第3章射線照相檢驗(yàn)技術(shù)的理論基礎(chǔ)和基本技術(shù)

3.1射線檢測的基本原理

當(dāng)強(qiáng)度均勻的射線束透照射物體時(shí)，如果物體局部區(qū)域存在缺陷或結(jié)構(gòu)存在差異,

它將改變物體對射線的衰減，使得不同部位透射射線強(qiáng)度不同，這樣，采用一定的檢測

器（例如，射線照相中采用膠片）檢測透射射線強(qiáng)度，就可以判斷物體內(nèi)部的缺陷和物

質(zhì)分布等。

如圖3-1所示，設(shè)階梯上存在一很小的厚度差，/（（/“

則有「<

式中ID,I'D——透射的一次射線強(qiáng)度；

,一一透射的散射射線強(qiáng)度；L，L

L透射射線強(qiáng)度。圖3-1射線檢測基本原理

由于有（T遠(yuǎn)小于T,因此可認(rèn)為

zs=<s

所以有

A/=r-i=兒-/D

A/_/—D—

/，D+，Sl+〃

按單色窄束射線衰減規(guī)律有

/e-//（r+Ar）

rD=o

式中〃——工件的線衰減系數(shù)；

/o—入射射線強(qiáng)度。

因此有

58

引用近似公式

eA=1+x(|x|<1)

則有

=\-/d\T

A/_//AT

(3-1)

~F~~1+7?

當(dāng)(T是缺陷，其線衰減系數(shù)為(，時(shí)，則式(3?1)應(yīng)改寫為

△/_(〃-//)△?

(3-2)

~T~1+77

AI??I稱為“物體對比度”或稱其為“被檢體對比度”？？有時(shí)也稱為

“主因?qū)Ρ榷取薄Ｊ???□)即是射線檢測的基本原理關(guān)系式？？它給

出了一個(gè)小的厚度差與對應(yīng)的射線檢測物體對比度之間的關(guān)系。??

從式(3-2)可見，射線對缺陷的檢驗(yàn)?zāi)芰?，與缺陷在射線透照方向

上的尺寸、其線衰減系數(shù)與物體的線衰減系數(shù)的差別、散射線的控

制情況等相關(guān)。只要這些方面具有一定的值，則缺陷將產(chǎn)生一定的

物體對比度，它就可以被射線檢驗(yàn)出來。

3.2射線照相的影像質(zhì)量

*3.2.1影像質(zhì)量基本因素的提出

在射線照相檢驗(yàn)中，影像質(zhì)量的基本因素，可

以從金屬邊界射線照相的影像導(dǎo)出。

如圖3-2所示，當(dāng)透照一銳利的垂直的金屬物

體邊界時(shí)，理想的情況應(yīng)得到一階躍式的黑度分布

曲線，即當(dāng)從一個(gè)厚度過渡到另一個(gè)厚度時(shí)，對應(yīng)

的黑度應(yīng)從一個(gè)黑度以階躍的形式過渡到另一

個(gè)黑度。但測量指出，實(shí)際的黑度分布并不是這種

階躍形式，而是在兩個(gè)黑度之間存在一個(gè)緩慢變化

的區(qū)域，使黑度逐漸地從一個(gè)黑度過渡到另一個(gè)黑

度，緩慢變化區(qū)的黑度分布不是直線，而是一存在

坡腳和肩部的曲線。進(jìn)一步的研究發(fā)現(xiàn)，過渡區(qū)的

黑度實(shí)際上存在不規(guī)則的大大小小的起伏不斷變

化，并不是單調(diào)均勻的變化。

從金屬階梯邊界這個(gè)射線照相影像，可以給出

圖3-2影像質(zhì)量的基本因素

射線照相影像的基本因素。

對應(yīng)金屬邊界的黑度差稱為該影像的對比度，記為（D。從一個(gè)黑度到另一黑度的緩慢變

化區(qū)的寬度即是射線照相的不清晰度，一般記為U,它造成了射線照片上影像邊界的擴(kuò)

展。黑度不規(guī)則變化的統(tǒng)計(jì)平均值（統(tǒng)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)差）稱為影像的顆粒度，記為。D。（D、U

和。D就是影像質(zhì)量的基本因素，也就是說，射線照片上影像的質(zhì)量由射線照相影像的

對比度、不清晰度、顆粒度決定。

對比度是影像與背景的黑度差，不清晰度是影像邊界擴(kuò)展的寬度,顆粒度是影像黑度的

不均勻性程度。影像的對比度決定了在射線透照方向上可識別的細(xì)節(jié)尺寸，影像的不清

晰度決定了在垂直于射線透照方向上可識別的細(xì)節(jié)尺寸，影像的顆粒度決定了影像可顯

示的細(xì)節(jié)最小尺寸。

3.2.2影像的射線照相對比度

在射線照相中影像的對比度定義為射線照片上兩個(gè)區(qū)域的黑度差，常記為（D。即，如果

兩個(gè)區(qū)域的黑度分別為：D\D,則它們的對比度為

AD=D'一D(3-3)

射線照片上影像的對比度常指影像的黑度與背景的黑度之差。

從物體厚度的一個(gè)小的增加量（T產(chǎn)生的黑度變化，即可得到射線照相對比度的公

式。如圖3-1所示，設(shè)在厚度T上局部疊加了一小的厚度（T,記

D——對應(yīng)厚度T部分的黑度；

D1——對應(yīng)厚度T-\T部分的黑度；

并記

實(shí)際探傷時(shí)，一般都是寬束射線情況，這時(shí)候必須考慮散射線。即這時(shí)應(yīng)采用寬束連續(xù)

