Квалификационные характеристики стандартов на промышленные рентгеновские пленочные системы
Изложены принципы классификации рентгеновских пленочных систем по Евростандарту EN 584-1. Дано сравнение классификации по EN 584-1 с другими классификационными схемами промышленных рентгеновских пленок: ISO, CEN, DIN, ASTM, AGFA, FUJI, KODAK, FOMA.
Об авторе
Соснин Феликс Рубенович
Директор Международного учебно-научного центра МНПО "Спектр". Доктор технических наук, профессор. Лауреат премии Совета Министров СССР.
Классификационная система для промышленных рентгеновских пленок по ЕМ 584-1
Пленочная система - это комбинация пленки, свинцовой фольги и процесса химико-фотографической обработки пленки, который выполняется в соответствии с инструкцией изготовителя пленки и/или изготовителя химикатов для ее обработки.
Экспонирование пленок для оценки их характеристик. Пленки должны экспонироваться излучением рентгеновской трубки с вольфрамовым анодом. Собственная фильтрация излучения трубкой и расположенным как можно ближе к окну трубки медным фильтром суммарно должна быть эквивалентна ослаблению слоем (8 ± 0,05) мм Си. Напряжение на трубке следует устанавливать так, чтобы слой (3,5 ± 0,2) мм Си ослаблял плотность потока излучения в 2 раза. Обычно это реализуется при напряжении около 220 кВ. Пленка должна быть заключена между двумя свинцовыми усиливающими экранами толщиной от 0,02 до 0,04 мм. При использовании пленки с односторонней эмульсией, она должна быть обращена эмульсией к трубке. Между пленкой и экранами следует обеспечить хороший контакт.
Коэффициент пропускания радиографической пленки (t) есть отношение светового потока Ф, прошедшего через область почернения пленки на прозрачной основе, к световому потоку Ф0, падающему на нее: t = Ф/Ф0.
Оптическая плотность почернения (D) радиографической пленки характеризует радиографическое изображение и определяется как десятичный логарифм величины, обратной коэффициенту пропускания: D = lg (1/t).
Максимальная оптическая плотность почернения на радиографических пленках может достигать 10 или 11. В радиационном контроле оптическая плотность составляет, как правило, 2 ÷ 4. На элементах снимка размером 1 ÷ 3 мм эту характеристику обычно измеряют с помощью денситометров, а на элементах снимка площадью до 0,01 мм2 - с помощью микроденситометров и микрофотометров.
Экспозиция (доза излучения), Кs - отношение средней энергии, переданной излучением веществу в элементарном объеме, к массе вещества в этом объеме. В системе СИ измеряется в грэях (1 Гр = 1 Дж/кг).
Характеристическая кривая пленки представляет графическую зависимость оптической плотности почернения от логарифма экспозиции. Чтобы получить достоверную кривую, необходимо сделать, по крайней мере, 12 снимков, оптическая плотность которых равномерно распределена в диапазоне 1,0 ÷ 5,0 без учета составляющей плотности D0, вызванной наличием вуали и подложки пленки.
Чувствительность (S) - величина, обратная значению дозы Ks в грэях: S =MKs, необходимой для достижения заданного значения оптической плотности D обработанной пленки. Например, D=2 без учета составляющей плотности D0.
Гэадиент (G) - локальная крутизна характеристической кривой D = f(lg10K) - является мерой достижимого значения контраста. Определяется как производная оптической плотности по логарифму экспозиции: G = dD/d(lgK)= (K/lg е) (dD/dK) при заданном значении оптической плотности (D-D0), где K, Гр - доза для получения плотности D- D0, и D0 - оптическая плотность неэкспонированной обработанной пленки, включая подложку (оптическая плотность вуали и подложки). Градиент G должен измеряться с погрешностью не более 5 % при доверительной вероятности 0,95.
Гоанулярность (σD) - это флуктуации оптической плотности равномерно экспонированного и проявленного фотоматериала, оцениваемые инструментальными методами, например, с помощью микроденситометра.
