第六讲 射线照相标准与射线照相检验质量控制.pdf
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1、射线检测 基础讲座 第六讲 射线照相标准与射线 照相检验质量控制 郑世才 (新立机器厂,北京 100039) RAD I OGRAPHIC STANDARDS AND QUAL ITY CONTROL OF RAD I OGRAPHIC TESTING Zheng Shicai (XinliM achinery Plant, Beijing) 1 射线照相标准概述 目前,国内外制订的射线检验标准,按内容可分 为射线照相检验技术(或方法)、 射线照相检验质量 控制、 射线照相检验参考底片、 射线照相检验的术语 和器材等方面的标准。美国材料试验学会(A STM) 关于射线照相方面的标准共计55项(
2、1998年版 ), 其中参考底片类标准15项、 射线照相检验质量控制 方法标准1项、 射线检验试验方法标准14项、 射线 检验操作方法标准13项以及射线检验导则标准12 项。A STM是世界上射线检验标准制订得最多的标 准体系,在试验方法标准、 操作方法标准和导则标准 中,不仅有常规射线照相标准,还有实时成象、CT 和康普顿散射成象标准。 一般射线照相检验人员需要深入理解和掌握的 主要是射线照相检验技术(或方法)标准和射线照相 检验质量控制标准。射线照相检验技术(或方法)标 准一般包括下列内容: (1)标准的适用范围 (2)射线照相检验技术规定 (a)射线胶片的分类和选用 (b)主要透照参数(
3、射线能量、 透照焦距和曝光 量)的确定 (c)透照布置和辅助措施(如增感和各种控制 散射线的措施)要求 (d)射线照相灵敏度要求 (e)暗室处理技术要求 (f)评片技术要求 (3)射线照相检验质量控制要求 (a)人员技术资格 (b)设备、 器材质量和工作环境的要求 (c)射线照相技术控制方法 (d)射线照相(底片)质量要求 (e)技术文件和资料质量要求 射线照相检验技术和射线照相检验质量控制的 内容常常是连贯的,因此,在射线照相检验技术标准 中总是包括主要的质量控制内容。 2 射线照相技术级别 2. 1 概述 射线照相检验技术(或方法)标准所规定的核心 内容是射线照相技术,一般包括 选用的射线
4、胶片 类型。 透照参数,主要是射线能量、 透照焦距和曝 光量。 透照布置和辅助措施(如增感和各种控制 散射线的措施)。 射线照片影象质量,主要是底片 黑度和射线照相灵敏度。 这些方面的规定限定了所采用的射线照相检验 技术,因而也限定了射线照相检验的结果。理论上, 规定了射线照相技术选用的胶片、 透照参数和有关 的辅助措施,就应该限定了能够得到的射线照片质 量,或射线照相检验结果,但实际上,由于射线照相 过程的复杂性,一些因素的影响不可能受到严格控 制,因此,在射线照相技术中,还必须对底片黑度和 象质计灵敏度作出限定性规定。贯穿在射线照相技 术规定中的线索是射线照相技术级别。60年代以 来,国内
5、外重要射线照相方法标准已明确提出了射 线照相技术级别概念,如在国际标准化组织(ISO) 标准中,其第4条的标题常为 “射线照相技术级别” 。 现在,多数射线照相标准将射线照相检验技术分为 两个级别,即A级:一般灵敏度技术 ;B 级:高灵敏 972 第22卷第6期 2 0 0 0年6月 无损检测 NDT Vol . 22 No. 6 June 2 0 0 0 1995-2004 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved. 标准搜搜网 提供各类标准行业资料免费下载 度技术。并从上述四个方面对不同级别的射线照相 技术作
6、出规定,其中主要是: (1)胶片 规定应采用的胶片类型。 (2)基本透照参数 (a)射线能量 规定不同能量射线适宜的透照 厚度,对常见的400kV以下X射线规定允许的最高 透照电压与透照厚度的关系。 (b)焦距 规定最小焦距值与透照厚度的关 系,或不同厚度、 不同技术级别的几何不清晰度。 (c)曝光量 推荐了应采用的最低曝光量。 (3)射线照片质量 (a)黑度 规定射线照片允许的黑度范围。 (b)射线照相灵敏度 规定相应于不同厚度范 围射线照片应达到的射线照相灵敏度。 以上这些可作为理解射线照相检验方法标准的 基本线索。表621是国际标准化组织标准ISO 5579 关于射线照相技术级别的典型规
