X射线曝光曲线的制作及应用

2012-07-06杨德宏

科技视界 2012年22期

杨德宏

（山东电力建设第一工程公司山东济南 250000）

0 引言

射线探伤是无损检测主要常规检验方法之一，在电力建设焊接施工检验中占有重要地位。而对于射线检验中应用最多的X射线检验来说，曝光曲线的应用对于检验人员正确选择曝光参数、有效控制透照底片质量有着重要的理论和实践意义。

当前，在电力建设焊接施工检验中，检验人员实际透照选择曝光参数时，一般对受检部件进行二至三次试拍片以后，才能找出较为合适的曝光数据，这种方法既浪费材料、又降低工效，同时又容易延误探伤时机。而有了曝光曲线以后，对于不同厚度工件的探伤，检验人员可以方便的从曲线中查得所需参数，然后根据现场实际情况稍加修正，就可直接应用于现场操作，方便而又快捷。当前，造成检验人员不能应用曝光曲线指导现场施工操作的主要原因，是因为X射线曝光曲线制作过程较为复杂，大多数检验人员没有制作曲线的实践经历，对它的实际应用也需要有一个掌握和熟练的过程，所以本文着重介绍曝光曲线的制作方法及其应用。

1 X射线曝光曲线的制作

1.1 定义

X射线曝光曲线是利用作图法来表示的X射线的穿透厚度、管电压、曝光量以及胶片之间关系的曲线。

1.2 X射线曝光曲线的基本形式

对同一台X射线机来说，如果保持透照方式、暗室处理条件、胶片类型、增感方式以及观片条件等因素不变，只以工件厚度、管电压和曝光量为可变参数，则不同焦距、不同底片黑度时的曝光曲线的基本形状是一样的。

对X射线来说，当前常用的曝光曲线主要形式如图1（a）所示。

它是在固定透照焦距和底片黑度的前提下，以横坐标表示穿透厚度、以纵坐标表示管电压，以曝光量为参数所得出的一组直线线簇。另外，在绘制此种曲线时，还必须绘制如图1（b）所示的一组预备曲线，此种曲线曝光量取固定值，以穿透厚度为横坐标，以底片黑度为纵坐标，以管电压作曝光参数；此种曲线在实际探伤中应用也相当广泛。

图1 曝光曲线的基本形状

1.3 制作原理

射线穿过物质时，强度的衰减主要取决于物质的种类及厚度。对于同一种材料来说，射线穿过材料到达胶片上的照射量主要取决于材料的厚度：试件厚度越大，则到达底片上的照射量越小，底片黑度越小；反之，如试件厚度越小，则底片黑度越大（见图2），所以制作曝光曲线时，要想得到透照厚度、管电压、曝光量三者之间相对关系的曲线，必须具备材质相同、厚度不同的一组试件，我们通常采用的是一种厚度成等差数列排列的钢制阶梯试块，厚度范围为2-20mm，为得到较大的透照厚度范围，一般还要配备一块厚度为20mm的辅助试块。

图2 利用阶梯试块制作X射线曝光曲线原理示意图

1.4 制作方法

1）准备

（1）透照准备

在进行射线透照前，必须做好以下准备工作：

①X光机状态完好并已经过训机。

②已装入暗盒袋的一定数量的胶片，在装片过程中要注意使所有暗袋中铅箔增感屏的前后屏厚度（一般前屏厚度为0.03mm，后屏厚度为0.1mm）分别保持一致。

表1 用于记录底片黑度数值的表格形式

③一至二块背防护铅皮；用于区别阶梯试块不同厚度部位的铅数字号码；用于区别不同透照参数下的底片标记。

④暗室处理条件完好并达到可使用状态；同时记录好洗片前的显、定影液配方、温度、时间等主要暗室处理参数。

（2）底片黑度测定及绘制曲线前的准备

透照完的底片经过暗室处理后，在测量黑度和绘制曲线前须做好以下准备：

①经过校验的标准密度计。

②用于记录测定数据的表格。其记录表格一般采用表1形式。

2）透照

选定的透照条件为：X光机机头向下，水平放置，固定焦距不变；

透照工艺：胶片后衬防护铅板；阶梯试块垂直于X射线机轴线方向放置，对准器中心与阶梯试块、胶片中心重合；试块上放置透照参数标记和不同透照厚度部位区别标记。采用一系列不同的透照电压、每种电压对应于不同的曝光量对阶梯试块进行透照。

