射线照相质量的影响因素

射线照相质量的影响因素

3.1射线照相灵敏度

3.1.1 射线照相灵敏度

评价射线照相最重要的指标是射线照相灵敏度。所谓射线照相灵敏度，从定

量方面来说，是指在射线底片上可以观察到的最小缺陷尺寸或最小细节尺寸，从

定性方面来说，是指发现和识别细小影象的难易程度。

灵敏度有绝对与相对之分，在射线照相底片上所能发现的沿射线穿透方向上

的最小缺陷尺寸称为绝对灵敏度。此最小缺陷尺寸与射线透照厚度百分比称为相

对灵敏度。 象质计作为底片影像质量的监测工具，由此得到的灵敏度称为象质计灵敏

度。需要注意的是，底片显示的象质计最小金属丝直径(或孔径、槽深)，并不等于工件中所能发现的最小缺陷尺寸。即象质计灵敏度并不等于自然缺陷灵敏度。

但象质计灵敏度越高，则表示底片影象的质量水平越高，因而也能间接地定性反

映出射线照相对最小自然缺陷检出能力。

对裂纹类方向性很强的平面状缺陷来说,即使透照底片影像质量很高，黑度、

灵敏度、不清晰度均能符合标准要求，有时也有难于检出甚至检不出的情况。这

是由于射线透照方向与此类缺陷的平面有一定夹角而造成厚度差减小，以至对比

度降低的缘故。要提高对此类缺陷的检出灵敏度，必须很好考虑透照方向及其它

有助于提高缺陷显示清晰度和对比度的措施（如选用适当的胶片、增感屏、透照

方式、几何布置、曝光条件及暗室处理等）。

JB4730标准中规定采用金属丝透度计相对灵敏度 %100TdSAmin (3.1)

式中：S—相对灵敏度百分数

dmin—底片上可识别的最小线径

TΔ—透照厚度

JB4730标准中规定的射线照相灵敏度，是用底片上可以识别的最细金属丝直径或线编号表示影象质量。在给定工件厚度时，底片可识别的金属丝直径越小，

象质指数越大，表示达到的象质水平越高，此时可识别最细金属丝直径dmin或其

对应的最大象质计指数Zmax就称为象质计的绝对灵敏度。

3.1.2 射线照相灵敏度的影响因素

射线照相灵敏度是射线底片对比度（小缺陷或细节与其周围背景的黑度

差），不清晰度（影象轮廓边缘黑度过渡区的宽度），颗粒度（影象黑度的不均匀

程度）三大要素的综合结果。

射线照相灵敏度的影响因素可归纳为表3-1。

表3-1 影响射线照相灵敏度的因素 射线照相对比度ΔD ΔD=0.434μ.γ.ΔT/(1+n) 射线照相不清晰度U U=(Ug2+Ui2)1/2 射线照相 颗粒度Gr 主因对比度 ΔI/I=μ.ΔT/(1+n) 胶片对比度 γ=ΔD/ΔlgE 几何不清晰度 Ug=df.L2/L1 固有不清晰度 Ui 取决于: a. 由缺陷成的透 照厚度差ΔT(缺陷高度、形状透照方向) b.射线的线质μ(或λ，KVp,MeV） c.散射比 n=(Is/Ip) 取决于： a. 胶片类型 b.显影条件（配方、时间、活度、温度、搅动） c.底片黑度D（γ∝D） 取决于： a.焦点尺寸df b.焦点至工件表面距离L1 c.工件表面至 胶片距离L2 取决于： a. 射线的线质μ(或λ，KVp,MeV） b. 增感屏种类 c. 屏-片贴紧程度 d. 胶片银胶比 取决于： a.胶片类型 b.射线的线质μ（或λ，KVp,MeV） c.显影条件（配方、时间、温度）

3.2 射线底片对比度

3.2.1 射线底片对比度

把底片某一小区域和相邻区域的黑度差称为底片对比度，又叫作底片反差。

显然，底片对比度越大，影象越容易被观察到和识别清楚。因此，为检出较

小的缺陷，获得较高的灵敏度，就必须设法提高底片对比度。但在提高对比度的

同时，也会产生一些不利后果，例如试件能被检出的厚度范围（厚度宽容度）减

小，底片上的有效评定区域缩小，曝光时间延长，检测速度下降，检测成本增大

等。 3.2.2 射线底片对比度公式

射线强度差异是底片产生对比度的根本原因，所以把ΔI/I称为主因对比度。

（如图4-3所示） n1III (4.2)

式中ΔI-因试件中存在厚度为ΔT的缺陷而引起的一次透射射线强度之差

（ΔI=Ip′-Ip）I-无缺陷处的射线总强度，包括一次透射射线和散射线（I=Ip+Is）；

μ-试件材料的线衰减系数；ΔT-缺陷在射线透照方向上的尺寸；n-散射比，散

射线强度与一次透射强度之比（n=Is/Ip）。

需要说明的是，公式的导出是从以下三个假设为基本前提：

1.试件中缺陷厚度相对于试件厚度来说很小（ΔT<

且缺陷中充满空气，其衰减系数忽略不计。

2.缺陷的存在不影响到达胶片的散射量（Is=Is′）

3.缺陷的存在不影响散射比（n=n′）

在大多数情况下，以上假设引起的误差极小，

Ip Ip′

因此公式是可以成立的。 图4-3 主因对比度

ΔD=0.434γ.μ.ΔT/(1+n) (4.3) 此即射线照相对比度公式

3.2.3射线照相对比度的影响因素

射线底片对比度ΔD是主因对比度ΔI/I和胶片对比度γ共同作用的结果，

主因对比度是构成底片对比度的根本原因，而胶片对比度可以看作是主因对比度

的放大系数（通常这个系数为3～6）。

1.影响主因对比度的因素

影响因素有：厚度差ΔT，衰减系数，散射比n。

ΔT与缺陷尺寸有关，某些情况下还与透照方向有关。对于试件中具体存在

的缺陷，它的几何尺寸是一定的，但在不同方向上形成的厚度差可能不同,对于

具有方向性的面积型缺陷,如裂纹﹑未熔合等, 透照方向与ΔT的关系特别明

显，为提高照相对比度，就必须考虑选择适当的透照方向或控制一定的透照角度，ΔT T I0 I0 以求得到较大的ΔT。例如，为检出坡口未熔合,往往选择沿坡口透照方向,为保

