復(fù)合材料的射線檢測(cè)技術(shù)

楊永鋒+趙培得

摘要文章對(duì)常用的復(fù)合材料射線檢測(cè)技術(shù)進(jìn)行了闡述，主要介紹了計(jì)算機(jī)斷層掃描成像技術(shù)、膠片射線照相技術(shù)、康普頓背散射成像技術(shù)及射線實(shí)時(shí)成像技術(shù)，并對(duì)復(fù)合材料射線檢測(cè)技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行預(yù)測(cè)，提高人們對(duì)復(fù)合材料無(wú)損檢測(cè)的認(rèn)識(shí)，促進(jìn)射線檢測(cè)方法的創(chuàng)新。

關(guān)鍵詞復(fù)合材料；射線檢測(cè)；發(fā)展趨勢(shì)

中圖分類號(hào)：TB33 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1671-7597（2014）12-0123-01

隨著科技的發(fā)展，復(fù)合材料的應(yīng)用范圍越來(lái)越廣，在不同領(lǐng)域中均發(fā)揮著重要作用，然而對(duì)復(fù)合材料及產(chǎn)品的檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)也越發(fā)嚴(yán)格。射線檢測(cè)技術(shù)是復(fù)合材料無(wú)損檢測(cè)的主要方法，檢測(cè)影像易保存，更加清晰和直觀[1]。在科學(xué)技術(shù)不斷進(jìn)步的同時(shí)，射線檢測(cè)方法也取得了很大的突破，不斷完善和創(chuàng)新，從而擴(kuò)大了復(fù)合材料的射線檢測(cè)范圍，提高了檢測(cè)能力，可以作為復(fù)合材料無(wú)損檢測(cè)的首選方式。

1復(fù)合材料的射線檢測(cè)技術(shù)

1.1 計(jì)算機(jī)斷層掃描成像技術(shù)

于20世紀(jì)80年代出現(xiàn)的計(jì)算機(jī)斷層掃描成像技術(shù)發(fā)展非常迅猛，是一種先進(jìn)的復(fù)合材料無(wú)損檢測(cè)技術(shù)，其中應(yīng)用最為廣泛的就是工業(yè)CT技術(shù)。計(jì)算機(jī)系統(tǒng)、輻射源-準(zhǔn)直器-探測(cè)器一體化系統(tǒng)、機(jī)械掃描系統(tǒng)及數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)是工業(yè)CT的主要組成部分，能夠?qū)z測(cè)圖像準(zhǔn)確、清晰、直觀的呈現(xiàn)出來(lái)，具有很高的實(shí)用價(jià)值，工作原理為：先對(duì)復(fù)合材料或產(chǎn)品進(jìn)行掃描，之后用計(jì)算機(jī)技術(shù)對(duì)得到的斷層數(shù)據(jù)信息進(jìn)行處理和重建，最后顯示圖像。

工業(yè)CT技術(shù)要想獲得檢測(cè)物體的三維圖像，只需要沿著掃描軸線取得足量的斷層二維圖像即可，能夠顯示數(shù)字式的圖像，方便了圖像壓縮、放大、傳輸和分析等操作，將遠(yuǎn)距離觀測(cè)變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)。與傳統(tǒng)膠片照相技術(shù)不同的是，工業(yè)CT技術(shù)檢測(cè)圖像清晰，靈敏度較高，無(wú)模糊和重疊的現(xiàn)象，更具優(yōu)勢(shì)[2]。該技術(shù)在無(wú)損狀態(tài)下能夠獲取復(fù)合材料或產(chǎn)品的斷層二維灰度圖像，利用檢測(cè)圖像中的灰度來(lái)分析和判斷被檢測(cè)物體的截面是否存在缺陷，缺陷大小及性質(zhì)、材質(zhì)、裝配和基本構(gòu)成原件等信息。

1.2 膠片射線照相技術(shù)

