射线照相质量的影响因素(刘怿欢)

D 0.434 G T /(1 n )
P74
（3-1）
2 射线照相对比度的影响因素 由公式3-1 D 0.434 G T /(1 n ) 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
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。
3.1.3 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AO部分形成的高黑度均匀区与OB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 a 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b所示，存在一个过渡区。c为 b的放大图，由c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U。
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Ug 由于电子在乳剂层中散射而引起的固有不清晰 度Ui 底片上的不清晰度是Ug和Ui的综合结果，其中Ug 构成c图中的直线部分，Ui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
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
（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。
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。
（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。
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。
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：
I / I T /(1 n)
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
Ug= b×df／（F-b） —缺陷几何不清晰度 标准中要求的Ug，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： Ugmax = L2×df／L1 —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
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。
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·L2 2/3 （Ug≤L2 1/3×2/15） AB级：L1≥ 10df·L2 2/3 （Ug≤L2 1/3×1/10） B 级：L1≥ 15df·L2 2/3 （Ug≤L2 1/3×1/15） 几何不清晰度的计算：
第3章 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
2014-9-17
3.1
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
3.1.1 概述
胶片照Leabharlann Baidu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
3.1.2 对比度
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。
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。
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
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：决定了影像可显示的最小细节尺寸
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。
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
（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。
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： I / I T /(1 n) 胶片对比度公式： G D / lg E 推出射线照相对比度公式：
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。
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。
（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2-49。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。4730标准规定黑度不得小于1.5（A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。
（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。