朱貴鋒，張 揚2，李 帥，王 琰，焦鐘斌，孟全勝

(1.中國兵器工業(yè)第五二研究所煙臺分所有限責任公司，煙臺 264003;2.鐵科縱橫(天津)科技發(fā)展有限公司，天津 301800)

采用超聲波檢測鑄鋼件時:對于輪廓復雜和指向性不好的斷開性缺陷,其反射波形復雜，晶界反射、組織結構、多孔性及分散析出物等同樣妨礙超聲波的識別，需要檢測人員具有豐富的檢測經驗；對于形狀復雜的鑄鋼件，拐角以及超聲波探頭無法檢測的位置也存在漏檢現(xiàn)象。在沒有特定要求的情況下，鑄造廠家一般采用射線檢測法檢測鑄造質量，其中常規(guī)射線膠片照相法是最常用的檢測方法，但仍存在檢測效率低、檢測成本較高、勞動強度大、底片難以長期保存等缺點。常規(guī)X射線膠片照相法的厚度寬容度小，對于工件上的不同透照厚度需要選擇不同的曝光參數(shù)，即使采用雙膠片法，對于不同厚度的過渡區(qū)也容易發(fā)生漏檢。數(shù)字射線成像法的動態(tài)檢測范圍大、寬容度好，可較好地解決上述問題。

基于平板探測器的數(shù)字射線檢測技術是數(shù)字射線成像的發(fā)展趨勢之一[1-4]。隨著平板探測器檢測能力的提高，數(shù)字射線圖像靈敏度、分辨力等指標逐步接近膠片照相法的，該方法不僅可以降低工作強度、提高檢測效率，而且數(shù)字圖像可以長期保存且調用方便，但目前缺乏鑄鋼件數(shù)字射線成像檢測的標準。張俊哲等[5]采用數(shù)字射線成像技術實現(xiàn)了變截面鑄鋼件的檢測。彭明峰等[6]將數(shù)字射線檢測技術應用于鈦合金筒形鑄件檢測中，并取得較好效果。王立豐等[7]運用自動化數(shù)字射線檢測技術，通過和傳統(tǒng)膠片檢測方法對比，確定了航空精鑄聯(lián)體導向葉片的數(shù)字射線檢測工藝，實現(xiàn)了多聯(lián)體導向葉片自動化全方位的檢測。筆者通過數(shù)字射線成像檢測和常規(guī)射線膠片檢測的對比試驗，驗證了數(shù)字射線成像檢測系統(tǒng)對復雜形狀鑄鋼件的檢測能力和可靠性，從而確定了其數(shù)字射線成像檢測工藝。

1 試驗方法

1.1 試驗儀器

數(shù)字射線成像檢測系統(tǒng)包括X射線源、平板陣列探測器、數(shù)字圖像采集與處理系統(tǒng)等。其基本工作流程為：平板探測器將接收到的X射線光子信號轉換為電信號，傳輸該電信號至數(shù)字圖像采集與處理系統(tǒng)形成數(shù)字圖像，通過圖像處理技術改進圖像質量。試驗采用YXLON/200D型射線機，其最大管電壓為200 kV,管電流為0.5 mA6.0 mA,且連續(xù)可調，焦點直徑為1.0 mm；探測器為VAREX/XRpad2 4336型非晶硅平板探測器，有效成像面積為320 mm×410 mm(長×寬)，像素大小(長×寬)為100 mm×100 mm,極限分辨率為5 lp·mm-1。常規(guī)射線膠片法檢測采用丹東XXG3505X型射線機，其最大管電壓為350 kV,管電流為5 mA,焦點尺寸(長×寬)為2 mm×2 mm,采用AGFA C7型膠片。

1.2 試樣分析

選取的試樣外觀如圖1所示。試樣最大高度為380 mm，最大長度為340 mm,最大寬度為250 mm，壁厚為11～28 mm。

1.3 檢測工藝確定

由于試樣壁厚變化較大，常規(guī)射線膠片檢測厚度的寬容度較小，所以需要在不同壁厚部位分別進行透照，按照GB/T 5677-2018 《鑄件 射線照相檢測》標準A級技術等級制定檢測工藝，透照布置示意如圖2所示，工藝參數(shù)如表1所示。為了確定檢測工藝的可行性，數(shù)字射線成像檢測的靈敏度要求同樣按照GB/T 5677-2018標準A級技術等級制定，圖像分辨率及歸一化信噪比等指標的要求按照GB/T 35388-2017 《無損檢測 X射線數(shù)字成像檢測 檢測方法》標準A級技術等級確定。X射線數(shù)字成像法透照時采取射線源在上方，平板探測器在下方的方式，探測器與射線源之間為樣品平臺，平臺距探測器20 mm。為防止散射線對圖像對比度的影響，在射線機窗口前安裝2 mm厚的T2紫銅濾板，透照時用鉛質材料將試樣非檢測部位及平板探測器檢測不到的區(qū)域進行屏蔽。將試樣分為4個檢測區(qū)域，透照布置方法如圖3所示，每個區(qū)域的檢測部位如圖3虛線所示，其中為了防止圓筒位置有缺陷漏檢，需要相互垂直透照兩次(圖3中位置1和位置4)，透照位置2及位置3時，試樣需傾斜一定角度，防止遮擋。數(shù)字射線成像檢測工藝參數(shù)如表2所示。