譜射線的衰減規(guī)律討論式（3-2）。

，=，D+，S

記

△/=1'—/

由于（T很小，近似認(rèn)為

，s二

因?yàn)榇嬖?/p>

A/《I

利用近似公式

eA=1+x（|x|<I）

則有

這樣，從式（3-5）可以得到

AZ）-Glg（eA//,）-0.434（A//Z）

由于

NgT

~T~~\+n

最后得到

丁（3-6）

1+〃

對實(shí)際工件中的缺陷，嚴(yán)格地說，不能簡單地應(yīng)用式（3-6）計(jì)算，這時(shí)應(yīng)考慮缺陷對射

線的衰減特性。如果記缺陷的線衰減系數(shù)為C,則這時(shí)式（3?6）應(yīng)改寫成

-0.434（〃“GkTq-7）

1+〃

當(dāng)存在

”《〃或〃，=0

時(shí)，也就是缺陷引起的射線衰減遠(yuǎn)小于同樣大小的工件本身引起的射線衰減時(shí)，式

62

（3-7）將轉(zhuǎn)化為式（3-6）。

對于寬束連續(xù)譜射線情況，應(yīng)注意的是，這時(shí)應(yīng)認(rèn)為式中的線衰減系數(shù)是對應(yīng)于等

效波長（能量）的線衰減系數(shù)。顯然，式（3-7）包含了式（3-6）。

式（3-6）是射線照相檢驗(yàn)技術(shù)理論的基本公式，它指導(dǎo)射線照相檢驗(yàn)技術(shù)的基本考

從式（3-7）可以看到，某個(gè)細(xì)節(jié)（缺陷）影像的射線照相對比度受到一系列因素的

影響，這些因素決定于下列三個(gè)方面：細(xì)節(jié)本身的性質(zhì)和尺寸、射線照相技術(shù)因素、被

透照物體本身的性質(zhì)和尺寸。對于一個(gè)特定的缺陷，要得到高的射線照相對比度，綜合

起來，主要是：

1）選用適宜的透照布置，使得該缺陷在透照方向具有較大的厚度差（T；

2）選用可能的較低能量的射線透照一提高線衰減系數(shù)；

3）采取各種措施，減少到達(dá)膠片的散射線強(qiáng)度一降低散射比；

4）選用質(zhì)量優(yōu)良的膠片，采用良好的暗室處理技術(shù)一獲得較高的梯度。

3.2.3影像的射線照相不清晰度

不清晰度描述的是影像邊界擴(kuò)展的程度，是影像質(zhì)量三個(gè)因素的另一個(gè)重要因素。

對工業(yè)射線照相檢驗(yàn)，產(chǎn)生不清晰度的原因是多方面的，其中最主要的是幾何不清

晰度和膠片固有不清晰度，此外還有屏不清晰度和運(yùn)動(dòng)不清晰度。幾何不清晰度一般記

為Ug,膠片固有不清晰度一般記為Ui。

的半影三即邊界擴(kuò)展區(qū)，這就是幾何不清幾何不清晰度產(chǎn)生于射線源總是具

晰度。圖3-3畫出了幾何不清晰度的形成，從圖中有一定的尺寸，而不是一個(gè)幾何點(diǎn)。

可以看到，當(dāng)源具有一定尺寸時(shí)存在幾何不清晰這樣，當(dāng)透照一定厚度的物體時(shí)，按

度。照幾何投影（射線直線傳播）成像原

理，所成的像總要有一定

從圖中可以看到，兒何不清晰度與射線源焦點(diǎn)尺1d

寸大小、射線源至膠片的距離、工件本身的厚度

（缺陷與膠片的距離）相關(guān)，從相似三角形容易

得到幾何不清晰度的計(jì)算公式

式中d——射線源焦點(diǎn)尺寸；

F——焦距,即射線源至膠片的距離;

T一一工件射線源側(cè)表面與膠片的距離,

通常取為工件本身的厚度。

從圖3-3或式（3?8）都可以看出，焦點(diǎn)尺寸越小

不清晰度也越小。

在射線照相中幾何不清晰度應(yīng)控制在規(guī)定的范圍，

了選擇射線源外，主要是通過改變焦距控制幾何不;

也能夠減小幾何不清晰度。在射線照相檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)中

了限制性規(guī)定，這時(shí)的規(guī)定值是指可能產(chǎn)生的最大.

側(cè)表面上存在的缺陷可產(chǎn)生的.

對于X射線機(jī)來說，由于X射線管的有效焦點(diǎn)尺寸

果嚴(yán)格地討論射線照相中的幾何不清晰度，它將是

其位置的不同一一位于不同的深度，在射線照框

1

趙

軍

獎(jiǎng)

V

J

H

S

f

宴

x射線管電壓,

64

膠片固有不清晰度是由于人先到膠片的射線，在乳劑層中激發(fā)出的二次電子的散射產(chǎn)生的。在射線與

乳劑的相互作用中產(chǎn)生的二次電子，能夠從產(chǎn)生它們的鹵化銀顆粒到達(dá)其他的鹵化銀顆粒，并使這些

鹵化銀顆粒成為可顯影的，這使得每個(gè)射線光子產(chǎn)生的可顯影的鹵化銀顆粒成為具有一定分布的區(qū)

域。因此，在顯影時(shí)，不僅受到射線照射的曝光區(qū)，而且曝光區(qū)的周圍，都將顯現(xiàn)一定的黑度。這就

使銳利的邊界的影像擴(kuò)展成為具有一定分布的黑度區(qū)，分布區(qū)的寬度稱為膠片固有不清晰度。分布區(qū)

