鋁合金鑄件檢測(cè)中的X射線DR技術(shù)應(yīng)用

劉劍龍

（麗水市食品藥品與質(zhì)量技術(shù)檢驗(yàn)檢測(cè)院，浙江 麗水 323000）

鋁合金鑄件檢測(cè)中的X射線DR技術(shù)應(yīng)用

劉劍龍

（麗水市食品藥品與質(zhì)量技術(shù)檢驗(yàn)檢測(cè)院，浙江 麗水 323000）

本文簡(jiǎn)要介紹了（DR）X射線直接數(shù)字成像檢測(cè)技術(shù)和數(shù)字成像的基本原則，從過(guò)程應(yīng)用的角度分析了數(shù)字成像的空間分辨率、像素、密度分辨率、空間分辨率與密度分辨率的關(guān)系，信噪比（信噪比）量子探測(cè)效率（DQE）等技術(shù)的解釋；同時(shí)，在本文中一個(gè)典型的面板檢測(cè)器DR成像測(cè)試系統(tǒng)的工藝實(shí)踐，總結(jié)了鋁合金鑄件的X射線鋁合金鑄件的DR特征及常見缺陷圖像的特征，鋁合金鑄件典型缺陷R圖像，對(duì)類似工程具有重要的參考價(jià)值。

鋁合金；X射線；DR技術(shù)

鋁合金鑄件檢測(cè)技術(shù)對(duì)于工業(yè)生產(chǎn)有很大影響，影響著工業(yè)生產(chǎn)的經(jīng)濟(jì)效益與生產(chǎn)速度，X射線作為工業(yè)鑄件檢測(cè)中常用的技術(shù)已經(jīng)成為大眾化的技術(shù)，在X射線中DR技術(shù)是最合適用于工業(yè)生產(chǎn)的，下面我們就對(duì)此技術(shù)在鋁合金鑄件檢測(cè)中的應(yīng)用來(lái)做些探討。

1 鋁合金鑄件的DR成像檢測(cè)

1.1 DR技術(shù)組成

DR系統(tǒng)不僅應(yīng)該是靜態(tài)的成像，還要確保工件在這個(gè)過(guò)程中正常運(yùn)行，檢測(cè)器還必須能夠檢測(cè)工件運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的動(dòng)態(tài)成像檢測(cè)，動(dòng)態(tài)成像是DR技術(shù)較其他檢測(cè)技術(shù)更為先進(jìn)、精確的地方。DR技術(shù)通過(guò)對(duì)鑄件的檢測(cè)，任何角度的實(shí)際基板材料厚度都可以被X射線滲透投射到探測(cè)器上，隨著普通攝影膠片。工件最大厚度度230mm。而且，通過(guò)探測(cè)器的厚度管上的電壓至少為400kV，所以，選擇需要選用mg452類型（最大管電壓為450kV）X射線徑向射源。工業(yè)DR掃描成像系統(tǒng)的原理可以簡(jiǎn)化為：?jiǎn)我坏腦射線對(duì)受檢驗(yàn)工件檢驗(yàn)形成X射線成像檢測(cè)，以數(shù)字影像系統(tǒng)得到的數(shù)字影像，再通過(guò)分析系統(tǒng)進(jìn)行分析，最后得到測(cè)試結(jié)果等等。

1.2 鋁合金鑄件檢測(cè)的X射線DR應(yīng)用特征

對(duì)于鋁合金低壓砂型鑄造部件，經(jīng)常用到的是鋁—硅（Si Al）材料ZL114A和ZL105系列材料，這兩種材料的鑄造性能比其他材料要好，特別是ZL114A材料低壓砂型鑄件，單次拉伸強(qiáng)度試驗(yàn)σb一般都不會(huì)高于250MPa，它的擴(kuò)展只會(huì)達(dá)到9%，所以，拉在一定范圍內(nèi)，伸長(zhǎng)率與伸長(zhǎng)率呈負(fù)相關(guān)。鑄造材料的晶粒一般大于焊縫的晶粒均勻性，且容易出現(xiàn)各種鑄造工藝缺陷，但是它的形狀一般是立體型。

（1）鑄造鋁合金密度大概為2.7g/cm3左右，通常是鋼材料的1/3，鋼質(zhì)量密度大概為7.8g/cm3，空氣質(zhì)量高于鋼許多的，這就是它所需要的。X射線檢測(cè)技術(shù)，秘密分辨率高于鋼。

