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射線探傷靈敏度與底片黑度之關系

[2020-05-24]

摘要:理論和試驗表明,提高底焊接縫區域的黑度,可以提高射線探傷靈敏度(Sensitivity)。一射線探傷是鍋爐制造中質量檢驗的重要方法之一,正因為其重要,則要求射線探傷自身的工作質量要精益求精,要求具有高靈敏度以防止漏檢。所謂射線探傷靈敏度,是指在射線底片上所能夠發現的焊縫內部最小缺陷的能力,它是衡量射線探傷自身工作質量的重要指標,射線探傷的技術水平和所用的器材性能水平較集中地反映在這項指標上。粗糙(cū cāo)度測量儀 探傷靈敏度又與底片黑度、對比度(反差)、清晰度(Clarity)等因素有一定內在聯系。為了集中地討論其中的某一問題,本文僅就是靈敏度與底片黑度之間的相互關系作較深入的探討。二用于無損探傷的射線通常是由高速運動的電子撞擊物質的原子所產生的波長為10-6-10-10厘米的電磁輻射,它具有穿透金屬和其它物質的能力,同時能使膠片感光。當射線穿透工作時,由于基本金屬(如鍋爐筒體的母材和焊縫)和內部缺陷(如焊縫內部的氣孔、夾渣、未熔合、未焊透、裂紋等)的密度(單位:g/cm3或kg/m3)不同,它們對射線的吸收亦有所不同,使貼在焊縫背面的光膠片的感光量也有所不同,經暗室顯影處理(chǔ lǐ)后根據底片上黑化程度的差異,判斷是否有 ;傷 ;這就是射線照相探傷方法的基本原理。底片黑化程度稱為黑度。黑度是指射至底片上的光通量與透過的光通量的常用對數的比值D。D=lg(I0/I)----
  (1)
底片的對比度(反差)是指底片上相鄰兩有個區域黑度的差異。△D=D2-D1----
  (2)
對比度愈大,則缺陷與焊接縫金屬之間的輪廓界線愈分明,就愈容易判 ;傷 ;因此,探傷靈敏度愈高。三射線穿透物質后,由于被物質所吸收(產生光電效應和散射效應)而消耗能量,射線強度將顯著減弱。實驗(experiment)證明(zhèng míng),射線減弱具有自然衰減的規律。通過厚度為dt微小薄層物質時,射線強度衰減當量(符號:δ)di正比于射線強度I和穿透層的厚度(如圖1) 即:di &GOOGLE PRop;-Idt 
或 di= -μdt 
…(3)式中μ為比例常數,與射線的波長及物質有關系,稱為該物質的衰減系數,其單位為厘米-1,負號 ;- ;表示強度(strength)的變化是由強變弱,即衰減的意思。由(3)式積分得:∫(dI/I) = -∫μdt 
ln I = -μt + C當=0時,I=I,故c=tnI。代入上式得:lnI + lnI0 = ln(I/I0)= -μt因此 I/I0 = e–μt ----
  (4) 或 I=I0e-μt----(4-1)式中:e自然對數的底,e=2.718…;t為穿過物質的厚度;I0為入射射線的強度(strength),I為透過T厚物質后的射線強度,由(4-1)式可看出:射線通過物質時,將按照指數函數的規律(rhythmical)迅速衰減。 
四射線探傷工藝證明:底片黑度程度(黑度)主要與射線透照曝光(exposure)量有關,射線強度I與爆光時間T的乘積為常數,表示為曝光量E。一般來說,曝光量大,底片黑度大,但是,底與黑度與曝光量之間關系不是簡單的遞增關系,僅是在某一定范圍(fàn wéi)內才依值線關系遞增(如圖2所示)。圖2中橫座標為曝光量E的常用對數值,縱坐標為底片上黑度D,這樣繪制的一條曲線通常稱為膠片特性曲線。現將曲線中直線部分延長并與橫軸相關成夾角θ取夾角θ的正切值r,稱之為膠片反差系數:r=tgθ=(D2-D1)/(lgE2-lgE1)---
