曝光曲线计算法及曝光量估算

　　曝光量是射线探伤最重要的物理量之一,在现场探伤中常根据经验或用曝光曲线确定。经验确定时对探伤人员素质要求高,误差也较大。制作时固定一些探伤条件,用具体的一台射线探伤仪对阶梯试块进行透照,首先固定曝光量,即固定管电流(mA)×透照时间(min或s),管电压由低到高(每次提高10~15kV),得到一组曝光胶片;然后改变曝光量且管电压同样由低到高得到另几组曝光胶片;暗室处理后绘成曝光曲线。该方法工作量较大,当使用不同的仪器或仪器的工作状态变化时,需要重新制作曝光曲线。射线探伤从本质上看,是一定能量(取决于管电压)和一定数量(取决于曝光量)的射线透过工件衰减后(取决于衰减系数)作用到胶片上,得到黑度合格的底片。因此,可探讨用衰减方程为切入点计算曝光曲线和估算曝光量的可能性。

　　1　射线探伤及射线的衰减特性

　　为方便研究,以X射线探伤钢铁工件为例。X射线探伤原理如图1所示,射线源在一定管电压和管电流下产生一定强度的入射射线,透过工件成为衰减射线,作用在胶片上,胶片经过显影、定影等暗室处理,形成一定黑度的底片。如果工件内有缺陷,由于该处工件厚度变化,射线在工件中的行程发生突变,衰减程度亦突变,缺陷在胶片投影处的射线强度与其附近有差别,底片黑度也会不同,从而将缺陷显示出来[1]。

　　黑度是影响探伤灵敏度最重要的因素,当胶片和暗室处理条件不变时,影响底片黑度的仅仅取决于作用在胶片上的射线强度和数量。为讨论方便,图1中入射射线的曝光量称为工件曝光量J0,而衰减后的射线称之为胶片曝光量J。若X射线强度一致且平行经过厚度为t,衰减系数为μ的工件后,有如下衰减方程

　　由式(1)可见,胶片曝光量取决于工件曝光量J₀、工件厚度t和衰减系数μ,而底片的黑度由胶片曝光量决定。

　　根据Duane-Hunt法则探讨射线能量与管电压V的关系,X射线管发出的射线最高量子能量E_max与管电压V的关系为

　　式中　h———普朗克常数

　　h=6.62×10^-34J·s

　　c———电磁波波速

　　c=3×10⁸m/s

　　λmin———电磁波的波长,m

　　由式(2)可见,管电压与最高射线量子能量具有数量关系的一致性。对于钢铁材料而言,μ与管电压的关系如图2所示,X射线探伤仪管电压越高,发出的射线越“硬”,衰减系数越小;管电压越低,发出的射线越“软”,衰减系数越大;但当管电压从低到高变化时,衰减系数的变化越来越小。