工業CT技(ji)術特(te)點及(ji)應用(yong)實(shi)例

    工(gong)業(ye)CT(簡稱ICT)，即工(gong)業計算機(ji)斷(duan)層(ceng)掃描(miao)成(cheng)像(xiang)，具有(you)直觀(guan)、準(zhun)確(que)、無(wu)損(sun)傷(shang)等特(te)點，主(zhu)要(yao)用於工(gong)業(ye)構(gou)件的無(wu)損(sun)檢測。其(qi)原理(li)主(zhu)要(yao)是：通(tong)過(guo)掃(sao)描(miao)工(gong)件得(de)到斷層(ceng)投影值，然後(hou)通過(guo)圖像重建算法(fa)重建出斷(duan)層(ceng)圖像。

    將(jiang)CT技(ji)術應(ying)用於(yu)工業無(wu)損(sun)檢測大(da)致(zhi)始於(yu)上(shang)世(shi)紀(ji)70年(nian)代(dai)中後(hou)期，zui初的研究工作(zuo)是在(zai)醫(yi)用CT所(suo)用的，射線(xian)源能(neng)量較低(di)，穿(chuan)透能(neng)力有(you)限(xian)，而(er)機械(xie)掃描(miao)系(xi)統又(you)是專(zhuan)門為(wei)人(ren)體設計，因(yin)此(ci)，在(zai)檢(jian)測高(gao)密度及(ji)大(da)體積(ji)物體(ti)方(fang)面存在(zai)著(zhe)明顯(xian)局限(xian)性(xing)。從70年(nian)代(dai)末到80年(nian)代(dai)初(chu)，美(mei)軍(jun)針(zhen)對(dui)飛(fei)機渦輪葉片(pian)及(ji)火箭發(fa)動機(ji)的(de)檢測，提(ti)出並(bing)實施了幾個(ge)重要(yao)研究計劃(hua)，對(dui)工(gong)業CT技(ji)術的(de)發(fa)展起(qi)了推(tui)動作(zuo)用。進(jin)入90年(nian)，隨著(zhe)計算機(ji)科學的(de)進(jin)步(bu)和新(xin)材料研究的進展，工業CT裝置的(de)性(xing)能(neng)逐漸提(ti)高(gao)，成(cheng)本(ben)逐(zhu)漸下降(jiang)。目(mu)前，工(gong)業(ye)CT已(yi)成(cheng)為(wei)壹(yi)種(zhong)實(shi)用(yong)化(hua)的(de)無損(sun)檢(jian)測手(shou)段，廣(guang)泛應(ying)用於航天(tian)、航(hang)空(kong)、軍事、核能(neng)、石油(you)、電子(zi)、機(ji)械(xie)、新(xin)材料研究、海關及(ji)考古(gu)等(deng)多種(zhong)領(ling)域(yu)，檢(jian)測對(dui)象(xiang)種(zhong)類繁(fan)多，例如火箭發(fa)動機(ji)、核燃(ran)料、石油(you)巖芯、精(jing)密(mi)鑄(zhu)件和鑄件、汽車(che)輪胎、陶(tao)瓷及(ji)復合(he)材料、化(hua)石等。

1. 工(gong)業(ye)CT技(ji)術特(te)點

   從本(ben)質講，工(gong)業(ye)CT是壹(yi)種(zhong)射線(xian)檢測技(ji)術，與射線(xian)照相、實時(shi)成(cheng)像(xiang)有(you)壹(yi)些(xie)共同(tong)之(zhi)處(chu)，如檢測時(shi)需要(yao)足夠高(gao)的射線(xian)能(neng)量以穿透工(gong)件，同(tong)時(shi)，它不(bu)受被(bei)檢工(gong)件的材料種(zhong)類、外形、表面狀(zhuang)況(kuang)的(de)限(xian)制(zhi)，檢(jian)測現(xian)場(chang)有(you)防護設施等。與常(chang)規射線(xian)檢測技(ji)術相比，主(zhu)要(yao)優點有(you)：

1. 工業CT能(neng)給出檢(jian)測工(gong)件的二維或(huo)三維圖像，目(mu)標不(bu)受周圍細節特(te)征的遮(zhe)擋(dang)，圖像容(rong)易識(shi)別，從圖像上(shang)可(ke)以直接獲得(de)目標特(te)征的空(kong)間位置、形(xing)狀(zhuang)及(ji)尺寸(cun)信息(xi)，常(chang)規射線(xian)檢測技(ji)術是將(jiang)三維物(wu)體投影到(dao)二維平(ping)面上(shang)，造(zao)成(cheng)圖像信息(xi)疊(die)加，評定圖像需(xu)要(yao)有(you)壹(yi)定的(de)經驗，難以(yi)對(dui)目(mu)標進(jin)行準(zhun)確(que)定位和定量測量。
2. 工業(ye)CT具有(you)突出的(de)密(mi)度分辨(bian)能(neng)力，高(gao)質量的CT圖像密(mi)度分辨(bian)率甚(shen)至可達(da)到(dao)0.3%比(bi)常(chang)規(gui)的無損檢(jian)測技(ji)術高(gao)壹(yi)個(ge)數量級。
3. 采(cai)用高(gao)性能(neng)探測器的(de)工業CT，探測器的(de)動態響應範(fan)圍可(ke)達(da)106以上(shang)，遠(yuan)高(gao)於膠片(pian)和圖像增(zeng)強器。
4. 工業(ye)CT圖像是數字(zi)化(hua)的(de)結(jie)果(guo)，圖像便(bian)於(yu)存儲、傳(chuan)輸、分析(xi)和處(chu)理(li)。

