X射線曝光曲線的制作及應(yīng)用

楊德宏

（山東電力建設(shè)第一工程公司 山東 濟(jì)南 250000）

0 引言

射線探傷是無損檢測主要常規(guī)檢驗(yàn)方法之一，在電力建設(shè)焊接施工檢驗(yàn)中占有重要地位。而對于射線檢驗(yàn)中應(yīng)用最多的X射線檢驗(yàn)來說，曝光曲線的應(yīng)用對于檢驗(yàn)人員正確選擇曝光參數(shù)、有效控制透照底片質(zhì)量有著重要的理論和實(shí)踐意義。

當(dāng)前，在電力建設(shè)焊接施工檢驗(yàn)中，檢驗(yàn)人員實(shí)際透照選擇曝光參數(shù)時(shí)，一般對受檢部件進(jìn)行二至三次試拍片以后，才能找出較為合適的曝光數(shù)據(jù)，這種方法既浪費(fèi)材料、又降低工效，同時(shí)又容易延誤探傷時(shí)機(jī)。而有了曝光曲線以后，對于不同厚度工件的探傷，檢驗(yàn)人員可以方便的從曲線中查得所需參數(shù)，然后根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際情況稍加修正，就可直接應(yīng)用于現(xiàn)場操作，方便而又快捷。當(dāng)前，造成檢驗(yàn)人員不能應(yīng)用曝光曲線指導(dǎo)現(xiàn)場施工操作的主要原因，是因?yàn)閄射線曝光曲線制作過程較為復(fù)雜，大多數(shù)檢驗(yàn)人員沒有制作曲線的實(shí)踐經(jīng)歷，對它的實(shí)際應(yīng)用也需要有一個(gè)掌握和熟練的過程，所以本文著重介紹曝光曲線的制作方法及其應(yīng)用。

1 X射線曝光曲線的制作

1.1 定義

X射線曝光曲線是利用作圖法來表示的X射線的穿透厚度、管電壓、曝光量以及膠片之間關(guān)系的曲線。

1.2 X射線曝光曲線的基本形式

對同一臺X射線機(jī)來說，如果保持透照方式、暗室處理?xiàng)l件、膠片類型、增感方式以及觀片條件等因素不變，只以工件厚度、管電壓和曝光量為可變參數(shù)，則不同焦距、不同底片黑度時(shí)的曝光曲線的基本形狀是一樣的。

對X射線來說，當(dāng)前常用的曝光曲線主要形式如圖1（a）所示。

它是在固定透照焦距和底片黑度的前提下，以橫坐標(biāo)表示穿透厚度、以縱坐標(biāo)表示管電壓，以曝光量為參數(shù)所得出的一組直線線簇。另外，在繪制此種曲線時(shí)，還必須繪制如圖1（b）所示的一組預(yù)備曲線，此種曲線曝光量取固定值，以穿透厚度為橫坐標(biāo)，以底片黑度為縱坐標(biāo)，以管電壓作曝光參數(shù)；此種曲線在實(shí)際探傷中應(yīng)用也相當(dāng)廣泛。

圖1 曝光曲線的基本形狀

1.3 制作原理

射線穿過物質(zhì)時(shí)，強(qiáng)度的衰減主要取決于物質(zhì)的種類及厚度。對于同一種材料來說，射線穿過材料到達(dá)膠片上的照射量主要取決于材料的厚度：試件厚度越大，則到達(dá)底片上的照射量越小，底片黑度越??；反之，如試件厚度越小，則底片黑度越大（見圖2），所以制作曝光曲線時(shí)，要想得到透照厚度、管電壓、曝光量三者之間相對關(guān)系的曲線，必須具備材質(zhì)相同、厚度不同的一組試件，我們通常采用的是一種厚度成等差數(shù)列排列的鋼制階梯試塊，厚度范圍為2-20mm，為得到較大的透照厚度范圍，一般還要配備一塊厚度為20mm的輔助試塊。

