鈦標(biāo)準(zhǔn)材料射線透照等效系數(shù)的測試方法

鈦標(biāo)準(zhǔn)材料射線透照等效系數(shù)的測試方法

0等效系數(shù)的確定輻射源等系數(shù)是隨著透射電壓等參數(shù)的變化而變化的一系列數(shù)值。不同透照電壓下的等效系數(shù)不同。當(dāng)透照電壓相差數(shù)十千伏以上,不同透照電壓等級下的等效系數(shù)相差較大,且不存在比例關(guān)系。射線透照等效系數(shù)具有確定非標(biāo)準(zhǔn)材料曝光條件以及實(shí)施像質(zhì)計(jì)代用等作用,特別對指導(dǎo)外場作業(yè)具有重要的意義。但長久以來,等效系數(shù)的理論與應(yīng)用研究開展的并不深入。其中原因與等效系數(shù)測試方法的不完善有較大關(guān)系。射線透照等效系數(shù)φ是指在一定管電壓下,達(dá)到相同射線吸收效果(或者說是獲得相同底片黑度)的標(biāo)準(zhǔn)材料的厚度TJB4730—94中給出了以鋼為標(biāo)準(zhǔn)材料的部分材料等效系數(shù),如表1所示。表1的意義在于:將系數(shù)乘以待檢材料的厚度,即得到相當(dāng)于多少厚度鋼的吸收效果表1射線能量(透照電壓)均在100kV及以上,而廣泛應(yīng)用的鈦、鋁、鎂、鈹及其合金材料以及絕大部分的非金屬和復(fù)合材料,密度均較鋼低,吸收系數(shù)要比鋼小得多1底片影像的產(chǎn)生同時透照法是將不同材料試樣置于同一張射線底片之上,用相同透照參數(shù),在相同沖洗條件下獲得射線影像的方法。由于材料的密度差異,同等厚度不同材料試樣的影像黑度不同。1.1等效系數(shù)的確定實(shí)驗(yàn)選用鈦、鋁、鋼及酚醛樹脂階梯試塊,其中鈦、鋁、鋼為市購10臺階標(biāo)準(zhǔn)階梯試塊,階梯厚度增量1mm,酚醛樹脂為7臺階非標(biāo)設(shè)計(jì)階梯試塊,最薄厚度40mm,階梯厚度增量5mm。將鈦和其他待測材料標(biāo)準(zhǔn)階梯試塊(圖1)和酚醛樹脂階梯試塊,放置于一張射線膠片之上,選擇適當(dāng)焦距,用透照電壓50kV,曝光量15mA·min進(jìn)行射線照相,獲得鈦及其他材料階梯試塊影像見圖2。圖2可見,在50kV透照電壓下,2mm以下的鋁、鈦以及50mm以下的酚醛樹脂區(qū)域,底片影像黑度大,其階梯影像消失在背景中,表明相同厚度下,材料密度不同,影像黑度不同,其中材料密度小的底片黑度大。等效系數(shù)的確定應(yīng)在同一黑度條件下進(jìn)行。本文選取1.5黑度,即其他材料等效厚度應(yīng)和標(biāo)準(zhǔn)材料鈦在某厚度所對應(yīng)的底片黑度一致,且均為黑度1.5。具體地,選取透照電壓50kV,曝光量15mA·min,對鈦和其他材質(zhì)階梯試塊同時進(jìn)行射線照相,獲得鈦階梯試塊3mm處黑度為1.5的射線影像,此時,其他材料階梯試塊底片黑度1.5處所對應(yīng)的階梯厚度就是3mm鈦的等效厚度。測量圖2中底片黑度1.5時不同材質(zhì)的對應(yīng)厚度,結(jié)果見表2。表2,鋁4mm處和鈦3mm處黑度同為1.5,按等效系數(shù)定義公式,鋁相對鈦的等效系數(shù)為0.75。酚醛樹脂和鋼由于沒有黑度1.5的對應(yīng)厚度,因此其等效系數(shù)無法通過表2結(jié)果直接建立,為獲得酚醛樹脂和鋼具有1.5黑度的對應(yīng)厚度,此時可采用同時透照法的兩個延伸方法。1.2階梯試塊的制作實(shí)驗(yàn)采用的鋼標(biāo)準(zhǔn)階梯試塊厚度區(qū)間在1~10mm,其最薄1mm處的影像黑度為1.0,若希望獲得1.5黑度的影像,根據(jù)射線照相理論,勢必要選用更小的鋼厚度。同理,對于密度較小的酚醛樹脂,要選用更大的厚度。但這只是定性地確定了材質(zhì)厚度的選擇方向,實(shí)際量化則需擴(kuò)展階梯試塊的范圍。具體到上述材料,鋼材質(zhì)階梯試塊,應(yīng)制作厚度區(qū)間0.5~1.0mm、階梯等厚度0.1mm的5臺階階梯試塊,進(jìn)行透照;對于酚醛樹脂,可制備厚度區(qū)間55~65mm、階梯等厚度1mm的10臺階階梯試塊。這樣的階梯擴(kuò)展結(jié)果有著經(jīng)驗(yàn)的因素,但如果制作范圍更廣,階梯等厚度更小的階梯試塊,同時透照法是一種有效的方法。