射線照相影響因素

射線照相影響因素第一頁，共四十八頁，2022年，8月28日第三章射線照相質(zhì)量的影響因素3.1射線照相靈敏度的影響因素3．1.概述評(píng)價(jià)射線照相影像質(zhì)量最重要的指標(biāo)是射線照相靈敏度。射線照相靈敏度：從定量方面來說，是指在射線底片上可以觀察到的最小缺陷尺寸或最小細(xì)節(jié)尺寸。從定性方面來說，是指發(fā)現(xiàn)和識(shí)別細(xì)小影像的難易程度。靈敏度有絕對(duì)靈敏度和相對(duì)靈敏度之分。在射線照相底片上所能發(fā)現(xiàn)的沿射線穿透方向上的最小缺陷尺寸稱為絕對(duì)靈敏度。此最小缺陷尺寸與射線穿透厚度的百分比稱為相對(duì)靈敏度。第二頁，共四十八頁，2022年，8月28日像質(zhì)計(jì)靈敏度：用與被檢工件或焊縫的厚度有一定百分比關(guān)系的人工結(jié)構(gòu)，如金屬絲、孔、槽等組成所謂的透度計(jì)，又稱為像質(zhì)計(jì)，作為底片影像質(zhì)量的監(jiān)測(cè)工具，由此得到的靈敏度稱為像質(zhì)計(jì)靈敏度。需要注意的是：底片上顯示的像質(zhì)計(jì)最小金屬絲直徑、或孔徑、或槽深，并不等于工件中所能發(fā)現(xiàn)的最小缺陷尺寸，即像質(zhì)計(jì)靈敏度并不等于自然缺陷靈敏度。像質(zhì)計(jì)靈敏度的提高，表示底片像質(zhì)水平也相應(yīng)提高，間接地反映出射線照相對(duì)最小自然缺陷檢出能力的提高。對(duì)裂紋之類方向性強(qiáng)的面積型缺陷，即使底片上顯示的像質(zhì)計(jì)靈敏度很高，黑度、不清晰度符合標(biāo)準(zhǔn)要求，有時(shí)也難于檢出甚至完全不能檢出的情況。第三頁，共四十八頁，2022年，8月28日射線照相靈敏度是射線照相對(duì)比度（缺陷影像與其周圍背景的黑度差）、不清晰度（影像輪廓邊緣黑度過度區(qū)的寬度）和顆粒度（影像黑度的不均勻程度）三大要素的綜合結(jié)果。三大要素的定義圖示如圖3－1所示。影響射線照相靈敏度的因素可歸納見表3－1。3.1.2射線照相對(duì)比度底片上某一小區(qū)域和相鄰區(qū)域的黑度差稱為底片對(duì)比度，又叫做底片反差。底片對(duì)比度越大，影像就越容易被觀察和識(shí)別。因此，為檢出較小的缺陷，獲得較高的靈敏度，就必須設(shè)法提高底片對(duì)比度。第四頁，共四十八頁，2022年，8月28日但是，在提高對(duì)比度的同時(shí)，也會(huì)產(chǎn)生一些不利后果，例如，試件能被檢出的厚度范圍（厚度寬容度）減小，底片上有效評(píng)定區(qū)縮小，曝光時(shí)間延長(zhǎng)，檢測(cè)速度下降，檢測(cè)效率降低，檢測(cè)成本增大等。射線照相對(duì)比度公式的推導(dǎo)主因?qū)Ρ榷龋旱谖屙?，共四十八頁?022年，8月28日式中△I—因試件中存在厚度為△T的缺陷而引起的一次透照射射線強(qiáng)度差（△I=Ip‘-IP）；

