铸钢产品无损检测方法研究

摘要：铸件的全面无损检测在铸造行业一直来都存在困难，工作环境差、劳动强度大，作业不能实现机械化、自动化，长期来都依赖大量人员手工作业和检测经验局限。本文主要从铸钢产品无损检测的技术发展趋势、综合性的无损检测方法和设备前瞻，阐述了铸钢产品新型无损检测技术及设备，希望达到指导现场生产，提高工作效率的目的。

关键词：大型铸钢件 CT无损精确检测

0 引言

随着铸造业的迅速发展，产品质量标准逐级提高，无损检测要求更加严格。大型铸件不仅检测其内部缺陷，严格探伤，而且要精确测量缺陷尺寸。超声波检测、磁粉檢测、射线照相检测等传统的无损检测标准已达不到现代大型铸钢件内部缺陷准确要求。工业CT技术应运而生，学术名称：工业计算机断层扫描成像技术。是将被测体所检测断层孤立成像，以期对构件内部进行三维立体分析，准确定位内部缺陷，精确量测缺陷尺寸，并准确获知物件的构造、尺寸及其内部材料的密度变化等物理特性，检测效果是其它传统的无损检测方法所不及的。工业CT目前只针对工业产品进行无损检测，工业产品的结构、尺寸和形状都各不相同，测量要求要根据产品的类型而定，切忌“一刀切”。此外，测量技术相当复杂，加之结构多样化，所以针对大型铸钢件检测专用性较强。国际无损检测界把工业CT 称为最佳的无损检测手段。

1 工业CT 的基本原理及发展

工业CT设备必须有屏蔽设施，可以起到安全防护的作用。此外，设备的构造还包括计算机系统、探测器系统、机械扫描系统及射线源。图1清晰展示了工业CT的工作原理。

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图1 ICT 结构工作原理简图

射线源提供CT扫描成像的能量线束穿透试件，基于射线在试件内衰减状况重建各点衰减系数表征的CT图像。射线源发射的锥形射线束通过前直准器处理为图2所示的126扇形射束。信号屏蔽通过后准直器实现，旨在对接受数据的质量进行改进。屏蔽器具有安全防护功能，大型设备的屏蔽器需要现场安装，小型设备通常可通过自带的屏蔽设施进行安全防护。

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图2 扫描成像

现阶段业界进行实验检测与生产控制常用的是第五代CT。该设备属于多源多探测器的一个类别。上图展示的是一种钢管生产在线检测与控制壁厚的CT系统。源与探测器呈120度，工件和源到探测器间不作相对转动，只需管子沿轴向快速作分层运动，内部缺陷一目了然。

2 工业CT选择

2.1 检测范围

检测范围即为ICT机的检测对象。比如，可对试件材料的最大重量、最大高度、最大长度、最大厚度以及最大回转直径进行透射。

2.2 辐射源的使用

高能直线加速器：能量大小（MeV）、出束角度、焦点尺寸。X射线源：能量大小、工作电压（kV）、工作电流（mA）、出束角度、焦点大小等。γ源：是哪一种γ源，如192Ir、137Cs 和60Co，源强、活性区尺寸直径、长度等。

2.3 ICT 的扫描方式

有无数字投影成像或实时成像功能等。

2.4 分辨能力

分辨能力通常指密度分辨率和空间分辨率，这是衡量ICT性能的重要指标。

空间分辨率：是指通过CT图像可辨别最小结构细节

的能力。

密度分辨率：是指通过CT图像可分辨出最小密度差异的能力（通常跟特征区域大小结合在一起评定）。

空间分辨率与密度分辨率在同等的辐射剂量下往往相互矛盾。密度分辨率会随着空间分辨率提高而减小，反之亦然。所以如何平衡之间的关系是工业CT如何在实践测量应用中需要专项解决的一项课题。

3 工业CT 在大型铸钢件的应用

工业CT 在无损检测中有着不可替代的优越性。缺陷检测方面最成功的范例是固体发动机的检测和高铁列车车架检测（图3）。目前已经有国内铁路铸件厂家成功应用，孔隙、杂质、开裂情况，装配件衬套与壳体之间的结合效果都可通过工业CT施测。利用该设备可绘制构件的三维图像，还可通过其测量复杂结构件内部尺寸，并分析关键装配件的情况，旨在检验构件的尺寸及装配件是否达标。一般小试件内十几微米的缺陷都可以通过工业CT的微焦点X射线检测出来，因此该设备适用于对高弹性模量及缺陷严格要求的零件的无损检测。

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图3 大型铁路车辆铸件检测示意图

工业CT 扫描成象使得试件的组分特性清晰再现，对于缺陷的定位和测量精准无误。除此之外，可以应用在其他领域。比如美国波音公司近年来一直致力于利用该设备进行纤维增强复合材料、胶结结构、蜂窝结构件的缺陷检测，认为工业CT 可检测纤维分布的均匀性、孔隙、疏松、胶结界面的厚度及变化情况（图4）、图层厚度及变化、材料固化时的流动特性、外来夹杂物等。

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图4 各型物体整体成像分析图形

但当前，工业CT 的应用领域较为局限。造价高是限制其大范围推广应用的一个主要原因。从成本来看，工业CT 设备要比同类无损检测设备造价高，检测成本也高，因此目前只适合检测一些高价值的零件或零件的关键部位。另一方面，工业CT设备专用型性强，其结构与配置必须根据检测对象及技术要求而定。此外，试件尺寸对工业CT细节特征分辨能力的影响较大，尺寸小的试件设备分辨能力高，尺寸大的试件分辨能力低，这类弊端随着技术的发展将会得到克服。

4 结束语

通过以上论述，工业CT设备的先进性不言而喻。无损检测系统的缺点通过它一一克服。工业CT可通过图像显示施测零件的断面，检测灵敏度及空间分辨率较高。该设备能够准确测量和定位零件的缺陷，具有较宽的动态范围，可见它在无损检测中的作用举足轻重。工业CT目前的应用领域虽然局限，但其简单高效的检测方法已得到业界的关注，因此是不可替代的。通过以上铸钢无损检测技术的研究，有效地跟踪检测前沿技术，目前该公司已经开始于相关设备厂家开展了技术交流试验，部分实践成功的技术和设备将有效地应用到铸钢检测设备生产中，这对于铸钢件的质量、作业效率、环境改善发挥了重要的推动作用。

参考文献：

[1]先武，李时光.工业CT技术[J].无损检测，1996.2：（57-60）.

[2]丁厚本著.CT系统的评价标志[J].科技与教学，1990，8：（3）.

[3]周光湖.计算机断层摄像原理及应用[M].成都电讯工程学院出版社.

作者简介：刘志学（1982-），男，宁夏银川人，助理工程师，研究方向：铸造机械、检测设备等。