的寬度決定于二次電子在乳劑層中能量損失的過程，因此膠片固有不清晰度決定于射線的能量。圖3-4

是膠片固有不清晰度與X射線能量關(guān)系的曲線，表3-1列出了部分X射線透照電壓和（射線的膠片固

有不清晰度之值。

表3-1膠片固有不清晰度試驗(yàn)值

射線lOOkV200kV300kV400kV6℃o1921r170Tm

Ui/mm0.050.090.120.150.350.170.07-0.1

在射線照相中，當(dāng)使用增感屏?xí)r，由于增感物質(zhì)對射線的散射或次級效應(yīng)帶來的散射，將產(chǎn)生一個(gè)新

的不清晰度，即屏不清晰度，記為Us。熒光增感屏即使對于較低能量的射線也能產(chǎn)生較大的不清晰度

（如表3-2所示），金屬箔增感屏在厚度較大時(shí)也將產(chǎn)生不清晰度，但對低能X射線不清晰度都很小，

所以，對金屬增感屏一般不考慮它引起的不清晰度。使用增感屏?xí)r，如果增感屏與膠片間有較大的問

隙，將明顯地增大屏不清晰度，這是必須注意的一個(gè)問題。

表3-2熒光增感屏的不清晰度

透照電壓/kV屏的類型(7,/mm

100高速鋁酸鹽屏0.30

100慢速鈣酸鹽屏0.16

140高速鋁酸鹽屏0.30

20()慢速鋸酸鹽屏0.26

360慢速鴇酸鹽屏0.26

如果在射線照相過程中，射線源與工件存在相對移動(dòng)，則將產(chǎn)生另一個(gè)不清晰度,

即運(yùn)動(dòng)不清晰度，常記為Um。實(shí)際上這種相對運(yùn)動(dòng)相當(dāng)于加大了射線源的焦點(diǎn)尺寸，因

此必然導(dǎo)致新的不清晰度。對于常規(guī)射線照相技術(shù)，一般都認(rèn)為不存在運(yùn)動(dòng)不清晰度。

對于掃描（移動(dòng)）射線照相技術(shù)，運(yùn)動(dòng)不清晰度是一必須進(jìn)行分析的重要問題。

由以上各種原因產(chǎn)生的不清晰度共同構(gòu)成射線照用總的不清晰度，總的不清晰度記為

U。對于通常的射線照相，因?yàn)椴皇褂脽晒庠龈衅?、射線源與工件之間也不認(rèn)為存在相對

運(yùn)動(dòng)，所以只考慮幾何不清晰度和膠片固有不清晰度，它們共同構(gòu)成了總的射線照相不

清晰度。計(jì)算總的不清晰度的關(guān)系式，目前比較廣泛采用的關(guān)系式是

U2=U1+Uf（3-9）

有時(shí)也采用下面的關(guān)系式

（3-90

當(dāng)存在不清晰度時(shí)，講究指出，如果細(xì)節(jié)影像的寬度尺寸小于射線照相總的不清晰

度，那么不清晰度將引起它的影像的對比度降低。這將嚴(yán)重影響寬度尺寸較小的細(xì)節(jié)的

影像的可識別性，也就是洛影響細(xì)小缺陷（如裂紋、細(xì)小孔洞等）的可檢驗(yàn)性。如果記

u——射線照相總的不清晰度；

W——細(xì)節(jié)影像的寬度,且NVU；

ADo—不清晰度為。時(shí)影像的對比度；

△D——不清晰度為U時(shí)影像的對比度。

66

則可得到

W

AZ)=AD—(WWU)(3-10)