I—無缺陷處的射線總強(qiáng)度，包括一次投射射線和散射線(I=IP+IS)；

μ—試件材料的線衰減系數(shù)；△T—缺陷在射線透照方向上的尺寸；n—散射比，散射線強(qiáng)度與一次投射射線強(qiáng)度之比（n=IS/IP）；第六頁，共四十八頁，2022年，8月28日膠片對(duì)比度：G＝△D/△lgE將主因?qū)Ρ榷裙饺氲茫荷渚€照相對(duì)比度：△D＝0.434Gμ△T/（1+n）（3－1）射線照相對(duì)比度的影像因素由公式（3－1）可知，射線底片的對(duì)比度△D是主因?qū)Ρ榷圈獭鱐/（1+n）和膠片對(duì)比度G共同作用的結(jié)果，主因?qū)Ρ榷仁菢?gòu)成底片對(duì)比度的根本原因，而膠片對(duì)比度可看做是主因?qū)Ρ榷鹊姆糯笙禂?shù)，通常這個(gè)系數(shù)為3～8。第七頁，共四十八頁，2022年，8月28日(1)影響主因?qū)Ρ榷鹊囊蛩赜泻穸炔睢鱐、衰減系數(shù)μ和散射比n。1）△T與缺陷尺寸有關(guān)，某些情況下還與透照方向有關(guān)。例如，為檢出坡口未熔合，往往選擇沿坡口的透照方向。為保證裂紋的檢出率，就必須控制射線束的角度，使之與裂紋的夾角不得過大。2）衰減系數(shù)μ與試件材質(zhì)和射線能量有關(guān)。在試件材質(zhì)給定的情況下，透照的射線能量越低，線質(zhì)越軟，μ值越大。所以，通常在保證射線穿透力的前提下，選擇能量較低的射線進(jìn)行照相，是增大對(duì)比度的常用方法。第八頁，共四十八頁，2022年，8月28日3）減小散射比n可以提高對(duì)比度，因此，透照時(shí)就必須采取有效措施控制和屏蔽散射線。（2）影響膠片對(duì)比度的因素影響膠片對(duì)比度的因素有膠片種類、底片黑度和顯影條件。1）不同類型的膠片具有不同的梯度。通常，非增感膠片的梯度比增感型膠片的梯度大。非增感型膠片中，不同種類的膠片有時(shí)梯度也不一樣，所以說，要想提高對(duì)比度，可以選擇梯度較大的膠片。第九頁，共四十八頁，2022年，8月28日2）膠片梯度隨黑度的增加而增大，為保證對(duì)比度，通常對(duì)底片的黑度提出限制，（JB/T4730-2005規(guī)定AB級(jí)為2.0～4.0），為增大對(duì)比度，射線照相底片往往取較大的黑度值。3）顯影條件的變化可以顯著改變膠片特性曲線的形狀，顯影配方、顯影時(shí)間、溫度以及顯影液活度都會(huì)影響膠片的梯度。此外，對(duì)小缺陷來說，射線照相幾何條件也會(huì)影響其影像對(duì)比度。小缺陷，是指缺陷的橫向尺寸（垂直于射線束方向的尺寸）遠(yuǎn)小于射線源尺寸的缺陷，包括小的點(diǎn)狀缺陷和細(xì)的線狀缺陷。第十頁，共四十八頁，2022年，8月28日影響對(duì)比度的照相幾何條件主要有射線源尺寸df

，源到缺陷的距離L1，缺陷到膠片的距離L2。3.1.3射線照相清晰度把底片上某一部位黑度變化區(qū)域的寬度定義為射線不清晰度U。構(gòu)成射線照相不清晰度的主要原因是兩個(gè)方面的因素，即：由于射源有一定尺寸而引起的幾何不清晰度Ug，以及電子在膠片乳劑中散射而引起的固有不清晰度Ui。第十一頁，共四十八頁，2022年，8月28日底片上總的不清晰度U是Ug和Ui的綜合結(jié)果，其中幾何不清晰度Ug構(gòu)成黑度過度區(qū)直線部分，而固有不清晰度Ui則是黑度過渡區(qū)產(chǎn)生趾部和肩部，如圖3－3c所示。目前比較廣泛采用的關(guān)系式為：第十二頁，共四十八頁，2022年，8月28日1.幾何不清晰度Ug由于X射線管焦點(diǎn)或Υ射線源都具有一定尺寸，所以透照工件時(shí)，工件表面輪廓或工件中的缺陷在底片上的影像邊緣會(huì)產(chǎn)生一定寬度的半影，此半影寬度就是幾何不清晰度Ug，Ug的計(jì)算公式為：

