射线照相裂纹检测研究总结(二)

2021-02-19 17:49
射线之照相对比度

从上文得知: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,而此三大要素又分别受到不同工艺因素的影响。三大要素的定义图示如图3-1所示。

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如果工件中存在厚度差,那么射线穿透工件后,不同厚度部位的透过射线的强度就不同,曝光后经暗室处理得到的底片上不同部位就会产生不同的黑度,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。


把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,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,检测成本增大等。

1.射线照相对比度公式的推导

在1.4节中,推导过主因对比度公式:

△I/I=μ△T/(1+n)

式中 △I——因试件中存在厚度为△T的缺陷而引起的一次透射射线强度差(△I=Ip´-Ip);


I——无缺陷处的射线总强度,包括一次透射射线和散射线(I=Ip+Is);


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射线强度之比(n=Is/Ip)。


公式的导出基于以下三个假设:


(1)试件中缺陷厚度相对于试件厚度来说很小,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;


(3)缺陷的存在不影响散射比。


在大多数情况下,以上假设引起的误差极小,因此,公式是可以成立的。

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此即射线照相对比度公式。

2.射线照相对比度的影响因素


由式(3-1)可知,射线底片的对比度△D是主因对比度μ△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μ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。对试件中的给定缺陷,其几何尺寸是一定的,但在不同方向上形成的厚度差却可能不同,对一些面积型缺陷,如裂纹、未熔合等,透照方向与△T的关系特别明显。


为提高照相对比度,就必须考虑选择适当的透照方向或控制一定的透照角度,以求得到较大的△T。


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μ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,μ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n可以提高对比度,因此,透照时就必须采用有效措施控制盒屏蔽散射线。


(2)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性胶片的梯度大。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大而增加,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。所谓小缺陷,是指横向尺寸(垂直于射线线束方向的尺寸)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是指射线源尺寸df、源到缺陷的距离L1、缺陷到胶片的距离L2

结合图3-2可对几何条件影响小缺陷影像对比度问题做简明解释:

正常情况下,底片上缺陷影像由本影和半影组成,如图3-2a所示,但随着df的增大或L2的增大,或L1的减小,缺陷影像的本影区将缩小,半影区将扩大,图3-2b表示一种临界状态,即本影缩小为一个点;


如果进一步增大dfL2、或缩小L1,则情况如图3-2c所示,缺陷的本影将消失,其影像只由半影构成,对比度显著下降。

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