X射線無(wú)損檢測(cè)的應(yīng)用及發(fā)展趨勢(shì)

丁衛(wèi)良 常華峰 潘龍龍 楊紹輝 徐鵬飛

摘? 要：X射線無(wú)損檢測(cè)是用于現(xiàn)代產(chǎn)品和設(shè)備質(zhì)量檢測(cè)的一種較重要的方法，在各個(gè)行業(yè)中得到了廣泛應(yīng)用。X射線檢測(cè)是無(wú)損檢測(cè)法中的一個(gè)門(mén)類(lèi)。X射線檢測(cè)主要是借助X射線穿透物質(zhì)，由此發(fā)現(xiàn)工件不足的一種無(wú)損檢測(cè)法。X射線無(wú)檢測(cè)技術(shù)最初是以膠片射線照相技術(shù)為主，歷經(jīng)長(zhǎng)期的發(fā)展，現(xiàn)已發(fā)展成由X射線照相、X射線層成像、X射線實(shí)時(shí)成像等所組成的X射線檢測(cè)體系，這對(duì)于產(chǎn)品及材料檢測(cè)工作的有效開(kāi)展非常有利。為此結(jié)合這些情況，文章重點(diǎn)對(duì)X射線無(wú)損檢測(cè)的應(yīng)用及發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行了深入的分析，首先對(duì)X射線無(wú)損檢測(cè)原理和X射線無(wú)損檢測(cè)方法分類(lèi)及優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行了闡述，之后在此基礎(chǔ)上分別對(duì)X射線無(wú)損檢測(cè)應(yīng)用和其發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行了分析，望通過(guò)對(duì)這些內(nèi)容的分析和探究可以為X射線無(wú)損檢測(cè)效果的不斷提升提供一定參考。

關(guān)鍵詞：X射線無(wú)損檢測(cè)技術(shù);檢測(cè)原理;分類(lèi);應(yīng)用;發(fā)展趨勢(shì)

中圖分類(lèi)號(hào)：TB302? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A? ? ? ? ?文章編號(hào)：2095-2945（2020）36-0161-02

Abstract： X-ray non-destructive testing （NDT） is an important method for the quality inspection of modern products and equipment. It has been widely used in various industries. X-ray detection is a kind of nondestructive testing method. X-ray detection is a nondestructive method of detecting the deficiency of workpiece by means of X-ray penetrating material. X-ray non-detection technology is mainly based on film radiography at the beginning. After a long period of development， it has now developed into an X-ray detection system consisting of X-ray photography， X-ray layer imaging， X-ray real-time imaging， etc.， which is very beneficial to the effective development of product and material detection.

Keywords： X-ray nondestructive testing technology; detection principle; classification; application; development trend

無(wú)損檢測(cè)技術(shù)是以不損害和改變被檢物體本身物理及化學(xué)形態(tài)的前提下，對(duì)被檢對(duì)象狀態(tài)、性質(zhì)和結(jié)構(gòu)實(shí)施高靈敏性、高安全性的檢查和測(cè)試，由此確定其表面與內(nèi)部的連續(xù)性和完整性及安全性等指標(biāo)。X射線檢測(cè)則屬于無(wú)損檢測(cè)中的一種相對(duì)較重要的檢測(cè)方法，主要應(yīng)用在工件內(nèi)部形狀缺陷檢測(cè)，能夠得到缺陷部位的直觀圖像，除此之外，還可對(duì)長(zhǎng)、寬和高度等相關(guān)參數(shù)進(jìn)行檢測(cè)，所以這一項(xiàng)檢測(cè)技術(shù)在各個(gè)行業(yè)中獲得了廣泛應(yīng)用。

1 X射線無(wú)損檢測(cè)原理

當(dāng)輻射入射在物體表面上的時(shí)候，物質(zhì)原子和入射光子便會(huì)產(chǎn)生相互作用，這時(shí)射線強(qiáng)度會(huì)因吸收、散射等原因而不斷被弱化。強(qiáng)度降低程度完全與材料衰減系統(tǒng)和穿透厚度有較大的關(guān)系。如被穿透物其存在局部缺陷，而其與構(gòu)成缺陷類(lèi)的材料相比衰減系統(tǒng)是存在差別的，局部區(qū)域與相鄰區(qū)域間所形成的透過(guò)射線強(qiáng)度會(huì)各有不同，存在較大的差異性，通過(guò)這些差異性可以判定所檢測(cè)的物體是不是存在缺陷。射線穿透過(guò)被測(cè)對(duì)象以后，由此生成一幅射線強(qiáng)度分布潛像。在被檢對(duì)象背面安放一個(gè)檢測(cè)儀，可獲得此潛像的投影，通過(guò)相應(yīng)的技術(shù)處理以后，便能夠?qū)撓褶D(zhuǎn)變成人肉眼能夠看到的一幅二維平面圖[1]。