0°U

它給出了細(xì)節(jié)影像對比度因存在不清晰度

降低的變化規(guī)律。圖3-5給出的是，設(shè)不

清晰度曲線為直線時(shí)，不清晰度對對比度

影響的作用圖，它給出的結(jié)果與式(3-10)圖3-5小清晰度對對比度的影響

相同。

*3.2.4影像的顆粒度

顆粒度就是描述在均勻的曝光下底片黑度的不均勻性的概念，即將射線照片放大到

一定程度，眼睛就可以看到影像的黑度存在起伏的狀況，這就是所說的顆粒度。

影像的顆粒度與膠片感光乳劑的粒度不是同一概念。感光乳劑的粒度是感光乳劑顆

粒的尺寸大小，即使粗顆粒的膠片，其感光乳劑的粒度也不過l(m左右，顯影后的金屬

銀顆粒遠(yuǎn)小于眼睛可分辨的尺寸。顆粒度是鹵化銀顆粒的尺寸和顆粒在乳劑中分布的隨

機(jī)性、射線光子被吸收的隨機(jī)性的反映。

在膠片的感光乳劑中，浪化銀晶體的分布具有隨機(jī)性，即在同樣面積的微小區(qū)域中,

澳化銀晶體的數(shù)目，并不完全相同。溟化銀晶體的尺寸也具有一定的分布，即不同的澳

化銀晶體的尺寸與平均尺寸會存在差異。在曝光過程中，射線光子吸收也存在隨機(jī)性，即

在均勻的曝光條件下，感光乳劑的不同微小區(qū)域，吸收的射線光子數(shù)會不同。影像的顆

粒度正是這些隨機(jī)性產(chǎn)生的結(jié)果。

因此，影像的顆粒度除了與膠片本身的性質(zhì)相關(guān)外，主要與射線能

量和曝光量相關(guān)，也與顯影條件和顯影過程相關(guān)。不同類別的膠片

在射線照相中形成的影像具有不同的顆粒度，感光度高的膠片顆粒

度大，感光度低的膠片顆粒度小。感光乳劑的粒度小的膠片，得到

的影像的顆粒度也小。對于某種類型的膠片，在較低能量的射線和

較大的曝光量下透照，可以得到較小的顆粒度，反之，將增大顆粒

度。顯影條件與膠片特性不符合，顯影過程不足或過度，也將引起

顆粒度增大。

顆粒度限制了影像能夠記錄和顯示的細(xì)節(jié)的最小尺寸。一個(gè)尺寸很

小的細(xì)節(jié)，在顆粒度較大的影像中，或者不能形成自己的影像，或

者其影像將被黑度的起伏所掩蓋，無法識別出來。為了檢臉細(xì)小的

缺陷或者裂紋缺陷，應(yīng)優(yōu)先選用感光乳劑粒度細(xì)小的膠片，這是保

證檢驗(yàn)結(jié)果的基本條件。

3.3缺陷射線照相檢出能力

率3.3.1細(xì)節(jié)影像可識別性

在射線照片上一個(gè)細(xì)節(jié)的影像是否能被眼睛識別出來，簡單地說，決定于它的對比

度。按照有關(guān)的理論，這個(gè)缺陷影像的對比度（D必須滿足兩個(gè)條件：

1）|AD|^ADmin；

2）|AD|^AD（3?5）皿

式中△。M——識別該細(xì)節(jié)（缺陷）影像所需的最小黑度差；

射線照片影像的顆粒度。

68

第一個(gè)條件是從眼睛的視覺特性提出的。眼睛可識別的最小黑度差是眼睛的視覺特

性，它主要相關(guān)于照明亮度和細(xì)節(jié)影像的形狀、尺寸。這個(gè)值的大小與影像的形狀和尺

寸相關(guān)，同一尺寸不同形狀的影像，這個(gè)值不同；司一形狀不同尺寸的影像這個(gè)值也不

同。影像的尺寸越小，識別其影像所需要的黑度差越大。因此，為了在射線照片上識別

小的細(xì)節(jié)影像，必須使它產(chǎn)生較大的對比度。而識別一個(gè)較大的細(xì)節(jié)影像，則只需一較

小的對比度。例如，在適當(dāng)?shù)恼彰鳁l件下，識別一些細(xì)節(jié)影像所需的最小黑度差為

細(xì)長絲狀影像：一0.006；

細(xì)小點(diǎn)狀影像：=0.008；

較大點(diǎn)狀影像：=0.006o

第二個(gè)條件是從統(tǒng)計(jì)理論的信噪比概念提出的，即信號必須高于噪聲3?5倍，才能

從背景噪聲中識別出信號。即影像的顆粒度小時(shí)，識別細(xì)節(jié)影像所需要的對比度可以低；

影像的顆粒度大時(shí)，識別細(xì)節(jié)影像所需要的對比度要高些。

上述條件是理解射線照相檢驗(yàn)控制射線照片黑度的基本出發(fā)點(diǎn)之一。

識別該細(xì)節(jié)（缺陷）影像所需的最小黑度差.決定于眼暗的視覺特性,相關(guān)于照明亮度

和細(xì)節(jié)影像的形狀、尺寸。附錄A對于這方面作出了一些進(jìn)一步的說明，可作為參考幫

助理解。

**3.3.2細(xì)節(jié)影像可識別性公式

在射線照相檢驗(yàn)中，各種細(xì)節(jié)的射線照相的可識別性公式，也就是它的影像的對比

度與射線照相技術(shù)因素及本身的尺寸的關(guān)系公式，可從如下的討論導(dǎo)出。在以下的討論

中所使用的符號的意義如下：

ID—到達(dá)膠片的一次射線強(qiáng)度：

/s——到達(dá)膠片的散射線強(qiáng)度；

〃——射線的線衰減系數(shù)；

G—膠片特性曲線的梯度；

U——射線照相總的不清晰度；

T——工件厚度；

△T------小厚度差；

f—射線到物體源側(cè)表面的距離；

F——形狀因子。

形狀因子是引入的一個(gè)變換因子，用它將細(xì)節(jié)影像的黑度分布修正為矩形分布，并

保持細(xì)節(jié)影像黑度的峰值不變和影像面積不變。在以下的討論中假定：

1）缺陷尺寸相對于工件厚度是很小的，對散射線強(qiáng)度的影響可以忽略；

2）射線照片上影像的寬度等于影像本身的寬度與不清晰度之和；

3）影像的可識別性決定于影像的黑度峰值與背景黑度之差；

4）射線照相影像的黑度分布可以用形狀因子修正為矩形分布；

5）影像的顆粒度對影像可識別性的影響可以忽略。

記

/=，D+，Sr=%+，S

M=r-i=rD-iD

\D=Dr-D

其中帶“，”的符號均表示小厚度差引入后的該量（如圖3T所示）。

從射線照相對比度的討論中已經(jīng)得到

△/=一”5

0.434〃G/D"

ZAiy-------------------

，D+，S

設(shè)工件中存在一小缺陷，記

亞—缺陷體積；

M——射線照片上缺陷影像的面積；

——缺陷影像黑度峰值與背景黑度差；

81—缺陷產(chǎn)生的與背景總的射線強(qiáng)度差；

BD—缺陷影像與背景總的黑度差。

按上面兩式則有

&=-pI^V

0.434〃G府V

oD=----------------------

，D+，S

另一方面可寫

SD=\DF8A

聯(lián)立有關(guān)的兩式，得到

封_2.3必。（，〃）

1+SD(3-11)

瓦一正

此式是討論各種細(xì)節(jié)可識別性的基本公式。

對絲型細(xì)節(jié)，記

r—絲的半徑；

7——絲的長度。

則有

5V=兀r2l

U+2%

8A=

f~T

一般有

f?T

所以可寫

70

泌=(U+2冷I

帶入式(3-11)中，得到

nr2_2.3FAD(1-F///)

SD(3-12)

U+2,?一/TG

對柱孔細(xì)節(jié)，記

d—柱孔直徑：

h—柱孔(透照方向)高度。

當(dāng)f?T時(shí)則有，

..Ttd~h

coV=----

4

6A=nlC/+—I

帶入式(3-11)中，得到

d2h_2.3FAD(14-Z//)

SD(3-13)

(2U+d)2―面

對球孔細(xì)節(jié)，記球孔直徑為d,則

^=—

6

￡4{11”

dA=7tUT—

I2j

帶入式(3-11)中，得到

2d3_2.3FAD(1+Z//)

5D(3-14)

3(2U+d)2-XT

對槽形縫細(xì)節(jié)，記（見圖3-6）

/—槽形縫深度方向的長度；

W—槽形縫開裂的寬度；

e——槽形縫深度方向長度延伸的方向與射線

束的角度；

L—槽形縫在透照平面上的延伸長度。

則有

6V=IWL

SA=（/sin夕+Wcos，+U）L圖3-6槽形縫的主要參數(shù)

帶入式（3-11）中，得到

/W_2.3尸A。(1+///。)

(3-15)

