第三章_射线照相影响因素2

梁国利 RT UT MT PT 级资格ET 级资格河南第二火电建设公司TEL 037167697806E mail lgl678 第三章射线照相质量的影响因素 3 1射线照相灵敏度的影响因素3 1 概述评价射线照相影像质量最重要的指标是射线照相灵敏度 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 灵敏度有绝对灵敏度和相对灵敏度之分 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穿透厚度的百分比称为相对灵敏度 像质计灵敏度 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 槽等组成所谓的透度计 又称为像质计 作为底片影像质量的监测工具 由此得到的灵敏度称为像质计灵敏度 需要注意的是 底片上显示的像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 即像质计灵敏度并不等于自然缺陷灵敏度 像质计灵敏度的提高 表示底片像质水平也相应提高 间接地反映出射线照相对最小自然缺陷检出能力的提高 对裂纹之类方向性强的面积型缺陷 即使底片上显示的像质计灵敏度很高 黑度 不清晰度符合标准要求 有时也难于检出甚至完全不能检出的情况 射线照相灵敏度是射线照相对比度 缺陷影像与其周围背景的黑度差 不清晰度 影像轮廓边缘黑度过度区的宽度 和颗粒度 影像黑度的不均匀程度 三大要素的综合结果 三大要素的定义图示如图3 1所示 影响射线照相灵敏度的因素可归纳见表3 1 3 1 2射线照相对比度底片上某一小区域和相邻区域的黑度差称为底片对比度 又叫做底片反差 底片对比度越大 影像就越容易被观察和识别 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 但是 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 底片上有效评定区缩小 曝光时间延长 检测速度下降 检测效率降低 检测成本增大等 射线照相对比度公式的推导主因对比度 式中 I 因试件中存在厚度为 T的缺陷而引起的一次透照射射线强度差 I Ip IP I 无缺陷处的射线总强度 包括一次投射射线和散射线 I IP IS 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 散射线强度与一次投射射线强度之比 n IS IP 胶片对比度 G D lgE将主因对比度公式入得 射线照相对比度 D 0 434G T 1 n 3 1 射线照相对比度的影像因素由公式 3 1 可知 射线底片的对比度 D是主因对比度 T 1 n 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 而胶片对比度可看做是主因对比度的放大系数 通常这个系数为3 8 1 影响主因对比度的因素有厚度差 T 衰减系数 和散射比n 1 T与缺陷尺寸有关 某些情况下还与透照方向有关 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 就必须控制射线束的角度 使之与裂纹的夹角不得过大 2 衰减系数 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 值越大 所以 通常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 3 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 2 影响胶片对比度的因素影响胶片对比度的因素有胶片种类 底片黑度和显影条件 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 所以说 要想提高对比度 可以选择梯度较大的胶片 2 胶片梯度随黑度的增加而增大 为保证对比度 通常对底片的黑度提出限制 JB T4730 2005规定AB级为2 0 4 0 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 此外 对小缺陷来说 射线照相几何条件也会影响其影像对比度 小缺陷 是指缺陷的横向尺寸 垂直于射线束方向的尺寸 远小于射线源尺寸的缺陷 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有射线源尺寸df 源到缺陷的距离L1 缺陷到胶片的距离L2 3 1 3射线照相清晰度把底片上某一部位黑度变化区域的宽度定义为射线不清晰度U 构成射线照相不清晰度的主要原因是两个方面的因素 即 由于射源有一定尺寸而引起的几何不清晰度Ug 以及电子在胶片乳剂中散射而引起的固有不清晰度Ui 