7、定。射线照相技术 各部分规定的关系如图621。 表6-1 ISO 557985标准的有关规定(钢) 3 技术 级别 胶 片 透照电压 最高值V?kV 焦距 最小值 黑 度 A B 中速中粒 慢速细粒 50T 0 . 56 f?d7. 5T 2 3 f?d15T 2 3 1. 5 2. 0 3象质计灵敏度:按T分段,分别规定应识别的最小丝径。 T待测工件厚度,mm 图621 射线照相技术各部分规定的关系 技术级别规定的基础是胶片。 按成象理论,为了在射线照片上识别一个细节, 该细节影象的对比度 D必须满足的条件之一是 D (3 5) D 式中 D影象的颗粒度 D是胶片颗粒尺寸、 颗粒尺寸大小的随
8、机分 布、 单位面积中颗粒数的随机性及射线量子吸收的 随机性的反映。因此,即使在非常均匀的曝光下,所 得到的影象也具有一定的颗粒性。影象的颗粒度主 要取决于胶片本身的特性,也与射线能量、 曝光量和 暗室处理过程有关。 影象颗粒度的上述性质说明,对 于形成的射线照片的影象质量,胶片自身的特性提 供了可能达到的最高水平,透照中所采用的技术因 素,是在这个可能达到的基础上进行控制和调整,以 达到所要求的影象质量。不能期望通过控制和调整 射线照相的技术因素得到超过胶片特性限定的影象 质量,即在适当的透照参数等条件下,较细颗粒的胶 片可以得到更好的影象质量。 正因为如此,在射线照 相标准中对射线照相技术
9、级别首先规定的是应选用 的胶片类型。 基本透照参数是技术级别规定中对技术因素的 基本规定,它是影象质量的技术保证。显然,射线能 量是透照参数中最重要的参数,因为它直接关系到 射线的线衰减系数、 散射比和射线照相不清晰度等, 选取得正确与否,将直接影响射线照片的影象质量。 焦距是另一基本透照参数,它直接关系到射线照相 的几何不清晰度。约从70年代起,英国射线照相标 准明确提出,应从确立胶片固有不清晰度与几何不 清晰度的关系规定焦距值,即应使基本透照参数能 量条件和几何条件相互协调,近年来有文献强调了 这种观点。基本透照参数中的曝光量直接关系到射 线照片影象的信噪比,也即影象的颗粒度。但是,曝 光
10、量却是射线照相技术级别中难以严格规定的透照 参数,特别是对400kV以下的X射线,造成这种情 况的原因至少有三个方面: 同一毫安分(mA m in)时,不同的X射线机由于高压发生波形不一, 因而产生的X射线照射率也不同,即使是同一X射 线机,在不同的透照电压时产生的X射线照射率也 不同。随着X射线机使用期的加长,其照射率还会 不断改变。X射线管辐射的X射线是连续谱,不 同谱对射线胶片的感光能力不同。X射线管辐射 的X射线的能谱分布,又随着穿透厚度而改变。这 些原因使得至今难以对X射线的曝光量作出严格 的规定。 在技术级别规定中,射线照片质量主要是底片 黑度和灵敏度。黑度规定是对底片对比度和影象
11、颗 粒度的控制。灵敏度规定明确限定了底片必须达到 的显示细节的要求。 技术级别的这些规定,从不同方面为底片影象 质量达到一定要求提供了保证,在执行射线照相标 准时应严格遵守。 2. 2 技术级别规定的变化 不同的射线照相检验标准对技术级别的规定存 在一些差异,个别方面可能有很大的差别。 在30多a(年)的时间里,一些规定的内容发生 了变化,主要变化如下: 2. 2. 1 提高了小厚度工件允许的最高透照电压 082 郑世才:第六讲 射线照相标准与射线照相检验质量控制 1995-2004 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights res