/sin夕+Wcos(9+UjuG

上述公式，建立r各種細(xì)節(jié)在射線照片上的對比度與射線照相的技術(shù)因素及細(xì)節(jié)本身尺

寸、形狀的關(guān)系。它們是射線照相檢驗(yàn)理論建立的主要公式，從這些公式可討論各種缺

陷在射線照相檢驗(yàn)中被檢出的可能性，并構(gòu)成了分析射線照相檢驗(yàn)問題的基礎(chǔ)。

3.3.3射線照相靈敏度

射線照相靈敏度表示的是射線照片記錄細(xì)節(jié)或缺陷的能力，也就是說，它給出了射

線照片顯示缺陷的能力?；蛘哒f，它給出了射線照相檢驗(yàn)技術(shù)發(fā)現(xiàn)缺陷的能力。

72

前面的討論已經(jīng)指出，射線照片影像質(zhì)量的三個(gè)因素是對比度、不清晰度、顆粒度。但在日常的射線

照相檢驗(yàn)工作中并不直接測量射線照片影像的對比度、不清晰度、顆粒度，為了評定射線照片的影像

質(zhì)量，設(shè)計(jì)了一些方法綜合地測定影像質(zhì)量?，F(xiàn)在廣泛采用射線照相靈敏度這個(gè)概念，描述射線照片

記錄、顯示細(xì)節(jié)的能力（射線照片記錄和顯示缺陷的能力）。射線照相靈敏度是通過一些規(guī)定形式的

細(xì)節(jié)，在射線照片上被記錄和顯示的程度，描述射線照片二形成的影像的質(zhì)量，它在一定程度上綜合

評定了影像質(zhì)量三個(gè)基本因素。測定射線照片的射線照相靈敏度采用像質(zhì)計(jì)（像質(zhì)指示器、透度計(jì)），

最廣泛使用的像質(zhì)計(jì)主要是三種：絲型像質(zhì)計(jì)、階梯孔型像質(zhì)計(jì)、平板孔型像質(zhì)計(jì)，此外還有槽型像

質(zhì)計(jì)等。

射線照相靈敏度的表示方法有兩種，一種稱為相對靈敏度，另一種稱為絕對靈敏度。相對靈敏度以百

分比表示，即以射線照片上可識別的像質(zhì)計(jì)的最小細(xì)節(jié)的尺寸與被透照工件的厚度之比的百分比表

示。絕對靈敏度則以射線照片上可識別的像質(zhì)計(jì)的最小細(xì)節(jié)尺寸表示。

用像質(zhì)計(jì)測定的射線照相靈敏度也稱為細(xì)節(jié)靈敏度或像質(zhì)計(jì)靈敏度，即它表示某種特定形狀的細(xì)節(jié)在

使用的射線照相技術(shù)下可被發(fā)現(xiàn)的程度.它不完全等同于同樣尺寸的自然缺陷可被發(fā)現(xiàn)的程度。表3-3

列出的是鋼和鋁合金在適當(dāng)?shù)纳渚€照相檢驗(yàn)技術(shù)下可達(dá)到的射線照相靈敏度值。

表3-3可達(dá)到的射線照相靈敏度

A級技術(shù)（%）B級技術(shù)（%）

厚度/mm

絲型像質(zhì)計(jì)階梯孔型像質(zhì)計(jì)絲型像質(zhì)計(jì)階梯孔型像質(zhì)計(jì)

3——2.45.1

6——1.63.6

122.44.61.43.()

251.73.01.22.5

401.52.51.12.1

501.32.21.01.8

751.12.00.91.6

1001.01.80.81.4

1500.91.80.71.3

影響射線照片影像質(zhì)量的因素也就是影響射線照相靈敏度的因素，

從技術(shù)方面歸納可包括膠片類型、透照參數(shù)、透照布置、輔助措施

等。具體的內(nèi)容，將在以后的章節(jié)中進(jìn)一步討論。

**3.4射線照相檢驗(yàn)技術(shù)的基本構(gòu)成

對射線照相檢驗(yàn)技術(shù)的限定性規(guī)定，員穿的基本思路是:

控制技術(shù)f限定底片圖像質(zhì)量f保證缺陷檢驗(yàn)

理論上，控制了所采用的射線照相檢驗(yàn)技術(shù)，就應(yīng)該限定了能夠得到的射線照片的

質(zhì)量，或者說射線照相檢驗(yàn)的結(jié)果。但實(shí)際上，由于射線照相過程的復(fù)雜性，一些因素的

影響不可能受到嚴(yán)格的控制，因此，在射線照相技術(shù)中，還必須對射線照片作出限定性

規(guī)定。以保證檢驗(yàn)結(jié)果符合質(zhì)量驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)（技術(shù)條件）的要求。

一般地說，射線照相檢驗(yàn)技術(shù)其規(guī)定的核心內(nèi)容都包括下列主要方面：

1）射線照相技術(shù)選用的射線膠片類型；

2）射線照相的透照參數(shù)，主要是射線能量、透照焦距、曝光量；

3）射線照相的透照布置，主要是透照方式、透照方向、一次透照區(qū)；

4）射線照相的輔助措施（如增感和各種控制散射線的措施）；

5）射線照片影像質(zhì)量，主要是底片黑度和射線照相靈敏度。

圖3-7給出的是，射線照相檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)中貫穿在射線照相檢驗(yàn)技術(shù)規(guī)定中的線索。這個(gè)線