      表(biao)1為工業(ye)CT技(ji)術、超聲檢測技(ji)術(UT)和射線(xian)照相檢測技(ji)術(RT)的(de)性能(neng)比較。

    工業(ye)CT*的有(you)點是的(de)它在(zai)無(wu)損檢(jian)測中的應用日(ri)益廣泛(fan)，由(you)於工(gong)業(ye)CT圖像直觀(guan)，圖像灰(hui)度與工(gong)件材料、幾何結(jie)構(gou)、組分及(ji)密度(du)特(te)性相對(dui)應(ying)，不僅能(neng)得(de)到缺陷的(de)形(xing)狀(zhuang)、位置及(ji)尺度等信息(xi)，結(jie)合(he)密(mi)度(du)分析(xi)技(ji)術，還(hai)可以(yi)確(que)定缺陷的(de)性(xing)質，使長期(qi)以(yi)來困擾(rao)無(wu)損檢(jian)測人(ren)員(yuan)的(de)缺陷空(kong)間定位，深度(du)定量及(ji)綜合(he)定性(xing)問(wen)題有(you)了更(geng)直接的解(jie)決(jue)途徑。工業(ye)CT圖像充(chong)分再(zai)現(xian)了(le)工件材料的(de)組成(cheng)特(te)性，所(suo)以，三維工(gong)業CT圖像對(dui)復(fu)雜結構件檢測及(ji)關鍵部(bu)件裝配質量分析(xi)有(you)實際意(yi)義，可(ke)驗(yan)證(zheng)產品尺寸(cun)和裝配情(qing)況(kuang)是否符合(he)設計要(yao)求。

     2、工(gong)業(ye)CT應用(yong)實例

  2.1工件內部(bu)氣(qi)孔 裂(lie)紋等(deng)缺陷檢(jian)測

      對(dui)產(chan)品的(de)檢(jian)測結(jie)果(guo)表明(ming)，工業(ye)CT設備對(dui)氣(qi)孔、夾(jia)雜、針(zhen)孔、縮(suo)孔、分層(ceng)、裂紋(wen)等各(ge)種(zhong)常(chang)見(jian)的(de)缺陷具有(you)很高(gao)的探測靈(ling)敏(min)度，壹(yi)定範(fan)圍內(nei)能(neng)夠的測定缺陷的(de)幾何尺寸(cun)。

      由(you)於復(fu)雜(za)零件的結(jie)構(gou)限(xian)制(zhi)，某(mou)些(xie)部(bu)位的缺陷用(yong)傳(chuan)統的射線(xian)照相或超聲檢測方(fang)法(fa)無法(fa)進行探傷(shang)。圖1a為某(mou)鑄(zhu)件的工(gong)件CT檢測圖像，在(zai)鑄件內部(bu)發(fa)現(xian)了(le)大(da)量直徑0.3mm以下(xia)的氣(qi)孔，圖1b是另(ling)壹(yi)鑄件關鍵部(bu)位的CT檢(jian)測圖像，圖中發(fa)現(xian)了(le)直徑0.2mm以下(xia)的高(gao)密度夾(jia)雜，而采(cai)用所(suo)有(you)常規無損檢測方(fang)法(fa)均無(wu)法(fa)對(dui)該(gai)部(bu)位的缺陷進(jin)行有(you)效的探傷(shang)。

圖1  鑄件CT檢測圖像

2.2焊(han)縫質量診(zhen)斷

   工(gong)業CT裝置用(yong)於(yu)焊(han)接質量檢測，能(neng)夠為技(ji)術人(ren)員(yuan)提(ti)供(gong)準(zhun)確(que)的(de)焊(han)縫質量數據(ju)，為焊(han)接工藝(yi)的改(gai)進(jin)提(ti)供(gong)依據(ju)。圖4是鈹(pi)焊(han)接件垂(chui)直焊(han)縫和平(ping)行焊(han)縫掃描(miao)獲得(de)的CT圖像，左(zuo)圖上(shang)可(ke)測量熔(rong)池深度(du)、有(you)效焊(han)深、表(biao)面焊(han)寬(kuan)等(deng)數據(ju)，右圖揭示(shi)了焊(han)縫根部(bu)縮(suo)孔的分布(bu)及(ji)尺寸(cun)。

圖4 垂(chui)直焊(han)縫掃描(miao)(左(zuo))和平(ping)行焊(han)縫掃描(miao)(右)CT圖像

                          本(ben)文(wen)摘自(zi)：核電子(zi)學與探測技(ji)術