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工業(yè)CT技術(shù)特點及應(yīng)用實例

更新時間:2016-03-02點擊次數(shù):7868

    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。進入90年,隨著計算機科學的進步和新材料研究的進展,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,目標不受周圍細節(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,難以對目標進行準確定位和定量測量。
  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106以上,遠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。

性能特征

UT

RT

工業(yè)CT

受工件表面狀況影響

一般

無影響

受工件復雜結(jié)構(gòu)影響

較大

無影響

檢測氣孔能力

一般

檢測針孔能力

一般

檢測夾雜能力

一般

一般

密度變化能力

一般

一般

較強

裂紋能力

較強

一般

 

    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)人員提供準確的焊縫質(zhì)量數(shù)據(jù),為焊接工藝的改進提供依據(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:核電子學與探測技術(shù)

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