第十三頁，共四十八頁，2022年，8月28日式中df—焦點(diǎn)尺寸；

F—焦點(diǎn)至膠片距離；

b—缺陷至膠片距離。通常技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)中所規(guī)定的射線照相必須滿足的幾何不清晰度，是指工件中可能產(chǎn)生的最大幾何不清晰度Ugmax，相當(dāng)于射源側(cè)表面缺陷或射源側(cè)放置像質(zhì)計(jì)金屬絲所產(chǎn)生的幾何不清晰度（見圖3－5），其計(jì)算公式為：

Ugmax＝df×L2/（F-L2）＝df×L2/L1

(3-4)

式中:L1—焦點(diǎn)至工件表面的距離；

L2—工件表面至膠片的距離。第十四頁，共四十八頁，2022年，8月28日由上式可知，幾何不清晰度與焦點(diǎn)尺寸和工件厚度成正比，而與焦點(diǎn)至工件表面的距離成反比。在焦點(diǎn)尺寸和工件厚度給定的情況下，為獲得較小的Ug值，透照時(shí)就需要取較大的焦距F，但由于射線強(qiáng)度與距離平方成反比，如果保證底片黑度不變，在增大焦距的同時(shí)就必須延長(zhǎng)曝光時(shí)間或提高管電壓，所以對(duì)此要綜合考慮。幾何不清晰度的計(jì)算：見P77【例】省略第十五頁，共四十八頁，2022年，8月28日2.固有不清晰度Ui固有不清晰度是由照射到膠片上的射線在乳劑層中激發(fā)出的電子的散射所產(chǎn)生的。固有不清晰度大小就是散射電子在膠片乳劑層中作用的平均距離。固有不清晰度主要取決于射線的能量，在100～400KV范圍，表達(dá)固有不清晰度的經(jīng)驗(yàn)公式可寫為：

