胡 峰，楊文卓，馮俊雄，王嘉晨，黨軍雷

（1.西安石油大學(xué)，陜西 西安 710300；2.渭南市檢驗檢測研究院，陜西 渭南 714000）

1 引言

1.1 研究背景

焊接作為一種基本工藝方法，廣泛應(yīng)用于航空航天、艦船、橋梁、機(jī)械、冶金、能源、石油化工、建筑等行業(yè)。由于焊接過程經(jīng)常受到來自各種因素的影響，因此焊縫中有時不可避免地會出現(xiàn)裂紋、氣孔、夾渣、未熔合、未焊透等缺陷。為了保證焊接構(gòu)件的產(chǎn)品質(zhì)量，國家規(guī)定必須對焊縫進(jìn)行有效的無損檢測，在生產(chǎn)實際中射線檢測是廣泛采用的焊接質(zhì)量無損檢測方式，其檢測結(jié)果被作為焊縫缺陷分析和質(zhì)量評定的重要判定依據(jù)。

近年以來，國內(nèi)各種無損檢測技術(shù)都取得一定程度的進(jìn)展。本文總結(jié)分析各種技術(shù)的優(yōu)勢與缺陷，對于企業(yè)在成本控制，技術(shù)選擇上具有一定的借鑒意義。

1.2 射線無損檢測采用的主要技術(shù)現(xiàn)狀

目前，在射線檢測焊接質(zhì)量方面，射線膠片照相檢測依舊是使用最為普遍的檢測方式。隨著技術(shù)的進(jìn)步，射線實時成像、計算機(jī)射線照相（CR）、數(shù)字平板射線成像（DR）等新的技術(shù)方式也獲得了比較廣泛的應(yīng)用。

2 射線膠片照相技術(shù)

2.1 射線膠片照相技術(shù)基本原理

當(dāng)X射線穿透被檢測的焊件，一部分X射線的能量被焊件吸收，另一部分的能量則穿過焊件，使得特制的膠片感光，底片將呈現(xiàn)出焊件的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和焊件的缺陷，通過對底片的分析，得出焊件缺陷的位置，數(shù)量，類型，尺寸大小等。根據(jù)得到的結(jié)果，依據(jù)國家對于焊縫無損檢測的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行對焊件的評判。

2.2 射線膠片照相技術(shù)優(yōu)缺點

射線膠片照相技術(shù)的優(yōu)點在于使用膠片得出的X射線圖像質(zhì)量較好，且靈敏度和分辨率都比較高，能真實地提供焊件焊縫缺陷的情況。但使用膠片作為載體本身就具有缺陷，例如膠片需要使用顯影液，定影液，這些在使用完成產(chǎn)生廢液后處理不當(dāng)，會對環(huán)境造成一定的污染，而且處理膠片需要在暗室環(huán)境中進(jìn)行，需要處理的時間較長，效率也比較低[1]。

評定X射線焊縫底片是由專業(yè)的評定人員借助觀片燈進(jìn)行評定，評定人員工作量大，在評定過程中容易受到觀光燈的強(qiáng)光損傷眼睛，對評定人員的健康有一定的影響，而且結(jié)果受評定人員主觀因素影響比較大，沒有一套客觀規(guī)范的標(biāo)準(zhǔn)。

2.3 射線膠片照相技術(shù)在自動化方向的改進(jìn)

為改進(jìn)上述缺點，借助計算機(jī)實現(xiàn)對焊件底片的自動分析處理，使評判焊件過程變得規(guī)范化，客觀化和科學(xué)化，需要將底片轉(zhuǎn)化為數(shù)字圖像。將X射線底片數(shù)字化主要采用以下幾種方式。

（1）使用專業(yè)的掃描儀對焊件X射線底片進(jìn)行掃描，得到底片的數(shù)字化成像，然后將掃描出的結(jié)果存儲在計算機(jī)中進(jìn)行分析。

（2）使用分辨率較高的CCD攝像機(jī)對焊件X射線底片進(jìn)行掃描，得到底片的數(shù)字化成像，然后將掃描出的結(jié)果存儲在計算機(jī)中進(jìn)行分析。

