3.8　檢測方法

目前工業(yè)上主要有照相法、電離檢測法，熒光屏直接觀察法、電視觀察法等方法。

3.8.1　照相法

照相法是將感光材料（膠片）置于被檢測試件后面，來接收透過試件的不同強度的射線。因為膠片乳劑的攝影作用與感受到的射線強度有直接的關(guān)系，經(jīng)過暗室處理后就會得到透照影像，根據(jù)影像的形狀和黑度情況來評定材料中有無缺陷及缺陷的形狀、大小和位置。

照相法靈敏度高，直觀可靠，重復(fù)性好，是最常用的方法之一。

3.8.2　電離檢測法

當(dāng)射線透過氣體時，與氣體分子撞擊，有的氣體分子失去電子而電離，生成正離子，有的氣體分子得到電子而生成負(fù)離子，此即氣體的電離效應(yīng)。氣體的電離效應(yīng)將產(chǎn)生電離電流，電離電流的大小與射線的強度有關(guān)。如果讓透過試件的X射線再通過電離室進(jìn)行射線強度的測量，便可以根據(jù)電離室內(nèi)電離電流的大小來判斷試件的完整性。

這種方法自動化程度高，成本低，但對缺陷性質(zhì)的判別較困難。只適用于形狀簡單、表面平整的工件，一般應(yīng)用較少，但可制成專用設(shè)備。

3.8.3　熒光屏直接觀察法

將透過試件的射線投射到涂有熒光物質(zhì)（如ZnS/CaS）的熒光屏上時，在熒光屏上會激發(fā)出不同程度的熒光來。熒光屏直接觀察法是利用熒光屏上的可見影像直接辨認(rèn)缺陷的檢測方法。它具有成本低、效率高、可連續(xù)檢測等優(yōu)點，適應(yīng)于形狀簡單、要求不嚴(yán)格的產(chǎn)品的檢測。

3.8.4　電視觀察法

電視觀察法是熒光屏直接觀察法的發(fā)展，就是將熒光屏上的可見影像通過光電倍增管增強圖像，再通過電視設(shè)備顯示。這種方法自動化程度高，可觀察靜態(tài)或動態(tài)情況，但檢測靈敏度比照相法低，對形狀復(fù)雜的零件檢查較困難。

3.8.5　線陣列探測器

它由許多小型X射線靈敏元件組成，數(shù)量達(dá)512～1024個，甚至更多。當(dāng)工件運動或線性二極管陣自身掃查時，各元件會測得X射線潛影強度的變化，經(jīng)光導(dǎo)耦合與信號處理，從而形成缺陷的二維圖像。然而，如果想獲得較高分辨率，則會花費很長的測量時間。目前，這種方法還僅適用于加速電壓在150kV以下產(chǎn)生的射線。

3.8.6　X射線照相檢測技術(shù)

3.8.6.1　照相法的靈敏度

靈敏度是指發(fā)現(xiàn)缺陷的能力，也是檢測質(zhì)量的標(biāo)志。通常用兩種方式表示：一是絕對靈敏度，是指在射線膠片上能發(fā)現(xiàn)被檢測試件中與射線平行方向的最小缺陷尺寸；二是相對靈敏度，是指在射線膠片上能發(fā)現(xiàn)被檢測試件中與射線平行方向的最小缺陷尺寸占試件厚度的百分?jǐn)?shù)。若以d表示被檢測試件的材料厚度，x表示缺陷尺寸，則其相對靈敏度為式（3-9）所示。

　　（3-9）

3.8.6.2　透度計

透度計又稱像質(zhì)指示器。在透視照相中，要評定缺陷的實際尺寸是困難的，因此，要用透度計來做參考比較。同時，還可以用透度計來鑒定照片的質(zhì)量和作為改進(jìn)透照工藝的依據(jù)。透度計要用與被透照工件材質(zhì)吸收系數(shù)相同或相近的材料制成。常用的透度計主要有兩種。

（1）槽式透度計

槽式透度計的基本設(shè)計是在平板上加工出一系列的矩形槽，其規(guī)格尺寸如圖3-14所示。對不同厚度的工件照相，可分別采用不同型號的透度計。其靈敏度k如式（3-10）所示。