证裂纹的检出率,就必须控制射线束与工件表面法线的角度不得过大。

衰减系数μ与试件材质和射线能量有关。在试件材质给定的情况下，透照的

射线能量越低，线质越软，μ值越大，在保证射线穿透力的前提下，选择能量较

低的射线进行照相，是增大对比度的常用方法。

减小散射比n可以提高对比度，因此透照时就必须采取有效措施控制和屏蔽

散射线。

2.影响胶片对比度的因素

影响因素有：胶片种类、底片黑度、显影条件。

不同类型的胶片具有不同的衬度。通常,非增感胶片的衬度比增感胶片的衬

度大。非增感型胶片中不同种类的胶片有时衬度也不一样，要想提高对比度，可

以选择衬度较大的胶片。

胶片衬度随黑度的增加而增大，为保证对比度，常对底片的最小黑度提出限

制，为增大对比度，射线照相底片往往取较大的黑度值。

显影条件的变化可以显著改变胶片特性曲线的形状，显影时间、温度以及显

影活度都会景响胶片的衬度。

3.3 射线底片清晰度

射线底片清晰度是指底片上影像轮廓的明晰程度，通常用其反义术语“不清

晰度”（符号U）表示。

在实际工业射线照相中，造成底片影象不清晰有多种原因，如果排除试件或

射源移动、屏一胶片接触不良等偶然因素，不考虑使用盐类增感屏荧光散射引起

的屏不清晰度，那么构成射线照相不清晰度主要是两方面因素，即：由于射源有

一定尺寸而引起的几何不清晰度Ug以及由于电子在胶片乳剂中散射而引起的固

有有清晰度Ui。

底片上总的不清晰度U是Ug和Ui的综合结果，U和Ug、Ui三者之间的关系有

多种表达式，目前比较广泛采用的关系表达式为

U=（Ug2+ Ui2）1/2 （4.4）

两者不是简单算术相加，而是由两者中较大值决定。

3.3.1 几何不清晰度Ug

由于x射线管焦点或γ射线源都有一定尺寸，所以

透照工件时，工件表面轮廓或工件中的缺陷在底片上的

影象的边缘会产生一定宽度的半影，这个半影的宽度就是几何不清晰度Ug,

Ug=df.b/(F-b) (4.5)

式中：df-焦点尺寸；F-焦点至胶片距离；

b-缺陷至胶片距离。

通常技术标准中所规定的射线照相必须满足的几何不清晰度。是指工件中可

能产生的最大几何不清晰度Ugmax,相当于射线源侧面缺陷或射线源侧放置的象质

计金属丝所产生的几何不清晰度。

Ugmax= df.L2/(F-L2)= df.L2/L1 (4.6)

式中：L1-焦点至工件表面的距离；L2-工件至胶片的距离。

由上式可知，几何不清晰度与焦点尺寸和工件厚度成正比，而与焦点至工件

表面的距离成反比。在焦点尺寸和工件厚度给定的情况下，为获得较小的Ug值，

透照时就需要取较大的焦距F，但由于射线强度与距离平方成反比，如果要保证

底片黑度不变，在增大焦距的同时就必须延长曝光时间或提高管电压，所以对此

要综合权衡考虑。

使用X射线照相时，由于透照场中不同位置上的焦点尺寸不同，阴极一侧的

焦点尺寸较大，因此相应位置上的几何不清晰度也较大。实际上，由于照相场内

光学焦点从阴极到阳极一侧都是变化的。因此，即使是纵焊缝（平板）照相，底

片上各点的Ug值也是不同的,而环焊缝(曲面)照相,由于距离、厚度的变化，故

底片上的各点的Ug值的变化更大，更复杂。

3.3.2 固有不清晰度

在理想的、不存在几何不清晰度和散射线影响和情况下，物体或缺陷影象轮

廓由射线能量、胶片和增感屏粒度等因素引起的模糊程度，称“固有不清晰度”，

用“Ui”表示。

固有不清晰度大小就是散射电子在胶片乳剂层中作用的平均距离。 假定不存在几何不清晰度Ug也不存在散射线Is，则底片上的影像边缘附近

出现的两个黑度（a）和(b)之间的过渡区域，就是固有不清晰度Ui。

固有不清晰度主要取决于射线的能量， Ui 随射线能量的提高而连续递增，

在低能区，Ui 增大速率较慢，但在高能区，Ui增大较快。

在中低能量射线照相中，使用铅增感屏的底片比不使用铅增感屏的底片的固

有不清晰度有所增大；随着铅增感屏厚度的变化，固有不清晰度也将有所改变；

在γ射线和高能x射线照相中，使用铜、钽、钨制作的增感屏可以得到比铅屏更

小的固不清晰度；在使用增感屏时，如果屏与胶片贴合得不紧，留有间隙，将使

固有不清晰度明显增大。