楊杰

(洛陽欣隆工程檢測有限公司，河南洛陽 471012)

淺談射線檢測技術(shù)的發(fā)展

楊杰

(洛陽欣隆工程檢測有限公司，河南洛陽 471012)

對無損檢測技術(shù)進行了介紹，闡述了其現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢。

射線檢測技術(shù);現(xiàn)狀;實時成像;發(fā)展

1 無損檢測概述

美國材料實驗協(xié)會(American Society of Testing Materials，ASTM)在Standard Terminology for Nondestructive Examinations中將無損檢測定義為：在不損害其后續(xù)有用性和適用性的前提下，發(fā)展和應用測試材料或構(gòu)件的技術(shù)方法來探測、定位、測量和評價缺陷;評估材料的完整性、性質(zhì)和組成;測量幾何特征。其基本過程是采用無損檢測手段，確定檢測信息為偽缺陷、相關缺陷或非相關缺陷，然后評估確定該構(gòu)件是否符合特定的可接受的標準。

無損檢測具有兩個層次上的意義：①無損檢測(NDT)是指對材料或部件進行某種檢測以獲得相關內(nèi)部結(jié)構(gòu)、有無缺陷、缺陷的性質(zhì)、形狀、大小、位置及分布等信息而對被檢測材料不造成任何損傷;②無損評價(NDE)是依據(jù)相關標準，借助于檢驗、測量、試驗、計算和模擬等手段，對被評對象的固有屬性、功能、狀態(tài)、潛力及趨勢等做出完整、準確的綜合評價。其綜合性、預見性、復雜程度、技術(shù)難度及其公正性、向?qū)远歼h遠超過無損檢測。NDE需要以NDT為基礎，卻超越了NDT的范疇。

目前，NDT/NDE已經(jīng)廣泛應用于從材料的研制到構(gòu)件制備，直至其服役期的檢測，橫跨材料的整個生命周期。據(jù)美國國家宇航局調(diào)研分析，無損檢測方法可分為六大類約70余種。但在實際應用中比較常見的常規(guī)無損檢測方法有以下幾種：①超聲檢測(簡稱UT);②射線檢測(簡稱RT);③磁粉檢測(簡稱MT);④滲透檢驗(簡稱PT);⑤渦流檢測(簡稱ET)。

射線檢測技術(shù)，從最初的單純膠片射線照相檢驗，經(jīng)100多年的發(fā)展，今天已成為以先進的數(shù)字技術(shù)為特征，包括射線照相檢驗、射線實時成像檢驗和射線層析檢測等多種技術(shù)的無損檢測手段。由于該技術(shù)具有可自我監(jiān)控檢測工作質(zhì)量和檢測技術(shù)正確性的特性，已成為重要和廣泛應用的無損檢測技術(shù)。

2 射線檢測技術(shù)的現(xiàn)狀

什么是射線檢測技術(shù)呢?它是利用射線(X射線、γ射線、中子射線等)穿過材料或工件時的強度衰減，檢測其內(nèi)部結(jié)構(gòu)不連續(xù)性的技術(shù)。穿過材料或工件的射線由于強度不同，在X射線膠片上的感光程度也不同，由此生成內(nèi)部不連續(xù)的圖像。

2.1 常規(guī)射線照相檢驗技術(shù)

2.1.1 常規(guī)射線照相檢驗技術(shù)理論

20世紀80年代以來，我國射線檢測技術(shù)工作者引入了歐美和日本射線檢測技術(shù)的研究成果并進行了消化性的研究和吸收，逐步形成了適合我國的、科學的理論系統(tǒng)。以無損檢測學會Ⅱ級教材、鍋爐壓力容器系統(tǒng)教材和航空航天系統(tǒng)內(nèi)部Ⅱ、Ⅲ級合一培訓教材《射線檢測技術(shù)》為代表的新版培訓教材，基于對射線照相檢驗技術(shù)基本理論和技術(shù)的理解及多年實際檢驗工作經(jīng)驗的總結(jié)等，構(gòu)建了我國射線照相檢驗技術(shù)的理論系統(tǒng)。從20世紀80年代后期，我國的一些射線檢測工作者對國外有關標準多有關注。一方面，翻譯了一些有影響的國外標準;另一方面，從射線照相檢驗技術(shù)的一般理論對標準的規(guī)定進行了分析研究，明確提出了射線照相檢驗技術(shù)標準有關規(guī)定的核心線索。它不僅給出了射線照相檢驗技術(shù)的基本面，而且揭示了各方面的基本關系。這對于理解、應用和修訂標準顯然都具有意義。

