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射线检测中双胶片技术理论
1、 绪论
在ASME标准中,在黑度范围的规定内容上“对于多片曝光法叠合观察时,叠合底片中的每一张底片的黑度最小为1.3,无论叠合观察,还是单片观察,黑大黑度为4.0“。可见,ASME中提出的双片观察底片黑度的规定,在实际检测中肯定是常用的。可是,我们一般的常规检测工作,基本很少用双胶片技术,因此,ASME标准使用方应重视双胶片技术在实际检测中的具体应用。对于双胶片技术,单张底片的黑度最小为1.3,那么叠合观察两张底片的最小黑度为2.6,比单片技术中的黑度最小为1.8要提高了很多。但是对于每一张底片单独来讲,黑度却是降低了很多,这样在实际检测中,使用较少的曝光时间或曝光量就可以满足标准要求的黑度限制,可以提高检测效率。下面就具体分析一下双胶片技术理论。
2、 理论基础
综合各种材料,双胶片技术目前有两方面技术应用。1、同速双胶片技术;2、异速双胶片技术。在RCC-M规范中明确规定,对于厚度大于30mm,电压在100~400之间的都应采用双胶片技术,可见双胶片技术在核电领域经常应用。
一、透照厚度差变化较大时,
当工件的透照厚度差较大时,比如不等厚焊接接头。选择两个感光速度不同的胶片,一同曝光,根据工件上较厚的部位使其记录在感光速度较快的工件上;较薄的部位记录在感光速度较慢的工件上,这样得到的底片重叠观察时,对比度才能适当。
如图,阶梯工件中,A图可以很好地记录工件阶梯较厚部位的影像,图B可以在相同曝光时间,以大概1/3较厚胶片所选择速度记录较薄部位的影像。但是,电压不能太高,电压太高会降低底片的主因对比度,如图C。
因此在实际检测时,比如不等厚的对接接头进行射线检测,如果按照较厚部位进行选择,那么较薄部位就会过渡曝光,按照较薄部位进行选择,较厚部位无法穿透。即使所选择的胶片感光速度不同,如果厚度相差过大,较薄部位也会过渡曝光。因此,我认为应按照二者厚度之和的一半进行选择曝光参数。
二、 另一种方式,可以选择两种速度相同的胶片放在同一个暗盒中进行曝光,选择合适的曝光参数。工件上较厚的部位影像可以通过将底片重叠在一起进行观察,较薄部位可以单独观察,也可以重叠观察。但是,我个人认为,最好进行单片观察,也就是较薄部位单片的黑度在2.5——3.0左右,这样,较厚部位的黑度重叠在一起观察时不至于过大,满足底片整个黑度变化均匀。这样,曝光参数的选择就应该按照较薄部位进行选择。
三、双胶片可以缩短曝光时间或提高射线的穿透力
实际上,同速双胶片检测缩短了穿透较厚部位所需的曝光时间。也就是(二)中所说的选择能量或曝光量是参照较薄部位进行选择的。因此,相对来说,缩短了曝光时间。因为只要单张底片的黑度大于1.3(相对于1.8)就可以满足要求。管电压不变时,一定范围内,底片的黑度随曝光时间的增加而增加。对于说提高了射线束的穿透力,我认为是双片叠加观察的原因,同上,黑度要求降低,也就说选择射线能量是参照较薄部位进行选择的,但是较厚部位因为双片观察的原因也满足标准要求的黑度限制,因此说成提高了射线的穿透力,就是用较低能量的射线完成了较厚部位的射线检测应满足的黑度要求。
3、 理论分析
1、 双胶片技术为什么可以缩短曝光时间?
