3.8 检测方法
目前工业上主要有照相法、电离检测法，荧光屏直接观察法、电视观察法等方法。
3.8.1 照相法
照相法是将感光材料（胶片）置于被检测试件后面，来接收透过试件的不同强度的射线。因为胶片乳剂的摄影作用与感受到的射线强度有直接的关系，经过暗室处理后就会得到透照影像，根据影像的形状和黑度情况来评定材料中有无缺陷及缺陷的形状、大小和位置。
照相法灵敏度高，直观可靠，重复性好，是最常用的方法之一。
3.8.2 电离检测法
当射线透过气体时，与气体分子撞击，有的气体分子失去电子而电离，生成正离子，有的气体分子得到电子而生成负离子，此即气体的电离效应。气体的电离效应将产生电离电流，电离电流的大小与射线的强度有关。如果让透过试件的X射线再通过电离室进行射线强度的测量，便可以根据电离室内电离电流的大小来判断试件的完整性。
这种方法自动化程度高，成本低，但对缺陷性质的判别较困难。只适用于形状简单、表面平整的工件，一般应用较少，但可制成专用设备。
3.8.3 荧光屏直接观察法
将透过试件的射线投射到涂有荧光物质（如ZnS/CaS）的荧光屏上时，在荧光屏上会激发出不同程度的荧光来。荧光屏直接观察法是利用荧光屏上的可见影像直接辨认缺陷的检测方法。它具有成本低、效率高、可连续检测等优点，适应于形状简单、要求不严格的产品的检测。
3.8.4 电视观察法
电视观察法是荧光屏直接观察法的发展，就是将荧光屏上的可见影像通过光电倍增管增强图像，再通过电视设备显示。这种方法自动化程度高，可观察静态或动态情况，但检测灵敏度比照相法低，对形状复杂的零件检查较困难。
3.8.5 线阵列探测器
它由许多小型X射线灵敏元件组成，数量达512～1024个，甚至更多。当工件运动或线性二极管阵自身扫查时，各元件会测得X射线潜影强度的变化，经光导耦合与信号处理，从而形成缺陷的二维图像。然而，如果想获得较高分辨率，则会花费很长的测量时间。目前，这种方法还仅适用于加速电压在150kV以下产生的射线。
3.8.6 X射线照相检测技术
3.8.6.1 照相法的灵敏度
灵敏度是指发现缺陷的能力，也是检测质量的标志。通常用两种方式表示：一是绝对灵敏度，是指在射线胶片上能发现被检测试件中与射线平行方向的最小缺陷尺寸；二是相对灵敏度，是指在射线胶片上能发现被检测试件中与射线平行方向的最小缺陷尺寸占试件厚度的百分数。若以d表示被检测试件的材料厚度，x表示缺陷尺寸，则其相对灵敏度为式（3-9）所示。
（3-9）
3.8.6.2 透度计
透度计又称像质指示器。在透视照相中，要评定缺陷的实际尺寸是困难的，因此，要用透度计来做参考比较。同时，还可以用透度计来鉴定照片的质量和作为改进透照工艺的依据。透度计要用与被透照工件材质吸收系数相同或相近的材料制成。常用的透度计主要有两种。
（1）槽式透度计
槽式透度计的基本设计是在平板上加工出一系列的矩形槽，其规格尺寸如图3-14所示。对不同厚度的工件照相，可分别采用不同型号的透度计。其灵敏度k如式（3-10）所示。
（3-10）
图3-14 槽式透度计
式中，k为灵敏度；h为最大缺陷深度；d为透照工件部位的总厚度。
（2）金属丝透度计
金属丝透度计是以一套（7～11根）不同直径（0.1～4.0 mm）的金属丝均匀排列，粘合于两层塑料或薄橡皮中间而构成的。为区别透度计型号，在金属丝两端摆上与号数对应的铅字或铅点。金属丝一般分为两类，透照钢材时用钢丝透度计，透照铝合金或镁合金时用铝丝透度计。图3-15为金属丝透度计的结构示意图（图中JB表示“机械工业部标准”）。
图3-15 金属丝透度计
使用金属丝透度计时，应将其置于被透照工件的表面，并应使金属丝直径小的一侧远离射线束中心，这样可保证整个被透照区的灵敏度
（3-11）
式中，φ为观察到的最小金属丝直径；d为被透照工件部位的总厚度。
3.8.6.3 增感屏及增感方式的选择
由于X射线和γ射线波长短、硬度大，对胶片的感光效应差，一般透过胶片的射线，大约只有1%左右能激发胶片中的银盐微粒感光。为了增加胶片的感光速度，利用某些增感物质在射线作用下能激发出荧光或产生次级射线，从而加强对胶片的感光作用。在射线透视照相中，所用的增感物质称为增感屏，其增感系数K用式（3-12）表示
（3-12）
增感屏分为三种，分别为荧光增感屏、金属增感屏、金属荧光增感屏。
（1）荧光增感屏
荧光增感屏是利用荧光物质被射线激发产生荧光实现增感作用的，其结构如图3-16所示。它是将荧光物质均匀地涂布在质地均匀而光滑的支撑物（硬纸或塑料薄板等）上，再覆盖一层薄薄的透明保护层组合而成的。
图3-16 荧光增感屏
（2）金属增感屏
金属增感屏在受射线照射时产生β射线和二次标识X射线对胶片起感光作用。其增感较小，一般只有2～7倍。金属屏的增感特性通常是，原子序数增加，增感系数上升，辐射波长愈短，增感作用越显著。但是原子序数越大，激发能量也要相应提高，如果射线能量不能使金属屏的原子电离或激发，则不起增感作用，相反还会吸收一部分软射线。如铅增感屏，当管电压低于80 kV时，则基本上无增感作用。在生产实践中，多采用铅、锡等原子序数较高的材料作金属增感屏，因为铅的压延性好，吸收散射线的能力强。