Ui＝0.0013（KV）0.79

（3－4）第十六頁，共四十八頁，2022年，8月28日固有不清晰度與射線能量的關(guān)系，見圖3－6所示。由圖3－6可以看出，Ui隨射線能量的提高而連續(xù)遞增，在低能區(qū)，Ui增大速率較慢，但在高能區(qū)，Ui增大速率較快。增感屏能吸收射線能量，發(fā)射出電子，作用于膠片的鹵化銀，增加感光。同時(shí)，由增感屏發(fā)射出的電子，在乳劑層中也有一定射程，同樣產(chǎn)生固有不清晰度。增感屏的材料種類、厚度，以及使用情況都會(huì)影響固有不清晰度。第十七頁，共四十八頁，2022年，8月28日在低能量射線照相中，使用鉛增感屏的膠片比不使用鉛增感屏的膠片固有不清晰度有所增大；隨著鉛增感屏厚度的變化，固有不清晰度也將有所改變。在Υ射線和高能X射線照相中，使用銅、鉭、鎢制作的增感屏可得到比鉛增感屏更小的固有不清晰度。在使用增感屏?xí)r，如果增感屏與膠片貼合不緊，留有間隙，也將是固有不清晰度明顯增大。射線照相固有不清晰度可采用鉑－鎢雙絲像質(zhì)計(jì)測(cè)定。第十八頁，共四十八頁，2022年，8月28日3.用微光密度計(jì)測(cè)出的不清晰度曲線（略）幾乎所以的射線照相中都包含有兩種不清晰度，即如圖3－7c所示的曲線。3.1.4射線照相顆粒度顆粒性是指均勻曝光的射線底片上影像黑度分布不均勻的視覺印象。顆粒度則是根據(jù)測(cè)微光密度計(jì)測(cè)出的數(shù)據(jù)、按一定方法求出的所謂底片黑度漲落的客觀量值。顆粒性印象不是單個(gè)顯影的感光顆粒引起的。顆粒的視覺印象是由許多銀粒交互重疊組成的顆粒團(tuán)產(chǎn)生的，而顆粒團(tuán)的黑度則是由這些單個(gè)銀粒的隨機(jī)分布造成的。第十九頁，共四十八頁，2022年，8月28日顆粒的隨機(jī)性是多種因素造成的：膠片乳劑層中感光銀鹽顆粒大小，分布均勻度具有隨機(jī)性；射線源發(fā)出的光量子到達(dá)膠片的空間分布是隨機(jī)的；膠片乳劑吸收光量子，使乳劑中的一個(gè)或多個(gè)溴化銀晶體感光也是隨機(jī)的。顆粒性產(chǎn)生的原因可歸納為兩個(gè)方面：一是膠片噪聲，相關(guān)于銀鹽粒度和感光速度；二是量子噪聲，即光子隨機(jī)分布的統(tǒng)計(jì)漲落，相關(guān)于射線能量、曝光量和底片黑度。一般來說，顆粒性隨膠片粒度和感光速度的增大而增大，隨射線能量的增大而增大，隨曝光量和底片黑度的增大而減小。第二十頁，共四十八頁，2022年，8月28日膠片乳劑層中感光銀鹽顆粒大小對(duì)顆粒性有直接影響。產(chǎn)生一定黑度所需要的光子數(shù)越多，射線照相影像的顆粒性就越不明顯，所以膠片速度會(huì)影響顆粒性。一般情況是慢速膠片中的溴化銀晶體比快速膠片中的晶體小，因此，膠片粒度和感光速度對(duì)顆粒性的影響往往是加和性的。同樣，射線照相的顆粒性隨能量的提高而增大。在低能量下，吸收一個(gè)光子只使一個(gè)或幾個(gè)溴化銀顆粒感光，而在高能量下，一個(gè)光子能使許多個(gè)顆粒感光，這樣就使隨機(jī)分布的黑度起伏變化變大，顯示出顆粒增大的傾向。第二十一頁，共四十八頁，2022年，8月28日而曝光量增大和底片黑度增大都使得更多的光子到達(dá)膠片，大量光子的疊加作用將使黑度的隨機(jī)性起伏降低，所以減小了顆粒性。顆粒度限制了影像能夠記錄的細(xì)節(jié)的最小尺寸。3.2靈敏度和缺陷檢出的有關(guān)研究3.2.1最小可見對(duì)比度△Dmin1.最小可見對(duì)比度△Dmin最小可見對(duì)比度又稱為識(shí)別界限對(duì)比度。其定義是：在底片上能夠辨認(rèn)的某一尺寸影像的最小黑度差。第二十二頁，共四十八頁，2022年，8月28日△Dmin與△D是兩個(gè)不同的概念，△D是底片上客觀存在的量值，而△Dmin反映的是在一定條件下，人眼對(duì)底片影像黑度差的辨別能力，即識(shí)別靈敏度?！鱀min的數(shù)值越小，意味著人眼對(duì)底片影像的辨別能力越強(qiáng)，對(duì)缺陷影像的識(shí)別靈敏度越高?！鱀與△Dmin的關(guān)系為：當(dāng)△D≥△Dmin時(shí)，影像能夠識(shí)別；反之，則不能識(shí)別?！鱀min在很大程度上取決于管片登亮度，在合適的觀片條件下，△Dmin數(shù)值較小，而觀片條件變差，則△Dmin數(shù)值會(huì)變大。第二十三頁，共四十八頁，2022年，8月28日2.△Dmin與底片黑度、顆粒度、金屬絲影像寬度的關(guān)系通過試驗(yàn)總結(jié)出△Dmin與底片黑度、顆粒度、金屬絲影像寬度以及顆粒度的相對(duì)關(guān)系如下：△Dmin隨黑度的增大而增大，且金屬絲寬度越小，△Dmin的增大程度越顯著，如圖3－8所示。△Dmin與金屬絲影像寬度的關(guān)系是：在影像寬度較大時(shí)，△Dmin你隨寬度變化而變化，但在影像寬度較小時(shí)，△Dmin隨寬度的較小而增大，且當(dāng)?shù)灼诙仍礁邥r(shí)，增大的比例越大（見圖3－9）。第二十四頁，共四十八頁，2022年，8月28日顆粒度對(duì)△Dmin的影響見圖3－10。對(duì)寬度相同的金屬絲影像來說，顆粒較細(xì)的膠片與增感屏組合后得到的△Dmin，要比顆粒較粗的膠片小。3.2.2射線底片黑度與靈敏度由第二章可知，非增感膠片的G值隨黑度的增加而增大，又由射線照相對(duì)比度公式可知，G值增大時(shí)，△D也會(huì)增大，因此黑度增大會(huì)使△D增大。另一方面，黑度與△Dmin的關(guān)系為：在低黑度范圍，△Dmin大致是一定的，但在高黑度范圍，△Dmin隨黑度的增加而增大。綜合以上關(guān)系，可得到圖3－11，圖中線徑d所對(duì)應(yīng)的△D只有在線徑d所對(duì)應(yīng)的△Dmin以上的范圍，該線徑d才能識(shí)別。第二十五頁，共四十八頁，2022年，8月28日若以△D/△Dmin達(dá)到最大值的黑度為最佳黑度，即圖3－12中l(wèi)g△D-lg△Dmin的最大值對(duì)應(yīng)的黑度為最佳黑度，使△D和△Dmin兩曲線上下平移后相切的一點(diǎn)就是最佳黑度。由圖3－13可知，對(duì)于各種能量、材質(zhì)和散射比的變化，可識(shí)別最小線徑d的黑度值大約在2.5左右（即圖中的點(diǎn)畫線），此黑度稱為平板試件透照的黑度值。但多數(shù)情況下試件是不等厚的，對(duì)于不等厚的試件，不同厚度部位底片黑度不同，可識(shí)別的線徑d也不同。例如焊縫試件，一般情況下焊縫余高是第二十六頁，共四十八頁，2022年，8月28日不磨平的，為使焊縫部位和母材靈敏度相等，就需要以最佳黑度未基準(zhǔn)調(diào)節(jié)母材和焊縫黑度。改變材料的線衰減系數(shù)μ和散射比n來實(shí)現(xiàn)的，變射線能量進(jìn)而黑度是通過使母材黑度適當(dāng)比2.5大些，同時(shí)是焊縫黑度適當(dāng)比2.5小一些。此時(shí)的黑度稱為有余高焊縫試件透照的最佳黑度。達(dá)到最佳黑度所使用的射線能量稱為有余高焊縫試件透照的最佳射線能量。第二十七頁，共四十八頁，2022年，8月28日3.2.3缺陷檢出試驗(yàn)

