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        X射線無損檢測的能量與曝光量及屏蔽分析

        2020-07-23 05:43:42林三福
        關(guān)鍵詞:黑度底片膠片

        林三福

        (廈門科維檢測有限公司,福建 廈門 361000)

        鋼結(jié)構(gòu)、船舶工程內(nèi)部質(zhì)量檢測(尤其是焊縫) 一般采用X 射線的方式進(jìn)行,在檢測過程中經(jīng)常發(fā)現(xiàn)底片黑度較大、邊界模糊、灰霧度大,這給檢測結(jié)果的正確性造成了直接影響。為了得出正確的檢測結(jié)論,對X 射線檢測技術(shù)進(jìn)行研究和探討,結(jié)合實(shí)際檢測工作工件的信息,做了一系列的針對性試驗(yàn),為調(diào)整檢測工藝提供依據(jù)。

        1 影響底片質(zhì)量的因素

        1.1 曝光量與透照厚度

        用X 射線檢測鋼結(jié)構(gòu)工程中薄鋼板的內(nèi)部焊接質(zhì)量時,發(fā)現(xiàn)底片存在黑度較大、邊界模糊、灰霧度大的現(xiàn)象。主要影響因素可能為:X 射線的能量、曝光量及檢測工藝。

        X 射線機(jī)的管電壓直接決定了X 射線的能量,因此也決定了其適宜檢驗(yàn)的材料和厚度范圍,不同電壓適宜透照的鋼厚度見表1。

        表1 不同電壓適宜透照的鋼厚度

        能夠達(dá)到一定值的穿透力是射線能量所必須要具備的,但過高的射線能量會影響射線照相的靈敏程度,尤其會隨著管電壓的提升射線的平均波長縮短,使其有效能量隨之增大,其衰減系數(shù)μ 相應(yīng)降低,而對比度ΔD 則會隨之減小,導(dǎo)致固有不清晰度Ui增長,最終的后果則顯現(xiàn)為:射線照相的靈敏度降低。而如果穿透力明顯不足的情況下,會使到達(dá)膠片的透射射線強(qiáng)度過低而引起底片質(zhì)量下降,灰霧度過高。

        1.2 膠片的感光特性

        射線膠片的感光特性主要有感光度(S)、灰霧度(D0)、梯度(G) 或膠片反差系數(shù)(γ)、寬容度(L) 最大黑度(Dmax)等,這些特性可在膠片特性曲線上定量地表示,見圖1。

        圖1 增感型膠片的特性曲線

        1) 感光度,指的是在一些特定環(huán)境條件下,例如暗室處理、曝光和圖像測量等,相機(jī)膠片對透照輻射能量的響應(yīng)程度,對這一反應(yīng)程度進(jìn)行一定的定量測量,測量值即稱為感光度。通常是將射線底片上所出現(xiàn)的一定黑度進(jìn)行曝光所需曝光量的倒數(shù)稱之為感光度。射線膠片感光度同乳膠層中的含銀量、明膠成分、增感劑的含有量、銀鹽顆粒的多少及形狀這些參數(shù)相關(guān)聯(lián),此外,對于射線能量和顯影液配方、環(huán)境溫度、增感和時間等因素也有一定程度的關(guān)系,容易受到這些因素的影響。

        2) 灰霧度。一般來講,灰霧度主要是指一些沒有經(jīng)過曝光的相機(jī)膠片在定影和顯影之后所存在的一定程度的黑度,這些黑度就是所謂的灰霧度,也被稱為本底灰霧度。灰霧度易受保持時間和保存條件等因素影響,另外也會受溫度、時間、顯影液本身的配方等因素影響。

        3) 梯度。膠片對不同曝光量在底片上顯示不同黑度差的固有能力稱為梯度。

        4) 寬容度,指膠片在有效黑度范圍相對應(yīng)的曝光面積。

        射線能量選擇的原則是:在保證能穿透目標(biāo)物的前提下,盡可能選擇能量較低的射線能量。

        而在底片黑度不變的情況下,需要提升管電壓,如此就能夠縮短曝光時間,達(dá)到提高工作效率的效果,但容易導(dǎo)致靈敏度降低。

        曝光量是直接影響射線底片影像黑度和對比度以及顆粒度的因素,對射線底片影像所記錄最小尺寸的細(xì)節(jié)也會帶來一定程度的影響,這就是拍攝時的靈敏度。而只有曝光量達(dá)到一定標(biāo)準(zhǔn)才可以保證小的細(xì)節(jié)影像達(dá)到可檢驗(yàn)性,也就是說,射線照相時曝光量必須要保證一定值,不可低于最小值,通常情況下要不低于15 mA·min。