（3）金属荧光增感屏
金属荧光增感屏是在铅箔上涂一层荧光物质组合而成的，其结构如图3-17所示。它具有荧光增感的高增感系数，又有吸收散射线的作用。
图3-17 金属荧光增感屏
（4）增感方式的选择
增感方式的选择通常考虑三方面的因素：产品设计对检测的要求、射线能量和胶片类型。
3.8.7 曝光参数的选择
3.8.7.1 射线的硬度
射线硬度是指射线的穿透力，由射线的波长决定。波长越短硬度越大，则穿透力就越强，对某一物质即具有较小的吸收系数。X射线波长的长短由管电压所决定，管电压愈高，波长愈短。射线硬度对透照胶片影像的质量有很大关系。因此，选择射线的硬度尤为重要。例如：当一束强度为I0的射线，通过被透照厚度为d的物体后，其强度将衰减为Id；通过一厚度为x的缺陷后，其强度为Ix。Ix/Id称为对比度或主因衬度
（3-13）
式中，μ为材料的衰减系数。
在工业射线透照中，总是希望胶片上的影像衬度尽可能高，以保证检测质量。因此，射线硬度尽可能选软些。但是，如果希望在材料的厚薄相邻部分一次曝光，则要选用较硬的射线。
为了提高某些低原子序数、低密度和薄壁材料的检测灵敏度，应采用软射线，即低能X射线照相法。通常将60～150kV定为中等硬度X射线，60kV以下定为软X射线。
3.8.7.2 射线的曝光量
射线的曝光量通常以射线强度I和时间t的乘积表示，即E=It，E的单位为mCi·h（毫居里·小时）。对X射线来说，当管压一定时，其强度与管电流成正比。因此X射线的曝光量通常用管电流i和时间t的乘积来表示。
（3-14）
X射线中E的单位为mA·min（毫安·分）或mA·s（毫安·秒）。
一般在选用管电流和曝光时间时，在射线设备允许范围内，管电流总是取得大些，以缩短曝光时间并减少散射线的影响。
此外，X射线从窗口呈直线锥体辐射，在空间各点的分布强度与该点到焦点的距离的平方成反比
（3-15）
式中，各参数意义如图3-18所示。
图3-18 曝光距离与射线强度的关系
L1—射线源至A的距离；L2—射线源至B的距离；I1、I2—射线在空间A和B各点的分布强度
3.8.7.3 射线照相对比度
射线照片上影像的质量由对比度、不清晰度、颗粒度决定。影像的对比度是指射线照片上两个相邻区域的黑度差。如果两个区域的黑度分别为D1、D2，则它们的对比度为：ΔD=D1-D2。影像的对比度决定了在射线透照方向上可识别的细节，影像的不清晰度决定了在垂直于射线透照方向上可识别的细节尺寸，影像的颗粒度决定了影像可记录的细节最小尺寸。
3.8.7.4 焦距的选择
焦距是指从放射源（焦点）至胶片的距离。焦距选择与射线源的几何尺寸和试件厚度有关。由于射线源有一定的几何尺寸，从而产生几何不清晰度Ug，如图3-19所示。由相似三角形关系，可以求出
（3-16）
图3-19 透照影像几何不清晰度
式中，ϕ为射线源的几何尺寸；F为焦点至胶片的距离；b为缺陷至胶片的距离。
为了减小几何不清晰度，胶片都应尽可能紧靠试件，焦距越大越好。但焦距增大，使曝光时间急剧增加或者提高X射线管电压。为了保证底片的影像质量和缩短曝光时间，在满足几何不清晰度要求下，焦距应尽可能减小。
3.8.7.5 曝光曲线
影响透照灵敏度的因素很多，主要有X射线探伤机的性能，胶片质量及其暗室处理条件，增感屏的选用，散射线的防护，被检部件的材质、形状与几何尺寸，缺陷的尺寸、方位、形状和性质，X射线探伤机的管电压、管电流，检测过程中曝光时间和焦距等参数的选择等。
在上述诸因素中，通常只选择工件厚度、管电压、管电流和曝光量作为可变参量，其他条件则相应相对固定。根据具体条件所作出的工件厚度、管电压和曝光量之间的相互关系曲线，是正确制定射线检测工艺的依据，这种关系曲线叫曝光曲线。
（1）不同管电压下，材料厚度与曝光量的关系曲线
材料厚度d与曝光量x的关系。
（3-17）
式中，μ为吸收系数；通常为常数；C为常数。
由式（3-17）可知x与d呈线性关系。若以x为纵轴，d为横轴，当焦距一定时，则给定一个厚度d，对应于某一管电压可以求得一个x值。图3-20为材料厚度、曝光量和管电压的关系曲线，通过此表可确定曝光的工艺参数。
图3-20 材料厚度、曝光量和管电压的关系曲线
（2）不同焦距下，材料厚度与管电压的关系
根据式（3-17），由于底片黑度要求一定，所以x为一常数，如果被透照的材料固定，则d增大时μ必须减小。根据式（3-1）和式（3-9）知，管电压要相应增大
（3-18）
式中，λ为射线的波长；U为管电压。
若以材料厚度d为横轴，管电压U为纵轴，则在一定焦距下的厚度所对应的管电压可以连成一条曲线，如图3-21所示。
图3-21 材料厚度与管电压的关系曲线
（3）等效系数
两块不同厚度的不同材料在入射强度为I0的射线源照射下，若得到相同的出射强度Ix，则称二者为“等效”。它们的厚度之比称为材料的“等效系数”。根据等效系数的定义，可以从一条常用材料的曝光曲线上查出另一种材料的等效厚度所对应的管电压。