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工业CT技术特点及应用实例

点击次数:7390 发布时间:2016-03-02

    工业CT(简称ICT),即工业计算机断层扫描成像,具有直观、准确、无损伤等特点,主要用于工业构件的无损检测。其原理主要是:通过扫描工件得到断层投影值,然后通过图像重建算法重建出断层图像。

    将CT技术应用于工业无损检测大致始于上世纪70年代中后期,zui初的研究工作是在医用CT所用的,射线源能量较低,穿透能力有限,而机械扫描系统又是专门为人体设计,因此,在检测高密度及大体积物体方面存在着明显局限性。从70年代末到80年代初,美军针对飞机涡轮叶片及火箭发动机的检测,提出并实施了几个重要研究计划,对工业CT技术的发展起了推动作用。进入90年,随着计算机科学的进步和新材料研究的进展,工业CT装置的性能逐渐提高,成本逐渐下降。目前,工业CT已成为一种实用化的无损检测手段,广泛应用于航天、航空、军事、核能、石油、电子、机械、新材料研究、海关及考古等多种领域,检测对象种类繁多,例如火箭发动机、核燃料、石油岩芯、精密铸件和铸件、汽车轮胎、陶瓷及复合材料、化石等。

  1. 工业CT技术特点

   从本质讲,工业CT是一种射线检测技术,与射线照相、实时成像有一些共同之处,如检测时需要足够高的射线能量以穿透工件,同时,它不受被检工件的材料种类、外形、表面状况的限制,检测现场有防护设施等。与常规射线检测技术相比,主要优点有:

  1. 工业CT能给出检测工件的二维或三维图像,目标不受周围细节特征的遮挡,图像容易识别,从图像上可以直接获得目标特征的空间位置、形状及尺寸信息,常规射线检测技术是将三维物体投影到二维平面上,造成图像信息叠加,评定图像需要有一定的经验,难以对目标进行准确定位和定量测量。
  2. 工业CT具有突出的密度分辨能力,高质量的CT图像密度分辨率甚至可达到0.3%比常规的无损检测技术高一个数量级。
  3. 采用高性能探测器的工业CT,探测器的动态响应范围可达106以上,远高于胶片和图像增强器。
  4. 工业CT图像是数字化的结果,图像便于存储、传输、分析和处理。

      表1为工业CT技术、超声检测技术(UT)和射线照相检测技术(RT)的性能比较。

性能特征

UT

RT

工业CT

受工件表面状况影响

一般

无影响

受工件复杂结构影响

较大

无影响

检测气孔能力

一般

检测针孔能力

一般

检测夹杂能力

一般

一般

密度变化能力

一般

一般

较强

裂纹能力

较强

一般

 

    工业CT*的有点是的它在无损检测中的应用日益广泛,由于工业CT图像直观,图像灰度与工件材料、几何结构、组分及密度特性相对应,不仅能得到缺陷的形状、位置及尺度等信息,结合密度分析技术,还可以确定缺陷的性质,使长期以来困扰无损检测人员的缺陷空间定位,深度定量及综合定性问题有了更直接的解决途径。工业CT图像充分再现了工件材料的组成特性,所以,三维工业CT图像对复杂结构件检测及关键部件装配质量分析有实际意义,可验证产品尺寸和装配情况是否符合设计要求。

     2、工业CT应用实例

  2.1工件内部气孔 裂纹等缺陷检测

      对产品的检测结果表明,工业CT设备对气孔、夹杂、针孔、缩孔、分层、裂纹等各种常见的缺陷具有很高的探测灵敏度,一定范围内能够的测定缺陷的几何尺寸。

      由于复杂零件的结构限制,某些部位的缺陷用传统的射线照相或超声检测方法无法进行探伤。图1a为某铸件的工件CT检测图像,在铸件内部发现了大量直径0.3mm以下的气孔,图1b是另一铸件关键部位的CT检测图像,图中发现了直径0.2mm以下的高密度夹杂,而采用所有常规无损检测方法均无法对该部位的缺陷进行有效的探伤。

     

图1  铸件CT检测图像

2.2焊缝质量诊断

   工业CT装置用于焊接质量检测,能够为技术人员提供准确的焊缝质量数据,为焊接工艺的改进提供依据。图4是铍焊接件垂直焊缝和平行焊缝扫描获得的CT图像,左图上可测量熔池深度、有效焊深、表面焊宽等数据,右图揭示了焊缝根部缩孔的分布及尺寸。

         

图4 垂直焊缝扫描(左)和平行焊缝扫描(右)CT图像

                          本文摘自:核电子学与探测技术

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