钢坯内部射线检测方法与技术

射线能量是衡量射线穿透能力的指标。只有保证在射线有效穿透的前提下，才能获得坯材满意的清晰图像。由于一般坯材的厚度较大，所以采用X射线管产生的射线已经不能穿透坯材进行探伤。坯材检测一般需要使用加速器作为射线源。专门为工业应用设计的电子直线加速器输出的X射线能量可达15MeV，能穿透厚度达460mm的钢材，检测灵敏度优于2-2T（ASTME142孔型像质计），并且能在高温环境下可靠地工作，所以它完全可以满足坯材的射线检测要求。

用于坯材的射线检测方式有三种：射线照相、数字成像（DR）和断层成像（CT）。这三种方式各有优缺点。

1.射线照相法

射线照相法采用X射线感光胶片作为接收器，通过曝光、洗片、干燥后，获得被检坯材图像的底片。它的检测过程较慢，尤其使用10MeV以上能量的X射线照相时，由于高能量X射线固有的物理特性，工作时会产生活化现象，射线源停止出束后，一般要经过20～30min，人员方才可进入检测场进行换片工作。虽然能采用自动换片机构提高一定的效率，但总体来说，检测效率仍然较低。此外，缺陷的取向对射线照相法的影响较大，钢坯中某些取向的裂纹容易被漏检。

射线照相法用于坯材探伤的优点是：图像细腻、设备构成较为简单、对辅助机械装置要求低、投资少；射线照相法的缺点是：使用中需不断投入胶片和冲洗液等耗材、胶片不利于长久存放和管理、检测速度慢、检测幅面受胶片大小的局限。此外，由于使用胶片和化学处理，不仅需要暗室操作，还需要温度、湿度的控制，射线照相法越来越无法满足大工业生产的需要。

2.数字成像法

数字成像法采用分立多通道探测器阵列探测穿透坯材的X射线，通过数字化处理和传输，在计算机屏幕上获得实时检测图像，比射线照相法要快捷。在20世纪90年代后期，产生了数字平板技术和数字图像识别技术，真正实现了射线检测的自动化。数字平板的清晰度与胶片相近，但工作效率大大提高。该方法与射线照相法的主要区别是数字化图像处理和图像识别技术的运用，从而提高了成像质量和检测效率。但它与射线照相法并没有本质上的变化，因此也存在对某些取向缺陷检出率差的情况。

图11.5-12所示为用于钢坯射线检测的直线加速器数字成像系统。其中，X射线机头是加速器的主体部分。机头内装有加速管、微波功率源、聚焦导向系统、射线准直及屏蔽装置、激光定位装置、电子枪与磁控管等。采用电子直线加速器提供高能X射线源，能穿透厚度较大的坯材，加速器以脉冲方式提供瞬时高剂量射线，对提高系统的信号噪声比和图像质量起着决定性作用。图像处理系统负责整个系统的运行操作和被检坯材的图像处理、分析、测量、图像数据的存储和管理。图像的变换和处理软件可实现对数变换、自定义灰度曲线变换、归一化、图像缩放、镜像、全局显示、旋转功能、直方图均衡、边缘增强、滤波降噪、伪彩色等一系列功能。

图11.5-12 用于钢坯射线检测的直线加速器数字成像系统(www.xing528.com)

数字成像法用于坯材探伤的优点是：成像速度快、效率高、使用便捷，可借助计算机图像识别功能进行判伤，数字化图像便于保存和查询，无后期耗材成本，检测幅面远大于胶片；数字成像法的缺点是：设备构成较复杂，对配套机械装置要求较高、投资较大。

采用X射线数字成像技术，可以大幅提高检测效率，实现坯材检测的自动化，它符合无损检测技术的发展方向。

3.层析成像法

层析成像设备俗称工业CT，是目前射线检测领域的高端产品。它是将被检工件不同角度的投影数据通过计算机在专门的重建算法下，构建出检测位置的断面图像。由层析成像法得到的图像能直观显示出缺陷形状，还可实现对缺陷的定位和测量。层析成像法由于扩充了投影角度，对各种取向缺陷的检出率可相同，不受人为因素的影响。

工业CT用于坯材检测，能给出坯材的断层数字图像和重建的三维图像，从而实现对坯材内部缺陷的直观显示和定量分析，还能准确测量缺陷的大小、形状、位置和密集程度等。工业CT对检测坯材中的气孔、夹杂、裂纹等细微缺陷以及生产中的质量控制等具有重要的价值。工业CT系统采用高能加速器作为X射线源，采用多自由度、高精密、承载着加速器和探测器的机械扫描装置，完成对坯材的扫查运动，由线阵列探测器和宽动态范围、低噪声电子系统完成数据采集，最后经过数据处理，重新建出被检测坯材的断层图像。X射线工业CT系统的组成主要包括加速器、探测器、数据获取、扫描装置、扫描控制和重建系统。工业CT系统的组成如图11.5-13所示。

图11.5-13 工业CT系统的组成

工业CT的图像处理功能可以实现：①图像显示：伪彩色，窗宽窗位调整，灰度变换，归一化，整体与局部缩放、旋转、镜像；②图像处理：直方图均衡，边缘增强，滤波平滑；③分析测量：线密度分布曲线，尺寸/面积测量，任意区域灰度统计，直方图统计；④图像检查：坯材扫描位置信息显示，尺寸/面积标记，缺陷标记，检查结果打印输出。

断层成像法用于坯材探伤的优点是：检测精度高，图像清晰、直观，可对缺陷（数量、长度、宽度等）进行定量，可借助计算机图像识别功能进行判伤，数字化图像便于保存和查询，无后期耗材成本；断层成像法的缺点是：设备构成非常复杂，对配套机械装置要求极高，投资巨大。