2.1.2 常規(guī)射線照相檢驗工藝

20世紀90年代，射線檢測工作者重點針對小直徑管對接焊縫射線照相檢驗工藝所做的進一步工作主要有：全面引入國外標準有關直徑、壁厚、焊縫寬度、透照方式和透照次數(shù)的規(guī)定;對這些規(guī)定從一般理論上進行討論，并進行試驗驗證，給出了橢圓成像一次有效透照長度的近似估計方法。這些工作使小直徑管對接焊縫的射線照相檢驗有了完整的工藝，揭示了我國有關標準存在的問題與不足。

2.1.3 缺陷自動識別

近年來，隨著計算機技術(shù)、圖像處理技術(shù)和模式識別技術(shù)的發(fā)展，缺陷自動識別技術(shù)一直受到一些研究機構(gòu)的關注，已有一些熔焊缺陷自動識別研究結(jié)果，如北方交通大學等提出了提高缺陷識別率的新課題，哈爾濱工業(yè)大學國家焊接重點實驗室完成了電阻點焊缺陷的自動識別評定研究。該方面的研究可能還要經(jīng)歷一段時間才能得到工業(yè)應用成果。

2.1.4 射線檢測器材

在常規(guī)射線照相檢驗技術(shù)的器材方面，國內(nèi)近年來多集中在研制管道爬行器和減輕便攜式X射線機的重量方面。我國的X射線機生產(chǎn)廠，如沈陽探傷機廠、中南無損檢測儀器廠和大連通海公司等為減輕便攜式X射線機的質(zhì)量做了許多工作，已取得了明顯進展。我國已研制出系列管道爬行器，現(xiàn)正向體積小、質(zhì)量輕和數(shù)字成像的方向努力。

2.1.5 CR技術(shù)

CR技術(shù)是近年正在迅速發(fā)展的數(shù)字射線照相技術(shù)中一種新的非膠片射線照相技術(shù)。該技術(shù)是基于某些熒光發(fā)射物質(zhì)具有保留潛在圖像信息的能力，這些熒光物質(zhì)在較高能帶俘獲的電子形成光激發(fā)射熒光中心，在激光激發(fā)下，光激發(fā)射熒光中心的電子將返回它們初始能級，并以發(fā)射可見光的形式輸出能量。這種光發(fā)射與原來接收的射線劑量成比例。這樣，當激光束掃描儲存熒光成像板時，就可得到射線照相圖像。已有文獻報道，CR技術(shù)已成功應用在一些重要方面。我國射線檢測工作者對該技術(shù)給予了充分的重視。除公開介紹該技術(shù)外，還將該項技術(shù)列入鍋爐壓力容器高級人員復試培訓和考試內(nèi)容。北京鄒展鹿城無損檢測器材公司組織了CR技術(shù)座談會，并進行了應用試驗。江蘇立達機電(昆山)有限公司已引入了美國PPTI公司的CR技術(shù)成像板。期望它盡快成為可替代膠片的射線照相檢驗技術(shù)。

2.2 射線實時成像檢測技術(shù)

射線實時成像檢驗技術(shù)幾乎與膠片射線照相技術(shù)同時發(fā)展。早期主要是熒光屏實時成像檢驗系統(tǒng)，目前應用的射線實時成像檢驗系統(tǒng)有多種，主要是圖像增強器、成像板和線陣列射線實時成像檢驗系統(tǒng)等。成像板和線陣列射線實時成像檢驗系統(tǒng)是近年發(fā)展起來的數(shù)字實時成像檢驗系統(tǒng)，它們使用基于非晶硅的閃爍檢測器和熒光光電倍增器制成的成像板或線陣列拾取信號。這種實時成像檢驗系統(tǒng)的主要特點是，同時具有很高的分辨力和很大的動態(tài)范圍，可檢驗厚度差或密度差很大的物體。

我國一些工業(yè)部門從20世紀70年代開始引入圖像增強器射線實時成像檢驗系統(tǒng)，目前主要應用于輪胎、鑄造汽車輪轂、蒸汽鍋爐過熱器、省煤器及水冷壁系統(tǒng)等的小管徑對接焊縫檢驗。廣東粵海鋼瓶廠對液化氣鋼瓶對接焊縫的圖像增強器射線實時成像檢驗與膠片射線照相檢驗作了大量對比和總結(jié)，形成了氣瓶對接焊縫的圖像增強器射線實時成像檢驗技術(shù)，并制訂了相應的國家標準。北京機械工業(yè)自動化所研制了高能射線實時成像檢驗系統(tǒng)，可用于大厚度工件的檢驗。