索可作為理解射線照相檢驗(yàn)技術(shù)的指導(dǎo)。

圖3-7射線照相檢驗(yàn)技術(shù)規(guī)定的基本線索

在射線照相檢驗(yàn)技術(shù)的規(guī)定中，（某個(gè)級別）技術(shù)規(guī)定的基礎(chǔ)是膠片。

按射線照相檢驗(yàn)技術(shù)的理論，為了在射線照片上識別一個(gè)細(xì)節(jié)，該細(xì)節(jié)影像的對比度（D

必須滿足的條件之一是

“|2（3-5）OD

也就是說，影像的顆粒度（D是限定所能檢驗(yàn)的缺陷最小尺寸的基本限制。

前面討論已經(jīng)指出，影像的顆粒度（D是膠片顆粒尺寸、顆粒尺寸大小的隨機(jī)分布、

單位面積中顆粒數(shù)的隨機(jī)性及射線量子吸收的隨機(jī)性的反映。因此，即使在非常均勻的

曝光下，所得到的影像也具有一定的顆粒度。影像的顆粒度主要決定于膠片本身的特性,

也相關(guān)于射線照相所采用的射線能量、曝光量和以后的暗室處理過程。影像顆粒度的上

述性質(zhì)說明，對于形成的射線照片的影像質(zhì)量，膠片自身的特性提供了可能達(dá)到的最高

水平。

透照中所采用的技術(shù)因素，是在這個(gè)可能達(dá)到的基礎(chǔ)上進(jìn)行控制、調(diào)整，以達(dá)到所希

望、所要求的影像質(zhì)量。不能期望通過控制、調(diào)整射線照相的技術(shù)因素得到超過膠片特

性限定的影像質(zhì)量。即在適當(dāng)?shù)耐刚諈?shù)等條件下，較細(xì)顆粒的膠片可以得到更好的影

74

像質(zhì)量，可以檢驗(yàn)出更小的缺陷。正是如此，在射線照相標(biāo)準(zhǔn)中對射線照相技術(shù)首先規(guī)

定的是應(yīng)選用的膠片類型。

基本透照參數(shù)規(guī)定，是技術(shù)規(guī)定中對技術(shù)因素的基本規(guī)定，它是影像質(zhì)量的技術(shù)保

證。顯然，射線能量是透照參數(shù)中最重要的參數(shù)，因?yàn)樗苯雨P(guān)系到射線的線衰減系數(shù)、

散射比和射線照相不清晰度等，它選取的正確與否，將直接影響射線照片的影像質(zhì)量。

焦距是另一個(gè)基本透照參數(shù)，它直接關(guān)系射線照相的幾何不清晰度?；就刚諈?shù)中的

曝光量直接關(guān)系到射線照片影像的信噪比，但是，曝光量卻是射線照相技術(shù)中難以嚴(yán)格

規(guī)定的透照參數(shù)，特別是對低能X射線。這使得對X射線的曝光量至今難以作出嚴(yán)格的

規(guī)定。所以，標(biāo)準(zhǔn)中或者是推薦曝光量值，或者是不作明確的規(guī)定。但應(yīng)看到，對底片黑

度的規(guī)定，含有對曝光量的間接限定性規(guī)定。

射線照片質(zhì)量對底片黑度和靈敏度的規(guī)定，包含了間接對技術(shù)的限

定。黑度規(guī)定間接限定了曝光量，也是對底片對比度和影像顆粒度

的一種控制。靈敏度規(guī)定明確限定了底片必須達(dá)到的顯示細(xì)節(jié)的要

求。

以膠片為基礎(chǔ)，對射線照相檢驗(yàn)技術(shù)作出的各方面規(guī)定，從不同方

面為底片影像質(zhì)量達(dá)到一定的要求提供了保證，為射線照相檢驗(yàn)技

術(shù)對缺陷的檢驗(yàn)提供了系統(tǒng)性保證。

3.5透照布置

3.5.1基本透照布置

射線照相的基本透照布置如圖3-8所示，考慮透

照布置的基本原則是使透照區(qū)的透照厚度小，從而

使射線照相能更有效地對缺陷進(jìn)行檢驗(yàn)。在具體進(jìn)

行透照布置時(shí)主要應(yīng)考慮的方面有：

1）射線源、工件、膠片的相對位置；

2）射線中心束的方向;

3）有效透照區(qū)（一次透照區(qū)）。

此外，還包括防散射措施、像質(zhì)計(jì)和標(biāo)記系的使用

等方面的內(nèi)容。

圖3-8射線照相的基本透照布置

1—射線源2一中心束

3—工件4一膠片5一像質(zhì)計(jì)

在圖3-8中，射線源與工件源側(cè)表面的距離一般記為f,有效透照區(qū)一般記為L,射線源

與工件膠片側(cè)表面的距離一般記為F,并稱為焦距，中心射線束與透照區(qū)邊緣射線束的

夾角一般記為（，并稱為照射角。T是工件厚度，對于一個(gè)具體工件，通常所說的透照厚

度.即是指工件本身的厚度。

3.5.2確定透照布置的基本考慮

對于一個(gè)具體工件的射線照相檢驗(yàn)，確定透照布置時(shí)應(yīng)綜合考慮下列方面。

一是可能出現(xiàn)的缺陷類型和特點(diǎn)，從這些缺陷本身選擇適宜檢驗(yàn)它們的透照布置。

不同的加工工藝產(chǎn)生的缺陷不同，不同的缺陷可以具有不同的形狀、尺寸、延伸方向和

出現(xiàn)在不同的位置。因此，在確定透照布置時(shí)必須考慮所要檢驗(yàn)缺陷的類型和特點(diǎn)。例

如，應(yīng)考慮何種透照布置可以使可能存在的缺陷更靠近膠片，通過減少缺陷與膠片的距

離，減小幾何不清晰度，從而提高缺陷影像的可識別性。

76

二是應(yīng)考慮驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)對缺陷的要求，所選取的透照布置應(yīng)有利于保證達(dá)到驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)的要

求?；蛘哒f，應(yīng)從缺陷檢驗(yàn)靈敏度方面考慮。射線照相檢驗(yàn)技術(shù)在不同的透照厚度下，所

能檢驗(yàn)出的缺陷最小尺寸不同，對于具體工件，在確定透照布置時(shí)必須考慮這一點(diǎn)。典

型的情況是，一般情況下都是單壁透照布置將明顯地比雙壁透照布置具有更好的缺陷檢

瞼能力。從缺陷檢驗(yàn)角度考慮，所選定的透照布置應(yīng)是透照厚度最小的透照布置。

三是工件和設(shè)備的具體情況和特點(diǎn)。由于這方面具體情況的限制，或者考慮到工作效率

的因素等，會從這方面的考慮選定透照布置。這樣一來會出現(xiàn)，同一工件在不同單位采

用了不同的透照布置，判定其是否適當(dāng)?shù)淖罱K依據(jù)，應(yīng)是檢驗(yàn)結(jié)果是否符合驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)的