3）暗室处理

按照显影—停显—定影—水洗—干燥顺序处理已透照好的胶片，暗室环境温度一般控制在20℃，显影时间4-6min，定影时间10-15min。

4）测定底片黑度

将暗室处理好的底片逐张测定不同透照厚度部位的黑度值，并填写在如表1形式的表格内。

5）电脑绘制曲线

利用Microsoft Office Excel2003制作表格，在工作表中将管电压数值逐行递增输入，将透照工件厚度数值逐列递增输入，然后对应于二者将测得的底片黑度值逐一输入，构成制作曲线的基础数据域。

打开“插入”菜单下“插入图表”对话框（或直接点击“插入图表”快捷图标），根据对话框提示逐步选择以下各项：

（1）选择图表形式为折线图；

（2）选择构成图表的基础数据域为上述输入各项。

（3）分步输入“图表标题”、“分类轴”、“数据轴”各项。

完成上述操作后生成曝光曲线的基本形式，然后可根据页面效果和实际打印输出需要来调整图表框架大小，最后通过双击图表内不同区域，利用弹出的对话框来设置基底及背景墙格式、数据格式及绘图区格式，最终生成的曝光曲线及其辅助图的形式如图3、图4。

2 应用

由上述制作曲线的过程我们可以看出，对同一台X射线机来说，影响曲线形状的因素包括胶片类型、增感方式和增感屏尺寸、底片黑度、暗室处理条件、焦距大小、观片条件等等，在实际应用中，只有上述各项与制作曲线时的标准条件完全一致时，才可以直接从曲线中查得所需透照参数，才能控制底片透照质量为最好。焦距和底片黑度是透照过程中的常变因素，很难与制作曲线时的标准条件保持一致，所以此处着重介绍这两个因素改变时，怎样对从曲线中查得的透照数据进行更改和修正。

2.1 焦距变化

X射线曝光曲线是在某一选定的焦距下制作的，但现场实际透照时，受工件结构、X光机几何尺寸等因素的影响，实际使用的焦距会与制作曲线所采用的焦距多有不同，这就需要对从曝光曲线上查得的曝光参数进行修正。修正的依据就是射线曝光量计算方法中应用最广泛的平方反比定律。用公式表示就是：

其中：F0：制作曲线时的焦距；

F1：现场实际透照焦距；

E0：焦距为F0时得到一定黑度底片所需要的曝光量；

E1：焦距为F1时得到同等黑度底片所需要的曝光量；

由上式直接推出的实际需要的曝光量为：

2.2 黑度变化时的修正

表2 底片黑度与管电压、曝光量及透照厚度三者之间的经验数据

图3 曝光曲线辅助图

图4 用电脑绘制的丹东X2505 X光机曝光曲线图

因为制作曝光曲线所采用的辅助曲线是以黑度值为变量，所以如果射线照片采用的黑度不同于曝光曲线给定的黑度，我们可以根据透照厚度值和给定黑度值从辅助曲线中来查得管电压和曝光量的数值。

根据曝光曲线正确选择曝光参数的关键，是要解决底片有效评定区内黑度的变化与透照厚度、管电压、曝光量三者之间的关系。从曝光曲线中来选择曝光参数，采用的是“一点法”，即根据有效透照范围内的最大或最小厚度（或二者的中间值）来选择曝光量，如果有效透照范围内厚度的变化值较大，就需要根据上述三者与底片黑度之间的关系来进行数学推算，来确定根据此“点”选择的透照参数是否能保证有效评定区内黑度的上、下限值均落在标准规定的范围内。根据多次试验和推算，得出底片黑度与三者之间有如下近似关系。