射线照相检验技术的理论基础和基本技术

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1、103第3章射线照相检验技术的理论基础和基本技术3.1射线检测的基本原理图3-1射线检测基本原理当强度均匀的射线束透照射物体时，如果物体局部区域存在缺陷或结构存在差异，它将改变物体对射线的衰减，使得不同部位透射射线强度不同，这样，采用一定的检测器（例如，射线照相中采用胶片）检测透射射线强度，就可以判断物体内部的缺陷和物质分布等。如图3-1所示，设阶梯上存在一很小的厚度差，则有I＝＋；＝＋式中ID，I'D——透射的一次射线强度；，——透射的散射射线强度；I，——透射射线强度。由于有DT远小于T，因此可认为＝所以有DI＝-I＝-ID

2、＝＝按单色窄束射线衰减规律有＝＝式中m——工件的线衰减系数；I0——入射射线强度。因此有103引用近似公式（）则有（3-1）当DT是缺陷，其线衰减系数为m'时，则式（3-1）应改写为（3-2）DI/I称为“物体对比度”或称其为“被检体对比度”，有时也称为“主因对比度”。式（3-1）即是射线检测的基本原理关系式，它给出了一个小的厚度差与对应的射线检测物体对比度之间的关系。从式（3-2）可见，射线对缺陷的检验能力，与缺陷在射线透照方向上的尺寸、其线衰减系数与物体的线衰减系数的差别、散射线的控制情况等相关。只要这些方面具有一定的值，则

3、缺陷将产生一定的物体对比度，它就可以被射线检验出来。3.2射线照相的影像质量*3.2.1影像质量基本因素的提出图3-2影像质量的基本因素在射线照相检验中，影像质量的基本因素，可以从金属边界射线照相的影像导出。如图3-2所示，当透照一锐利的垂直的金属物体边界时，理想的情况应得到一阶跃式的黑度分布曲线，即当从一个厚度过渡到另一个厚度时，对应的黑度应从一个黑度以阶跃的形式过渡到另一个黑度。但测量指出，实际的黑度分布并不是这种阶跃形式，而是在两个黑度之间存在一个缓慢变化的区域，使黑度逐渐地从一个黑度过渡到另一个黑度，缓慢变化区的黑度分布

4、不是直线，而是一存在坡脚和肩部的曲线。进一步的研究发现，过渡区的黑度实际上存在不规则的大大小小的起伏不断变化，并不是单调均匀的变化。103从金属阶梯边界这个射线照相影像，可以给出射线照相影像的基本因素。对应金属边界的黑度差称为该影像的对比度，记为DD。从一个黑度到另一黑度的缓慢变化区的宽度即是射线照相的不清晰度，一般记为U，它造成了射线照片上影像边界的扩展。黑度不规则变化的统计平均值（统计标准差）称为影像的颗粒度，记为σD。DD、U和σD就是影像质量的基本因素，也就是说，射线照片上影像的质量由射线照相影像的对比度、不清晰度、颗粒

5、度决定。对比度是影像与背景的黑度差，不清晰度是影像边界扩展的宽度，颗粒度是影像黑度的不均匀性程度。影像的对比度决定了在射线透照方向上可识别的细节尺寸，影像的不清晰度决定了在垂直于射线透照方向上可识别的细节尺寸，影像的颗粒度决定了影像可显示的细节最小尺寸。3.2.2影像的射线照相对比度在射线照相中影像的对比度定义为射线照片上两个区域的黑度差，常记为DD。即，如果两个区域的黑度分别为：D'、D，则它们的对比度为DD＝D'-D（3-3）射线照片上影像的对比度常指影像的黑度与背景的黑度之差。从物体厚度的一个小的增加量DT产生的黑度变化，

6、即可得到射线照相对比度的公式。如图3-1所示，设在厚度T上局部叠加了一小的厚度DT，记D——对应厚度T部分的黑度；D'——对应厚度T＋DT部分的黑度；并记显然，DD是由厚度小增量DT引起的两区域的黑度差。在第2章曾经给出，对胶片特性曲线的直线部分存在关系式中，H'、H为曝光量，它等于射线强度与曝光时间之积由于T与T＋DT之差很小，因此D与D'之差也很小，所以可认为对应于D与D'的梯度近似相等，因此对DT引起的黑度差有这样有（3-4）103首先考虑简单的情况，即窄束、单色射线情况，从射线衰减规律有两式相除，得到所以将此式代入式（3

7、-2），得到（3-5）这就是一个小的厚度增量（也就是小的厚度差）DT，在窄束、单色射线情况下产生的对比度的公式。应指出的是，小厚度差DT在垂直于射线透照方向应具有较大尺寸时才满足这个关系。实际探伤时，一般都是宽束射线情况，这时候必须考虑散射线。即这时应采用宽束连续谱射线的衰减规律讨论式（3-2）。记由于DT很小，近似认为因为存在DI≪I利用近似公式（＜1）则有这样，从式（3-5）可以得到103由于最后得到（3-6）对实际工件中的缺陷，严格地说，不能简单地应用式（3-6）计算，这时应考虑缺陷对射线的衰减特性。如果记缺陷的线衰减系数

8、为m'，则这时式（3-6）应改写成（3-7）当存在m'≪m或m'＝0时，也就是缺陷引起的射线衰减远小于同样大小的工件本身引起的射线衰减时，式（3-7）将转化为式（3-6）。对于宽束连续谱射线情况，应注意的是，这时应认为式中的线衰减系数是对应于等效波长（能量）的线