林珊珊，康 達(dá)，李新華，馬兆光，江運(yùn)喜，徐榮波，劉 瑩，張 宏

(1.北京動(dòng)力機(jī)械研究所，北京 100074；2.矩陣科工檢測(cè)技術(shù)(北京)有限公司，北京 100012)

射線(xiàn)在穿透不同密度、厚度的材料時(shí)強(qiáng)度會(huì)發(fā)生變化，因此可根據(jù)成像介質(zhì)接收穿透射線(xiàn)的強(qiáng)度來(lái)評(píng)價(jià)材料的內(nèi)部缺陷[1]。根據(jù)接收射線(xiàn)介質(zhì)的不同，可將X 射線(xiàn)檢測(cè)技術(shù)分為常規(guī)射線(xiàn)檢測(cè)技術(shù)和數(shù)字射線(xiàn)檢測(cè)技術(shù)。數(shù)字射線(xiàn)檢測(cè)技術(shù)的優(yōu)勢(shì)主要在于厚度寬容度大、檢測(cè)效率高、圖像可進(jìn)行后處理等[2-3]。

計(jì)算機(jī)射線(xiàn)照相(CR)技術(shù)是在常規(guī)射線(xiàn)檢測(cè)技術(shù)的基礎(chǔ)上發(fā)展而來(lái)的，其采用IP 板(成像板)替代膠片作為成像介質(zhì)，通過(guò)專(zhuān)業(yè)的掃描器讀出IP板上的潛影圖像即可獲取反映穿透射線(xiàn)強(qiáng)度分布的數(shù)字圖像[4]。目前，國(guó)內(nèi)學(xué)者對(duì)CR檢測(cè)技術(shù)的應(yīng)用開(kāi)展了大量研究。王立豐等[5]通過(guò)對(duì)多聯(lián)體導(dǎo)向葉片進(jìn)行數(shù)字射線(xiàn)檢測(cè)和傳統(tǒng)膠片檢測(cè)對(duì)比試驗(yàn)，確定了多聯(lián)體導(dǎo)向葉片數(shù)字射線(xiàn)檢測(cè)工藝的可行性。蔣中印等[6]對(duì)高鋼級(jí)埋弧焊管焊縫的數(shù)字射線(xiàn)檢測(cè)方法進(jìn)行了研究，證明了數(shù)字射線(xiàn)檢測(cè)圖像的質(zhì)量可滿(mǎn)足相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求，且與膠片射線(xiàn)檢測(cè)圖像具有同等的缺陷檢出能力。劉仕遠(yuǎn)等[7]對(duì)高鐵鋁合金齒輪箱常見(jiàn)的缺陷進(jìn)行數(shù)字射線(xiàn)成像及傳統(tǒng)射線(xiàn)照相檢測(cè)，確定了高鐵鋁合金齒輪箱最佳的射線(xiàn)檢測(cè)方法。

文章以油箱、火焰筒等產(chǎn)品的典型缺陷為研究對(duì)象?；鹧嫱膊牧蠟?Cr18Ni9Ti，若加工不當(dāng)，其會(huì)發(fā)生脆化形成裂紋；油箱材料為T(mén)A15，鈦合金在350 ℃以上就會(huì)與空氣中的氧和水蒸氣發(fā)生劇烈的化學(xué)反應(yīng)，使焊接接頭的塑性變差、疲勞強(qiáng)度降低。若焊接時(shí)表面清理不到位，鈦合金焊縫容易產(chǎn)生氣孔等缺陷。根據(jù)相關(guān)驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)要求，CR成像應(yīng)保證裂紋、未焊透、未熔合和直徑0.2 mm以上氣孔類(lèi)缺陷的檢出。筆者對(duì)典型缺陷構(gòu)件進(jìn)行了常規(guī)射線(xiàn)檢測(cè)與CR檢測(cè)，并對(duì)檢測(cè)結(jié)果進(jìn)行分析。結(jié)果表明，對(duì)于產(chǎn)品中典型缺陷而言，CR檢測(cè)能夠達(dá)到與常規(guī)射線(xiàn)檢測(cè)相同的效果，且CR圖像可進(jìn)行圖像處理，更有利于缺陷的識(shí)別與判定，為產(chǎn)品質(zhì)量提供了強(qiáng)有力保障。

1 CR檢測(cè)技術(shù)

1.1 檢測(cè)原理

CR檢測(cè)技術(shù)是使用IP板代替膠片完成射線(xiàn)照相，用CR掃描器掃描IP板獲取數(shù)字圖像，并應(yīng)用圖像處理軟件對(duì)數(shù)字圖像進(jìn)行分析評(píng)估的數(shù)字成像技術(shù)，其照相系統(tǒng)及成像系統(tǒng)如圖1所示。CR檢測(cè)技術(shù)的優(yōu)勢(shì)在于成像所需曝光時(shí)間短、劑量低、IP板可重復(fù)使用及動(dòng)態(tài)范圍大等。