        1.3 其他工藝

        1.3.1 曝光曲線的使用

        需要注意的是:在射線檢測條件與曝光曲線制作條件一致的情況下,可以從曝光曲線直接獲取到透照的參數(shù),并依據(jù)透照厚度選擇適當(dāng)?shù)耐刚针妷海M(jìn)而確定曝光量。而制作條件不一致時,則無法從曝光曲線來獲得相應(yīng)的透照參數(shù),而是要根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行檢測后才能獲得透照參數(shù),以此來實(shí)現(xiàn)修正。修正包括:焦距不同時的修正、黑度不同時的修正、膠片不同時的修正、材質(zhì)不同時的修正、射線照相的厚度及寬容度等修正[1-3]。

        1.3.2 膠片處理

        顯影液的顯影溫度對膠片的顯影水平影響較大,溫度過高時顯影速度較快,溫度低時則相對較慢。一般情況下,顯影液的顯影溫度設(shè)定為18~20 ℃,溫度不易過高,過高可導(dǎo)致顯影液中藥品分解失效,或造成顯影液的變質(zhì),并可能損害乳化層。如果過低,顯影液顯影能力會明顯降低,嚴(yán)重時會完全失去顯影能力,對比度隨之降低。

        顯影時間還影響影像的顆粒度,綜合考慮顯影時間對影像的影響,正常顯影時間一般為4~6 min,顯影時間過長或過短都不能得到良好的影像質(zhì)量。

        2 X 射線檢測實(shí)際案例

        2.1 閥井圍板對接焊縫X 射線檢測

        2014年2—4月,對廈門高崎國際機(jī)場T4 航站樓項(xiàng)目供油工程的閥井圍板對接焊縫進(jìn)行X 射線檢測。對接板厚6 mm,余高1.5 mm,射線機(jī)XXQ2005G,采用單壁透照,焦距560~600 mm,曝光參數(shù):175 kV;1.3 min,洗片采用手工沖洗,顯影溫度:14~16 ℃,顯影時間約2 min,定影時間30 min 以上。發(fā)現(xiàn)情況:底片較花,像質(zhì)指數(shù)達(dá)不到14 號。

        改進(jìn)措施:降低射線能量,提高透照時間,曝光參數(shù)調(diào)整為:160 kV;3 min。提高暗室室溫,顯影溫度18~22 ℃。同時延長顯影時間、定影時間,顯影時間控制在3~5 min。

        2.2 油罐焊縫射線檢測

        2015年7月,廈門高崎國際機(jī)場油庫增容項(xiàng)目供油工程油罐焊縫射線檢測,罐底板材質(zhì)Q235B,板厚10 mm,墊板5 mm,焊接方法:SMAW,單面焊雙面成型,合格等級3 級。

        射線檢測條件與制作的曝光曲線的條件基本一致,根據(jù)曝光曲線確定透照參數(shù):焦距560~580 mm,透照電壓190 kV,曝光時間3 min。檢測現(xiàn)場時,罐底板抬升高度受限,見圖2、圖3。

        圖2 檢測部位示意圖

        圖3 現(xiàn)場罐底檢測圖

        發(fā)現(xiàn)情況:底片較花,焊縫影像模糊,邊界不清晰,像質(zhì)指數(shù)達(dá)不到標(biāo)準(zhǔn)要求,見圖4。

        圖4 焊縫檢測影像清晰度對比圖

        由此可以看到,焊縫影像較為模糊,并且其邊界也不清晰,像質(zhì)指數(shù)沒有達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求。

        3 原因分析及改正措施

        造成底片較花,焊縫影像模糊,邊界不清晰的原因主要為散射線防護(hù)不到位,尤其是背散射。

        在射線檢測中,必須綜合優(yōu)化檢測工藝,但是還必須考慮散射線防護(hù)問題,散射線會影響射線檢測的靈敏度,所產(chǎn)生的結(jié)果往往會降低底片的對比度與清晰度。因此,深入研究探討散射線的特性、產(chǎn)生、影響和防護(hù)具有重要的意義。

        3.1 散射線的產(chǎn)生

        射線穿過物質(zhì)時,會與物質(zhì)發(fā)生相互作用,其強(qiáng)度會逐漸減弱,主要原因在于吸收和散射。吸收可以解釋為同等能量之間的轉(zhuǎn)化,光子能量被物質(zhì)吸收后會轉(zhuǎn)化成其他能量。散射則是直接影響光子運(yùn)動方向,使其發(fā)生變化。散射是射線與物質(zhì)相互作用時的必然產(chǎn)物,它不可避免。

        3.2 散射線的特性

        散射線以散射源為中心向四面八方散射,沒有固定輻射方向;散射線比較軟,能量小,波長長。

        3.3 散射線的危害

        散射線會降低影像的對比度及產(chǎn)生“邊蝕”,也就是在一定程度上會降低射線檢測的靈敏度。究其原因,主要為散射線輻射方向的不穩(wěn)定與射線本身較軟等。外界的散射線如果照射到膠片上,常會使底片的灰霧度提高,使底片清晰度和對比度降低,并使圖像表現(xiàn)的灰暗模糊,無法做到正常清晰顯像[4]。