雖然階梯擴(kuò)展的方法直觀有效,但存在費(fèi)工、耗時的問題,特別對射線檢測人員不熟悉的材質(zhì)階梯試塊的制備將是一件復(fù)雜的工作。因此在現(xiàn)有階梯試塊基礎(chǔ)上,完成同時透照法等效系數(shù)的確定,等效厚度的校正方法具有一定的優(yōu)勢。1.3厚度對黑度變化的影響影響底片黑度的因素較多,如材料密度、透照厚度、透照參數(shù)、膠片、顯影溫度等。用同一參數(shù)同時照相,可保持材料密度,透照參數(shù),膠片,顯影溫度的恒定關(guān)系。此時底片的黑度僅與透照厚度相關(guān),且保持指數(shù)相關(guān)酚醛樹脂影像的黑度變化,同樣是隨著厚度的增加而減小,且黑度變化僅與其厚度指數(shù)關(guān)聯(lián),并且在厚度變化不大的情況下,趨勢基本一致。其黑度與厚度變化對應(yīng)見表3。由表3看出,隨著厚度增加,黑度相應(yīng)減小。對其進(jìn)行指數(shù)擬合,擬合曲線、擬合公式見圖3。從圖3可知,相關(guān)系數(shù)R式中,y為黑度,x為厚度。根據(jù)式(1),當(dāng)黑度選定為1.5時,求取對應(yīng)厚度,公式兩邊取自然對數(shù):即透照3mm鈦,相當(dāng)于透照61.42mm的酚醛樹脂,按照等效系數(shù)計(jì)算公式:酚醛樹脂相對于鈦的等效系數(shù)約為0.049。值得注意的是,等效厚度校正時,其黑度及對應(yīng)厚度值應(yīng)在選定黑度的附近區(qū)域選取,若離散過大,指數(shù)規(guī)律不相同。用此方法也可獲得50kV,15mA·min時鋼相對于鈦的等效系數(shù)。2曝光曲線的制作對于需經(jīng)常進(jìn)行射線透照檢測的材質(zhì),比如鋁、鋼(鐵)、鈦,檢測人員通常會在實(shí)際應(yīng)用之前制作曝光曲線,用以指導(dǎo)某種材質(zhì)在不同厚度時的透照參數(shù)選取?？紤]曝光因子和厚度寬容因素,并協(xié)調(diào)透照電壓,曝光曲線黑度,將不同材質(zhì)曝光曲線整合,可建立以曝光曲線為基礎(chǔ)的等效系數(shù)圖像法。2.1透照20mm厚度鈦曝光曲線是指在一定焦距下,以透照電壓為參數(shù)的曝光量對數(shù)與厚度的關(guān)系曲線,在適當(dāng)區(qū)間,這種關(guān)系曲線呈直線顯示從圖(4)可知,若要透照20mm厚度鈦,大約可選用120kV,1.2(15mA·min),或100kV,1.4(30mA·min)兩個透照參數(shù)。對于透照密度更低的酚醛樹脂,需制作專用的酚醛樹脂曝光曲線(圖5)。2.2等效系數(shù)的確定分析圖4、圖5,雖然其材料不同,但黑度條件一致,均為1.5,且橫坐標(biāo)與縱坐標(biāo)性質(zhì)以及單位相同,因此,兩圖所示曝光曲線可在同圖中繪制。選取50kV時,鈦和酚醛樹脂曝光曲線見圖6。在圖6中,當(dāng)選取曝光量15mA·min即縱坐標(biāo)刻度1.18時,兩條曝光曲線橫坐標(biāo)對應(yīng)厚度分別為鈦3mm、酚醛樹脂為61mm。在圖6中同樣可任意選取其他曝光量,如此在兩條曝光曲線上能獲得無數(shù)個對應(yīng)等效厚度。但等效系數(shù)不會因?yàn)榈刃Ш穸鹊淖兓l(fā)生改變。這是因?yàn)?盡管在選取透照電壓的同時,也要選取曝光量,但事實(shí)上等效系數(shù)不隨曝光量變化而變化。由曝光曲線公式可以證明這一關(guān)系。透照電壓50kV時,鈦曝光曲線中,有直線:酚醛樹脂曝光曲線中,有直線:兩式中截距b需要說明的是,完整的曝光曲線并非一條真正的直線,只有透照厚度達(dá)到一定數(shù)值時,才呈直線顯示,因此關(guān)于直線截距分析是一種近似的方法。另外,雖然曝光量的選取理論上不影響等效系數(shù)的計(jì)算,但等效系數(shù)需要在某一黑度下獲得,而黑度又和曝光量密切相關(guān)。因此過大或過小的曝光量,都不能獲得準(zhǔn)確的黑度測量值。因此選用較為恰當(dāng)?shù)钠毓饬恳餐瑯又匾?等效系數(shù)圖像法相對于建立不同透照電壓的射線透照等效系數(shù)數(shù)值體系,等效系數(shù)獲得方法的建立更有意義。本文給出了獲得等效系數(shù)的兩種方法。等效系數(shù)同時透照法是一種比較直觀的方法。同時透照后,底片影像黑度一致處即存在等效厚度。如果影像