上述(三)说过,因为所选择的曝光参数是参照较薄工件选择的,因此相对来说缩短了曝光时间,但是还有另外一个原因,就是胶片对射线的吸收效果将扩大一倍。根据公式:
Rc=1-Rt=1-e-uT=ut
其中,Rc-胶片对射线的吸收率,
Rt-胶片对射线的透射率,
u-溴化银的线性衰减系数,
T-双面药膜厚度,
如果使用双胶片技术,公式中的T将变为2T,那么胶片对射线的吸收将翻倍。我们都知道,射线底片上影像的形成是因为射线穿过后所发生的化学变化。一般来讲,穿过底片的射线只有1%被胶片吸收,其余99%都透射掉,为了增加底片的吸收,因此加增感屏进行一起使用,这正是增感屏作用之一,增加底片对射线的吸收。因此,双胶片技术的应用,将提高底片对射线的吸收,缩短了曝光时间。理论上,可以缩短一半的时间。
通过以上分析,我们可以发现采用双胶片技术(同速)时,选择的管电压可以按照较薄部位进行选择,这样所选择的电压相对较低,也就是降低了管电压。同样双胶片技术又可以缩短曝光时间,提高工作效率。管电压的降低,可以提高底片的主因对比度,是起好的作用。但是,缩短了曝光时间,虽然提高了工作效率,减少了工作人员的辐射剂量,是否对最终底片的灵敏度产生影响那?
在4730中,视乎更强调射线检测要满足一定的曝光量,那么双胶片技术所导致的缩短曝光时间,减少了曝光量,对最终底片的对比度可能会降低。但是,双胶片技术所选用的电压较低,这样就增加了底片的主因对比度。这样,两个方面的相互作用,可能对最终底片的影响很小了。
同样,从底片的“粒度“方面来分析。X射线的底片上的影像是通过银晶粒形成的。单独的晶粒很小,只能通过显微镜看出来。然而,这些小的晶粒聚集到一起变成了较大的区域,肉眼就可以看见。这种面积区域在视觉上的影像变化成为“粒度”(我不知道这个‘粒度’与我们教材中的颗粒度是否一回事)。一般感光速度慢的底片具有的粒度较低。所有胶片的粒度随着所穿过的射线能量的增加而增加。在较高电压下,所产生影像的粒度较低。粒度越大,我们人眼可识别性就越高,这样缺陷检出率也就高。
通过以上分析,虽然透照时间缩短了,减少了穿透底片射线的数量(强度),降低了底片的粒度,但是所选择的电压低,同样增加了底片的粒度,这个互相作用可能对最终的底片的灵敏度基本不会有太大影响。具体实验可以参照文献(2)
4、 结论
双胶片技术的确在透照厚度差变化较大的工件上有独特的优势,且可以提高工作效率。但是增加了检测成本,所以,一般不刻意去使用该技术。双胶片技术有几点优势:
(1) 曝光量要减少很多,减少了曝光时间,有利于充分利用X射线机的穿透能力。
(2) 由于双片观察,对各种伪缺陷的明确区分,减少了复照次数。
(3) 整体来讲,ASME中该规定单片透照时最低黑度为1.8,双胶片最低黑度为2.6(1.3+1.3=2.6),黑度的提高对清晰度和对比度都有一定的好处。
因此,在检测公司核级管道时,技术规格书要求进行双胶片技术,可能就是以上的各种原因。因为核级管道的厚度较大,双壁单影透照时,透照的厚度差很大,这就可能是美国公司所要求的双胶片技术的目的所在。
以上只是个人的浅薄理解,望各位前辈指正。
参考文献:
1、 梁金昆在论坛上所撰写的日记《双胶片技术的应用》。
2、 双胶片射线照相技术试验研究,无损检测,VOL21,NO12. http://wenku.baidu.com/view/8fb5f133eefdc8d376ee3293.html
3、 美国无损检测手册,
梁金昆: 首先,祝贺您敢于总结,敢于写文章!其次,对文章提两点浅见,供您参考:
1.胶片银盐粒度和射线照相颗粒度不同,后者指底片上微观黑度的波浪起伏,详见强总主编教 ...