.23.1.23.1.2对比度�因此，为了提高对细小缺陷的检出能力，提高射线检测灵敏度，就必须使影像更容易被观察和识别，也就是应该提高底片对比度。�但是，在提高对比度的同时，会带来一些负面的影响和不利的后果。例如：厚度宽容度（可检工件的厚度差）会缩小，底片的有效评定区缩小；所需的曝光时间延长，检测速度下降，成本增加等。1射线照相对比度公式及推导对比度组成：主因对比度和胶片对比度主因对比度公式：其中：△I—因厚度为△T的缺陷引起的一次透射线强度差I—无缺陷处的射线总强度，包括透射线和散射线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线强度之比)1/(/nTII+∆=∆µ公式推导基于三个假设：（1）缺陷厚度相对工件很小，且充满空气，衰减忽略不计（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根据公式主因对比度公式：胶片对比度公式：推出射线照相对比度公式：（3-1）P74)1/(434.0nTGD+∆=∆µ)1/(/nTII+∆=∆µEDGlg/∆∆=2射线照相对比度的影响因素由公式3-1可知射线底片的对比度△D是主因对比度和胶片对比度共同作用的结果。而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。影响主因对比度的因素有厚度差ΔT、衰减系数μ和散射比n)1/(434.0nTGD+∆=∆µ（1）主因对比度：μΔT/（1+n）μ的相关因素：射线能量；源的种类；工件材质和缺陷密度�射线能量：能量↑→μ↓→ΔD↓�源的种类：X射线（连续谱）和γ射线（线状谱）的差异；�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↑在保证穿透的前提下，尽量选择能量较低的射线。主因对比度：μΔT/（1+n）；ΔT的相关因素：缺陷尺寸（高度、截面形状）；透照方向�缺陷尺寸：（不仅高度，线状缺陷的截面宽度、点状的体积也有影响；）�透照方向：（缺陷延伸方向与射线束角度）�形状：（圆形，三角形）针对面积型缺陷，透照方向与ΔT的关系特别明显。为了提高对比度，就应考虑合适的透照方向，以得到尽量大的厚度差ΔT。裂纹检出率很大程度取决于透照角度。主因对比度：μΔT/（1+n）；n的相关因素：源的种类；射线能量；工件材质；工件形状；散射屏蔽措施�源的种类：X射线、高能X射线和γ射线的差异；�射线能量：能量与透照厚度,能量大，n小；�工件材质：钢与轻金属；�工件形状：大厚度差工件，厚而窄的工件，有余高焊缝；�散射屏蔽措施散射比与射线能量和钢厚度的关系焊缝余高高度和有效能量与散射比的关系（2）影响胶片对比度的主要因素�胶片种类�底片黑度�显影条件（a）胶片类型：�不同的胶片类型有不同的梯度，通常来说，非增感性胶片比增感性胶片梯度大；非增感型胶片中，不同种类胶片的梯度也不同。�胶片种类与梯度关系见下页表。�梯度：TI＞T2＞T3＞T4。�提高对比度，可以选择梯度较大的胶片。由此带来的问题是宽容度降低（b）底片黑度�对于非增感型胶片，梯度与黑度关系曲线为一次曲线((((近似直线))))，为近似正比关系。所以随着黑度增大，梯度也同时增大。图2-492-492-492-49。底片黑度与梯度关系数据见上表。�为保证对比度，常常对底片的最小黑度提出限制。4730473047304730标准规定黑度不得小于1.51.51.51.5（AAAA级）。为提高对比度，可取较高的黑度值。由此带来的问题是宽容度降低，黑度超过观片灯的能力范围。且要求曝光时间可能延长。（c）显影条件显影条件（显影配方、时间、温度、显影液活度）的变化可显著影响特性曲线形状，进而影响胶片梯度。显影温度引起胶片特性曲线改变（图2-50)（d）对小缺陷，照相几何条件也影响对比度对照图3-2:简明解释：图a所示，正常情况下，底片上缺陷影像由本影和半影组成，图b所示，随着源尺寸的增大（或随着缺陷至胶片的距离增大或源至缺陷的距离减小），半影将增大，本影被半影覆盖，直至达到图示的临界状态，本影缩小为一个点（或一条线）；图c所示，随着上述情况的进一步加剧，缺陷本影将完全被半影覆盖，影像只由半影构成，对比度显著下降。3.1.33.1.33.1.33.1.3清晰度阶边影像的射线照相不清晰度对于图示的台阶试块，理论上底片上的理想影像由AOAOAOAO部分形成的高黑度均匀区与OBOBOBOB部分形成的低黑度区两部分黑度区域组成，交界处应该是突变的，不连续的，如图aaaa所示；但实际底片上的黑度变化不是突变的。实际的““““阶边””””影像是模糊的，黑度变化如图bbbb所示，存在一个过渡区。