　　（3-10）

式中，k為靈敏度；h為最大缺陷深度；d為透照工件部位的總厚度。

（2）金屬絲透度計

金屬絲透度計是以一套（7～11根）不同直徑（0.1～4.0 mm）的金屬絲均勻排列，粘合于兩層塑料或薄橡皮中間而構(gòu)成的。為區(qū)別透度計型號，在金屬絲兩端擺上與號數(shù)對應(yīng)的鉛字或鉛點。金屬絲一般分為兩類，透照鋼材時用鋼絲透度計，透照鋁合金或鎂合金時用鋁絲透度計。圖3-15為金屬絲透度計的結(jié)構(gòu)示意圖（圖中JB表示“機(jī)械工業(yè)部標(biāo)準(zhǔn)”）。

使用金屬絲透度計時，應(yīng)將其置于被透照工件的表面，并應(yīng)使金屬絲直徑小的一側(cè)遠(yuǎn)離射線束中心，這樣可保證整個被透照區(qū)的靈敏度

　　（3-11）

式中，φ為觀察到的最小金屬絲直徑；d為被透照工件部位的總厚度。

3.8.6.3　增感屏及增感方式的選擇

由于X射線和γ射線波長短、硬度大，對膠片的感光效應(yīng)差，一般透過膠片的射線，大約只有1%左右能激發(fā)膠片中的銀鹽微粒感光。為了增加膠片的感光速度，利用某些增感物質(zhì)在射線作用下能激發(fā)出熒光或產(chǎn)生次級射線，從而加強對膠片的感光作用。在射線透視照相中，所用的增感物質(zhì)稱為增感屏，其增感系數(shù)K用式（3-12）表示

　　（3-12）

增感屏分為三種，分別為熒光增感屏、金屬增感屏、金屬熒光增感屏。

（1）熒光增感屏

熒光增感屏是利用熒光物質(zhì)被射線激發(fā)產(chǎn)生熒光實現(xiàn)增感作用的，其結(jié)構(gòu)如圖3-16所示。它是將熒光物質(zhì)均勻地涂布在質(zhì)地均勻而光滑的支撐物（硬紙或塑料薄板等）上，再覆蓋一層薄薄的透明保護(hù)層組合而成的。

（2）金屬增感屏

金屬增感屏在受射線照射時產(chǎn)生β射線和二次標(biāo)識X射線對膠片起感光作用。其增感較小，一般只有2～7倍。金屬屏的增感特性通常是，原子序數(shù)增加，增感系數(shù)上升，輻射波長愈短，增感作用越顯著。但是原子序數(shù)越大，激發(fā)能量也要相應(yīng)提高，如果射線能量不能使金屬屏的原子電離或激發(fā)，則不起增感作用，相反還會吸收一部分軟射線。如鉛增感屏，當(dāng)管電壓低于80 kV時，則基本上無增感作用。在生產(chǎn)實踐中，多采用鉛、錫等原子序數(shù)較高的材料作金屬增感屏，因為鉛的壓延性好，吸收散射線的能力強。

（3）金屬熒光增感屏

金屬熒光增感屏是在鉛箔上涂一層熒光物質(zhì)組合而成的，其結(jié)構(gòu)如圖3-17所示。它具有熒光增感的高增感系數(shù)，又有吸收散射線的作用。

（4）增感方式的選擇

增感方式的選擇通常考慮三方面的因素：產(chǎn)品設(shè)計對檢測的要求、射線能量和膠片類型。

3.8.7　曝光參數(shù)的選擇

3.8.7.1　射線的硬度

射線硬度是指射線的穿透力，由射線的波長決定。波長越短硬度越大，則穿透力就越強，對某一物質(zhì)即具有較小的吸收系數(shù)。X射線波長的長短由管電壓所決定，管電壓愈高，波長愈短。射線硬度對透照膠片影像的質(zhì)量有很大關(guān)系。因此，選擇射線的硬度尤為重要。例如：當(dāng)一束強度為I₀的射線，通過被透照厚度為d的物體后，其強度將衰減為I_d；通過一厚度為x的缺陷后，其強度為I_x。I_x/I_d稱為對比度或主因襯度

（3-13）

式中，μ為材料的衰減系數(shù)。

在工業(yè)射線透照中，總是希望膠片上的影像襯度盡可能高，以保證檢測質(zhì)量。因此，射線硬度盡可能選軟些。但是，如果希望在材料的厚薄相鄰部分一次曝光，則要選用較硬的射線。

為了提高某些低原子序數(shù)、低密度和薄壁材料的檢測靈敏度，應(yīng)采用軟射線，即低能X射線照相法。通常將60～150kV定為中等硬度X射線，60kV以下定為軟X射線。