采用方式1得到數(shù)字化成像質(zhì)量較高，失真度較小，但是設(shè)備的成本會比較高；采用方式2得到的數(shù)字化成像質(zhì)量較差，但設(shè)備的成本很低。使用計算機(jī)輔助方式也會帶來一定的缺點，機(jī)器設(shè)備需要一定的成本，操作的流程較為復(fù)雜。

3 射線實時成像技術(shù)

3.1 射線實時成像技術(shù)基本原理

顧名思義，X射線實時成像技術(shù)就是在使用X射線照射焊件的同時實時的觀測其所產(chǎn)生的圖像的技術(shù)。

X射線的實時成像技術(shù)的基本原理和X射線膠片照相技術(shù)原理比較相似，都是利用了X射線照射焊件時，能量吸收的差異性實現(xiàn)的，不同的是在使用射線實時成像技術(shù)時，需要將產(chǎn)生的射線能量經(jīng)過圖像增強(qiáng)器接收，然后轉(zhuǎn)換為可見圖像，再通過分辨率較高的CCD攝像機(jī)轉(zhuǎn)化為數(shù)字圖像，存儲到計算機(jī)中等待進(jìn)一步的分析。

3.2 射線實時成像技術(shù)與射線膠片照相技術(shù)比較優(yōu)缺點

射線實時成像技術(shù)通過圖像增強(qiáng)器可以將檢測出的圖像進(jìn)行放大，有助于更明顯的觀測到焊件的缺陷；使用實時成像技術(shù)效率較高，對一幅圖像的處理僅需幾秒鐘的時間，射線膠片照相方法拍攝和處理圖像的時間較長；射線實時成像技術(shù)通過計算機(jī)去處理圖像，目前有一些專用的軟件能夠自動化的對圖像進(jìn)行分析，存儲，增強(qiáng)[2]，而射線膠片技術(shù)在處理底片時容易因為一些不可避免的因素造成底片缺陷。

4 計算機(jī)射線照相檢測技術(shù)

4.1 計算機(jī)射線照相檢測技術(shù)基本原理

計算機(jī)射線照相技術(shù)即CR（Computed Radiography）技術(shù)，它的原理由以下幾步組成：X射線穿透被檢測焊件，將焊件的信息顯示記錄在成像板上，這里用到的成像板為IP板。掃描裝置讀取IP板上的信息，最后存入到計算機(jī)中，由計算機(jī)生成焊件的數(shù)字化圖像進(jìn)行分析評定。

4.2 計算機(jī)X射線照相檢測技術(shù)優(yōu)勢

（1）能夠有效降低成本，雖然IP成像板的價格較高，但是成像板可以重復(fù)利用上千次，平均到每次的成本也就大大降低。而且相對于射線膠片成像技術(shù)來說，也無需對膠片處理的一些環(huán)境和設(shè)備，進(jìn)一步降低成本。

圖1 CR檢測工作原理圖

圖2 CR成像板 (IP板) 結(jié)構(gòu)圖Fig 1 Structure chart of CR imaging plate (IP)

（2）相較于射線膠片成像技術(shù)而言，使用CR技術(shù)成像的密度分辨力相差不大，能夠達(dá)到膠片成像的要求。

（3）使用CR技術(shù)能夠顯著提高效率。對比于射線膠片技術(shù)，曝光量縮減近30%，減少了工作時間，提高效率[3]。

（4）使用CR技術(shù)的裝備，體積較小，機(jī)動性較強(qiáng)，比較適合野外檢測作業(yè)。

（5）CR技術(shù)用到的成像板是柔性的，能夠任意分割，彎曲，能夠適用于所有使用膠片成像技術(shù)的場合。

（6）使用CR技術(shù)，原有的一些機(jī)器設(shè)備無需要淘汰，可以直接投入使用。

（7）CR技術(shù)減少環(huán)境污染方面也有一定優(yōu)勢，無需使用到膠片方式所使用到的顯影，定影液和暗室等環(huán)境，能夠較少環(huán)污染。

4.3 計算機(jī)X射線照相檢測技術(shù)缺陷

（1）CR成像的本質(zhì)是間接二次成像的，成像時環(huán)節(jié)較多，會在一定程度上犧牲圖像的信噪比（SNR）。

（2）相較于膠片照相技術(shù)，CR技術(shù)的檢測靈敏度較低。（3）CR技術(shù)的一次性投入的費用較高。

5 射線數(shù)字平板成像技術(shù)