  (5)若有一束入射強度(strength)為I的射線取某工件進行探傷,假設工件內部有一缺陷,其厚度為,經射線透照拍片后,透過基本金屬部的射線強度為I,其底片部位的黑度為D1,透過有缺陷部位的射線強度為I,其底片部位的黑度為D2,因為基本金屬與缺陷的密度不同,一般是D2>D1,則I2<I1。因為基本金屬部位和有缺陷部位是以同樣的時間T進行探傷的,代入(5)式,則有:r= △D/(lgI2T-lgI1T)= △D/( lgI2-lgI1)----(5-1)根據(4-1)式, 分別代圖3中符號,則有:
I1=I0e-μt 
I2=I0e-μ(t-) 
上二式兩端分別取常用對數,然后相減得: 
圖2 
膠片特性曲線
lgI2-lgI1= lg|(I0e-μ(t-))|-lg|(I0e-μt)|=μlge=0.43μ(lge=0.43)代入(5-1)式得 △D=0.43μr----
  (6)或 D2-D1= 0.43μr 
或者 D2=D1+ 0.43μr---(6-1)在進行射線探傷時,工件材料的μ值、工件內部缺陷厚度和膠片的反差系數的r均是固定的,故(0.43μr)是常數。從(6-1)式看出,適當提高射線能和量曝光(exposure)量,底片上基本金屬部位黑度D1會提高,底片上有缺陷部位黑度D2亦隨之提高;兩者在底片上黑度差異(反差)也相應增加(△D=0.43μr),這樣,底片上缺陷部位的影象與基本金屬部位的影象之間輪廓界線更加清晰可辨,更細小的缺陷也能檢測(檢查并測試)出來了,探傷靈敏度也會隨之提高。結論:在進行射線照相法探傷時,適當提高射線能和量曝光量會提無損檢測高基本金屬部位的黑度和有缺陷部位黑度,能夠提高探傷靈敏度,相反黑度降低,靈敏度也會有所下降(descend)。 
圖3 工件無損探傷示意圖
經驗證(Experimental)明:正常人的肉眼可分辨出的最小黑度差值為0.02,即Dmin=0.02,再小就無法分辨了,代入(6)式變換得:min = 0.02/0.43μr = 0.046/μr ----
  (7)
它表明:當工件材料的衰減系數μ值一定時,膠片反差系數r愈大,能夠發現的缺陷尺寸就愈小,探傷靈敏度愈高,這就是探傷人員喜歡使用高反差的膠片的理由。五如前所述,提高底片黑度對提高探傷靈敏度有利,但是,隨著黑度的提高,對底片觀察的高度要求愈高,假設底黑度D=4,根據黑度的定義:D=lg(J0/J)=4 
則 J0/J = 104=10000 或 J0 = 10000 J這就是說,如果要能觀察到底片靈敏度下的某一細小缺陷,則要求入射光通量至少是透過光通量的1萬倍,顯然要獲得這樣強大的光源是有困難(difficult)的,而且這樣強的光對人眼刺激太大,使評片人員沒有辦法工作,再說要獲得這樣高的黑度的底片,射線探傷的曝光參數要大大提高,是很不經濟(jīng jì)的。由此可見,底片的黑度規定應有一個適合的范圍(fàn wéi)。GB3323-82標準規定黑度范圍內1.2-3.0,在實際探傷中,無損檢測(檢查并測試)應推薦一個中間范圍的黑度值,以保證所拍底片均在正常黑度范圍之內。實踐還證明(zhèng míng),可以發現最小缺陷的黑度范圍又往往是在推薦黑度范圍內較窄的一部分,這就是所謂最佳黑度范圍,探傷人員的工作應將底片黑度控制在最佳黑度范圍之內,以求獲得最佳探傷底片質量,這三者之間關系可由圖4表示。我廠鍋爐焊縫射照相探傷工藝規定,底片正常黑度按照GB3323-82標準規定在1.2-3.0之間,低于下限或超過上限為廢片,需重新拍片,推薦黑度規定在1.5-2.8之間,這是同常探傷工作所要求達到的范圍,最佳黑度則控制在1.8-2.5之間,這是經過多次試驗求得的黑度范圍,可獲得最佳靈敏效果,當然這并不是僅僅通過提高底片黑度來取得的,還有其他方面的努力,它們與本文題意無關,這里就不贅述。

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