        由圖5 可知,由于散射線波長較長,常會發(fā)生被膠片吸收的情況。在射線透照工件時,膠片上所吸收的散射線可能是吸收一次射線能量的幾倍,而工件越厚這種現(xiàn)象則越嚴(yán)重,因此必須對膠片采取有效的防護(hù)措施[5-6]。

        3.4 影響散射線的因素

        照射場:散射線強(qiáng)度隨著照射場增大而增大。

        工件厚度:在相同射線能量照射下,工件厚度越大則散射線強(qiáng)度也越大。

        圖5 散射線示意圖

        焊縫余高和焊縫寬度:焊縫余高增加,散射線的強(qiáng)度也增大。

        射線能量:散射線強(qiáng)度與射線能量的關(guān)系,主要體現(xiàn)在背散射,射線能量增加,所產(chǎn)生的背散射也增大。

        由圖6 可以看到,混凝土產(chǎn)生的背散射現(xiàn)象十分明顯,而且散射線被膠片吸收后使得影響模糊。

        圖6 混凝土背散射示意圖

        3.5 散射線防護(hù)措施

        散射線是射線與物質(zhì)相互作用時必然產(chǎn)生的,而且與外界情況密切相關(guān),不可避免,但只能將散射線的影響減到最低,而無法完全消除它。

        1) 透照參數(shù)上的防護(hù)措施,減少透照時間,縮短散射線對膠片的作用時間,采用大的管電流和短的透照時間。

        2) 射線能量,散射線的強(qiáng)度會隨著射線能量的增強(qiáng)而減弱,這就需要采取增強(qiáng)射線能量的方法來降低散射線的產(chǎn)生,但也只能起到對射線能量的適當(dāng)調(diào)整,主要目的是防止對比度和清晰度造成不必要的影響。

        3) 濾波。一般情況下,在射線檢測過程中所使用的射線源通常是輻射連續(xù)譜X 射線,其含有一部分具有一定波長的X 射線,而當(dāng)這部分X 射線穿透物體到達(dá)或直接照射膠片時,射線被膠片吸收再產(chǎn)生散射線,大多采用濾波法來有效降低這一情況發(fā)生。即在X 射線管窗口附近設(shè)置濾波片,讓大部分的長波射線被濾波片吸收。

        4) 光闌和遮掩,限制照射場的范圍,光闌通常放在靠近射線源的位置,遮掩物體不僅能吸收射線束的射線,同時也可以吸收來自周圍物體或者工件的散射線,遮掩物的形狀和大小應(yīng)根據(jù)被透照物體的具體情況而定[7-8]。

        5) 屏蔽,在工件與膠片之間安裝具有一定規(guī)定厚度的屏蔽板,可吸收透照過程出現(xiàn)的射線,見圖7。

        圖7 混凝土背部設(shè)置鋼板厚散射線示意圖

        利用散線防散射方法,也就是采用鉛箔作為屏蔽板,一方面吸收散射線,另一方面吸收一部分射線,以增感屏前屏來實(shí)現(xiàn)。同時可在膠片暗袋背部放置一定厚度的鋼板或鉛板吸收散射線。

        3.6 工藝改進(jìn)

        改進(jìn)檢測工藝后,所拍底片見圖8。

        圖8 改進(jìn)工藝以后的底片對比圖

        圖中可見,通過改進(jìn)之后整體上增加了曝光量,減少了散射線的產(chǎn)生,縮短曝光時間以達(dá)到縮短散射線對膠片的作用時間。將透照電壓調(diào)整為195 kV,曝光時間調(diào)整為2 min。

        在膠片暗袋與混凝土之間設(shè)置具有足夠厚度的鉛板,能夠?qū)⒐ぜ車a(chǎn)生的以及主要來自混凝土的散射線進(jìn)行有效的吸收。同時在膠片暗袋背面貼附簽字B,以得到簽字B 的影像黑度,來評定散射線消除的效果[9-10]。

        經(jīng)過檢測工藝改進(jìn),調(diào)整透照參數(shù),同時加強(qiáng)暗室處理的規(guī)范性操作,最終檢測質(zhì)量達(dá)到相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的要求。

        4 結(jié)論

        由于工程射線檢測所得底片質(zhì)量,決定于射線檢測的理論知識、工件特性以及檢測工藝等因素,因此在射線檢測過程中,應(yīng)注重理論知識與工件特性相結(jié)合,適當(dāng)調(diào)整檢測工藝參數(shù):曝光量、焦距、洗片溫度、洗片時間等,同時應(yīng)做好有效的射線屏蔽。

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