3.4. Выбор фокусного расстояния

Выбор фокусного расстояния при просвечивании диктуется следующими соображениями.

С уменьшением фокусного расстояния возрастает геометрическая нерез­кость, ухудшающая выявляемость дефектов и качество снимка.

С другой стороны, как уже указывалось, чрезмерное увеличение фокус­ного расстояния неоправданно увеличивает экспозицию и ухудшает произво­дительность контроля.

Поэтому ясно, что существует оптимальная область фокусных расстоя­ний, в которой чувствительность контроля уже не зависит от фокусного рас­стояния (определяется другими факторами - пленкой, например), а экспозиция не выходит за пределы разумного. Исходя из условий ограничения геометриче­ской нерезкости и геометрического увеличения размеров дефектов, можно ука­зать нижний предел фокусных расстояний:

F=5d, при К ≥Ф/2, (3.8)

или

F=d( 1+2Ф/К), при К≤Ф/2, (3.9)

где: К - требуемая абсолютная чувствительность контроля (в мм), Ф - диаметр фокусного пятна трубки,

d - толщина контролируемого материала.

Указанный критерий соответствует требованиям ГОСТ 7512-82 для кон­троля сварных соединений. Учитывая размеры фокуса импульсных рентгенов­ских трубок, можно из сделать вывод, что фокусное расстояние следует выби­рать из соотношений:

Fmin =5d, при К≥ 1 мм, (3.10)

или

F=5d/K, при К≤ 1 мм. (3.11)

Например, заданная контролируемая толщина стали d = 10 мм, требуемая чувствительность контроля К = 0,25 мм. Тогда Fmin = 200 мм. Выбирая реаль­ное фокусное расстояние вдвое больше минимально необходимого, получаем F =400 мм.

Практически, диапазон фокусных расстояний лежит в пределах 300-500 мм. Следует лишь еще раз подчеркнуть, что выбор указанного фокусного рас­стояния вовсе не гарантирует получение требуемой чувствительности контроля (которая зависит еще от множества других факторов), а лишь гарантирует, что геометрические факторы не будут лимитирующими. Длина контролируемого за одну экспозицию участка при этом ограничивается двумя факторами:

• угол между направлением падающего пучка излучения и нормалью к пленке нигде не должен превышать 45 (т.е. длина участка контроля заведомо не может быть больше 2F);

• уменьшение плотности потемнения к краю снимка не должна превышать 1,0 ед. оптической плотности.

3.5. Выбор экспозиции

Существенным моментом в рентгенографическом контроле является вы­бор экспозиции. Как и в практике контроля аппаратами непрерывного дейст­вия, решение этой задачи в рентгенографии импульсными аппаратами облегча­ется использованием номограмм экспозиции. Последние выглядят существенно проще, так как не содержат переменного параметра - напряжения на трубке.

Номограммы экспозиций приводятся в руководстве по эксплуатации на конкретную модель аппарата. В качестве примера на рис.3.7 приведена номо­грамма экспозиций аппарата АРИНА-5.

Рисунок 3.7

График номограмм представляет собой прямые в полулогарифмическом масштабе (вместо экспозиции по оси ординат отложен ее десятичный лога­рифм). Это является следствием экспоненциального закона ослабления рентгеновского излучения. Плотность потемнения снимков 1,5-1,8 ед. оптической плотности. Фокусное расстояние 300 мм. Просвечиваемый материал – сталь.

Можно указать целый ряд алгоритмов, позволяющих расширить сферу применения данных номограмм. Указанные ниже соотношения могут приме­няться при измерении экспозиции как в единицах времени, так и в импульсах.

1. Применение пленки и/или экрана, отличных от представленных на номограммах.

В этом случае экспозицию легко пересчитать, зная чувствительность для обоих случаев (искомого и представленного на номограмме)

(3.12)

где: и - экспозиции для искомой и номограммной комбинации экран-пленка,

и – чувствительности (абсолютные в Р-1 или относительные) искомой и номограммной комбинации, соответственно.