Оптическая плотность пленки при оценке ее структурометрических характеристик должна составлять D = (2,00 ± 0,05) + D0, диапазон сканирования - не менее 100 мм при диаметре диафрагмы микроденситометра (100 ±5) мкм.
Для отсечки низкочастотных шумов данные, поступающие с микроденситометра, должны фильтроваться фильтрами нижних частот с граничной пространственной частотой 0,1 пар линий/мм. Погрешность измерения sD допускается не более 10 % при доверительной вероятности 0,95. Необходимо осуществить минимум 6 измерений на разных пленках.
С увеличением размеров зерен фотоэмульсии, энергии ионизирующего излучения и времени проявления гранулярность возрастает.
Отношение градиент/шум - это частное от деления градиента G на σD. Достаточно низкое значение этого отношения для промышленных пленок является необходимым следствием требования низкой плотности вуали при длительном хранении пленок.
Класс пленок по EN 584-1 зависит от граничных значений градиента G, гранулярности σD и отношения G/ σD (табл. 1).
Таблица 1
Класс |
Gmin |
(G/ σD)min |
(σD)max | |
пленки |
D = 2 |
D=4 |
при D = 2 |
при D = 2 |
C1 C2 C3 C4 C5 C6 |
4,5 4,3 4,1 4,1 3,8 3,5 |
7,5 7,4 6,8 6,8 6,4 5,0 |
300 270 180 150 120 100 |
0,018 0,018 0,023 0,028 0,032 0,039 |
Примечание: значения оптической плотности D указаны без учета составляющей D0.
Взаимосвязь ЕМ 584-1 с другими классификационными системами
В табл. 2-4 приводится информация об условном (приближенном) соответствии широко известных в мире классификационных классов пленочных систем.
Таблица 2
Фирма |
Тип |
Ручная обработка |
Машинная обработка | ||||||
|
|
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
AGFA |
D2 D3 D4 D5 D7 D8 |
|
C1 C2 C3 C4 C5 C6 |
|
|
|
C1 C2 C3 C4 C5 C6 |
|
|
FUJI |
IX25 IX29 IX50 IX59 IX 80 IX100 IX150 |
C2 C5 C2 C6 C3 C4 C6 |
|
|
|
C1 C5 C2 C6 C3 C5 C5 |
C1 C5 C2 C6 C3 C5 C6 |
|
|
FOMA |
R4 R5 R7 R8 |
|
|
C3 C4 C5 C6 |
|
|
|
C3 C4 C6 C6 |
|
Kodak (пленка INDUSTREX) |
DR M MX125 T200 AA400 CX |
|
|
|
C1 C2 C3 C4 C5 C6 |
|
|
|
C1 C2 C3 C4 C5 C6 |
Реактивы: 1- FUJI Hi-rendol 1; 2-AGFA G 128, G 328; 3 - FOMADUX LP-T; 4 - KODAK INDUSTREX; 5 - FUJI Superdol 1; 6-AGFA G 135, G 335; 7-FOMADUX LP-D; 8 – KODAK
Таблица 3
Класс по |
|
Типы пленок |
|
DIN 54111 |
AGFA |
FOMA |
Kodak |
G I G II G III G IV |
D2, D3 D4, D5 D7 D8 |
- R4, R5 R7 R8 |
DR, M, MX125 T200 AA400, CX В |
В США разрабатывается новый стандарт ASTM Е07-01, в котором качество радиографических промышленных пленок классифицируется в зависимости от значений их сенситометрических и структурометрических параметров. Классификация пленок по этому стандарту (табл. 4) основывается на значениях величин, используемых в Евро-стандарте EN 584-1 и ISO CD.
