控制射線底片黑度的研究

王金友

福建福清核電有限公司 福建福州 350318

射線穿透被檢試件后照射在膠片上。使膠片產生潛影，經過顯影、定影化學處理后，膠片上的潛影成為永久性的可見圖像，稱為射線底片（簡稱為底片）。底片上的影像是由許多微小的黑色金屬銀微粒所組成，影像各部位黑化程度大小與該部位被還原的銀量多少有關，被還原的銀量多的部位比銀量少的部位難于透光，底片黑化程度通常用黑度（或稱光學密度）D 表示[1]。

黑度D 定義為照射光強與穿過底片的透射光強之比的常用對數值，即：

D=lg Lo/L

式中：L。---照射光強；

L---透射光強；

Lo/L 又稱為阻光率。底片的對比度（反差）是指底片上相鄰兩個區域黑度的差異，對比度愈大，則缺陷與焊縫金屬之間的輪廓界線愈分明，就愈容易判“傷”，因此探傷靈敏度愈高。

1 影響底片黑度的因素

圖1 影響底片黑度的因素

每一種規范都對相應的底片黑度進行了限值，所以控制底片的黑度在合理的區間范圍至關重要，由圖1可以看出，除滿足規范要求的合格的設備、滿足要求的材料和環境等客觀因素，目前最常用控制底片黑度的手段多采用曝光量控制、工藝控制、暗室顯影時間顯影溫度在規程規定的范圍內的控制；底片的黑度要求是把控底片質量的基本要素，所以下文對曝光量的控制、工藝控制、暗室控制以及數字化控制分別進行分析研究，并提出合理的解決辦法。

2 曝光量控制

圖2 增感型膠片的特性曲線

曝光量是影響黑度值大小的決定性因素，一般來說，曝光量的控制是決定實施透照的關鍵，也是整個射線活動的關鍵一步，對不同的部件曝光量的控制一直作為一項長久地課題在研究，而往往研究的基礎多數依靠實驗數據與現場透照經驗相結合，多數人選擇用第一次的曝光作為參考量，透照不同厚度的工件通過曝光時間來進行相應的調整。曝光量大，底片黑度大，但是底片黑度與曝光量之間關系不是簡單的遞增關系，僅是在某一定范圍內才依值線關系遞增，圖2膠片特性曲線。

通過經驗積累和實驗證明，對不同壁厚的工件透照曝光量成一定的函數關系，因此曝光曲線、曝光尺應運而生，下述通過公式、曝光曲線及專用曝光尺分別對曝光量的控制進行了描述[2]。

2.1 曝光量的選擇

曝光量是射線透照工藝中的一項重要參數，射線照相影像的黑度取決于膠片感光乳劑吸收的射線量，在透照時，如果固定各項透照條件（試件尺寸、源、膠片的相對位置、膠片和增感屏、給定的放射源），則底片黑度與曝光量有很好的對應關系，因此，可以通過改變曝光量了控制底片黑度。

曝光量不只影響影像的黑度，也影響影像的對比度、顆粒度以及信噪比，從而影響底片上可記錄的最小細節尺寸，為保證射線照相質量，曝光量應不低于某一最小值。

采用r射線源透照時，總的曝光時間應不少于輸送源往返所需時間的10倍。

使用 Ir-192源時，曝光時間不應超過8h；使用Co-60源時，曝光時間應不超過12h。且不得采用多個射線源捆綁方式進行透照。

表1為雙底片所測黑度，通過逐漸增加曝光量得到相應底片黑度數據。

表1 曝光參數表

2.2 曝光尺計算曝光量

曝光尺使用是根據不同放射源的衰減系數及所需要的對應黑度，選取不同的倫琴值，一般曝光尺的說明書都會列出相對應的倫琴數值，再根據不同的膠片類型、透照厚度、焦距來拉出相應的曝光量，通過放射源的大小來計算曝光時間。