圖2 利用階梯試塊制作X射線曝光曲線原理示意圖

1.4 制作方法

1）準(zhǔn)備

（1）透照準(zhǔn)備

在進(jìn)行射線透照前，必須做好以下準(zhǔn)備工作：

①X光機(jī)狀態(tài)完好并已經(jīng)過訓(xùn)機(jī)。

②已裝入暗盒袋的一定數(shù)量的膠片，在裝片過程中要注意使所有暗袋中鉛箔增感屏的前后屏厚度（一般前屏厚度為0.03mm，后屏厚度為0.1mm）分別保持一致。

表1 用于記錄底片黑度數(shù)值的表格形式

③一至二塊背防護(hù)鉛皮；用于區(qū)別階梯試塊不同厚度部位的鉛數(shù)字號碼；用于區(qū)別不同透照參數(shù)下的底片標(biāo)記。

④暗室處理?xiàng)l件完好并達(dá)到可使用狀態(tài)；同時(shí)記錄好洗片前的顯、定影液配方、溫度、時(shí)間等主要暗室處理參數(shù)。

（2）底片黑度測定及繪制曲線前的準(zhǔn)備

透照完的底片經(jīng)過暗室處理后，在測量黑度和繪制曲線前須做好以下準(zhǔn)備：

①經(jīng)過校驗(yàn)的標(biāo)準(zhǔn)密度計(jì)。

②用于記錄測定數(shù)據(jù)的表格。其記錄表格一般采用表1形式。

2）透照

選定的透照條件為：X光機(jī)機(jī)頭向下，水平放置，固定焦距不變；

透照工藝：膠片后襯防護(hù)鉛板；階梯試塊垂直于X射線機(jī)軸線方向放置，對準(zhǔn)器中心與階梯試塊、膠片中心重合；試塊上放置透照參數(shù)標(biāo)記和不同透照厚度部位區(qū)別標(biāo)記。采用一系列不同的透照電壓、每種電壓對應(yīng)于不同的曝光量對階梯試塊進(jìn)行透照。

3）暗室處理

按照顯影—停顯—定影—水洗—干燥順序處理已透照好的膠片，暗室環(huán)境溫度一般控制在20℃，顯影時(shí)間4-6min，定影時(shí)間10-15min。

4）測定底片黑度

將暗室處理好的底片逐張測定不同透照厚度部位的黑度值，并填寫在如表1形式的表格內(nèi)。

5）電腦繪制曲線

利用Microsoft Office Excel2003制作表格，在工作表中將管電壓數(shù)值逐行遞增輸入，將透照工件厚度數(shù)值逐列遞增輸入，然后對應(yīng)于二者將測得的底片黑度值逐一輸入，構(gòu)成制作曲線的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)域。

打開“插入”菜單下“插入圖表”對話框（或直接點(diǎn)擊“插入圖表”快捷圖標(biāo)），根據(jù)對話框提示逐步選擇以下各項(xiàng)：

（1）選擇圖表形式為折線圖；

（2）選擇構(gòu)成圖表的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)域?yàn)樯鲜鲚斎敫黜?xiàng)。

（3）分步輸入“圖表標(biāo)題”、“分類軸”、“數(shù)據(jù)軸”各項(xiàng)。

完成上述操作后生成曝光曲線的基本形式，然后可根據(jù)頁面效果和實(shí)際打印輸出需要來調(diào)整圖表框架大小，最后通過雙擊圖表內(nèi)不同區(qū)域，利用彈出的對話框來設(shè)置基底及背景墻格式、數(shù)據(jù)格式及繪圖區(qū)格式，最終生成的曝光曲線及其輔助圖的形式如圖3、圖4。

