典型缺陷構件的計算機射線照相檢測與常規射線檢測對比

林珊珊，康 達，李新華，馬兆光，江運喜，徐榮波，劉 瑩，張 宏

(1.北京動力機械研究所，北京 100074；2.矩陣科工檢測技術(北京)有限公司，北京 100012)

射線在穿透不同密度、厚度的材料時強度會發生變化，因此可根據成像介質接收穿透射線的強度來評價材料的內部缺陷[1]。根據接收射線介質的不同，可將X 射線檢測技術分為常規射線檢測技術和數字射線檢測技術。數字射線檢測技術的優勢主要在于厚度寬容度大、檢測效率高、圖像可進行后處理等[2-3]。

計算機射線照相(CR)技術是在常規射線檢測技術的基礎上發展而來的，其采用IP 板(成像板)替代膠片作為成像介質，通過專業的掃描器讀出IP板上的潛影圖像即可獲取反映穿透射線強度分布的數字圖像[4]。目前，國內學者對CR檢測技術的應用開展了大量研究。王立豐等[5]通過對多聯體導向葉片進行數字射線檢測和傳統膠片檢測對比試驗，確定了多聯體導向葉片數字射線檢測工藝的可行性。蔣中印等[6]對高鋼級埋弧焊管焊縫的數字射線檢測方法進行了研究，證明了數字射線檢測圖像的質量可滿足相關標準要求，且與膠片射線檢測圖像具有同等的缺陷檢出能力。劉仕遠等[7]對高鐵鋁合金齒輪箱常見的缺陷進行數字射線成像及傳統射線照相檢測，確定了高鐵鋁合金齒輪箱最佳的射線檢測方法。

文章以油箱、火焰筒等產品的典型缺陷為研究對象。火焰筒材料為1Cr18Ni9Ti，若加工不當，其會發生脆化形成裂紋；油箱材料為TA15，鈦合金在350 ℃以上就會與空氣中的氧和水蒸氣發生劇烈的化學反應，使焊接接頭的塑性變差、疲勞強度降低。若焊接時表面清理不到位，鈦合金焊縫容易產生氣孔等缺陷。根據相關驗收標準要求，CR成像應保證裂紋、未焊透、未熔合和直徑0.2 mm以上氣孔類缺陷的檢出。筆者對典型缺陷構件進行了常規射線檢測與CR檢測，并對檢測結果進行分析。結果表明，對于產品中典型缺陷而言，CR檢測能夠達到與常規射線檢測相同的效果，且CR圖像可進行圖像處理，更有利于缺陷的識別與判定，為產品質量提供了強有力保障。

1 CR檢測技術

1.1 檢測原理

CR檢測技術是使用IP板代替膠片完成射線照相，用CR掃描器掃描IP板獲取數字圖像，并應用圖像處理軟件對數字圖像進行分析評估的數字成像技術，其照相系統及成像系統如圖1所示。CR檢測技術的優勢在于成像所需曝光時間短、劑量低、IP板可重復使用及動態范圍大等。

圖1 CR技術照相系統及成像系統示意

1.2 檢測設備

試驗使用的X射線機為GE公司的定向射線機，焦點直徑為0.4或3.0 mm(文章選用0.4 mm)，管電壓為10225 kV(連續可調)，管電流為013 mA(連續可調)；IP成像板為高清藍光板，顆粒尺寸約為50 μm；激光掃描儀的系統為HR13，性能滿足NB/T 47013.14-2016《承壓設備無損檢測 第14部分：X射線計算機輔助成像檢測》等相關標準的AB級要求，輸出的圖像灰度分辨率不低于16位，掃描步進可設置為25，50，100，200 μm。

2 檢測試驗

2.1 像質計識別對比試驗

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

圖2 不銹鋼試片的常規射線檢測影像

不銹鋼試片的CR檢測影像如圖3所示，透照參數：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檢測影像

鈦合金試片材料牌號為TC4，厚度為2.0 mm，其常規射線檢測影像如圖4所示，透照參數：焦距為1 300 mm；透照電壓為55 kV；曝光量為50 mA·min。

