射线检测 教学课件 ppt 作者 王乐生 射线检测第三章

,内容导入：评价射线照相影像质量最重要的指标是射线照相灵敏度，射线照相灵敏度是射线照相对比度、不清晰度和颗粒度三大要素的综合结果，各种因素影响到射线照相对比度、不清晰度和颗粒度。射线照相灵敏度和缺陷检出也有很大关系。 射线透照工艺是指为达到一定要求而对射线透照过程规定的方法、程序、技术参数和技术措施等，也泛指详细说明上述方法、程序、参数和措施的书面文件。严格按透照工艺进行各项操作，即能得到质量合格的底片（与工件质量是否合格无关）。工艺条件是指工艺过程中的有关参变量及其组合，透照工艺条件包括设备器材条件、透照几何条件、工艺参数条件和工艺措施条件等。,第三单元 射线检测工艺,一、概述 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。 灵敏度有绝对与相对之分，在射线照相底片上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。 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，又称为像质计，作为底片影像质量的监测工具，由此得到灵敏度称为像质计灵敏度。,模块一 射线照相灵敏度的影响因素,对裂纹之类方向性很强的面积型缺陷，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像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工艺措施。 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(影像轮廓边缘黑度过渡区的宽度)和颗粒度(影像黑度的不均匀程度)三大要素的综合结果，三大要素又分别受到不同工艺因素的影响。,模块一 射线照相灵敏度的影响因素,二、射线照相对比度 如果工件中存在厚度差、密度差等，射线穿透工件后，不同部位透过射线的强度不同，经暗室处理得到的底片上不同部位产生不同的黑度，射线照相底片上的影像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像能够被观察和识别。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，例如透照厚度宽容度(规定条件下，标准允许的黑度范围内，射线底片所能充分记录的厚度范围)减小，底片上有效评定区缩小，曝光时间延长，检测速度下降，检测成本增大等。,模块一 射线照相灵敏度的影响因素,1.射线照相对比度公式 注意，公式的导出有以下三个假设 （1）试件中缺陷厚度相对于试件厚度来说很小(即)，且缺陷中充满空气，其衰减系数忽略不计。 （2）缺陷的存在不影响到达胶片的散射线量(即通过有缺陷部位到达胶片的散射线量=通过无缺陷部位到达胶片的散射线量)。 （3）缺陷的存在不影响散射比(即通过有缺陷部位的散射比=通过无缺陷部位的散射线比)。,模块一 射线照相灵敏度的影响因素,2.射线照相对比度的影响因素 (1)影响主因对比度的因素。影响主因对比度的因素有：缺陷在射线透照方向上的尺寸、衰减系数和散射比。 1）与缺陷尺寸有关，某些情况下还与透照方向有关 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。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。,模块一 射线照相灵敏度的影响因素,(2)影响胶片对比度的因素。主要因素有：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，非增感型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。 2）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。 3）显影条件（如显影配方、显影时间、温度以及显影液活度）的变化可以显著改变胶片特性曲线的形状，从而影响胶片的梯度。,模块一 射线照相灵敏度的影响因素,三、射线照相清晰度 用一束垂直于试件表面的射线透照一个金属台阶试块，理论上理想的射线底片将由两部分黑度区域组成，一部分是试件形成的高黑度均匀区，另一部分是试件形成的低黑度均匀区，两部分交界处的黑度是突变的，不连续的，但实际上底片上的黑度变化并不是突变的。试件的“阶边”影像是模糊的，存在着一个黑度过渡区，把黑度在该区域的变化绘成曲线，称之为黑度分布曲线或不清晰度曲线。很明显，黑度变化区域的宽度越大，影像的轮廓就越模糊，所以该黑度变化区域的宽度就定义为射线照相不清晰度。,模块一 射线照相灵敏度的影响因素,1.几何不清晰度由于X射线管焦点或射线源都有一定尺寸，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，。 可用下式计算：,模块一 射线照相灵敏度的影响因素,2.固有不清晰度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。当光子穿过乳剂层时，会在乳剂中激发出电子。射线光量子能量越高，激发出的电子动能就越大，在乳剂层中的射程也越长。这些电子向各个方向散射，作用于邻近的卤化银颗粒，动能较大的电子可穿过多个卤化银颗粒。