Таблица 4
CEN |
DRAFT ISO |
ASTM |
C6 C5 C4, C3 C2, C1 |
T1 T2 T3 T4 |
TYPE 3 TYPE 2 TYPE 1 SPECIAL |
Выбор рентгеновских пленок
Выбор специалистом той или иной пленки определяется необходимостью получения рентгеновского снимка с определенной контрастностью и четкостью изображения. Контрастность пленки, ее чувствительность и гранулярность взаимосвязаны между собой: высокочувствительные пленки имеют крупные зерна и низкий предел разрешения, а низкочувствительные - мелкие зерна и высокий предел разрешения. С экономической точки зрения желательно, чтобы время экспонирования пленки было как можно короче, однако использование высокочувствительной пленки ограничивается ее зернистостью, которая в значительной мере определяет качество изображения мелких дефектов. Заводы-изготовители пленок выпускают их с достаточно широким диапазоном по чувствительности, контрастности и гранулярности.
На основании табл. 1 можно составить качественную классификационную таблицу (табл. 5) с учетом того, что чувствительность пленок хотя и не является классификационным параметром, но непосредственно зависит от значений G, σD, G/ σD.
Таблица 5
Класс |
Тип зернистости |
Качество снимка |
Чувствительность |
C1; C2 C3; C4 C5 C6 |
Очень мелкодисперсная Мелкозернистая Средняя Крупнозернистая |
Очень высокое Высокое Среднее Низкое |
Очень низкая Низкая Средняя Высокая |
Относительная чувствительность пленочных систем со свинцовыми усиливающими экранами различных классов по ЕN 584 представлена в табл. 6, где за стандартную пленку выбрана пленка класса С5. Для других пленок значение экспозиции оценивается произведением экспозиции для пленки класса С5 на указанный в таблице коэффициент.
Выбор пленок и металлических экранов для просвечивания сварных швов объектов контроля из сплавов на основе железа, меди и никеля Европейский комитет по стандартизации (ЕN 444) рекомендует делать в соответствии с табл. 7, а из сплавов на основе алюминия и титана использовать пленки соответственно класса СЗ (табл. 8).
Таблица 6
Коэффициенты относительной экспозиционной эквивалентности для пленок по EN 584
Класс |
Источники иpлучения | ||||
100 кВ |
200 кВ |
192Ir |
60Co |
LINAC/8 MeV | |
C1 C2 C3 C4 C5 C6 |
10,6 4,1 3,1 1,8 1,0 0,7 |
8,7 4,2 2,6 1,6 1,0 0,7 |
9,0 5,0 3,0 1,5 1,0 0,7 |
10,0 5,1 3,1 1,5 1,0 0,7 |
10,0 5,1 3,1 1,5 1,0 0,7 |
Классы пленок и типы металлических усиливающих экранов для радиографии стали и сплавов на основе меди и никеля
Таблица 7
Источник излучения |
Просвечиваемая толщина |
Класс пленок 1 |
Тип и толщина (T) металлических экранов | ||
Рентгеновское
|
<100 кВ
100ч150 кВ 150ч250 кВ |
|
C3
C3 C4 |
Без экранов или между Рb-экранами, T <0,03 мм Между РЬ-экранами, T <0,15 мм То же | |
69Yb |
< 5 мм |
C3 |
Без экранов или между РЬ-экранами, T < 0,03 мм | ||
1170Tm |
≥ 5 мм |
C4 |
Между РЬ-экранами, 0,02 < T < 0,15 мм | ||
Рентгеновская трубка при напряжении 250 ч 500 кВ |
≤ 50 мм
> 50 мм |
C4
C4 |
Между РЬ-экранами, 0,02 < T < 0,2 мм Передний экран из РЬ, 0,1 < T <0,2 мм1) | ||
75Se |
|
C4 |
Передний экран из РЬ, 0,1 < T <0,2 мм 2) | ||
192Ir |
|
C4
|
То же. Задний экран из РЬ, 0,02 < T <0,2 мм | ||
60Со |
< 100 мм > 100 мм |
C4 C5 |
Между экранами из стали или Си, 0,25 < T <0,7 мм3) | ||
Ускоритель электронов
|
1 ч 4 МэВ
4 ч12 МэВ
> 12 МэВ |
≤ 100 мм > 100 мм ≤ 300 мм > 300 мм
≤ 300 мм > 300 мм |
C3 C5 C4 C5
C4 C5 |
То же
Передний экран из Си, стали или T а, T < 1 мм. Задний экран из Си или стали, T < 0,5 мм4) Между экранами из T а, T < 1 мм (передний)5), T < 0,5 мм (задний) |
Могут быть также использованы:
1) лучшие классы пленок;
2) готовые упаковки пленок с передним экраном с Т< 0,03 мм, если между объектом контроля и пленкой размещен дополнительный РЬ-экран толщиной около 1 мм;
3) свинцовые экраны толщиной от 0,1 до 0,5 мм;
4) свинцовые экраны толщиной от 0,5 до 1 мм;
5) экраны из вольфрама.