目前應(yīng)用最廣泛的射線檢測(cè)技術(shù)為膠片射線照相技術(shù)，該技術(shù)為其他射線檢測(cè)技術(shù)的發(fā)展奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，基本原理是使射線源發(fā)射的射線穿透檢測(cè)物體，因?yàn)闄z測(cè)物體的缺陷部分和其他部位會(huì)出現(xiàn)不同程度的射線衰減現(xiàn)象，從而將檢測(cè)物體的內(nèi)部信息表現(xiàn)并記錄下來(lái)，之后再對(duì)射線膠片中的記錄進(jìn)行定影和顯影，形成投影影像，最后評(píng)定檢測(cè)物體內(nèi)部的連續(xù)性。同數(shù)字射線成像技術(shù)相比，膠片射線照相技術(shù)的影像質(zhì)量更高，可以將大小在0.25 mm以下的缺陷檢測(cè)出來(lái)，比非膠片照相技術(shù)更加精確。

1.3 康普頓背散射成像技術(shù)

作為一種新型無(wú)損檢測(cè)技術(shù)，康普頓背散射成像技術(shù)（CST）不僅能夠檢測(cè)大型物體，還能夠準(zhǔn)確的檢測(cè)表面形狀復(fù)雜的復(fù)合材料或產(chǎn)品，檢測(cè)效果優(yōu)于普通射線照相技術(shù)，同透視成像相比，該技術(shù)對(duì)低密度材料的檢測(cè)對(duì)比度更高，尤其對(duì)復(fù)合材料、塑料鋁合金等原子序數(shù)較低的檢測(cè)物非常適用[3]。

CST檢測(cè)技術(shù)具備了其他檢測(cè)技術(shù)不具備的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，在航空航天領(lǐng)域發(fā)揮著重要的作用，但我國(guó)因?yàn)榧夹g(shù)設(shè)備配備不齊全，仍在進(jìn)行不斷的探索和研究，相信CST檢測(cè)技術(shù)在以后的航天領(lǐng)域會(huì)具有非常廣闊的發(fā)展前景。

1.4 射線實(shí)時(shí)成像技術(shù)

射線實(shí)時(shí)成像技術(shù)（RTR技術(shù)）同膠片射線照相檢驗(yàn)技術(shù)在同一時(shí)期發(fā)展而成，利用電子成像的方法，能夠跟隨成像物體圖像的變化而變化。該技術(shù)最主要的優(yōu)勢(shì)就是曝光寬容度和實(shí)時(shí)性更強(qiáng)，彌補(bǔ)了實(shí)時(shí)成像技術(shù)的弊端，不需要進(jìn)行膠片暗室處理操作，圖像的動(dòng)態(tài)范圍更廣，曝光時(shí)間較短，因此在汽車、軍工業(yè)、壓力容器等多種行業(yè)占據(jù)著非常重要的地位。RTR技術(shù)對(duì)復(fù)合材料和產(chǎn)品的在線檢測(cè)方面有很明顯的優(yōu)勢(shì)，具有極高的檢測(cè)率，不僅可以快速檢測(cè)工作線上的工件，還有利于檢測(cè)人員對(duì)工件細(xì)節(jié)的觀察[4]。

隨著射線實(shí)時(shí)成像技術(shù)的引入和發(fā)展，目前已經(jīng)取得了很大的進(jìn)步，RTR技術(shù)檢測(cè)系統(tǒng)主要有包括：陣列射線實(shí)時(shí)成像檢測(cè)系統(tǒng)、工業(yè)射線實(shí)時(shí)成像檢測(cè)系統(tǒng)及微焦點(diǎn)射線實(shí)時(shí)成像檢測(cè)系統(tǒng)三大類。其中海關(guān)檢查、車站或機(jī)場(chǎng)安檢會(huì)用到陣列射線檢測(cè)系統(tǒng)，而微焦點(diǎn)射線檢測(cè)系統(tǒng)在小型工件、生物學(xué)樣品及電子元件等方面具有廣泛的應(yīng)用。RTR技術(shù)動(dòng)態(tài)范圍廣、分辨率高，在未來(lái)的發(fā)展過(guò)程中該技術(shù)的研究方向主要是靈敏度強(qiáng)、檢出率高的掃描x射線源實(shí)時(shí)成像檢測(cè)系統(tǒng)以及在非晶硅的基礎(chǔ)上以大面積成像板為基礎(chǔ)原件的射線實(shí)時(shí)成像檢測(cè)系統(tǒng)，發(fā)展前景非常廣闊。

