复合材料无损检测中的射线检测应用

吕益良 丁卫良 连 洁

河南筑信智能技术有限公司，河南郑州 450000

中国材料技术一直持续发展，并取得了很大的进步，这就导致现有材料的性能已经不能满足许多行业的要求，复合材料的应用解决了这一问题。通常把两种或两种以上具有不同性质的材料通过物理或化学技术合成具有新特性的材料称为复合材料，它是一种结合了不同的材料性能，以达到实际应用的要求。复合材料在各行各业的应用逐渐扩大，其性能要求的完整性也不断提高，因此，传统的检测方法已经不能满足复合材料的检测要求。射线检测的图像直观并且方便保存。近年来随着人们对射线检测方法不断的研究和探索，在检测能力以及检测范围都有了很大的提高。

1 射线检测复合材料无损检测的未来发展

射线检测方法不断改进和发展，无损检测设备在实践中也得到了广泛的使用。当前的计算机模拟、数字辐射和仿真技术正成为无损检测技术发展的要点。此外，检测成本相对较低、对环境的污染较小是与传统的无损检测技术相比起来，非胶片数字照相技术的的特点。结合这些优点，非胶片数字射线照相技术将会是复合无损检测技术发展的主要趋势之一。同时，计算机和仿真技术的发展也使复合材料的无损检测更为广泛和集中，计算技术在结构配置优化、系统设计优化和虚拟检测优化中都得到了广泛的应用，不但可以提高无损检测的工艺水平，而且减短其装置生产的周期。结合当前技术发展的趋势，无损检测的相关设备的发展可以概括为3点：

（1）高智能化的图像显示功能；（2）数字技术以及自动化识别技术；（3）模块化以及大型化。例如，高性能探测器系统、锥束CT成像技术以及微焦点CT成像技术等，这些技术更是复合材料无损检测的重要研究方向。

2 射线检测在复合材料无损检测中的具体应用

2.1 射线实时成像检测技术

射线实时成像检测技术（DR技术）是在电子成像的基础上发展起来的。射线实时成像技术主要应用于无损检测领域，在无损的前提下，评估复合材料的内部问题和缺陷是根据成像对象实际变动图像的改变来进行的。这种技术与传统的复合材料检测的胶片射线照相技术相比有着很大的优势：首先，它可以改善得到的图像的动态范围，有效地提高图像处理的效益；其次，可以控制检测连续曝光时间，从而减少了辐射对人体的影响；第三，在测试过程中需要求曝光时间有很高的宽容性。

射线实时成像技术具有非常重要的应用价值，在汽车制造、压力容器和军工制造业等领域都有着重要的作用。根据目前的技术，工业射线实时成像检测系统、微焦点射线实时成像检测系统和阵列射线实时成像检测系统是现在国内各行业常用的射线实时成像检测系统，这种检测系统常常用来检测电子器件和各种小工件等；阵列射线实时成像检测系统，我们可以在机场和车站以及海关看到，这种系统为安检和货物检查带来了很大的便利。各种产品的在线检测，实时成像检测技术的应用非常广泛，能够快速的对装配线上的产品进行检测，同时还能够改变遥控装置，便于相关人员查看产品的细节问题。

2.2 计算机断层扫描成像技术

人们常说的工业CT技术就是计算机断层扫描成像技术，自1980年以来，逐渐成为了一种普遍实用的无损检测技术。这种检测技术的检测结果具有非常高的分辨率，可生成三维图像，便于分析和存储。

计算机技术是计算机断层扫描成像技术发展起来的基础。计算机断层扫描成像技术在复合材料的无损检测之中，有着极为重要的作用。其原理（见图1）是：工业CT 射线源系统发出的射线束从多个方向以扫描方式透射被测复合材料某断层，探测系统从不同的角度采集射线信号并转换为计算机使用的数字信号，图像处理系统将数据采集传输系统送来的数字信号经数据处理（如数据重排和校正）后进行图像重建，得到断层的二维图像。通过二维图像，再现被测复合材料内部的结构、材料组成及缺陷状况。