12、erved. 标准搜搜网 提供各类标准行业资料免费下载 对 400kV的X射线,有关允许使用的最高透 照电压的规定在30a中发生了较大变化。 最初,没有 比较明确的规定,普遍认为应采用较低的透照电压, 如英国BS 40801966标准规定,如果曝光量 4mA m in,则说明透照电压过高 , ISO标准的提 法是,透照电压应尽可能低,在焦距为760mm ,曝光 时间1m in,所选用的透照电压应使曝光量A级 8mAm in,B级15mAm in 时得到适宜的黑度 值。约从70年代起,D I N ,BS和ISO等标准相继规 定了具体的最高透照电压。BS标准对不同的胶片, 即不同的射线照相技术级
13、别,规定了不同的最高透 照电压值,而其它标准则未分别作规定。 我国标准从 80年代起采纳了D I N或ISO标准的有关条款,作 了这方面的规定。 日本工业标准(J IS)至今仍未直接 对这方面作出规定。 由于不同类型胶片的感光速度存在明显差别, 所以,适宜于一种类型胶片的透照电压不一定适宜 于另一种类型胶片,如对D7胶片适宜的透照电压 对D4胶片将显得较低,或者说,后者需要过长的曝 光时间。 因此,对不同射线照相技术级别规定统一的 最高透照电压是存在问题的。英国标准对不同级别 技术规定不同最高透照电压,具有实际意义。 D I N 5411111988标准除了为钢,还为钛和 铝给出了最高透照电压
14、,并提高了旧版本标准对厚 度 10mm钢规定的最高透照电压值,这个改变反 映了实践经验。ISO标准第1版和我国标准对透照 厚度 10mm时最高透照电压的规定值,与实际可 允许的值存在一定的距离。一般说,各标准对 400kV的X射线规定的最高透照电压值,都高于 实际采用值,特别对采用G 类胶片的A级技术。 2. 2. 2 改变了焦距最小值的规定方式 在射线照相标准中,关于射线照相技术透照参 数之一的焦距,如归结为对几何不清晰度的考虑,多 数标准的规定大体上都经历了三个阶段,即 按技 术级别规定允许的最大几何不清晰度值。 对技术 级别,按透照厚度分段规定允许的最大几何不清晰 度值。 对技术级别,按
15、透照厚度(连续)规定允许 的最大几何不清晰度值。第一种规定方式对较小的 透照厚度,规定的最大几何不清晰度值偏大;对较大 的透照厚度,规定的最大几何不清晰度值偏小,在技 术上存在明显的不合理性。第二种规定方式希望克 服第一种规定方式存在的不足,却引入了一种阶跃 式的变化。这些阶跃值点存在的合理性很难得到合 理解释。第三种规定方式消除了前两种规定方式存 在的不足,间接地将射线照相时的能量与焦距(几何 条件)联系起来,使透照参数在一定程度上构成内在 的和谐性。但目前广泛采用的系数值(对A级7. 5 和对B级15),对钢铁材料可能适宜,对其它材料, 特别是轻金属材料,可能并不适宜,因为在同样透照 厚度
16、的情况下,轻金属材料所需的透照电压(射线能 量)将远低于钢铁材料。 约从70年代起,英国射线照相标准明确提出, 应从确立胶片固有不清晰度与几何不清晰度的关系 规定焦距值。 近年来有文献强调了这种观点,结论是 不同级别的射线照相技术,应按下列关系考虑焦距 最小值(胶片固有不清晰度Ui) 一般灵敏度技术:Ug2Ui 较高灵敏度技术:UgUi 很高灵敏度技术:Ug0. 5Ui 或者说 A级技术:Ug= (1 2) Ui B级技术:Ug= (0. 5 1) Ui 这种关系直接将透照参数的射线能量和焦距联 系起来,构成透照参数自身的和谐性,它克服了第三 种规定方式不适用于各种材料的不足。应用中可能 产生
17、的问题是,对轻金属材料,当透照厚度较小时可 能要求较大的焦距值,这是应进一步考虑的问题。 约从80年代起,日本工业标准采用了以规定系 数m的方式规定焦距最小值,即 m= L1 L2 近年来,这个系数的具体规定方式,随着象质计 灵敏度规定方式的改变而发生了变化。 最初,按透照 厚度分段规定相应的系数值,稍后,改用按焦点和应 识别丝径关系的形式规定这个系数。 2. 2. 3 曝光量 如前所述,曝光量是射线照相技术级别中难以 严格规定的透照参数,特别是对 400kV的X射 线。60年代曾提出的曝光量值有 BS 40801966:E4mAm in ISO标准 :A 级E8mAm in B级E15mAm
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