要求。不能達(dá)到驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)要求的檢驗(yàn)結(jié)果，將不能保證質(zhì)量。

3.5.3有效透照區(qū)

有效透照區(qū)，即一次透照的有效透照范圍（因此，也可稱為“一次透照區(qū)”），是指

透照區(qū)內(nèi)在射線照片上形成的影像滿足下面要求的區(qū)域：

1）黑度處丁規(guī)定的黑度范圍；

2）射線照相靈敏度符合規(guī)定的要求。

確定有效透照區(qū)是正確進(jìn)行透照布置的基礎(chǔ)，

它是透照布置的一個(gè)重要問題。簡單地說，有效透射線照片上只有符合這兩項(xiàng)要求的

照區(qū)主要是控制一次透照中透照厚度變化的范圍，區(qū)域「才能對工件的質(zhì)量作出評定。

這個(gè)變化的范圍必須限制在一定的限度之內(nèi)。

透照厚度是指透照時(shí)射線穿過工件的路徑長

度。顯然，在透照區(qū)內(nèi)不同的位置其透照厚度不同，

圖3-9清楚地說明了這一點(diǎn)。在一次透照范圍內(nèi)，

如果不同點(diǎn)的透照厚度相差過大，將造成射線照

片上不同點(diǎn)的黑度相差過大，這必然導(dǎo)致不同點(diǎn)

影像質(zhì)量明顯不同，使得難以確定射線照片的射

線照相靈敏度。因此必須控制一次透照范圍，也就

是有效選照區(qū)。

不同國家、不同標(biāo)準(zhǔn)對確定有效透照區(qū)的規(guī)定存.

種。

1.規(guī)定透照厚度比

透照厚度比定義為，有效透照范圍內(nèi)最大透照厚度與最小透照厚度之比。按苗3-9所示,

透照厚度比K可以表示為

K=T,/T(3-16)

式中T中心射線束的透照厚度;

T'邊緣射線束的透照厚度。

這種規(guī)定方式就是限定透照厚度比。從20世紀(jì)60年代開始國際標(biāo)準(zhǔn)實(shí)際上就采用這種方式，我國的一

些標(biāo)準(zhǔn)也相繼采用了這種方式。表3-4是一種關(guān)于透照厚度比的規(guī)定。

表3-4焊縫常用的透照厚度比規(guī)定

焊縫類型A級技術(shù)B級技術(shù)焊縫類型A級技術(shù)B級技術(shù)

環(huán)縫KW1.1KW1.06縱縫KW1.03KW1.01

2.規(guī)定射線源與工件源側(cè)表面距離和有效透照區(qū)大小的關(guān)系

這種規(guī)定直接規(guī)定射線源與工件源側(cè)表面距離和有效透照區(qū)大小的比，通過此比值

的方式規(guī)定有效透照區(qū)。常用的規(guī)定為：

A級技術(shù)：f22L

B級技術(shù)：f23L

在射線照相檢驗(yàn)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)中，A級技術(shù)是一般靈敏度技術(shù)，B級技術(shù)是高靈敏度技術(shù)，此外存在比B

級靈敏度更高的技術(shù)。

對于平板形工件，規(guī)定透照厚度比和規(guī)定射線源與工件源側(cè)表面距離和有效透照區(qū)大小的比，實(shí)際上

是基本相同的規(guī)定，表3-5給出了兩種規(guī)定的照射角比較.清楚地說明了這一點(diǎn)。顯然，在實(shí)際工作

中，采用射線源與工件源側(cè)表面距離和有效透照區(qū)大小的比確定有效透照區(qū)，是一種簡單的方法。

表3-5平板工件兩種規(guī)定的照射角比較

A級技術(shù)B級技術(shù)

透照區(qū)規(guī)定KW1.03f/L^2KW1.0I

照射角6(°)W13.86W14.03<8.07<9.46

3.規(guī)定同一張射線照片的黑度

這種規(guī)定是一種間接的規(guī)定方式。它規(guī)定，同一張射線照片的黑度必須處于規(guī)定的

黑度范圍之內(nèi)，超出的區(qū)域，除非另外證明這些區(qū)域的射線照相靈敏度達(dá)到了規(guī)定的要

求，否則不能作為質(zhì)量評定區(qū)。例如，美國的一些標(biāo)準(zhǔn)常如下規(guī)定：

最大黑度應(yīng)不高于：D0+0.30D0

最小黑度應(yīng)不低于：D0(0.l5D0

其中。0是像質(zhì)計(jì)所在處的黑度。

78

3.6基本透照參數(shù)

射線照相檢驗(yàn)的基本透照參數(shù)是射線能量、焦距、曝光量。它們對射線照片的質(zhì)量具有

重要影響，簡單地說，采用較低能量的射線、較大的焦距、較大的曝光量可以得到更好

質(zhì)量的射線照片。

3.6.1射線能量

射線能量，對于X射線是以X射線管所施加的高壓，即管電壓表示，一般稱它為透

照電壓。對于（射線是（射線源輻射的主要（射線的能量或這些主要能量的等效能量。

射線能量是重要的基本透照參數(shù)，它對射線照片的影像質(zhì)量和射線照相靈敏度都具

有重要影響。主要是隨著射線能量的提高，線衰減系數(shù)將減小，膠片固有不清晰度將增

大，此外還將影響散射比。推薦的選取射線能量的原則是，在保證射線具有一定穿透能

力條件下選用較低的能量。

按照射線的衰減規(guī)律，不同能量的射線具有不同的穿透物體的能力，即入射射線強(qiáng)度相同、但能量不

同的射線，在穿透同樣厚度物體后透射射線強(qiáng)度不同。透射射線強(qiáng)度高的穿透能力強(qiáng)，能量高的射線

具有較強(qiáng)的穿透能力。在透照厚度較大的物體時(shí),應(yīng)采用能量較高的射線，否則很難在適當(dāng)?shù)臅r(shí)間內(nèi)