1.膠片和增感屏組合對(duì)裂紋檢出的影響表3-3反映了不同的膠片和曾感屏組合對(duì)裂紋檢出的影響?？梢钥闯?，隨著膠片顆粒度增大和梯噪比減小，像質(zhì)計(jì)靈敏度變化雖不明顯，但裂紋識(shí)別度明顯下降。

2.不同射源、膠片、增感屏組合對(duì)未焊透及未熔合檢出的影響第二十八頁，共四十八頁，2022年，8月28日表3-4反映了不同射源、膠片、增感屏組合對(duì)未焊透及未熔合檢出的影響。其中由1、2、3、4、5和7、8可以看出，使用X射線時(shí)，膠片型號(hào)改變對(duì)未焊透檢出的影響不大；但使用Υ射線時(shí)，膠片型號(hào)改變對(duì)未焊透檢出有顯著影響。從6可以看出，使用粗顆粒膠片與金屬熒光增感屏組合，即使用X射線透照，未焊透也可能漏檢。從序號(hào)9到16可以看出，對(duì)未熔合的檢測(cè)，射線照相總體是不可靠的。第二十九頁，共四十八頁，2022年，8月28日從12和14可以看出，金屬熒光增感屏的缺陷檢出率低于鉛屏。從9、11、15、16可以看出，使用Ir192射源的缺陷檢出率明顯低于X射線。3.不同透照角度對(duì)裂紋檢出的影響