底片上总的不清晰度U是Ug和Ui的综合结果 其中几何不清晰度Ug构成黑度过度区直线部分 而固有不清晰度Ui则是黑度过渡区产生趾部和肩部 如图3 3c所示 目前比较广泛采用的关系式为 1 几何不清晰度Ug由于X射线管焦点或 射线源都具有一定尺寸 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像边缘会产生一定宽度的半影 此半影宽度就是几何不清晰度Ug Ug的计算公式为 式中df 焦点尺寸 F 焦点至胶片距离 b 缺陷至胶片距离 通常技术标准中所规定的射线照相必须满足的几何不清晰度 是指工件中可能产生的最大几何不清晰度Ugmax 相当于射源侧表面缺陷或射源侧放置像质计金属丝所产生的几何不清晰度 见图3 5 其计算公式为 Ugmax df L2 F L2 df L2 L1 3 4 式中 L1 焦点至工件表面的距离 L2 工件表面至胶片的距离 由上式可知 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给定的情况下 为获得较小的Ug值 透照时就需要取较大的焦距F 但由于射线强度与距离平方成反比 如果保证底片黑度不变 在增大焦距的同时就必须延长曝光时间或提高管电压 所以对此要综合考虑 几何不清晰度的计算 见P77 例 省略 2 固有不清晰度Ui固有不清晰度是由照射到胶片上的射线在乳剂层中激发出的电子的散射所产生的 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 固有不清晰度主要取决于射线的能量 在100 400KV范围 表达固有不清晰度的经验公式可写为 Ui 0 0013 KV 0 79 3 4 固有不清晰度与射线能量的关系 见图3 6所示 由图3 6可以看出 Ui随射线能量的提高而连续递增 在低能区 Ui增大速率较慢 但在高能区 Ui增大速率较快 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 同时 由增感屏发射出的电子 在乳剂层中也有一定射程 同样产生固有不清晰度 增感屏的材料种类 厚度 以及使用情况都会影响固有不清晰度 在低能量射线照相中 使用铅增感屏的胶片比不使用铅增感屏的胶片固有不清晰度有所增大 随着铅增感屏厚度的变化 固有不清晰度也将有所改变 在 射线和高能X射线照相中 使用铜 钽 钨制作的增感屏可得到比铅增感屏更小的固有不清晰度 在使用增感屏时 如果增感屏与胶片贴合不紧 留有间隙 也将是固有不清晰度明显增大 射线照相固有不清晰度可采用铂 钨双丝像质计测定 3 用微光密度计测出的不清晰度曲线 略 几乎所以的射线照相中都包含有两种不清晰度 即如图3 7c所示的曲线 3 1 4射线照相颗粒度颗粒性是指均匀曝光的射线底片上影像黑度分布不均匀的视觉印象 颗粒度则是根据测微光密度计测出的数据 按一定方法求出的所谓底片黑度涨落的客观量值 颗粒性印象不是单个显影的感光颗粒引起的 颗粒的视觉印象是由许多银粒交互重叠组成的颗粒团产生的 而颗粒团的黑度则是由这些单个银粒的随机分布造成的 颗粒的随机性是多种因素造成的 胶片乳剂层中感光银盐颗粒大小 分布均匀度具有随机性 射线源发出的光量子到达胶片的空间分布是随机的 胶片乳剂吸收光量子 使乳剂中的一个或多个溴化银晶体感光也是随机的 颗粒性产生的原因可归纳为两个方面 一是胶片噪声 相关于银盐粒度和感光速度 二是量子噪声 即光子随机分布的统计涨落 相关于射线能量 曝光量和底片黑度 一般来说 颗粒性随胶片粒度和感光速度的增大而增大 随射线能量的增大而增大 随曝光量和底片黑度的增大而减小 胶片乳剂层中感光银盐颗粒大小对颗粒性有直接影响 产生一定黑度所需要的光子数越多 射线照相影像的颗粒性就越不明显 所以胶片速度会影响颗粒性 一般情况是慢速胶片中的溴化银晶体比快速胶片中的晶体小 因此 胶片粒度和感光速度对颗粒性的影响往往是加和性的 同样 射线照相的颗粒性随能量的提高而增大 在低能量下 吸收一个光子只使一个或几个溴化银颗粒感光 而在高能量下 一个光子能使许多个颗粒感光 这样就使随机分布的黑度起伏变化变大 显示出颗粒增大的倾向 而曝光量增大和底片黑度增大都使得更多的光子到达胶片 大量光子的叠加作用将使黑度的随机性起伏降低 所以减小了颗粒性 颗粒度限制了影像能够记录的细节的最小尺寸 3 2灵敏度和缺陷检出的有关研究3 2 1最小可见对比度 Dmin1 最小可见对比度 Dmin最小可见对比度又称为识别界限对比度 其定义是 在底片上能够辨认的某一尺寸影像的最小黑度差 Dmin与 D是两个不同的概念 D是底片上客观存在的量值 而 Dmin反映的是在一定条件下 人眼对底片影像黑度差的辨别能力 即识别灵敏度 Dmin的数值越小 意味着人眼对底片影像的辨别能力越强 对缺陷影像的识别灵敏度越高 D与 Dmin的关系为 当 D Dmin时 影像能够识别 反之 