2 X射線無(wú)損檢測(cè)方法分類(lèi)

2.1 X射線照相法

X射線在穿透被照對(duì)象時(shí)，存在缺陷的位置其吸收射線的能力和基體都是有所不同的，例如：空隙中有空氣那么其射線吸收能力會(huì)比基體吸收能力低很多，因此，無(wú)缺陷位置處的X射線強(qiáng)度比有缺陷位置處的射線強(qiáng)度低。對(duì)于存在缺陷的位置需要使用更多X射線粒子，由此造成在X射線膠片上產(chǎn)生黑度面積非常大的一幅缺陷圖。缺陷檢測(cè)最終結(jié)果與被檢材料的性質(zhì)、缺陷的厚度有較大的關(guān)系。

2.2 實(shí)時(shí)成像檢測(cè)

借助真空管中的X射線敏感熒光屏將無(wú)法看到的X射線圖轉(zhuǎn)化成可見(jiàn)的光子圖像，之后借助光電陰極把可見(jiàn)光子轉(zhuǎn)變成與之相適的電子，再利用數(shù)千eV電壓來(lái)對(duì)電子進(jìn)行加速，同時(shí)將其聚焦在熒光顯示屏上，最終形成經(jīng)過(guò)好幾十倍增強(qiáng)后的可見(jiàn)光圖像。然而通過(guò)圖像增強(qiáng)器所輸出的可以人肉眼看到的光圖像是無(wú)法直接用來(lái)觀察的，必須用攝像機(jī)將經(jīng)由圖像增強(qiáng)所形成的光信號(hào)轉(zhuǎn)變成電信號(hào)，之后利用電纜將圖像傳送至計(jì)算機(jī)系統(tǒng)當(dāng)中，同時(shí)對(duì)圖像做相應(yīng)的處理以后再上傳到顯示器屏幕上，以讓檢測(cè)人員可以對(duì)圖像進(jìn)行觀察和分析[2]。

2.3 計(jì)算機(jī)斷層成像

如被測(cè)對(duì)象沒(méi)有損壞，可通過(guò)射線的掃描方式來(lái)從多個(gè)角度照射被測(cè)對(duì)象斷面，借助計(jì)算機(jī)專(zhuān)用圖像重構(gòu)計(jì)算方法，把前述斷面通過(guò)二維灰度圖像展現(xiàn)給檢測(cè)人員，在此當(dāng)中的檢測(cè)直觀圖便是被測(cè)斷層相對(duì)應(yīng)的斷面圖。這種X射線無(wú)損檢測(cè)法可以提供檢測(cè)工件的二維及三維圖像，圖像不會(huì)受被檢對(duì)象周邊細(xì)節(jié)的任何影響，所形成的圖像較易被識(shí)別，并且分辨率非常高。

3 X射線無(wú)損檢測(cè)優(yōu)缺點(diǎn)

X射線無(wú)損檢測(cè)技術(shù)優(yōu)點(diǎn)主要體現(xiàn)在以下幾方面：（1）對(duì)被檢對(duì)象沒(méi)有特殊性要求，完全適合應(yīng)用在各種材料的檢測(cè);（2）可直觀清晰地提供缺陷影像，方便對(duì)被檢對(duì)象缺陷進(jìn)行準(zhǔn)確的定性、定位及定量;（3）X射線底片可以長(zhǎng)時(shí)間的保存，方便以后追查原因。

X射線無(wú)損檢測(cè)技術(shù)缺點(diǎn)主要體現(xiàn)在以下幾點(diǎn)：（1）所用費(fèi)用比較高;（2）設(shè)備本身重量較大，不易挪動(dòng);（3）無(wú)法發(fā)現(xiàn)與射線方向相垂直的細(xì)微的線性缺陷;（4）對(duì)周?chē)?/p>

環(huán)境會(huì)產(chǎn)生輻射污染，而且對(duì)人身體所產(chǎn)生的副作用也是非常厲害的，除此還會(huì)對(duì)一些敏感性物體產(chǎn)生損害，所以對(duì)X射線無(wú)損檢測(cè)技術(shù)的使用并不隨意，而是有安全防護(hù)要求的[3]。

4 X射線無(wú)損檢測(cè)的應(yīng)用

射線檢測(cè)法以其本身特有的可以對(duì)被檢物體缺陷進(jìn)行精準(zhǔn)的定位、方便結(jié)果記錄、直觀顯示缺陷等優(yōu)勢(shì)，成為很多工業(yè)生產(chǎn)中用來(lái)控制質(zhì)量的重要方法，伴隨X射線在不同領(lǐng)域中的廣泛應(yīng)用，X射線檢測(cè)技術(shù)也同樣隨之得到了快速發(fā)展。在航空航天領(lǐng)域中，X射線無(wú)損檢測(cè)技術(shù)主要是用于對(duì)精密鑄件、燒結(jié)和復(fù)合材料結(jié)構(gòu)的檢測(cè);在核工業(yè)中，X射線無(wú)損檢測(cè)技術(shù)主要是用來(lái)對(duì)反應(yīng)堆燃料元件密度及缺陷進(jìn)行檢測(cè)，檢測(cè)目的主要是對(duì)包殼內(nèi)的芯體位置、核動(dòng)力裝置零部件和組件進(jìn)行明確;在鋼鐵工業(yè)中應(yīng)用X射線無(wú)損檢測(cè)技術(shù)，主要是用來(lái)對(duì)鋼材質(zhì)量進(jìn)行檢測(cè)，例如，管子外徑、內(nèi)徑、管壁厚度、偏心率及橢圓度等。在機(jī)械工業(yè)中的應(yīng)用，可以對(duì)鑄件及焊接縫內(nèi)微小氣孔、裂紋、夾雜等所存在的缺陷進(jìn)行檢測(cè);除此之外，在食品、陶瓷、礦業(yè)、建筑業(yè)、石油業(yè)等行業(yè)都大量應(yīng)用了X射線無(wú)損檢測(cè)技術(shù)。