（2）鑄造鋁合金材料X輻射的吸收作用較弱。鋼材料，因?yàn)樗拇至?，使得最后得到的檢測(cè)成像比鋁合金鑄件檢測(cè)成像要粗糙，而且增加了信號(hào)的噪聲，降低了信噪比，所以對(duì)于鋁合金鑄件比鋼材料更加需要X射線檢測(cè)，硬件的成像質(zhì)量要求更好的質(zhì)量，和成像掃描的積分和算法需要更多的高要求。

（3）因?yàn)樗巧宠T造，因此，鋁合金鑄件的表面光滑的，鋁合金鑄件（ZL114A材料）塊是一個(gè)質(zhì)地比較均勻物塊，經(jīng)過(guò)檢測(cè)之后得到的成像是比較流暢灰色形狀，雖然只有的厚度為1mm，但灰色區(qū)域仍然可以區(qū)分開來(lái)。但是，在實(shí)際工業(yè)工程中化工生產(chǎn)，鑄造表面原表面，即使毛刺，沖擊試驗(yàn)的影響，這提出了一種更高的檢測(cè)需要尋求，實(shí)際檢測(cè)過(guò)程，這些已知的干擾因素必須排除在外。

（4）鋁鑄造件的規(guī)則和形狀都比較平滑。檢測(cè)得到的成像易于識(shí)別和分析。但是也有情況下得到的成像質(zhì)量并不高，而且有缺陷。鑄件與測(cè)試裝備的水平面不平行，所以有一個(gè)一定要注意的問(wèn)題，鑄件在檢測(cè)的時(shí)候，一定要與測(cè)試裝備處于垂直的位置，只樣才能形成正常的檢測(cè)圖案。目前，使用這種狀態(tài)系統(tǒng)的檢測(cè)出的缺陷會(huì)大幅度下降。

（5）鋁鑄件的單壁DR掃描成像質(zhì)量比較好，但是雙壁掃描圖像的質(zhì)量卻有所下降，但是它也能清楚地區(qū)分缺陷圖像和正常圖像。如果鑄件結(jié)構(gòu)，出現(xiàn)三層的出現(xiàn)墻，四層以上的墻體成像現(xiàn)象，為了減少誤差分析，應(yīng)盡量避免這種情況出現(xiàn)。在這種情況下，圖像的空間分辨率將會(huì)下降，出現(xiàn)陰影圖像檢測(cè)效果，這時(shí)，如果你要檢查的話可以換膠卷照相成像檢測(cè)。

（6）X射線機(jī)的聚焦尺寸DR圖像清晰度大的，通常應(yīng)優(yōu)先考慮。數(shù)字成像理論是被認(rèn)為利用微焦點(diǎn)X射線徑向的，而微焦點(diǎn)X射線源是非常有缺陷的，主要缺點(diǎn)是冷卻問(wèn)題難以解決，在相似空間的情況，應(yīng)保證鋁鑄件間距澆板距比所以/外徑盡可能少，為了保證DR集成成像質(zhì)量。此外，除非精度要求非常嚴(yán)格高，缺陷圖像放大效果不明顯，為了便于生產(chǎn)過(guò)程，具有相同材料的階梯孔試塊（孔的尺寸5mm，4mm，3mm和其他類型），這些人工孔的加工精確度很高，可作為測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)缺陷圖像大小的參照物。

（7）動(dòng)態(tài)DR掃描成像質(zhì)量通常高于靜態(tài)成像，但在雙壁掃描成像中呈現(xiàn)前后兩墻不同旋轉(zhuǎn)方向，可以清楚地看出缺陷。動(dòng)態(tài)掃描成像的效率質(zhì)量要高得多，與此課程體系研究，直徑全掃描600mm，長(zhǎng)1100mm缸鋁鑄件，大約需要58min。敏感和分辨率要求不高，可以選擇動(dòng)態(tài)掃描檢測(cè)模式，用來(lái)提高檢測(cè)效率。

（8）DR圖像分為黑白兩種顏色，黑色和白色圖像顯現(xiàn)的分辨率通常高于彩色圖像顯示。在黑白色中灰度顯示高清晰度，識(shí)別小缺陷也不錯(cuò)。這可能是因?yàn)椴噬@示X射線相同的X射線膠片，我們習(xí)慣于看這樣的圖像。

