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發(fā)布日期：2025-01-25
射線檢測(cè)的靈敏度與底片黑度到底有著何種關(guān)系
射線檢測(cè)的靈敏度與底片黑度到底有著何種關(guān)系
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發(fā)布日期：2021-03-29 17:34
導(dǎo)讀
X射線探傷是鍋爐制造中質(zhì)量檢驗(yàn)的重要方法之一，正因?yàn)槠渲匾?，則要求X射線探傷自身的工作質(zhì)量要精益求精，要求具有高靈敏度以防止漏檢。
所謂X射線探傷靈敏度，是指在X射線底片上所能夠發(fā)現(xiàn)的焊縫內(nèi)部最小缺陷的能力，它是衡量X射線探傷自身工作質(zhì)量的重要指標(biāo)，X射線探傷的技術(shù)水平和所用的器材性能水平較集中地反映在這項(xiàng)指標(biāo)上。
探傷靈敏度又與底片黑度、對(duì)比度（反差）、清晰度等因素有一定內(nèi)在聯(lián)系。
為了集中地討論其中的某一問(wèn)題，本文僅就是靈敏度與底片黑度之間的相互關(guān)系作較深入的探討。
1.用于無(wú)損探傷的X射線通常是由高速運(yùn)動(dòng)的電子撞擊物質(zhì)的原子所產(chǎn)生的波長(zhǎng)為10^(-6)~10^(-10)厘米的電磁波，它具有穿透金屬和其它物質(zhì)的能力，同時(shí)能使膠片感光。當(dāng)X射線穿透工作時(shí)，由于基本金屬（如鍋爐筒體的母材和焊縫）和內(nèi)部缺陷（如焊縫內(nèi)部的氣孔、夾渣、未熔合、未焊透、裂紋等）的密度不同，它們對(duì)X射線的吸收亦有所不同，使貼在焊縫背面的X光膠片的感光量也有所不同，經(jīng)暗室顯影處理后根據(jù)底片上黑化程度的差異，判斷是否有“傷”，這就是X射線照相探傷方法的基本原理。領(lǐng)翼NDT商城astm原裝進(jìn)口射線底片選購(gòu)！
底片黑化程度稱為黑度。
黑度是指X射至底片上的光通量與透過(guò)的光通量的常用對(duì)數(shù)的比值D。
底片的對(duì)比度（反差）是指底片上相鄰兩有個(gè)區(qū)域黑度的差異。
對(duì)比度愈大，則缺陷與焊縫金屬之間的輪廓界線愈分明，就愈容易判“傷”，因此，探傷靈敏度愈高。
2.
圖1 X射線的衰減
X射線穿透物質(zhì)后，由于被物質(zhì)所吸收（產(chǎn)生光電效應(yīng)和散射效應(yīng)）而消耗能量，射線強(qiáng)度將顯著減弱。
實(shí)驗(yàn)證明，射線減弱具有自然衰減的規(guī)律。
通過(guò)厚度為dt微小薄層物質(zhì)時(shí)，X射線強(qiáng)度衰減量di正比于X射線強(qiáng)度I和穿透層的厚度(如圖1)即：
di ∝-Idt或di= -μdt ---（3）
式中μ為比例常數(shù)，與X射線的波長(zhǎng)及物質(zhì)有關(guān)系，稱為該物質(zhì)的衰減系數(shù)，其單位為厘米-1，負(fù)號(hào)“－”表示強(qiáng)度的變化是由強(qiáng)變?nèi)?，即衰減的意思。
由（3）式積分得：∫(dI/I) = -∫μdt ，ln I = -μt + C，當(dāng)X=0時(shí)，I=I，故c=tnI。
代入上式得：lnI + lnI0 =ln(I/I0)= -μt因此 I/I0 = e–μt ----(4) 或 I=I0e-μt----(4-1)
式中：e自然對(duì)數(shù)的底，e=2.718…；t為穿過(guò)物質(zhì)的厚度；I0為入射X射線的強(qiáng)度，I為透過(guò)T厚物質(zhì)后的X射線強(qiáng)度，由（4－1）式可看出：X射線通過(guò)物質(zhì)時(shí)，將按照指數(shù)函數(shù)的規(guī)律迅速衰減。
3.