由于电子的作用，使这些卤化银颗粒产生潜影，因此一个射线光量子不只影响一个卤化银颗粒，而可能在乳剂中产生一小块潜影，其结果是不仅光量子直接作用的点被显影，该点附近区域也被显影，这就造成了影像边界的扩散和轮廓的模糊。固有不清晰度的大小就是散射电子在胶片乳剂层中作用的平均距离。,模块一 射线照相灵敏度的影响因素,四、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。观察受到高能量射线照射的快速胶片，不用放大镜，颗粒性就很明显；而对受低能量射线照射的慢速胶片来说，可能要经中度放大才使颗粒性明显。 颗粒性产生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。,模块一 射线照相灵敏度的影响因素,五、小结 综上所述，影响射线照相灵敏度的三大要素定义图示,模块一 射线照相灵敏度的影响因素,一、射线源和能量的选择 1.射线源的选择 选择射线源的首要因素是射线源所发出的射线对被检试件具有足够的穿透力。 对X射线来说，穿透力取决于管电压。管电压越高则射线的质越硬，在试件中的衰减系数越小，穿透厚度越大。,模块三 透照工艺条件的选择,除了穿透力和灵敏度外，两类设备的不同特点也是需要考虑的因素。 (1)X射线机的特点 1）体积较大，以便携式、移动式、固定式依次增大； 2）基本费用和维修费用均较大； 3）能检查40mm以上钢厚度的大X射线机成本很高，其发展倾向为移动式而非便携式； 4）X射线能量可改变，因此对一定厚度的试件均可使用最适宜的能量； 5）X射线机可用开关切断，故较易实施射线防护； 6）曝光时间一般为几分钟； 7）所有X射线机均需电源，有些还需有水源。,模块三 透照工艺条件的选择,(2)射线源的特点 1）射源尺寸小，可用于X射线机管头无法接近的现场； 2）不需电源或水源； 3）费用低； 4）曝光时间长，通常需几十分钟，甚至几小时； 5）对薄钢试件(如5mm以下)，只有选择合适的放射性同位素(如Ybl69、Se75、Tm170)才能获得较高的探伤灵敏度。,模块三 透照工艺条件的选择,综合上述各个因素，可列举出一些选择射线源的原则： 对轻质合合金和低密度材料，目前尚无合适的射线源，最常用的射线源实际上总是X射线。 要透照厚度小于5mm的钢（铁素体钢或高合金钢），除非允许较低的探伤灵敏度，也要选用X射线。 如要对大批量的工件实施射线照相，还是用X射线为好，因为曝光时间较短。 对厚度大于150mm的钢，即使用最大的射源，曝光时间也是很长的，如工作批量大，宜用兆伏级高能X射线。 对厚度为50mm150mm的钢，如果使用正确的方法，用X射线和射线可得到几乎相同的像质计灵敏度，但裂纹的检出率还是有差异的。,模块三 透照工艺条件的选择,对厚度为5mm50mm的钢，用X射线总可获得较高的灵敏度，射源的选用则应根据具体厚度和所要求的探伤灵敏度，选择Irl92或Se75，并应考虑匹配适当类别的胶片。 对某些困难的现场透照工作（如炉膛内的水冷壁管），体积庞大的X射线机使用不方便可能成为主要问题。 只要与筒体直径有关的焦距能满足标准对几何不清晰度要求，环形焊缝的透照应尽量选用圆锥靶周向X射线机作中心内透法垂直全周向曝光，以提高工效和影像质量。对直径较小的锅炉联箱管或其他管道焊缝，也可选用小焦点(0.5mm)的棒阳极X射线管或小焦点(0.51mm)射源作3600周向曝光。 选用平面靶周向X射线机对环焊缝作中心内透法倾斜全周向曝光时，必须考虑射线倾斜角度对焊缝中纵向面状缺陷的检出影响。,模块三 透照工艺条件的选择,2射线能量的选择 X射线的能量是以X射线管所施加的高压，即管电压表示，一般称它为透照电压。对于射线是射线源辐射的主要射线的能量或这些主要能量的等效能量。 射线能量是重要的基本透照参数，它对射线照片的影像质量和射线照相灵敏度都具有重要影响。随着射线能量的提高，线衰减系数将减小，胶片固有不清晰度将增大，此外还将影响散射比。推荐的选取射线能量的原则是，在保证射线具有一定穿透能力条件下选用较低的能量。,模块三 透照工艺条件的选择,按照射线的衰减规律，不同能量的射线具有不同的穿透物体的能力，即入射射线强度相同、但能量不同的射线，在穿透同样厚度物体后透射射线强度不同。透射射线强度高的穿透能力强，能量高的射线具有较强的穿透能力。在透照厚度较大的物体时，应采用能量较高的射线，否则很难在适当的时间内得到足够的曝光量。如果透照厚度较小的物体，采用较高能量的射线，尽管可以在更短的时间内得到足够的曝光量，但将因线衰减系数的降低、不清晰度的增大等，而使影像质量降低。所以，选取的射线能量应与透照物体的材料和厚度相适应。,模块三 透照工艺条件的选择,二、焦距的选择 沿射线束中心测定的射线源与胶片之间的距离称为焦距。 1.选择焦距的一般原则 焦距是射线照相另一个基本透照参数，选择焦距时必须考虑的是： 1）所选取的焦距必须满足射线照相对几何不清晰度的规定； 2）所选取的焦距应给出射线强度比较均匀的适当大小的透照区。,模块三 透照工艺条件的选择,2.焦距选择的另一种观点考虑总的不清晰度的焦距最小值。 要获得高质量的射线底片，显然总的不清晰度必须保持较小值，这就意味着各个单一不清晰度也应保持较小。对于给定的射源(或焦点)尺寸和给定的试件厚度来说，为使几何不清晰度减到较小，就要增大焦点至胶片的距离，而按照强度平方反比定律，需要增加曝光时间；另一方面，要使固有不清晰度达到较小值，应尽量选用较低的管电压，为达到规定黑度，同样要增加曝光时间。 对窄裂纹之类的平面状小缺陷进行透照实验，结果表明：当射源胶片距离增大时，灵敏度会不断提高；当求出的几何不清晰度Ug减到与使用射线能量下的固有不