圖4 鈦合金試片的常規射線檢測影像

根據標準GJB 1187A-2001《射線檢測》規定，對1.5 mm厚的金屬材料進行單壁透照時，A級要求能識別17號絲。由圖3，4可見，二者均能滿足標準要求。

火焰筒的CR檢測影像如圖5所示，透照參數如下：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檢測影像

根據標準GJB 1187A-2001規定，對2.5 mm厚的金屬材料進行單壁透照時，A級要求可識別16號絲。由圖4,5可知，二者均能滿足標準要求。由此可知，CR檢測與常規射線照相檢測技術的靈敏度均能夠滿足標準GJB 1187A-2001的要求，具有基本相當的缺陷檢出能力。

2.2 常規射線檢測

根據產品類型，分別選用225 kV的定向射線機和160 kV的周向射線機，再根據各自的曝光曲線選擇合適的電壓、焦距及曝光量。膠片選用AgfaD4型膠片，底片黑度為2.02.5，分別對包含氣孔、裂紋、未焊透、未熔合等缺陷的機匣、進氣道、燃燒室等產品進行檢測，結果如圖6～8所示(圖中缺陷處均已圈出)。

圖6 裂紋類缺陷的常規射線檢測影像

圖7 氣孔類缺陷的常規射線檢測影像

圖8 未熔合與未焊透類缺陷的常規射線檢測影像

2.3 CR檢測

利用1.2節的CR檢測系統進行試驗，檢測依據的標準為GB/T 35388-2017 《無損檢測 X射線數字成像檢測 檢測方法》。激光掃描步進設置為25 μm，保證圖像灰度左值為30 00040 000。試驗首先利用雙絲像質計測定系統的空間分辨率(見圖9)。該系統能夠識別的線對號為D13。

圖9 雙絲像質計的CR檢測影像

利用上述系統對包含裂紋、氣孔、未焊透的典型缺陷結構件進行檢測，并結合CR圖像處理技術對檢測結果進行處理，各類型缺陷的CR檢測影像如圖1012所示。

圖10 裂紋類缺陷的CR檢測影像

3 分析與討論

根據驗收標準QJ 1666A-2011 《鈦及鈦合金熔焊技術要求》、QJ 1842A-2011 《結構鋼、不銹鋼熔焊技術要求》規定，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檢測與常規射線檢測都需要具備對這些缺陷的檢出能力。

圖11 氣孔類缺陷的CR檢測影像

圖12 未焊透與未熔合缺陷的CR檢測影像

由上述試驗結果可以看出，常規射線檢測與CR檢測均實現了裂紋、氣孔、未熔合與未焊透缺陷的有效檢出，但二者在缺陷成像、對比度等方面存在一定差異。對于尺寸較小的裂紋、直徑為0.2 mm以上的氣孔等缺陷，常規射線檢測影像顯示較為清晰，CR影像能夠檢出但是顯示模糊。這是因為膠片鹵化銀顆粒的尺寸為15 μm，小于CR檢測使用的IP版顆粒的尺寸(3050 μm)，且激光掃描點尺寸為10 μm，掃描步進為25 μm，均會給小尺寸缺陷的成像帶來較大的影響。因此，常規射線檢測對小尺寸缺陷的檢測效果較CR檢測的好。對于部分厚度變化范圍較大的產品，CR檢測的優勢更明顯。因為CR檢測的線性范圍能夠達到常規射線檢測的10倍，且其可調節窗寬和窗位顯示不同的灰度。雖然可對部分厚度變化范圍較小的產品使用常規射線雙膠片技術進行透照，但成像效果仍較CR檢測的差。

CR檢測利用自動分析軟件對雙絲像質計圖像進行靈敏度測定，而常規射線檢測則是通過人為判讀單絲像質計進行靈敏度測定。因此，CR檢測在很大程度上避免了人為因素的干擾，檢測結果更加可靠。CR檢測還能通過標尺較為準確地測量缺陷的尺寸信息，而常規射線檢測使用普通尺子測量缺陷的尺寸，誤差較大。圖6兩個裂紋類缺陷長度的常規射線測量結果為1 mm和2 mm，而其CR測量的結果為1.21 mm和1.83 mm。

4 結語

對數字油箱、火焰筒等產品開展了CR檢測與常規射線檢測對比研究，對產品中的氣孔、裂紋、未熔合和未焊透等缺陷進行了分析，得出兩種檢測方法均能實現缺陷的檢出及定量，且IP板和AgfaD4型(T1類)膠片的檢測效果具有一定的等價性的結論。此外，CR檢測技術實現了檢測結果的數字化顯示，有利于后續的數據共享、在線分析、自動判讀等，是未來射線檢測技術的重要發展方向。