另外，曝光尺是對于增感屏的組合方式和厚度在一特定值下考慮的，事實上增感屏厚度不同，增感系數不一樣，導致底片的黑度也不一樣，計算出來的曝光量也就誤差比較大，濾光板的材質和厚度也不能簡單地等效成被檢測材料厚度來考慮曝光量。常見的曝光尺所要求采用的增感屏為厚度前后屏0.1mm的鉛制增感屏，沒有考慮中屏及濾光板。

3 工藝控制

為保證射線底片滿足評片人員識別及規范的要求，就必須有統一生效的工藝要求，在相同的工藝要求下多次透照進行調整合適的曝光量，實現底片黑度的可控。現場實際透照工藝多采用一個暗盒使用三片或雙片的方式進行透照，為了保證底片質量，大多應用曝光曲線以利于現場實施，曝光曲線是預先做試驗已得到最佳的底片黑度，曲線橫坐標設為黑度，取一個基準黑度范圍2.70～4.50（參照相關標準規定的雙片黑度），縱坐標表示曝光量，找出此黑度值下不同壁厚所對應的曝光量，斜線既是不同厚度條件下的透照參數[3]。

4 暗室控制

暗室處理是影響底片質量的重要環節，所以程序和規范對暗室的操作要求相當嚴格。特別是對顯影溫度和洗片時間的控制，一般我們通過合理的調節顯影溫度和顯影時間來適當控制底片黑度，但為了使底片長期保存而不至于老化，規范和程序對洗片溫度和時間都有硬性的規定，正常顯影時間約5～8分鐘，顯影溫度為20±1℃，延長顯影時間通常能增加底片黑度并輕微提高對比度，在確定顯影時間時，應遵循制造商推薦的時間，在溫度稍偏高或偏低的情況下，適當調整顯影時間，調整值應依據顯影液廠商的推薦數據。

5 顯影溫度對底片黑度的影響

顯影溫度對底片黑度的影響見表2，顯影時間和膠片一定（顯影時間5min，膠片AGFA D3），逐步增加顯影溫度，按正常步驟對曝光膠片進行處理，記錄當時的底片黑度，記錄相鄰差并找出其有關規律。

表2 顯影溫度對底片黑度的影響

通過上述實驗對比分析：顯影溫度每增加1℃，黑度增加10%左右，但顯影時間、顯影溫度的增加和黑度的影響不是線性關系，根據膠片的特性曲線以及膠片的片基成分，當顯影時間和顯影溫度達到一個峰值，對黑度的影響急速降低，并逐漸消失，因此如果曝光量不足，光靠一味的提高顯影時間和顯影溫度是不能夠對底片黑度有效控制的。

6 存在的問題及應對措施

（1）散射線會使射線底片的灰霧度增大，影像對比度降低，對射線底片質量是有害的，但實際射線探傷工作中散射線是存在的，也是無法回避的問題，只能盡可能減少散射線，控制散射線的措施有許多種，如選擇合適的射線能量、使用鉛箔增感屏（厚工件也可采用不銹鋼或銅屏）前置濾光板、背防護鉛板等；

（2）現有使用的曝光曲線、曝光尺僅為參考數據，在日常作業中仍要參考首次曝光的結論進行實時調整；

（3）對于不規則部件或存在厚度差的部件進行射線透照，曝光量的選擇采用工藝控制，背防護控制散射線，如何避免邊蝕效應加補嘗塊或者分段透照的方式進行，對于管徑與厚度比較小的部件，可參考幾何不清晰度的要求進行多次透照來實現底片黑度差范圍可控。

（4）不同材質的變化，如焊縫加鎳基堆焊層的黑度變化，只能從工藝角度控制黑度差的范圍滿足規范要求。

7 結語

本文通過對影響底片黑度的因素分析，提出針對各種控制底片黑度的辦法，并對目前存在的問題及應對措施進行歸納總結，其實影響底片黑度的因素還有很多，只要涉及射線作業的每個環節，對底片都會造成相應的影響，我們只有通過培訓合格的人員、使用合格的設備、嚴控篩選合格的材料、優化檢測工藝參數、熟練了解工作環境、開發新技術，才能更好使底片黑度可控，滿足程序法規的要求。