圖1 CR技術(shù)照相系統(tǒng)及成像系統(tǒng)示意

1.2 檢測(cè)設(shè)備

試驗(yàn)使用的X射線(xiàn)機(jī)為GE公司的定向射線(xiàn)機(jī)，焦點(diǎn)直徑為0.4或3.0 mm(文章選用0.4 mm)，管電壓為10225 kV(連續(xù)可調(diào))，管電流為013 mA(連續(xù)可調(diào))；IP成像板為高清藍(lán)光板，顆粒尺寸約為50 μm；激光掃描儀的系統(tǒng)為HR13，性能滿(mǎn)足NB/T 47013.14-2016《承壓設(shè)備無(wú)損檢測(cè) 第14部分：X射線(xiàn)計(jì)算機(jī)輔助成像檢測(cè)》等相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的AB級(jí)要求，輸出的圖像灰度分辨率不低于16位，掃描步進(jìn)可設(shè)置為25，50，100，200 μm。

2 檢測(cè)試驗(yàn)

2.1 像質(zhì)計(jì)識(shí)別對(duì)比試驗(yàn)

不銹鋼試片材料為1Cr18Ni9Ti，厚度為1.5 mm，其常規(guī)射線(xiàn)檢測(cè)影像如圖2所示，透照參數(shù)：焦距為1 300 mm；透照電壓為95 kV；曝光量為50 mA·min。

圖2 不銹鋼試片的常規(guī)射線(xiàn)檢測(cè)影像

不銹鋼試片的CR檢測(cè)影像如圖3所示，透照參數(shù)：焦距為1 300 mm；透照電壓為95 kV；曝光量為25 mA·min。

圖3 不銹鋼試片的CR檢測(cè)影像

鈦合金試片材料牌號(hào)為T(mén)C4，厚度為2.0 mm，其常規(guī)射線(xiàn)檢測(cè)影像如圖4所示，透照參數(shù)：焦距為1 300 mm；透照電壓為55 kV；曝光量為50 mA·min。

圖4 鈦合金試片的常規(guī)射線(xiàn)檢測(cè)影像

根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)GJB 1187A-2001《射線(xiàn)檢測(cè)》規(guī)定，對(duì)1.5 mm厚的金屬材料進(jìn)行單壁透照時(shí)，A級(jí)要求能識(shí)別17號(hào)絲。由圖3，4可見(jiàn)，二者均能滿(mǎn)足標(biāo)準(zhǔn)要求。

火焰筒的CR檢測(cè)影像如圖5所示，透照參數(shù)如下：焦距為1 300 mm；透照電壓為55 kV；曝光量為25 mA·min。

圖5 鈦合金試片的CR檢測(cè)影像

根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)GJB 1187A-2001規(guī)定，對(duì)2.5 mm厚的金屬材料進(jìn)行單壁透照時(shí)，A級(jí)要求可識(shí)別16號(hào)絲。由圖4,5可知，二者均能滿(mǎn)足標(biāo)準(zhǔn)要求。由此可知，CR檢測(cè)與常規(guī)射線(xiàn)照相檢測(cè)技術(shù)的靈敏度均能夠滿(mǎn)足標(biāo)準(zhǔn)GJB 1187A-2001的要求，具有基本相當(dāng)?shù)娜毕輽z出能力。

2.2 常規(guī)射線(xiàn)檢測(cè)

根據(jù)產(chǎn)品類(lèi)型，分別選用225 kV的定向射線(xiàn)機(jī)和160 kV的周向射線(xiàn)機(jī)，再根據(jù)各自的曝光曲線(xiàn)選擇合適的電壓、焦距及曝光量。膠片選用AgfaD4型膠片，底片黑度為2.02.5，分別對(duì)包含氣孔、裂紋、未焊透、未熔合等缺陷的機(jī)匣、進(jìn)氣道、燃燒室等產(chǎn)品進(jìn)行檢測(cè)，結(jié)果如圖6～8所示(圖中缺陷處均已圈出)。

圖6 裂紋類(lèi)缺陷的常規(guī)射線(xiàn)檢測(cè)影像

圖7 氣孔類(lèi)缺陷的常規(guī)射線(xiàn)檢測(cè)影像

圖8 未熔合與未焊透類(lèi)缺陷的常規(guī)射線(xiàn)檢測(cè)影像

2.3 CR檢測(cè)

利用1.2節(jié)的CR檢測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行試驗(yàn)，檢測(cè)依據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)為GB/T 35388-2017 《無(wú)損檢測(cè) X射線(xiàn)數(shù)字成像檢測(cè) 檢測(cè)方法》。激光掃描步進(jìn)設(shè)置為25 μm，保證圖像灰度左值為30 00040 000。試驗(yàn)首先利用雙絲像質(zhì)計(jì)測(cè)定系統(tǒng)的空間分辨率(見(jiàn)圖9)。該系統(tǒng)能夠識(shí)別的線(xiàn)對(duì)號(hào)為D13。