圖1 試樣外觀

圖2 X射線膠片檢測透照布置示意

表1 常規(guī)射線膠片檢測工藝參數(shù)

表2 數(shù)字射線成像檢測工藝參數(shù)

圖3 X射線數(shù)字成像檢測透照布置方式

2 試驗結果與分析

2.1 檢測靈敏度對比分析

將射線膠片法與數(shù)字射線成像法的檢測靈敏度進行對比，結果如表3所示。從表3可以看出，數(shù)字射線成像檢測靈敏度基本與射線膠片法檢測靈敏度相同，均能滿足GB/T 5677-2018標準A級技術規(guī)定的靈敏度要求。數(shù)字射線成像檢測的圖像參數(shù)如表4所示，圖像分辨率及信噪比等指標均能滿足GB/T 35388-2017標準A級技術等級要求。

表3 膠片法與數(shù)字射線成像法檢測靈敏度對比

表4 數(shù)字射線成像檢測圖像參數(shù)

2.2 檢測效率對比分析

采用常規(guī)射線膠片法檢測時，曝光時間需要30.5 min,并且射線機休息冷卻時間需要與曝光時間相同，再加上裁片、裝片、布片、洗片等時間，檢測一件該試樣至少需要90 min。采用數(shù)字射線成像法檢測時，檢測一件該試樣大約只需要15 min，檢測效率明顯高于膠片法的。數(shù)字射線成像法檢測效率高于膠片法的主要原因有以下幾點:① 常規(guī)膠片法的厚度寬容度小于數(shù)字射線成像法的，以該試驗采用的儀器為例，當管電壓為180 kV時，膠片法的厚度寬容度只有6 mm左右(黑度為2.0，4.0)，所以針對不同壁厚部位需要分別透照，共分為13個透照區(qū)域，共需進行9次曝光，而數(shù)字射線成像法的厚度寬容度可達20 mm以上(曝光時間為1 s,信噪比大于70)，所以只需將試樣分為4個透照區(qū)域，進行4次曝光即可；② 采用膠片法時，雖然某些部位滿足厚度寬容度的要求，但是受試樣幾何結構及膠片尺寸等的限制，從保證底片質量及節(jié)約成本角度考慮，也需要分別進行透照；③ 數(shù)字射線成像法單次曝光時間短，試驗中數(shù)字射線成像單次曝光時間為32 s，而采用膠片法的單次曝光時間至少需要3 min(管電流為5 mA),否則無法滿足標準對曝光量的要求(A級技術，焦距為700 mm,推薦曝光量不小于15 mA·min)。同時，數(shù)字射線成像法無需膠片和化學藥液、無化學廢物等，檢測成本大大降低。

2.3 檢測結果對比分析

試驗時，平板探測器有效成像面積大于檢測部位面積,且試樣幾何結構復雜、厚度差較大，均可導致“邊蝕效應”，影響圖像質量，甚至造成缺陷漏檢。圖4為透照圖3中位置2時，試樣非檢測部位及平板探測器檢測不到的區(qū)域采取和未采取屏蔽措施的圖像對比。圖4(a)為未采取屏蔽措施時得到的圖像，可見邊蝕現(xiàn)象非常嚴重，圖像對比度低，缺陷隱約可見，且與圖4(b)相比漏檢了一處缺陷。圖4(b)為采取有效屏蔽措施時得到的圖像，圖像對比度高，缺陷清晰可見。

圖4 數(shù)字射線成像時采取和未采取屏蔽措施的圖像對比

圖5 數(shù)字射線成像和膠片檢測結果對比

將膠片法的底片與射線數(shù)字圖像進行對比，如圖5所示，圖5(a)，5(b)分別為膠片法和數(shù)字射線成像法透照圖3中位置2的檢測結果，圖5(c)，5(d)分別為膠片法和數(shù)字射線成像法透照圖3中位置4的檢測結果。試驗結果表明，膠片法和數(shù)字射線法均能有效發(fā)現(xiàn)縮孔、氣孔等缺陷,檢測結果基本一致,且數(shù)字射線成像法檢測到的氣孔數(shù)量[見圖5(d)]明顯多于膠片法的[見圖5(c)]。綜上可知，數(shù)字射線成像法檢測該復雜形狀鑄鋼件能基本滿足檢測要求。

3 結語

(1) 某復雜形狀鑄鋼件的數(shù)字射線成像檢測靈敏度滿足GB/T 5677-2018標準A級技術等級要求，圖像分辨率及信噪比等均能滿足GB/T 35388-2017標準A級技術等級要求。

(2) 采用的數(shù)字射線成像系統(tǒng)的檢測能力及可靠性可達到膠片法AGFA C7型膠片水平，該系統(tǒng)可用于復雜形狀鑄鋼件的檢測。

(3) 由于數(shù)字射線成像法的厚度寬容度大、曝光時間短，可大大縮短檢測周期，檢測效率是常規(guī)膠片法的6倍以上。