得到足夠的曝光量。如果透照厚度較小的物體，采用較高能量的射線，盡管可以在更短的時(shí)間內(nèi)得到

足夠的曝光量，但將因線衰減系數(shù)的降低、不清晰度的增大等，而使影像質(zhì)量降低。所以，選取的射

線能量應(yīng)與透照物體的材料和厚度相適應(yīng)。

在實(shí)際的射線照相檢驗(yàn)工作中，確定射線能量時(shí)，對低能X射線必須遵守的一項(xiàng)具體規(guī)定是，透照電

壓不能高于允許的最高透照電壓。圖3-10是一些標(biāo)準(zhǔn)中對部分材料關(guān)于最高允許透照電壓與透照厚

度關(guān)系的規(guī)定，表3-6是高能X射線和部分（射線源適用的透照厚度，它們可作為確定射線能量的參

考。一般說.（射線照相檢驗(yàn)的靈敏度低于X射線照相檢驗(yàn)的靈敏度，因此，在可能的情況下，應(yīng)優(yōu)

先選用X射線照相檢驗(yàn)技術(shù)。但在一些特殊情況時(shí)，例如球罐焊縫射線照相檢驗(yàn)，（射線全景曝光，在

工作效率方面，顯然具有特別的優(yōu)越性。這時(shí)，只可能選用（射線照相檢驗(yàn)技術(shù)。

表3-6對鋼、桐、鍥基合金?射線源和能量1MeV以上X射線設(shè)備的透照厚度范圍

透照厚度/mm

射線源

A級技術(shù)B級技術(shù)

75Se10WTW4014WTW40

1921r20W10020WTW90

6℃o40<7W20()60W15()

X射線，1?4MeV30W7W20050WTW180

X射線，4?12MeV7250TN8()

X射線，＞12MeV7,280loo

()1)

5

4OO

OO

3OO

OO

200

50

40

30

20

/1

耳

音

之

三

10

2345678910203()405()100

厚度/mm

圖3T0最高透照電壓與透照厚度的關(guān)系

在具體確定射線能量時(shí)常還需要考慮其他一些情況，如一次透照厚度的變化范圍、要求

的檢驗(yàn)技術(shù)級別等，即使在只考慮射線照相靈敏度時(shí)，也要與選用的焦距同時(shí)考慮。例

如，當(dāng)一次透照厚度的變化范圍較大時(shí)，可能選用偏高一些的射線能量，當(dāng)采用靈敏度

高的技術(shù)時(shí)，由于選用細(xì)顆粒的膠片，也會選用偏高一些的射線能量等。

3.6.2焦距

焦距是射線源與膠片之間的距離，通常以F記號表示。焦距是射線照相另一個(gè)基本

透照參數(shù)，確定焦距時(shí)必須考慮的是：

1）所選取的焦距必須滿足射線照相對幾何不清嘶度的規(guī)定；

2）所選取的焦距應(yīng)給出射線強(qiáng)度比較均勻的適當(dāng)大小的透照區(qū)。

前者限定了焦距的最小值，后者指導(dǎo)如何確定實(shí)際使用的焦距值.

在實(shí)際的射線照相檢驗(yàn)中所使用的射線源，總是具有一定的尺寸，因而必然要產(chǎn)生一定

的幾何不清晰度。在討論影像質(zhì)量時(shí)曾給出幾何不清啦度的計(jì)算公式

從此式可以得到計(jì)算焦距最小值的公式

(3-17)

80

式中Fmin----焦距最小值；

d—射線源焦點(diǎn)尺寸；

T——物體的透照厚度；

4—幾何不清晰度。

焦距直接關(guān)系到射線照相的幾何不清晰度，并影響其他透照參數(shù)的確定，對射線照

相得到的影像質(zhì)量，也就是對射線照相靈敏度具有重要影響。從此式可以看到，在確定

焦距時(shí)應(yīng)同時(shí)考慮物體的透照厚度、射線源的焦點(diǎn)尺寸、限定的幾何不清晰度。

近年來我國和國外的許多標(biāo)準(zhǔn)，對鋼鐵材料焊縫射線照相關(guān)于焦距選取，都直接規(guī)

定焦距最小值與射線源焦點(diǎn)尺寸和透照厚度之間關(guān)系，主要的規(guī)定如下：

A級技術(shù)27.5產(chǎn)/3

B級技術(shù)J74215T273

其中d為射線源的有效焦點(diǎn)尺寸。這些規(guī)定可以轉(zhuǎn)化為對幾何不清晰度的規(guī)定

A級技術(shù)

g7.5

B級技術(shù)U.,—T,/3

815

—500

可見，這些規(guī)定還是限定幾何不清晰度,1400

但是它對幾何不清晰度的具體限定是隨著透|-300

照厚度連續(xù)改變的，而不是一固定值，也不10‘200

-5000r

是按照透照厚度分段規(guī)定，這是明顯的改進(jìn)。9-—M2000

E-

E8-3000—

在實(shí)際的射線照相檢驗(yàn)工作中，確定焦/-三100

P7-2000—一000

距最小值常采用諾模圖u諾模圖是一種計(jì)算6-三80

-KF-

/5-

用的列線圖，確定焦距最小值的三線諾模圖u1000—-500C

郅4-?5—-C

左-S-E

是把計(jì)算焦距最小值的一?些關(guān)系，利用梯形3--300二60L

-J500—,1EU

上底與下底之和等于2倍中線的幾何關(guān)系,-裝~-200§50g'

40隱

-8300-<

畫出的三線計(jì)算圖。用這個(gè)圖可以直接查出-30留

2-20土

.200—-100

給出條件下的焦距最小值。圖3-11是上面A.180至

.6陽

.母

100—750

級和B級技術(shù)的諾模圖，從此圖確定焦距最.5浜

-4

小值的方法如下：1