2 鋁合金鑄件比較常見缺陷的成因及特征

（1）氣孔產(chǎn)生于鋁合金鑄件金屬凝固過(guò)程中，將來(lái)自金屬降水形態(tài)保持在溶液中，一般在光滑的表面，一個(gè)單一的或在一組，主要成分是H2或鈷，如金屬或環(huán)境濕度會(huì)產(chǎn)生H2，在金屬熔化過(guò)程中氧不完整，它會(huì)產(chǎn)生有限氣孔，圖像顏色模式呈現(xiàn)一定大小程度的圓形或橢圓形黑色區(qū)域。

（2）針孔鑄造金屬是由于氣體凝固收縮，產(chǎn)生一定長(zhǎng)度密態(tài)分布的微型孔柱，一般分布在鑄件個(gè)別位置。彩色圖像密集形成圓形或長(zhǎng)的黑色區(qū)域，表現(xiàn)為圓型針孔或細(xì)長(zhǎng)型針孔。針孔的長(zhǎng)度是遠(yuǎn)大于截面尺寸的，而且它的危害程度也比氣孔嚴(yán)重。

（3）收縮（松）在冷卻和凝固過(guò)程中將熔融金屬澆注到模腔中，不規(guī)則形成液態(tài)金屬不足及時(shí)三維三腔，一種具有枝晶的粗粒，經(jīng)常在鑄造終于凝固的地方，當(dāng)孔在集群中松木。收縮或松散的顏色博士顯示黑色色帶的圖像，云與霧海綿體。

（4）裂紋在凝固階段結(jié)束時(shí)，鑄件凝固成固體當(dāng)溫度很涼爽，由于外部或內(nèi)部的壓力，或通過(guò)兩種力量共同努力由中間寬度形成的線性裂紋缺陷，顏色博士條有彎曲和不規(guī)則形狀的細(xì)黑線，一般分為冷裂紋和熱裂紋兩種。熱裂紋一般沿晶體分布低熔點(diǎn)晶間撕裂，圖像有交叉和分裂行為；冷裂紋一般是穿晶開裂，有兩尖角，中間略寬。X射線膠片上的圖像清晰、邊界鋒利，沒(méi)有分叉現(xiàn)象。（冷裂紋圖像還沒(méi)有被發(fā)現(xiàn)，但它是類似的負(fù)面形象）

（5）保冷鑄造成型，模腔內(nèi)兩股或更多股熔融金屬，在液體匯合的部分，由于金屬不連續(xù)性或不完全熔合導(dǎo)致形成一些孔隙，這種情況一般出現(xiàn)在鑄件薄表面。在X射線圖像上指向兩端，邊緣有光滑的弧線和一定寬度的黑線。

（6）包含殘留在鑄件的表面部分和內(nèi)部部分的雜致，而且組織成分不同于其他基質(zhì)金屬等。夾雜物一般可以分為兩種：金屬夾雜物和非金屬夾雜物。其中金屬夾雜物一般都包含高熔點(diǎn)類金屬。這類金屬在X射線上的分成像通常為白色區(qū)域。非金包含更復(fù)雜，一般有渣、沙、冶金反應(yīng)氧氣（硫黃）團(tuán)聚、Si、Li等。因?yàn)樗拿芏刃∮谫v金屬，因此，負(fù)面形象DR圖像通常是不規(guī)則的粒子或切片圖像，圖像輪廓的定義。

（7）檢測(cè)結(jié)晶過(guò)程中產(chǎn)生的熔融狀態(tài)金屬，因?yàn)檫@種金屬化學(xué)成分不符合規(guī)定，而且熔融金屬成分并不均勻，導(dǎo)致結(jié)晶體之中個(gè)別成分的過(guò)度濃縮和沉淀，所謂的分離。部分重金屬沉淀，圖像通常是云白棉，偏析的物理性質(zhì)有一個(gè)大的負(fù)面影響。

3 結(jié)語(yǔ)

在鋁合金鑄件檢測(cè)中X射線DR技術(shù)的應(yīng)用，可以較好檢測(cè)出鋁合金鑄件的缺陷，對(duì)工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域中減少事故發(fā)生起預(yù)防作用，對(duì)生產(chǎn)質(zhì)量和效率都有很大的幫助。DR技術(shù)的應(yīng)用彌補(bǔ)了以往技術(shù)檢測(cè)的缺點(diǎn)和弱點(diǎn)，對(duì)工業(yè)工程技術(shù)有很大的參考價(jià)值。

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