3.8.7.2　射線的曝光量

射線的曝光量通常以射線強度I和時間t的乘積表示，即E=It，E的單位為mCi·h（毫居里·小時）。對X射線來說，當(dāng)管壓一定時，其強度與管電流成正比。因此X射線的曝光量通常用管電流i和時間t的乘積來表示。

　　（3-14）

X射線中E的單位為mA·min（毫安·分）或mA·s（毫安·秒）。

一般在選用管電流和曝光時間時，在射線設(shè)備允許范圍內(nèi)，管電流總是取得大些，以縮短曝光時間并減少散射線的影響。

此外，X射線從窗口呈直線錐體輻射，在空間各點的分布強度與該點到焦點的距離的平方成反比

　　（3-15）

式中，各參數(shù)意義如圖3-18所示。

3.8.7.3　射線照相對比度

射線照片上影像的質(zhì)量由對比度、不清晰度、顆粒度決定。影像的對比度是指射線照片上兩個相鄰區(qū)域的黑度差。如果兩個區(qū)域的黑度分別為D₁、D₂，則它們的對比度為：ΔD=D₁-D₂。影像的對比度決定了在射線透照方向上可識別的細(xì)節(jié)，影像的不清晰度決定了在垂直于射線透照方向上可識別的細(xì)節(jié)尺寸，影像的顆粒度決定了影像可記錄的細(xì)節(jié)最小尺寸。

3.8.7.4　焦距的選擇

焦距是指從放射源（焦點）至膠片的距離。焦距選擇與射線源的幾何尺寸和試件厚度有關(guān)。由于射線源有一定的幾何尺寸，從而產(chǎn)生幾何不清晰度U_g，如圖3-19所示。由相似三角形關(guān)系，可以求出

　　（3-16）

式中，?為射線源的幾何尺寸；F為焦點至膠片的距離；b為缺陷至膠片的距離。

為了減小幾何不清晰度，膠片都應(yīng)盡可能緊靠試件，焦距越大越好。但焦距增大，使曝光時間急劇增加或者提高X射線管電壓。為了保證底片的影像質(zhì)量和縮短曝光時間，在滿足幾何不清晰度要求下，焦距應(yīng)盡可能減小。

3.8.7.5　曝光曲線

影響透照靈敏度的因素很多，主要有X射線探傷機(jī)的性能，膠片質(zhì)量及其暗室處理條件，增感屏的選用，散射線的防護(hù)，被檢部件的材質(zhì)、形狀與幾何尺寸，缺陷的尺寸、方位、形狀和性質(zhì)，X射線探傷機(jī)的管電壓、管電流，檢測過程中曝光時間和焦距等參數(shù)的選擇等。

在上述諸因素中，通常只選擇工件厚度、管電壓、管電流和曝光量作為可變參量，其他條件則相應(yīng)相對固定。根據(jù)具體條件所作出的工件厚度、管電壓和曝光量之間的相互關(guān)系曲線，是正確制定射線檢測工藝的依據(jù)，這種關(guān)系曲線叫曝光曲線。

（1）不同管電壓下，材料厚度與曝光量的關(guān)系曲線

材料厚度d與曝光量x的關(guān)系。

　　（3-17）

式中，μ為吸收系數(shù)；通常為常數(shù)；C為常數(shù)。

由式（3-17）可知x與d呈線性關(guān)系。若以x為縱軸，d為橫軸，當(dāng)焦距一定時，則給定一個厚度d，對應(yīng)于某一管電壓可以求得一個x值。圖3-20為材料厚度、曝光量和管電壓的關(guān)系曲線，通過此表可確定曝光的工藝參數(shù)。

（2）不同焦距下，材料厚度與管電壓的關(guān)系

根據(jù)式（3-17），由于底片黑度要求一定，所以x為一常數(shù)，如果被透照的材料固定，則d增大時μ必須減小。根據(jù)式（3-1）和式（3-9）知，管電壓要相應(yīng)增大

　　（3-18）

式中，λ為射線的波長；U為管電壓。

若以材料厚度d為橫軸，管電壓U為縱軸，則在一定焦距下的厚度所對應(yīng)的管電壓可以連成一條曲線，如圖3-21所示。

（3）等效系數(shù)

兩塊不同厚度的不同材料在入射強度為I₀的射線源照射下，若得到相同的出射強度I_x，則稱二者為“等效”。它們的厚度之比稱為材料的“等效系數(shù)”。根據(jù)等效系數(shù)的定義，可以從一條常用材料的曝光曲線上查出另一種材料的等效厚度所對應(yīng)的管電壓。