工業(yè)CT技術(shù)特點及應(yīng)用實例

    工業(yè)CT(簡稱ICT)，即工業(yè)計算機斷層掃描成像，具有直觀、準(zhǔn)確、無損傷等特點，主要用于工業(yè)構(gòu)件的無損檢測。其原理主要是：通過掃描工件得到斷層投影值，然后通過圖像重建算法重建出斷層圖像。

    將CT技術(shù)應(yīng)用于工業(yè)無損檢測大致始于上世紀(jì)70年代中后期，zui初的研究工作是在醫(yī)用CT所用的，射線源能量較低，穿透能力有限，而機械掃描系統(tǒng)又是專門為人體設(shè)計，因此，在檢測高密度及大體積物體方面存在著明顯局限性。從70年代末到80年代初，美軍針對飛機渦輪葉片及火箭發(fā)動機的檢測，提出并實施了幾個重要研究計劃，對工業(yè)CT技術(shù)的發(fā)展起了推動作用。進(jìn)入90年，隨著計算機科學(xué)的進(jìn)步和新材料研究的進(jìn)展，工業(yè)CT裝置的性能逐漸提高，成本逐漸下降。目前，工業(yè)CT已成為一種實用化的無損檢測手段，廣泛應(yīng)用于航天、航空、軍事、核能、石油、電子、機械、新材料研究、海關(guān)及考古等多種領(lǐng)域，檢測對象種類繁多，例如火箭發(fā)動機、核燃料、石油巖芯、精密鑄件和鑄件、汽車輪胎、陶瓷及復(fù)合材料、化石等。

1. 工業(yè)CT技術(shù)特點

   從本質(zhì)講，工業(yè)CT是一種射線檢測技術(shù)，與射線照相、實時成像有一些共同之處，如檢測時需要足夠高的射線能量以穿透工件，同時，它不受被檢工件的材料種類、外形、表面狀況的限制，檢測現(xiàn)場有防護(hù)設(shè)施等。與常規(guī)射線檢測技術(shù)相比，主要優(yōu)點有：

1. 工業(yè)CT能給出檢測工件的二維或三維圖像，目標(biāo)不受周圍細(xì)節(jié)特征的遮擋，圖像容易識別，從圖像上可以直接獲得目標(biāo)特征的空間位置、形狀及尺寸信息，常規(guī)射線檢測技術(shù)是將三維物體投影到二維平面上，造成圖像信息疊加，評定圖像需要有一定的經(jīng)驗，難以對目標(biāo)進(jìn)行準(zhǔn)確定位和定量測量。
2. 工業(yè)CT具有突出的密度分辨能力，高質(zhì)量的CT圖像密度分辨率甚至可達(dá)到0.3%比常規(guī)的無損檢測技術(shù)高一個數(shù)量級。
3. 采用高性能探測器的工業(yè)CT，探測器的動態(tài)響應(yīng)范圍可達(dá)106以上，遠(yuǎn)高于膠片和圖像增強器。
4. 工業(yè)CT圖像是數(shù)字化的結(jié)果，圖像便于存儲、傳輸、分析和處理。

      表1為工業(yè)CT技術(shù)、超聲檢測技術(shù)(UT)和射線照相檢測技術(shù)(RT)的性能比較。

    工業(yè)CT*的有點是的它在無損檢測中的應(yīng)用日益廣泛，由于工業(yè)CT圖像直觀，圖像灰度與工件材料、幾何結(jié)構(gòu)、組分及密度特性相對應(yīng)，不僅能得到缺陷的形狀、位置及尺度等信息，結(jié)合密度分析技術(shù)，還可以確定缺陷的性質(zhì)，使長期以來困擾無損檢測人員的缺陷空間定位，深度定量及綜合定性問題有了更直接的解決途徑。工業(yè)CT圖像充分再現(xiàn)了工件材料的組成特性，所以，三維工業(yè)CT圖像對復(fù)雜結(jié)構(gòu)件檢測及關(guān)鍵部件裝配質(zhì)量分析有實際意義，可驗證產(chǎn)品尺寸和裝配情況是否符合設(shè)計要求。

     2、工業(yè)CT應(yīng)用實例

  2.1工件內(nèi)部氣孔 裂紋等缺陷檢測

      對產(chǎn)品的檢測結(jié)果表明，工業(yè)CT設(shè)備對氣孔、夾雜、針孔、縮孔、分層、裂紋等各種常見的缺陷具有很高的探測靈敏度，一定范圍內(nèi)能夠的測定缺陷的幾何尺寸。

      由于復(fù)雜零件的結(jié)構(gòu)限制，某些部位的缺陷用傳統(tǒng)的射線照相或超聲檢測方法無法進(jìn)行探傷。圖1a為某鑄件的工件CT檢測圖像，在鑄件內(nèi)部發(fā)現(xiàn)了大量直徑0.3mm以下的氣孔，圖1b是另一鑄件關(guān)鍵部位的CT檢測圖像，圖中發(fā)現(xiàn)了直徑0.2mm以下的高密度夾雜，而采用所有常規(guī)無損檢測方法均無法對該部位的缺陷進(jìn)行有效的探傷。

圖1  鑄件CT檢測圖像

2.2焊縫質(zhì)量診斷

   工業(yè)CT裝置用于焊接質(zhì)量檢測，能夠為技術(shù)人員提供準(zhǔn)確的焊縫質(zhì)量數(shù)據(jù)，為焊接工藝的改進(jìn)提供依據(jù)。圖4是鈹焊接件垂直焊縫和平行焊縫掃描獲得的CT圖像，左圖上可測量熔池深度、有效焊深、表面焊寬等數(shù)據(jù)，右圖揭示了焊縫根部縮孔的分布及尺寸。

圖4 垂直焊縫掃描(左)和平行焊縫掃描(右)CT圖像

                          本文摘自：核電子學(xué)與探測技術(shù)