2復(fù)合材料射線檢測(cè)技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)

在科學(xué)技術(shù)日新月異的當(dāng)今社會(huì)，越來(lái)越多的科技被開發(fā)并應(yīng)用于人們的現(xiàn)實(shí)生活中，給社會(huì)和人類帶來(lái)方便和益處。同樣的，在射線無(wú)損檢測(cè)技術(shù)的領(lǐng)域，數(shù)字射線技術(shù)因電子技術(shù)的成熟而不斷完善，同時(shí)計(jì)算機(jī)模擬與仿真技術(shù)也得益于計(jì)算機(jī)科技的進(jìn)步而區(qū)域領(lǐng)先地位，更重要的是上述兩者已經(jīng)成為該領(lǐng)域的熱門技術(shù)，得到廣泛認(rèn)同與應(yīng)用。其中非膠片數(shù)字射線照相技術(shù)受到普遍歡迎，得益于其環(huán)保性和成本節(jié)約性。

科學(xué)技術(shù)的發(fā)展帶動(dòng)著檢測(cè)設(shè)備的研制和創(chuàng)新，反過(guò)來(lái)更加完善的檢測(cè)設(shè)備在一定程度上也會(huì)推動(dòng)檢測(cè)技術(shù)的發(fā)展，基于目前國(guó)際復(fù)合材料的無(wú)損射線檢測(cè)技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀，今后檢測(cè)設(shè)備的更新方向會(huì)具有以下幾個(gè)特點(diǎn)：1）實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化檢測(cè)，相關(guān)工業(yè)CT技術(shù)和高性能探測(cè)器系統(tǒng)的研制成為主要熱點(diǎn)，側(cè)重于對(duì)一種新型掃描模式的不完全數(shù)據(jù)CT重建系統(tǒng)、傾斜入射CT系統(tǒng)、基于平板探測(cè)器的錐束CT系統(tǒng)和微焦點(diǎn)X射線CT系統(tǒng)等技術(shù)的研發(fā)；2）無(wú)損檢測(cè)技術(shù)更具模塊化、大型化的特征；3）檢測(cè)設(shè)備會(huì)更加復(fù)雜，具備顯示圖像的功能，智能化程度大大提高；4）引入數(shù)字化技術(shù)，形成復(fù)合材料數(shù)字化、自動(dòng)化無(wú)損檢測(cè)技術(shù)[5]。

與此同時(shí)，計(jì)算機(jī)模擬與仿真技術(shù)具有眾多不可替代的優(yōu)勢(shì)，諸如開展虛擬檢測(cè)，選定最佳結(jié)構(gòu)配置，制定檢測(cè)工藝等等，上述特點(diǎn)在改進(jìn)工藝，增加效率等方面的功效尤為突出。射線檢測(cè)方法在相關(guān)科技不斷進(jìn)步，要求標(biāo)準(zhǔn)不斷提升的情形下也必須不斷進(jìn)行改革更新與進(jìn)步完善。由此，要制定射線檢測(cè)方法和標(biāo)準(zhǔn)，填補(bǔ)該領(lǐng)域該方向的法律空缺，加強(qiáng)無(wú)損檢測(cè)的制度和規(guī)范力度，間接提升該方向的完善力度，進(jìn)而得到更好的發(fā)展與進(jìn)步，跟隨國(guó)際無(wú)損檢測(cè)技術(shù)的發(fā)展步伐，將國(guó)內(nèi)該領(lǐng)域技術(shù)做到完善。

參考文獻(xiàn)

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[3]J.Kosanetzky， G.Harding， K.H.Fischer，孔凡庚.用康掃描（ComScan）系統(tǒng)對(duì)低原子序數(shù)材料進(jìn)行康普頓背散射層析X射線照相[J].無(wú)損檢測(cè)，2010（09）.

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[5]俊山，許正輝，黃葛偉，等.用CT圖像分析C/C復(fù)合材料的內(nèi)部缺陷[J].宇航材料工藝，2011，28（6）.

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