圖2 膠片特性曲線
X射線探傷工藝證明：底片黑度程度（黑度）主要與X射線透照曝光量有關(guān),X射線強(qiáng)度I與爆光時(shí)間T的乘積為常數(shù)，表示為曝光量E。
一般來(lái)說(shuō)，曝光量大，底片黑度大，但是，底與黑度與曝光量之間關(guān)系不是簡(jiǎn)單的遞增關(guān)系，僅是在某一定范圍內(nèi)才依值線關(guān)系遞增（如圖2所示）。
圖2中橫座標(biāo)為曝光量E的常用對(duì)數(shù)值，縱坐標(biāo)為底片上黑度D，這樣繪制的一條曲線通常稱為膠片特性曲線。
現(xiàn)將曲線中直線部分延長(zhǎng)并與橫軸相關(guān)成夾角θ，取夾角θ的正切值r，稱之為膠片反差系數(shù)：r=tgθ=(D2-D1)/(lgE2-lgE1)---(5)
若有一束入射強(qiáng)度為I的X射線取某工件進(jìn)行探傷，假設(shè)工件內(nèi)部有一缺陷，其厚度為X，經(jīng)X射線透照拍片后，透過(guò)基本金屬部的X射線強(qiáng)度為I，其底片部位的黑度為D1，透過(guò)有缺陷部位的X射線強(qiáng)度為I，其底片部位的黑度為D2，因?yàn)榛窘饘倥c缺陷的密度不同，一般是D2>D1,則I2
圖3 工件無(wú)損探傷示意圖
因?yàn)榛窘饘俨课缓陀腥毕莶课皇且酝瑯拥臅r(shí)間T進(jìn)行探傷的，代入（5）式，則有：
r= D/(lgI2T-lgI1T)= D/( lgI2-lgI1)----(5-1)
根據(jù)（4－1）式，分別代圖3中符號(hào)，則有：
I1=I0e-μt；I2=I0e-μ(t-x)
上二式兩端分別取常用對(duì)數(shù)，然后相減得：
lgI2-lgI1=lg｜(I0e-μ(t-x))｜-lg｜(I0e-μt)｜=μxlge=0.43μx(lge=0.43)
代入（5-1）式得D=0.43μxr---(6)或D2-D1= 0.43μxr或者D2=D1+ 0.43μxr---（6-1）
在進(jìn)行X射線探傷時(shí)，工件材料的μ值、工件內(nèi)部缺陷厚度x和膠片的反差系數(shù)的r均是固定的，故（0.43μxr）是常數(shù)。
從（6-1）式看出，適當(dāng)提高射線能和量曝光量，底片上基本金屬部位黑度D1會(huì)提高，底片上有缺陷部位黑度D2亦隨之提高；
兩者在底片上黑度差異（反差）也相應(yīng)增加（D=0.43μxr），這樣，底片上缺陷部位的影象與基本金屬部位的影象之間輪廓界線更加清晰可辨，更細(xì)小的缺陷也能檢測(cè)出來(lái)了，探傷靈敏度也會(huì)隨之提高。
結(jié)論：
在進(jìn)行X射線照相法探傷時(shí)，適當(dāng)提高射線能和量曝光量會(huì)提高基本金屬部位的黑度和有缺陷部位黑度，能夠提高探傷靈敏度，相反黑度降低，靈敏度也會(huì)有所下降。
經(jīng)驗(yàn)證明：正常人的肉眼可分辨出的最小黑度差值為0.02，即Dmin=0.02，再小就無(wú)法分辨了，代入（6）式變換得：
xmin=0.02/0.43μr=0.046/μr ---(7)
它表明：當(dāng)工件材料的衰減系數(shù)μ值一定時(shí)，膠片反差系數(shù)r愈大，能夠發(fā)現(xiàn)的缺陷尺寸就愈小，探傷靈敏度愈高，這就是探傷人員喜歡使用高反差的膠片的理由。
4.
圖4 底片黑度與靈敏度的關(guān)系
如前所述，提高底片黑度對(duì)提高探傷靈敏度有利，但是，隨著黑度的提高，對(duì)底片觀察的高度要求愈高，假設(shè)底黑度D=4，根據(jù)黑度的定義：
D=lg(J0/J)=4則J0/J=104=10000或J0= 10000J
這就是說(shuō)，如果要能觀察到底片靈敏度下的某一細(xì)小缺陷，則要求入射光通量至少是透過(guò)光通量的1萬(wàn)倍，顯然要獲得這樣強(qiáng)大的光源是有困難的，而且這樣強(qiáng)的光對(duì)人眼刺激太大，使評(píng)片人員無(wú)法工作，再說(shuō)要獲得這樣高的黑度的底片，X射線探傷的曝光參數(shù)要大大提高，是很不經(jīng)濟(jì)的。
由此可見(jiàn)，底片的黑度規(guī)定應(yīng)有一個(gè)適合的范圍。
GB3323-82標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定黑度范圍內(nèi)1.2－3.0，在實(shí)際探傷中，應(yīng)推薦一個(gè)中間范圍的黑度值，以保證所拍底片均在正常黑度范圍之內(nèi)。
實(shí)踐還證明，能夠發(fā)現(xiàn)最小缺陷的黑度范圍又往往是在推薦黑度范圍內(nèi)較窄的一部分，這就是所謂最佳黑度范圍，探傷人員的工作應(yīng)將底片黑度控制在最佳黑度范圍之內(nèi)，以求獲得最佳探傷底片質(zhì)量，這三者之間關(guān)系可由圖4表示。
底片正常黑度按照GB3323-82標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定在1.2－3.0之間，低于下限或超過(guò)上限為廢片，需重新拍片，推薦黑度規(guī)定在1.5－2.8之間，這是同常探傷工作所要求達(dá)到的范圍，最佳黑度則控制在1.8－2.5之間，這是經(jīng)過(guò)多次試驗(yàn)求得的黑度范圍，可獲得最佳靈敏效果，當(dāng)然這并不是僅僅通過(guò)提高底片黑度來(lái)取得的，還有其他方面的努力，它們與本文題意無(wú)關(guān)，這里就不贅述。
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