5 X射線無(wú)損檢測(cè)發(fā)展趨勢(shì)

5.1 數(shù)字X射線無(wú)損檢測(cè)照相技術(shù)

伴隨X射線技術(shù)的逐漸完善和發(fā)展，X射線無(wú)損檢測(cè)技術(shù)被廣泛應(yīng)用在各個(gè)領(lǐng)域中的產(chǎn)品檢測(cè)工作中，但卻仍有很大的發(fā)展空間。通過(guò)對(duì)現(xiàn)代技術(shù)成果及先進(jìn)理論的深入研究，可以判定在未來(lái)的X射線無(wú)損檢測(cè)中其發(fā)展主要是以數(shù)字射線照相技術(shù)為主流。因?yàn)閿?shù)字射線技術(shù)成本相對(duì)非常低，且對(duì)環(huán)境及人體損害較小，與社會(huì)發(fā)展趨勢(shì)比較相符，由此可以發(fā)現(xiàn)，數(shù)字射線照相技術(shù)發(fā)展與應(yīng)用前景非常寬廣。除此之外另一種發(fā)展主流是以計(jì)算機(jī)技術(shù)和仿真技術(shù)為主而發(fā)展形成的一種全新無(wú)損檢測(cè)技術(shù)，這種全新的技術(shù)具備現(xiàn)代性?xún)?yōu)勢(shì)。主要作用是方便對(duì)檢測(cè)系統(tǒng)實(shí)施整體設(shè)計(jì)與優(yōu)化，通過(guò)對(duì)檢測(cè)工藝和結(jié)構(gòu)配置實(shí)施優(yōu)化，能夠有效促進(jìn)無(wú)損檢測(cè)技術(shù)發(fā)展[4]。

5.2 X射線無(wú)損檢測(cè)設(shè)備的發(fā)展和進(jìn)步

在無(wú)損檢測(cè)各個(gè)領(lǐng)域當(dāng)中，無(wú)損檢測(cè)用設(shè)備同樣也會(huì)隨之有所提高。從技術(shù)的角度可以看出，基于相關(guān)技術(shù)發(fā)展形勢(shì)，可以判定無(wú)損檢測(cè)設(shè)備發(fā)展方向主要有以下幾方面：（1）數(shù)字技術(shù)和自動(dòng)識(shí)別技術(shù)，這類(lèi)技術(shù)大都是隨著計(jì)算機(jī)領(lǐng)域的發(fā)展而逐漸發(fā)展的，同時(shí)促進(jìn)自動(dòng)化領(lǐng)域的發(fā)展;（2）圖像顯示。在無(wú)損檢測(cè)技術(shù)中，可利用X射線將材料內(nèi)部情況顯示出來(lái)，這同樣也是未來(lái)的重要發(fā)展方向;（3）設(shè)備向大型化、模塊化方向發(fā)展。通過(guò)把設(shè)備設(shè)置成具體規(guī)模，能夠有效擴(kuò)大檢測(cè)領(lǐng)域，并且模塊化作業(yè)可以輔助設(shè)備不斷完善和升級(jí)，同時(shí)也便于設(shè)備維修;（4）自動(dòng)檢測(cè)。自動(dòng)檢測(cè)能夠有效降低人員操作壓力，由此降低人員操作失誤機(jī)率?，F(xiàn)時(shí)期對(duì)于X射線無(wú)損檢測(cè)技術(shù)的研究主要是CT研發(fā)，例如：微焦點(diǎn)CT成像技術(shù)。

6 結(jié)束語(yǔ)

總體來(lái)說(shuō)，X射線無(wú)損技術(shù)在各個(gè)領(lǐng)域的產(chǎn)品缺陷檢測(cè)中得到了廣泛應(yīng)用，對(duì)于我國(guó)各類(lèi)產(chǎn)品及材料的質(zhì)量檢測(cè)具有非常重要的效用。在以后的產(chǎn)品材料檢測(cè)中，應(yīng)盡量與計(jì)算機(jī)技術(shù)相融合，由此使X射線無(wú)損檢測(cè)技術(shù)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，進(jìn)而提高X射線無(wú)損檢測(cè)技術(shù)應(yīng)用水平，為我國(guó)的材料檢測(cè)提供更優(yōu)質(zhì)的技術(shù)支撐，并同時(shí)對(duì)材料質(zhì)量進(jìn)行高效管控。

參考文獻(xiàn)：

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