5.1 射線數(shù)字平板成像技術(shù)基本原理

射線數(shù)字平板成像技術(shù)簡稱DR技術(shù)，其核心在于X-線探測平板和采像處理計算機(jī)。目前，DR技術(shù)可以分為直接轉(zhuǎn)換數(shù)字?jǐn)z影（DDR）和間接轉(zhuǎn)換數(shù)字?jǐn)z影（IDDR）兩種類型，IDDR包括非晶硅平板探測口，DDR包括非晶硒平板探測口。

5.2 射線數(shù)字平板成像技術(shù)的優(yōu)點

DR技術(shù)可以將射線直接轉(zhuǎn)換為數(shù)字圖像，能夠?qū)崟r成像，實時采集數(shù)據(jù)，提高了檢測效率；使用射線數(shù)字平板成像的空間分辨率較高，圖像的質(zhì)量接近膠片照相的水平；DR技術(shù)在一定程度上消除了射線對人體的危害，利用計算機(jī)技術(shù)和電氣化實現(xiàn)全自動檢測，工作人員不必與射線進(jìn)行長時間接觸，收到的損傷較小[4]。

5.3 射線數(shù)字平板成像技術(shù)的缺點

相較于CR技術(shù)而言，DR技術(shù)使用到的成像平板不能任意分割，彎曲，為其使用帶來一些不便；對于一些特殊的焊縫，DR技術(shù)的檢測效率有時會低于膠片技術(shù)[5]；DR成像所需要的技術(shù)設(shè)備價格較高，一些企業(yè)考慮到成本問題不會去選用這種技術(shù)，這在一定程度上也限制了DR技術(shù)的應(yīng)用于發(fā)展[6]。

6 工業(yè)CT檢測技術(shù)

CT技術(shù)全稱為射線計算機(jī)層析成像技術(shù)（Computed Tomography），該檢測技術(shù)在近20年來取得較大發(fā)展。工業(yè)CT技術(shù)（Industrial Computed Tomography）即工業(yè)使用射線計算機(jī)層析成像技術(shù)，簡稱為ICT技術(shù)，它在計算機(jī)的輔助下成像，以二維斷層掃描圖像或三維圖像的形式，直觀地顯示被測試對象的結(jié)構(gòu)、組成、材料和缺陷[7]。北京國家技術(shù)轉(zhuǎn)移中心自主研發(fā)出了一個完整的工業(yè)CT產(chǎn)品系列，提高了我國在無損檢測領(lǐng)域的技術(shù)水平[8]。

6.1 工業(yè)CT檢測技術(shù)基本原理

工業(yè)CT檢測技術(shù)是使用射線透射焊件的一個層面，并對焊件的每一個層面都進(jìn)行這樣的操作，使用陣列檢測器接收透過斷面的射線，轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號輸入計算機(jī)，經(jīng)過計算、變換后重建該平面的圖像。

6.2 工業(yè)CT檢測技術(shù)優(yōu)缺點

工業(yè)CT技術(shù)可以給出垂直于射線照射方向的工件所有層的圖像。 它具有不重疊，透明層，高對比度和高分辨率的特點，并且可以準(zhǔn)確地確定焊件缺陷的位置和性質(zhì)。但被檢測的物體的尺寸，材料等會影響檢測時的曝光情況，同時，被檢測物體的集合特性也會影響成像的效果[9]。

6.3 工業(yè)CT檢測技術(shù)使用場景

工業(yè)CT檢測技術(shù)在缺陷檢測方面，較少用于焊接缺陷檢測，主要用于檢測一些精密的鑄件，火箭發(fā)動機(jī)，計算機(jī)芯片等。

7 小結(jié)

本文主要從X光射線在無損檢測方面的各種技術(shù)的原理和各自優(yōu)缺點進(jìn)行了簡要的說明。這些檢測技術(shù)具有其各自不同的優(yōu)點，也有各自的一些局限性?？紤]技術(shù)各方面優(yōu)勢與劣勢，對于企業(yè)有著重要的意義。當(dāng)前，數(shù)字化技術(shù)，人工智能，大數(shù)據(jù)等方面的技術(shù)獲得了長足的發(fā)展，對于避免人為因素錯誤，檢測準(zhǔn)確性有著巨大幫助，借助人工智能，大數(shù)據(jù)檢測將成為無損檢測的發(fā)展趨勢[10]。