Таблица 8
Классы и типы металлических усиливающих экранов для радиографии алюминия и титана
Источник излучения |
Класс пленок1 |
Тип и толщина (T) металлических экранов | |
Рентгеновская трубка |
< I50 кВ
I50 ч 250 кВ 250 ч 500 кВ |
СЗ
СЗ СЗ |
Без экранов или между РЬ-экранами, Т <0,03 мм (передний) и Т < 0,15 мм (задний) Между РЬ-экранами, 0,02 < T < 0,15 мм Между РЬ-экранами, 0,1 < T < 0,2 мм |
69Yb 75Se |
СЗ СЗ |
Между РЬ-экранами, 0,02 < T < 0,15 мм Между РЬ-экранами, 0,1 < Т < 0,2 мм |
1 Могут быть использованы и лучшие классы пленок.
Таблица 9
Материал |
Рентгеновское излучение |
Гамма-излучение | |||
100 кВ |
200 кВ |
4-25 МэВ |
192lr |
60Со | |
Магний Алюминий Титан Сталь Медь Цинк Латунь Цирконий Свинец Уран |
0,6 1,0 8,0 12,0 18,0 - - - - - |
0,08 0,18 0,35 1,0 1,4 1,З 1,З 2,0 12,0 25,0 |
- - - 1,0 1,З 1,2 1,1 - З,0 З,9 |
- 0,З5 - 1,0 1,1 1,1 1,1 - 4,0 12,6 |
- 0,З5 - 1,0 1.0 1,0 1,1 - 2,З З,4 |
Коэффициенты радиографической эквивалентности
Примечание. При напряжении на рентгеновских трубках 100 кВ за стандартный материал принимается алюминий, а при более высоких напряжениях и при использовании гамма-излучения - сталь.
Основная часть табличного и графического материала, используемого при подготовке технологических документов для проведения эффективного контроля, дается для объектов, выполненных из сплавов на основе алюминия и железа. Коэффициенты радиографической эквивалентности для объектов контроля из других материалов приведены в табл. 9. Значение эквивалентной толщины оценивается произведением толщины объекта контроля на указанный в табл. 9 коэффициент.
Собственная нерезкость изображений дефектов на пленках определяется микроструктурой пленки (экрана) и физикой взаимодействия фотонов первичного излучения с веществом пленки (экрана). На нерезкость преобразования влияет не только средний размер зерна пленки, но и энергия фотонов, поскольку она определяет длину пробега электронов в эмульсии.
В табл. 10 представлены усредненные по экспериментальным данным значения нерезкости преобразования для мелкозернистых и крупнозернистых пленок при различных энергиях фотонов.
Таблица 10
Энергия излучения, МэВ, или тип источника |
Нерезкость, мм | |
Мелкозернистая пленка |
Крупнозернистая пленка | |
0,05 0,1 0,2 0,3 0,4 1 2 8 31 192Ir 137Сs 60Со |
0,03 0,05 0,09 0,12 0,15 0,24 0,32 0,6 1,0 0,13 0,28 0,35 |
0,05 0,1 0,12 0,15 0,2 0,3 0,45 0,7 1,2 0,2 0,3 0,5 |