图1 复合材料X射线工业计算机层析成像(CT)检测技术原理图

在当前的技术条件下计算机断层扫描成像无损检测系统主要是由射线源系统、探测器系统、机械扫描系统、数据采集传输系统、计算机控制系统、图像处理系统、辐射安全防护系统7个子系统组成。该系统检测对材料进行检测的基本流程是：第一，在被检测的材料经过扫描之后得到被检测材料断层方面的有关数据信息；第二，进行图像的重建，将得到的材料相关的数据信息通过计算机控制系统的干预进行处理，得到图像，通过所得到的图像可以来了解和分析材料的内部是否存在缺陷。在这中间需要在意的是，复合材料的二维灰度图像是通过计算机断层扫描成像技术的无损检测得到的，被检材料内部的装配情况、结构组成、材质状况有无缺陷，缺陷的性质与大小等从图像的灰度就可以进行分析，因此如果想要得到被检物的三维图像，只需沿扫描轴线进行扫描，直到获得足够多的断层二维图像即可。使用计算机断层扫描成像技术可以很大程度上解决图像重叠的问题，对提高生成图像的灵敏度也具有重要的意义。更重要的是，数字化图像处理是计算机断层扫描技术的一大特征，可以对数据进行放大、压缩，使数据的传输更加方便，并具有远距离观测的实用价值。在目前各个行业大都应用计算机断层扫描成像技术来测试对象包含碳/碳和碳/酚醛的复合材料，使得这些材料在传统检测方法下的问题得到解决。

2.3 胶片射线照相技术

胶片射线照相技术是国内各个行业里应用最为广泛的检测技术，其他射线检测技术是以该技术为基础而逐步发展起来的。射线经射线源发出后，穿过被检测物体，从而检测物体的缺陷部分，由于射线通过缺陷部分时，射线衰减的程度与其他部位是不同的，因此可以记录检测到的物体的内部信息，这就是胶片射线照相技术的工作原理。形成投影图像需要将射线胶片中记录的信息进行定影和显影，评估测试对象的内部连续性。胶片射线照相技术和数字射线成像技术相比起来，其图像质量更高，可以检测物体内部0.25mm左右的缺陷。

2.4 康普顿背散射成像技术

康普顿背散射成像（CST）是一项在20世纪80年代后期开发的新技术。单面非接触，不受物体几何形状的影响是该技术的特点。使用CST设备，可以通过将射线源和检测器放置在组件的一侧来检测组件。透射系统无法检测的大型构件通过CST设备能够检测；具有高灵敏度，尤其用于检测低射线吸收系数材料时；快速三维成像，一次扫描可获得深度方向的三维成像数据。

康普顿背散射成像技术可以用来检测铝合金、塑料、复合材料等，低密度材料的检测比透视图像具有更高的对比度。特别是当物体表面复杂时，其检测效果比普通射线更好，能够检测大型物体，且检测效果良好。因为其他无损检测技术无法解决的技术问题在使用康普顿散射成像技术就可以解决，所以在一些国家的航空航天领域中，该技术得到了广泛的研究和应用。因为相关的技术设备的缺少，要想在国内普及该技术还需要研究人员的不断探索和研究。

3 射线检测技术的优缺点

射线检测技术的主要优点是对工件的检测没有特殊要求，基本上所有的材料都可以使用。缺陷图像可以清晰地显示出来，便于检测人员的定量、定性和定位。射线胶片可以储存很长一段时间，为后期需要查看提供方便。但与此同时，射线检测技术的使用成本较高；一般为重型设备；垂直于射线方向的小线性缺陷不能被检测到；对环境有一定的辐射污染，可能对人们的健康有一定的影响，甚至伤害到其他敏感的物体，所以有安全要求，在这些方面，射线检测技术还有待改进。

4 结语

复合材料主要是应用于航天、电气、电子、汽车、建筑等领域，随着科技的进步，复合材料也得到了广泛的关注并迅速发展起来。复合材料无损检测方法已经成为了重要的研究内容，它保证了各领域生产质量，具有非常重要的研究意义。 射线检测技术具有最直接的图像，便于保存，这些基本特征是开发无损检测最有效的前景。射线检测技术人员需要不断加强对检测技术的研究，努力提高检测水平，保证复合材料的质量。