2 應(yīng)用

由上述制作曲線的過程我們可以看出，對同一臺X射線機(jī)來說，影響曲線形狀的因素包括膠片類型、增感方式和增感屏尺寸、底片黑度、暗室處理?xiàng)l件、焦距大小、觀片條件等等，在實(shí)際應(yīng)用中，只有上述各項(xiàng)與制作曲線時(shí)的標(biāo)準(zhǔn)條件完全一致時(shí)，才可以直接從曲線中查得所需透照參數(shù)，才能控制底片透照質(zhì)量為最好。焦距和底片黑度是透照過程中的常變因素，很難與制作曲線時(shí)的標(biāo)準(zhǔn)條件保持一致，所以此處著重介紹這兩個(gè)因素改變時(shí)，怎樣對從曲線中查得的透照數(shù)據(jù)進(jìn)行更改和修正。

2.1 焦距變化

X射線曝光曲線是在某一選定的焦距下制作的，但現(xiàn)場實(shí)際透照時(shí)，受工件結(jié)構(gòu)、X光機(jī)幾何尺寸等因素的影響，實(shí)際使用的焦距會與制作曲線所采用的焦距多有不同，這就需要對從曝光曲線上查得的曝光參數(shù)進(jìn)行修正。修正的依據(jù)就是射線曝光量計(jì)算方法中應(yīng)用最廣泛的平方反比定律。用公式表示就是：

其中：F0：制作曲線時(shí)的焦距；

F1：現(xiàn)場實(shí)際透照焦距；

E0：焦距為F0時(shí)得到一定黑度底片所需要的曝光量；

E1：焦距為F1時(shí)得到同等黑度底片所需要的曝光量；

由上式直接推出的實(shí)際需要的曝光量為：

2.2 黑度變化時(shí)的修正

表2 底片黑度與管電壓、曝光量及透照厚度三者之間的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)

圖3 曝光曲線輔助圖

圖4 用電腦繪制的丹東X2505 X光機(jī)曝光曲線圖

因?yàn)橹谱髌毓馇€所采用的輔助曲線是以黑度值為變量，所以如果射線照片采用的黑度不同于曝光曲線給定的黑度，我們可以根據(jù)透照厚度值和給定黑度值從輔助曲線中來查得管電壓和曝光量的數(shù)值。

根據(jù)曝光曲線正確選擇曝光參數(shù)的關(guān)鍵，是要解決底片有效評定區(qū)內(nèi)黑度的變化與透照厚度、管電壓、曝光量三者之間的關(guān)系。從曝光曲線中來選擇曝光參數(shù)，采用的是“一點(diǎn)法”，即根據(jù)有效透照范圍內(nèi)的最大或最小厚度（或二者的中間值）來選擇曝光量，如果有效透照范圍內(nèi)厚度的變化值較大，就需要根據(jù)上述三者與底片黑度之間的關(guān)系來進(jìn)行數(shù)學(xué)推算，來確定根據(jù)此“點(diǎn)”選擇的透照參數(shù)是否能保證有效評定區(qū)內(nèi)黑度的上、下限值均落在標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的范圍內(nèi)。根據(jù)多次試驗(yàn)和推算，得出底片黑度與三者之間有如下近似關(guān)系。

3 結(jié)論

熟練掌握應(yīng)用階梯試塊來制作曝光曲線的方法和過程，能夠豐富射線檢驗(yàn)人員的專業(yè)理論知識、提高現(xiàn)場實(shí)踐操作熟練程度、加強(qiáng)專業(yè)人員對標(biāo)準(zhǔn)的理解和把握。

熟練掌握曝光曲線的應(yīng)用方法，對于正確選擇曝光參數(shù)、合理控制底片質(zhì)量、提高工效、節(jié)約材料有著十分重要的現(xiàn)實(shí)意義。

［1］中國特種設(shè)備檢驗(yàn)協(xié)會編寫組.射線檢測[M].中國勞動(dòng)社會保障出版社.

［2］中華人民共和國行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)：JB/T4730.2-2005《承壓設(shè)備無損檢測》射線檢測[S].

［3］中華人民共和國電力行業(yè)標(biāo)準(zhǔn):DL/T 820-2002鋼制承壓管道對接焊接接頭射線檢驗(yàn)技術(shù)規(guī)程[S].