cccc为bbbb的放大图，由cccc可见过渡区不是单纯的直线，而是存在一个趾部和肩部。把黑度在该区域的变化绘制成曲线，称之为““““黑度分布曲线””””或““““不清晰度曲线””””。黑度变化区域越大，轮廓越模糊，所以定义该黑度变化区域的宽度为射线照相不清晰度UUUU。产生影像不清晰的原因很多，主要有两大因素：�由射线源有一定尺寸而引起的几何不清晰度UgUgUgUg�由于电子在乳剂层中散射而引起的固有不清晰度UiUiUiUi底片上的不清晰度是UgUgUgUg和UiUiUiUi的综合结果，其中UgUgUgUg构成cccc图中的直线部分，UiUiUiUi使黑度过渡区产生趾部和肩部。总的不清晰度为几何不清晰度与固有不清晰度叠加。常用：平方和求根法：U=（Ug2+Ui2）1/2其它：立方和求根法：U=（Ug3+Ui3）1/3简单叠加法：U=（Ug+Ui）此外还有：运动不清晰度，（荧光增感）屏不清晰度等等（1）几何不清晰度�定义：由于射线源非点源，其有一定尺寸，当透照物体时，按照几何投影成像原理，物体成像边缘会产生一定的半影，此半影宽度为几何不清晰度Ug。UUUUgggg====bbbb×ddddffff／（F-bF-bF-bF-b）————缺陷几何不清晰度标准中要求的UgUgUgUg，是指可能产生的最大几何不清晰度，此时假设缺陷位于表面即可：UUUUgmaxgmaxgmaxgmax=L2=L2=L2=L2×ddddffff／L1L1L1L1—射线照相几何不清晰度df：射线源的尺寸b：缺陷到胶片距离；L1：焦点到工件表面距离；L2：工件表面到胶片距离。工件中缺陷的几何不清晰度�影响因素：b：缺陷到胶片的距离：b↑→Ug↑→灵敏度↓df：源的大小：df↑→Ug↑→灵敏度↓F：焦距：F↑→Ug↓→灵敏度↑L1：源到工件表面的距离：L1↑→Ug↓→灵敏度↑L2：工件表面到胶片的距离（L2=b）L2↑→Ug↑→灵敏度↓�总而言之：几何不清晰度与焦点尺寸和工件厚度成正比，而与焦点至工件表面的距离成反比。在焦点尺寸和工件厚度确定的情况下，为得到较小的几何不清晰度，透照时则需取较大的焦距值，但由于射线强度与距离平方成反比（平方反比关系），为保证底片黑度不变，在增大焦距的同时必须延长曝光时间或提高管电压，所以对此要综合权衡考虑。而且延长曝光时间和提高管电压会有负面影响。注意几点：在实际透照时，底片上各点的Ug是不同的，但为了计算简单，有关技术标准仅以透照中心部位的最大Ug值作为控制指标，对不同部位的变化忽略不计，变化规律如下：（1）焦点尺寸变化：射线管阳极和阴极焦点尺寸不同，阴极较大，因此阳极侧几何不清晰度好于阴极。且不同方向的有效焦点均不同。（2）L2/L1变化引起Ug的变化：透照纵焊缝（平板对接）时，被检区域各部位L2/L1不变，Ug不变，而透照环焊缝（曲面对接）时，其他部位L2/L1大于中心部位，因此Ug变。在JB/T4730中规定：射线源至工件表面的距离L1应满足下式的要求：A级：L1≥7.5df····L22/3（Ug≤L21/3×2/15）AB级：L1≥10df····L22/3（Ug≤L21/3×1/10）B级：L1≥15df····L22/3（Ug≤L21/3×1/15）几何不清晰度的计算：（2）固有不清晰度定义：照射到胶片上的射线光子在胶片乳剂层中激发出电子的散射产生的。光子在穿过乳剂层时，会在乳剂中激发出电子。射线光子能量越高，激发出的电子动能就越大，在乳剂层中的射程就会越长，这些电子向各个方向散射，作用于附近的卤化银颗粒，动能较大的电子甚至可穿过多个卤化银颗粒。由于电子作用会使卤化银颗粒产生潜影，因此一个射线光子不只影响一个卤化银颗粒，可能在乳剂中产生一小块潜影银，其结果不仅其直接作用的点被显影，其附近区域也能被显影，就造成影像边界的扩散和轮廓模糊。�是胶片的固有特性。�固有不清晰度大小就是散射电子在胶片乳剂层中作用的平均距离。�固有不清晰度的大小可用铂钨双丝像质计测定�影响因素：（1）射线的能量对Ui的影响表3-2图3-6射线的能量↑→Ui↑Ui主要取决于能量，在100~400KV范围，表达固有不清晰度的经验公式可以写为：Ui=0.0013（KV）0.79（2）增感屏射线照相用的金属增感屏能吸收射线能量，发射出电子，作用于胶片的卤化银，增加感光。由于增感屏发射出电子，在乳剂层中也有一定射程，同样也会产生固有不清晰度。增感屏的材料、厚度、以及使用状况都会影响固有不清晰度。在γ射线和高能X射线照相中，使用铜、钽、钨制作增感屏可以得到更小的固有不清晰度；在使用中，若增感屏与胶片贴合不紧，也会使固有不清晰度明显增大。贴合不紧的解释：由增感屏发射的电子脱离增感屏后，未立即进入胶片，而是在空气中经一段距离后再进入，在空气中其动能损失较小，其总的作用距离