第三章射线照相质量的影响因素

第三章射线照相质量的影响因素

3.1 射线照相灵敏度影响因素

3.1.1 概述

评价射线照相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象的难易程度。

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。

由于工件中是否有缺陷，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。因此，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。需要注意的是，底片上显示的象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。即象质计灵敏度并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，因而也能间接地定性反映出射线照相对最小自然缺陷检出能力。

对裂纹之类方向性很强的面积型缺陷，即使底片上显示的象质计灵敏度很高，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。面积型缺陷检出灵敏度与象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。

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(影象轮廓边缘黑度过渡区的宽度)，颗粒度(影象黑度的不均匀程度)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。

黑度是射线照相影象质量的基础，黑度与三大要素的关系可用图3.1表示

三大要素的定义和区别可用图3.2表示。

射线照相灵敏度的影响因素可归纳为表3.1。

3.1.2 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，用此射线曝光，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。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，检测成本增大等等。

1.射线照相对比度公式的推导

在1.4节中，我们推导过主因对比度公式：

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—I p)；I——无缺陷处的射线总强度，包括一次透射射线和散射线(I=I p+I s)；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/I p)。

需要说明的是，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(△T<

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(I＝s)

(3)缺陷的存在不影响散射比(n＝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2.3节中，我们给出了胶片对比度公式

该式可改写为：

由近似公式1n(1+x)≈x，得

将主因对比度公式代人得

△D＝0.434·r·μ·△T/(1+n) (3.1)

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3.1式可知，射线底片的对比度△D是主因对比度和胶片对比度γ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，而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—6)。

影响主因对比度的因素有：厚度差△T，衰减系数μ，散射比n。

△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。

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。

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。

影响胶片对比度的因素有：胶片种类、底片黑度，显影条件

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。

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。

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。

此外，对小缺陷来说，射线照相的几何条件也会影响其影象对比度。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。影响对比度的照相几何条件主要是指射线源尺寸d f，源到缺陷的距离L1，缺陷到胶片的距离L2。

结合图3.3可以对几何条件影响小缺陷影象只于比度问题作出一个简明的解释：正常情况下，底片上缺陷影象由本影和半影组成(图3.3a)，但随着d f的增大或L2的增大，或L1的减小，缺陷影象的本影区域将缩小，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d f，L2或缩小L1，则情况如图3.3c所示，缺陷的本影将消失，其影象只由半影构成，对比度将显著下降。

几何条件对小缺陷影象对比度的影响可以用系数d来修正，这样，考虑几何条件影响的小缺陷影象对比度公式就变为

△D＝0.434·r·μ·σ·△T/(1+n) (3.2)

σ的推导和几何条件d f，L1、L2等对小缺陷△D影响的详细分析可参见本章3.2.1的第3小节。