射線實時成像檢驗技術(shù)能否代替膠片射線照相檢驗技術(shù)，是近年射線工作者和有關方面十分關注的問題。在最近的航天系統(tǒng)無損檢測技術(shù)交流會上，研究人員從射線照相檢驗技術(shù)的基本理論出發(fā)，分析了射線照相檢驗技術(shù)標準的規(guī)定和射線實時成像技術(shù)，提出了評價射線實時成像檢驗技術(shù)與射線照相檢驗技術(shù)對缺陷檢驗能力的等價性指標，給出了評定等價性的方法。這對今后射線實時成像檢驗技術(shù)的應用具有意義。

2.3 射線層析檢測技術(shù)

2.3.1 射線CT技術(shù)

CT技術(shù)，即計算機輔助層析成像技術(shù)。CT技術(shù)從投影數(shù)據(jù)重建物體的圖像。1971年英國EMI公司研制出世界上第一臺醫(yī)療射線CT裝置，并稱為計算機輔助層析成像掃描器。70年代末期致力于工業(yè)應用研究的美國研制了專門應用的工業(yè)CT系統(tǒng)，主要是針對大型固體火箭發(fā)動機和小型精密工件。

工業(yè)CT技術(shù)的主要應用有：①早期使用在石油工業(yè)，分析鉆井巖芯;②在航空工業(yè)用于檢驗與評價復合材料和復合結(jié)構(gòu)，評價某些復合件的制造過程，也用于一系列情況下樣件的評價。這種檢測與評價過程，大大簡化了取樣破壞分析過程;③檢測大型固體火箭發(fā)動機，這樣的CT系統(tǒng)使用電子直線加速器X射線源，能量高達25 MeV，可檢驗直徑達3 m的大型固體火箭發(fā)動機;④檢驗小型、復雜、精密的鑄件和鍛件，進行缺陷檢驗和尺寸測量;⑤檢查工程陶瓷和粉末冶金產(chǎn)品制造過程發(fā)生的材料或成分變化，特別是對高強度、形狀復雜的產(chǎn)品;⑥組件結(jié)構(gòu)檢查。

2.3.2 康普頓散射成像檢測技術(shù)

1976年前蘇聯(lián)完成了γ射線康普頓散射成像檢驗金屬表面缺陷的實驗，1982年前西德進行了鋁鑄件康普頓散射成像檢驗，1987年美國將康普頓散射成像技術(shù)用于非金屬多層結(jié)構(gòu)檢驗。

康普頓散射成像檢驗技術(shù)采用散射成像，射線源與檢測器位于物體的同一側(cè)，其技術(shù)上的顯著特點是：①單側(cè)幾何布置，即射線源與檢測器位于物體的同一側(cè);②一次掃描可得到三維圖像，具有層析功能，一次可得到多個截面的圖像;③在理論上圖像的對比度可達到100%。

由于采用散射線成像，因此康普頓散射成像技術(shù)主要適于低原子序數(shù)物質(zhì)、近表面區(qū)較小厚度范圍內(nèi)缺陷的檢驗。

3 射線檢測技術(shù)的發(fā)展

3.1 數(shù)字射線照相技術(shù)時代

1990年，R.Halmshaw和N.A.Ridyard在《英國無損檢測雜志》上發(fā)表題為“數(shù)字射線照相方法評述”的文章，在評述了各種數(shù)字射線照相方法的發(fā)展之后認為，數(shù)字射線照相時代已經(jīng)到來。近年來射線檢測技術(shù)發(fā)展的基本特點是數(shù)字圖像處理技術(shù)廣泛應用于射線檢測。射線層析檢測和實時成像檢測技術(shù)的重要基礎之一是數(shù)字圖像處理技術(shù)，即使常規(guī)膠片射線照相技術(shù)，也在采用數(shù)字圖像處理技術(shù)。例如，現(xiàn)在已有電視和激光掃描器，可在1 min內(nèi)掃描355～430 mm膠片圖像，將膠片圖像數(shù)字化進行儲存，像素直徑為35～100μm、數(shù)據(jù)精度為12～16 bit，密度大于4.0也可以進行掃描。正在研究的缺陷自動識別技術(shù)，也建立在數(shù)字圖像處理技術(shù)基礎上。數(shù)字圖象處理技術(shù)正在影響整個射線檢測領域。

3.2 今后重點應用的技術(shù)

1994年Harold Berger在美國《材料評價》發(fā)表的“射線無損檢測的趨勢”中提出，在20世紀的最后10年和21世紀的初期，下列技術(shù)將得到廣泛應用：①數(shù)字X射線實時檢測系統(tǒng)在制造、在役檢驗和過程控制方面;②具有數(shù)據(jù)交換、使用NDT工作站的計算機化的射線檢測系統(tǒng);③小型、低成本的CT系統(tǒng);④微焦點放大成像的X射線成像檢驗系統(tǒng);⑤小型高靈敏度的X射線攝像機;⑥大面積的光電導X射線攝像機。

TQ050.7

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1003-3467(2010)12-0033-02

2010-04-21