则不能识别 Dmin在很大程度上取决于管片登亮度 在合适的观片条件下 Dmin数值较小 而观片条件变差 则 Dmin数值会变大 2 Dmin与底片黑度 颗粒度 金属丝影像宽度的关系通过试验总结出 Dmin与底片黑度 颗粒度 金属丝影像宽度以及颗粒度的相对关系如下 Dmin随黑度的增大而增大 且金属丝宽度越小 Dmin的增大程度越显著 如图3 8所示 Dmin与金属丝影像宽度的关系是 在影像宽度较大时 Dmin你随宽度变化而变化 但在影像宽度较小时 Dmin随宽度的较小而增大 且当底片黑度越高时 增大的比例越大 见图3 9 颗粒度对 Dmin的影响见图3 10 对宽度相同的金属丝影像来说 颗粒较细的胶片与增感屏组合后得到的 Dmin 要比颗粒较粗的胶片小 3 2 2射线底片黑度与灵敏度由第二章可知 非增感胶片的G值随黑度的增加而增大 又由射线照相对比度公式可知 G值增大时 D也会增大 因此黑度增大会使 D增大 另一方面 黑度与 Dmin的关系为 在低黑度范围 Dmin大致是一定的 但在高黑度范围 Dmin随黑度的增加而增大 综合以上关系 可得到图3 11 图中线径d所对应的 D只有在线径d所对应的 Dmin以上的范围 该线径d才能识别 若以 D Dmin达到最大值的黑度为最佳黑度 即图3 12中lg D lg Dmin的最大值对应的黑度为最佳黑度 使 D和 Dmin两曲线上下平移后相切的一点就是最佳黑度 由图3 13可知 对于各种能量 材质和散射比的变化 可识别最小线径d的黑度值大约在2 5左右 即图中的点画线 此黑度称为平板试件透照的黑度值 但多数情况下试件是不等厚的 对于不等厚的试件 不同厚度部位底片黑度不同 可识别的线径d也不同 例如焊缝试件 一般情况下焊缝余高是 不磨平的 为使焊缝部位和母材灵敏度相等 就需要以最佳黑度未基准调节母材和焊缝黑度 改变材料的线衰减系数 和散射比n来实现的 变射线能量进而黑度是通过使母材黑度适当比2 5大些 同时是焊缝黑度适当比2 5小一些 此时的黑度称为有余高焊缝试件透照的最佳黑度 达到最佳黑度所使用的射线能量称为有余高焊缝试件透照的最佳射线能量 3 2 3缺陷检出试验1 胶片和增感屏组合对裂纹检出的影响表3 3反映了不同的胶片和曾感屏组合对裂纹检出的影响 可以看出 随着胶片颗粒度增大和梯噪比减小 像质计灵敏度变化虽不明显 但裂纹识别度明显下降 2 不同射源 胶片 增感屏组合对未焊透及未熔合检出的影响 表3 4反映了不同射源 胶片 增感屏组合对未焊透及未熔合检出的影响 其中由1 2 3 4 5和7 8可以看出 使用X射线时 胶片型号改变对未焊透检出的影响不大 但使用 射线时 胶片型号改变对未焊透检出有显著影响 从6可以看出 使用粗颗粒胶片与金属荧光增感屏组合 即使用X射线透照 未焊透也可能漏检 从序号9到16可以看出 对未熔合的检测 射线照相总体是不可靠的 从12和14可以看出 金属荧光增感屏的缺陷检出率低于铅屏 从9 11 15 16可以看出 使用Ir192射源的缺陷检出率明显低于X射线 3 不同透照角度对裂纹检出的影响由图3 17可知 照射角度在100以下时 裂纹的识别情况变化不大 但照射角度超过150时 随着照射角度的增大 裂纹不能识别的情况就增多 裂纹检出率明显降低 3 2 4几何因素对小缺陷对比度的影响 3 2 4几何因素对小缺陷对比度的影响几何因素会影响小缺陷或影像细节的对比度 所谓小缺陷 是指横向尺寸 垂直于射线束方向的尺寸 远远小于射线焦点尺寸的缺陷 包括小的点状缺陷好细的线状缺陷 正常情况下缺陷影像由本影和半影组成 当d增大 L2增大 或L1减小到一定程度 缺陷本影将消失 其影像只有半影构成 对比度将显著下降 1 缺陷本影消失的临界几何条件设W 为到达胶片P点的射线在缺陷位置平面上的截距 W 是一个非常重要的参数 W 与W的比值大小决定了缺陷是否有本影 W W 1是本影消失的临界点 当W W 1时 缺陷有本影 当W W 1时 缺陷无本影 2 几何条件对像质计金属丝影像对比度影响的定量分析和 值3 裂纹的 值4 小缺陷对比度下降的原因和数学关系式5 用Ug描述几何因素对小缺陷对比度的影响6 几何因素对小缺陷影像对比度影响的总结影响小缺陷影像对比度的几何因素一共有五个 即 焦点尺寸 焦点到缺陷距离 缺陷到胶片距离 缺陷截面形状和缺陷宽度 7 裂纹灵敏度对几何因素变化的特殊敏感性 实验证明 当焦距减小时 常规的丝型 孔型像质计灵敏度的指示并不敏感 随着焦距的减小 像质计灵敏度下降时平缓的 逐渐的 但裂纹灵敏度对焦距的变化十分敏感 当焦距减小到一定程度时 裂纹灵敏度急剧下降 单用焦距减小导致几何不清晰度增大来解释裂纹灵敏度急剧下降似乎是不充分的 因为丝型 孔型像质计灵敏度同样受几何不清晰度增大的影响 只有用几何不清晰度和对比度减小的共同作用来解释裂纹灵敏度急剧下降比较合理 主要是由于裂纹开口宽度W比像质计金属丝直径d小的多 当几何条件变化时 裂纹比金属丝更容