由圖3-17可知，照射角度在100以下時(shí)，裂紋的識(shí)別情況變化不大；但照射角度超過150時(shí)，隨著照射角度的增大，裂紋不能識(shí)別的情況就增多，裂紋檢出率明顯降低。3.2.4幾何因素對(duì)小缺陷對(duì)比度的影響第三十頁，共四十八頁，2022年，8月28日3.2.4幾何因素對(duì)小缺陷對(duì)比度的影響幾何因素會(huì)影響小缺陷或影像細(xì)節(jié)的對(duì)比度。所謂小缺陷，是指橫向尺寸（垂直于射線束方向的尺寸）遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于射線焦點(diǎn)尺寸的缺陷，包括小的點(diǎn)狀缺陷好細(xì)的線狀缺陷。正常情況下缺陷影像由本影和半影組成，當(dāng)d增大、L2增大、或L1減小到一定程度，缺陷本影將消失，其影像只有半影構(gòu)成，對(duì)比度將顯著下降。第三十一頁，共四十八頁，2022年，8月28日1.缺陷本影消失的臨界幾何條件設(shè)W’為到達(dá)膠片P點(diǎn)的射線在缺陷位置平面上的截距。W’是一個(gè)非常重要的參數(shù)，W’與W的比值大小決定了缺陷是否有本影。W’/W=1是本影消失的臨界點(diǎn)，當(dāng)W’/W＜1時(shí)，缺陷有本影，當(dāng)W’/W＞1時(shí)，缺陷無本影。第三十二頁，共四十八頁，2022年，8月28日2.幾何條件對(duì)像質(zhì)計(jì)金屬絲影像對(duì)比度影響的定量分析和σ值3.裂紋的σ值4.小缺陷對(duì)比度下降的原因和數(shù)學(xué)關(guān)系式5.用Ug描述幾何因素對(duì)小缺陷對(duì)比度的影響6.幾何因素對(duì)小缺陷影像對(duì)比度影響的總結(jié)影響小缺陷影像對(duì)比度的幾何因素一共有五個(gè)，即：焦點(diǎn)尺寸、焦點(diǎn)到缺陷距離、缺陷到膠片距離、缺陷截面形狀和缺陷寬度。7.裂紋靈敏度對(duì)幾何因素變化的特殊敏感性第三十三頁，共四十八頁，2022年，8月28日實(shí)驗(yàn)證明：當(dāng)焦距減小時(shí)，常規(guī)的絲型、孔型像質(zhì)計(jì)靈敏度的指示并不敏感，隨著焦距的減小，像質(zhì)計(jì)靈敏度下降時(shí)平緩的，逐漸的；但裂紋靈敏度對(duì)焦距的變化十分敏感，當(dāng)焦距減小到一定程度時(shí)，裂紋靈敏度急劇下降。第三十四頁，共四十八頁，2022年，8月28日單用焦距減小導(dǎo)致幾何不清晰度增大來解釋裂紋靈敏度急劇下降似乎是不充分的，因?yàn)榻z型、孔型像質(zhì)計(jì)靈敏度同樣受幾何不清晰度增大的影響。只有用幾何不清晰度和對(duì)比度減小的共同作用來解釋裂紋靈敏度急劇下降比較合理。主要是由于裂紋開口寬度W比像質(zhì)計(jì)金屬絲直徑d小的多，當(dāng)幾何條件變化時(shí)，裂紋比金屬絲更容易失去本影。第三十五頁，共四十八頁，2022年，8月28日3.2.5不同缺陷的靈敏度關(guān)系公式階邊像質(zhì)計(jì)靈敏度是最簡(jiǎn)單的靈敏度關(guān)系，可識(shí)別的最小厚度差僅與對(duì)比度有關(guān)。而實(shí)際缺陷的可識(shí)別性的影響因素要復(fù)雜得多。除了對(duì)比度，還要考慮清晰度、缺陷形狀、尺寸等。現(xiàn)在我們簡(jiǎn)單來介紹一下。第三十六頁，共四十八頁，2022年，8月28日1.階邊像質(zhì)計(jì)和厚度靈敏度使用材質(zhì)與被檢工件相同的由不同組成的平面階梯塊作為像質(zhì)計(jì)，即所謂的階邊像質(zhì)計(jì)（塞尺）。階邊像質(zhì)計(jì)靈敏度定義為在射線