圖9 雙絲像質(zhì)計(jì)的CR檢測(cè)影像

利用上述系統(tǒng)對(duì)包含裂紋、氣孔、未焊透的典型缺陷結(jié)構(gòu)件進(jìn)行檢測(cè)，并結(jié)合CR圖像處理技術(shù)對(duì)檢測(cè)結(jié)果進(jìn)行處理，各類(lèi)型缺陷的CR檢測(cè)影像如圖1012所示。

圖10 裂紋類(lèi)缺陷的CR檢測(cè)影像

3 分析與討論

根據(jù)驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)QJ 1666A-2011 《鈦及鈦合金熔焊技術(shù)要求》、QJ 1842A-2011 《結(jié)構(gòu)鋼、不銹鋼熔焊技術(shù)要求》規(guī)定，裂紋、未熔合與未焊透屬于不允許缺陷，但直徑為0.2 mm以下的氣孔不論是聚集狀還是分散狀都是允許存在的。因此，CR檢測(cè)與常規(guī)射線(xiàn)檢測(cè)都需要具備對(duì)這些缺陷的檢出能力。

圖11 氣孔類(lèi)缺陷的CR檢測(cè)影像

圖12 未焊透與未熔合缺陷的CR檢測(cè)影像

由上述試驗(yàn)結(jié)果可以看出，常規(guī)射線(xiàn)檢測(cè)與CR檢測(cè)均實(shí)現(xiàn)了裂紋、氣孔、未熔合與未焊透缺陷的有效檢出，但二者在缺陷成像、對(duì)比度等方面存在一定差異。對(duì)于尺寸較小的裂紋、直徑為0.2 mm以上的氣孔等缺陷，常規(guī)射線(xiàn)檢測(cè)影像顯示較為清晰，CR影像能夠檢出但是顯示模糊。這是因?yàn)槟z片鹵化銀顆粒的尺寸為15 μm，小于CR檢測(cè)使用的IP版顆粒的尺寸(3050 μm)，且激光掃描點(diǎn)尺寸為10 μm，掃描步進(jìn)為25 μm，均會(huì)給小尺寸缺陷的成像帶來(lái)較大的影響。因此，常規(guī)射線(xiàn)檢測(cè)對(duì)小尺寸缺陷的檢測(cè)效果較CR檢測(cè)的好。對(duì)于部分厚度變化范圍較大的產(chǎn)品，CR檢測(cè)的優(yōu)勢(shì)更明顯。因?yàn)镃R檢測(cè)的線(xiàn)性范圍能夠達(dá)到常規(guī)射線(xiàn)檢測(cè)的10倍，且其可調(diào)節(jié)窗寬和窗位顯示不同的灰度。雖然可對(duì)部分厚度變化范圍較小的產(chǎn)品使用常規(guī)射線(xiàn)雙膠片技術(shù)進(jìn)行透照，但成像效果仍較CR檢測(cè)的差。

CR檢測(cè)利用自動(dòng)分析軟件對(duì)雙絲像質(zhì)計(jì)圖像進(jìn)行靈敏度測(cè)定，而常規(guī)射線(xiàn)檢測(cè)則是通過(guò)人為判讀單絲像質(zhì)計(jì)進(jìn)行靈敏度測(cè)定。因此，CR檢測(cè)在很大程度上避免了人為因素的干擾，檢測(cè)結(jié)果更加可靠。CR檢測(cè)還能通過(guò)標(biāo)尺較為準(zhǔn)確地測(cè)量缺陷的尺寸信息，而常規(guī)射線(xiàn)檢測(cè)使用普通尺子測(cè)量缺陷的尺寸，誤差較大。圖6兩個(gè)裂紋類(lèi)缺陷長(zhǎng)度的常規(guī)射線(xiàn)測(cè)量結(jié)果為1 mm和2 mm，而其CR測(cè)量的結(jié)果為1.21 mm和1.83 mm。

4 結(jié)語(yǔ)

對(duì)數(shù)字油箱、火焰筒等產(chǎn)品開(kāi)展了CR檢測(cè)與常規(guī)射線(xiàn)檢測(cè)對(duì)比研究，對(duì)產(chǎn)品中的氣孔、裂紋、未熔合和未焊透等缺陷進(jìn)行了分析，得出兩種檢測(cè)方法均能實(shí)現(xiàn)缺陷的檢出及定量，且IP板和AgfaD4型(T1類(lèi))膠片的檢測(cè)效果具有一定的等價(jià)性的結(jié)論。此外，CR檢測(cè)技術(shù)實(shí)現(xiàn)了檢測(cè)結(jié)果的數(shù)字化顯示，有利于后續(xù)的數(shù)據(jù)共享、在線(xiàn)分析、自動(dòng)判讀等，是未來(lái)射線(xiàn)檢測(cè)技術(shù)的重要發(fā)展方向。