Пример 1:

Определить экспозицию для контроля стали толщиной 10 мм с фокусно­го расстояния 300 мм на пленку Структурикс D8 со свинцовой фольгой.

Решение:

По номограмме определяем экспозицию для указанной толщины и фо­кусного расстояния для пленки Структурикс D7 – 60 с. Относительная чувстви­тельность пленки Структурикс D8 со свинцовой фольгой составляет 1,5. По формуле находим:

Т_х=60 * (1/1,5) = 40 с.

2. Изменение плотности снимка

Если плотность снимка должна быть скорректирована в ту или иную сто­рону, следует пользоваться формулой:

T_х = t_н*10ΔD/γ (3.13)

где: ΔD - желаемое изменение плотности снимка,

γ – средний градиент или коэффициент контрастности пленки.

Пример2:

Необходимая плотность потемнения снимка в условиях предыдущего примера D = 2,5. Решение:

Плотность снимков для номограмм DH = 1,5, т.е. ΔD = 1,0. Для пленки Структурикс D7 коэффициент γ = 5. Отсюда,

Т_х = 60 * 101,0/5= 60 * 1,6 = 96 с.

Примечание: С достаточной для практики степенью точности можно принять, что для увеличения плотности снимка на 1 время экспозиции следует увеличивать в 2 раза.

3. Изменение фокусного расстояния

Если фокусное расстояние при съемке отлично от использованного при построении номограммы, пересчет может быть произведен по формуле:

Т_х=Т_н * (F_х/F_н)2, (3.14)

где: F_х и F_н - новое и номограммное фокусные расстояния, соответственно.

Пример 3:

В условиях примера 1 фокусное расстояние при съемке составляет 500 мм.

Решение:

По номограмме определяем, что экспозиция при фокусном расстоянии 300 мм составляла 60 с. Тогда:

Тх = 60 * (500/300)2= 167 с.

4. Изменение толщины контролируемого объекта

При изменении толщины контролируемой стали пересчет осуществляется по формуле:

Тх = Тн exp (μΔd), (3.15)

где Δd - увеличение (уменьшение) толщины, см; μ – коэффициент ослабления, см^-1.

При практическом использовании этого алгоритма полезно иметь в виду, что увеличение толщины стали на 5 мм требует увеличения экспозиции в 2-2,5 раза (в зависимости от напряжения срабатывания разрядника-обострителя и типа аппарата), а увеличение толщины стали на 10 мм требует увеличения экс­позиции в 4-5 раз.

5. Просвечивание материалов, отличных от стали

При просвечивании материалов, отличных от стали, экспозиция может быть пересчитана на величину разницы в коэффициентах ослабления μ контро­лируемого материала и стали. Для этого можно воспользоваться данными табл. 3.2.

Таблица 3.2

Материал	Фактор экспозиции	Толщина, эквивалентная 10 мм стали, мм
алюминий	0,11-0,12	80-90
бетон	0,10-0,11	90-1000,5
вольфрам	20	0,5
медь	1,3-1,5	7-8
молибден	2,5-3	3-4
свинец	15	0,7
полиэтилен	0,04	250
титан	0,7-0,75	13-15

Для рентгенографирования изделий достаточно сложного или вовсе не­известного состава определение экспозиции должно производиться экспериментальным путем.

Для облегчения решения задачи определения экспозиции можно исполь­зовать следующую методику. С помощью любого интегрального дозиметра (т.е. измерителя дозы, а не мощности дозы), следует замерить дозу за объектом в месте расположения пленки за определенное время Тэ. Необходимое для про­свечивания на пленку с чувствительностью К (Р-1) время (для плотности 1,85) приближенно рассчитывается по формуле:

(3.16)

где: -замеренное значение экспозиционной дозы за время ;