鑄鋼產品無損檢測方法研究

摘要：鑄件的全面無損檢測在鑄造行業一直來都存在困難，工作環境差、勞動強度大，作業不能實現機械化、自動化，長期來都依賴大量人員手工作業和檢測經驗局限。本文主要從鑄鋼產品無損檢測的技術發展趨勢、綜合性的無損檢測方法和設備前瞻，闡述了鑄鋼產品新型無損檢測技術及設備，希望達到指導現場生產，提高工作效率的目的。

關鍵詞：大型鑄鋼件 CT無損精確檢測

0 引言

隨著鑄造業的迅速發展，產品質量標準逐級提高，無損檢測要求更加嚴格。大型鑄件不僅檢測其內部缺陷，嚴格探傷，而且要精確測量缺陷尺寸。超聲波檢測、磁粉檢測、射線照相檢測等傳統的無損檢測標準已達不到現代大型鑄鋼件內部缺陷準確要求。工業CT技術應運而生，學術名稱：工業計算機斷層掃描成像技術。是將被測體所檢測斷層孤立成像，以期對構件內部進行三維立體分析，準確定位內部缺陷，精確量測缺陷尺寸，并準確獲知物件的構造、尺寸及其內部材料的密度變化等物理特性，檢測效果是其它傳統的無損檢測方法所不及的。工業CT目前只針對工業產品進行無損檢測，工業產品的結構、尺寸和形狀都各不相同，測量要求要根據產品的類型而定，切忌“一刀切”。此外，測量技術相當復雜，加之結構多樣化，所以針對大型鑄鋼件檢測專用性較強。國際無損檢測界把工業CT 稱為最佳的無損檢測手段。

1 工業CT 的基本原理及發展

工業CT設備必須有屏蔽設施，可以起到安全防護的作用。此外，設備的構造還包括計算機系統、探測器系統、機械掃描系統及射線源。圖1清晰展示了工業CT的工作原理。

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圖1 ICT 結構工作原理簡圖

射線源提供CT掃描成像的能量線束穿透試件，基于射線在試件內衰減狀況重建各點衰減系數表征的CT圖像。射線源發射的錐形射線束通過前直準器處理為圖2所示的126扇形射束。信號屏蔽通過后準直器實現，旨在對接受數據的質量進行改進。屏蔽器具有安全防護功能，大型設備的屏蔽器需要現場安裝，小型設備通?？赏ㄟ^自帶的屏蔽設施進行安全防護。

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圖2 掃描成像

現階段業界進行實驗檢測與生產控制常用的是第五代CT。該設備屬于多源多探測器的一個類別。上圖展示的是一種鋼管生產在線檢測與控制壁厚的CT系統。源與探測器呈120度，工件和源到探測器間不作相對轉動，只需管子沿軸向快速作分層運動，內部缺陷一目了然。

2 工業CT選擇

2.1 檢測范圍

檢測范圍即為ICT機的檢測對象。比如，可對試件材料的最大重量、最大高度、最大長度、最大厚度以及最大回轉直徑進行透射。

2.2 輻射源的使用

高能直線加速器：能量大小（MeV）、出束角度、焦點尺寸。X射線源：能量大小、工作電壓（kV）、工作電流（mA）、出束角度、焦點大小等。γ源：是哪一種γ源，如192Ir、137Cs 和60Co，源強、活性區尺寸直徑、長度等。

2.3 ICT 的掃描方式

有無數字投影成像或實時成像功能等。

2.4 分辨能力

分辨能力通常指密度分辨率和空間分辨率，這是衡量ICT性能的重要指標。

空間分辨率：是指通過CT圖像可辨別最小結構細節

的能力。

密度分辨率：是指通過CT圖像可分辨出最小密度差異的能力（通常跟特征區域大小結合在一起評定）。

空間分辨率與密度分辨率在同等的輻射劑量下往往相互矛盾。密度分辨率會隨著空間分辨率提高而減小，反之亦然。所以如何平衡之間的關系是工業CT如何在實踐測量應用中需要專項解決的一項課題。

3 工業CT 在大型鑄鋼件的應用

工業CT 在無損檢測中有著不可替代的優越性。缺陷檢測方面最成功的范例是固體發動機的檢測和高鐵列車車架檢測（圖3）。目前已經有國內鐵路鑄件廠家成功應用，孔隙、雜質、開裂情況，裝配件襯套與殼體之間的結合效果都可通過工業CT施測。利用該設備可繪制構件的三維圖像，還可通過其測量復雜結構件內部尺寸，并分析關鍵裝配件的情況，旨在檢驗構件的尺寸及裝配件是否達標。一般小試件內十幾微米的缺陷都可以通過工業CT的微焦點X射線檢測出來，因此該設備適用于對高彈性模量及缺陷嚴格要求的零件的無損檢測。

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圖3 大型鐵路車輛鑄件檢測示意圖

工業CT 掃描成象使得試件的組分特性清晰再現，對于缺陷的定位和測量精準無誤。除此之外，可以應用在其他領域。比如美國波音公司近年來一直致力于利用該設備進行纖維增強復合材料、膠結結構、蜂窩結構件的缺陷檢測，認為工業CT 可檢測纖維分布的均勻性、孔隙、疏松、膠結界面的厚度及變化情況（圖4）、圖層厚度及變化、材料固化時的流動特性、外來夾雜物等。

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圖4 各型物體整體成像分析圖形

但當前，工業CT 的應用領域較為局限。造價高是限制其大范圍推廣應用的一個主要原因。從成本來看，工業CT 設備要比同類無損檢測設備造價高，檢測成本也高，因此目前只適合檢測一些高價值的零件或零件的關鍵部位。另一方面，工業CT設備專用型性強，其結構與配置必須根據檢測對象及技術要求而定。此外，試件尺寸對工業CT細節特征分辨能力的影響較大，尺寸小的試件設備分辨能力高，尺寸大的試件分辨能力低，這類弊端隨著技術的發展將會得到克服。

4 結束語

通過以上論述，工業CT設備的先進性不言而喻。無損檢測系統的缺點通過它一一克服。工業CT可通過圖像顯示施測零件的斷面，檢測靈敏度及空間分辨率較高。該設備能夠準確測量和定位零件的缺陷，具有較寬的動態范圍，可見它在無損檢測中的作用舉足輕重。工業CT目前的應用領域雖然局限，但其簡單高效的檢測方法已得到業界的關注，因此是不可替代的。通過以上鑄鋼無損檢測技術的研究，有效地跟蹤檢測前沿技術，目前該公司已經開始于相關設備廠家開展了技術交流試驗，部分實踐成功的技術和設備將有效地應用到鑄鋼檢測設備生產中，這對于鑄鋼件的質量、作業效率、環境改善發揮了重要的推動作用。

參考文獻：

[1]先武，李時光.工業CT技術[J].無損檢測，1996.2：（57-60）.

[2]丁厚本著.CT系統的評價標志[J].科技與教學，1990，8：（3）.

[3]周光湖.計算機斷層攝像原理及應用[M].成都電訊工程學院出版社.

作者簡介：劉志學（1982-），男，寧夏銀川人，助理工程師，研究方向：鑄造機械、檢測設備等。