杨杰

(洛阳欣隆工程检测有限公司，河南洛阳 471012)

浅谈射线检测技术的发展

杨杰

(洛阳欣隆工程检测有限公司，河南洛阳 471012)

对无损检测技术进行了介绍，阐述了其现状及发展趋势。

射线检测技术;现状;实时成像;发展

1 无损检测概述

美国材料实验协会(American Society of Testing Materials，ASTM)在Standard Terminology for Nondestructive Examinations中将无损检测定义为：在不损害其后续有用性和适用性的前提下，发展和应用测试材料或构件的技术方法来探测、定位、测量和评价缺陷;评估材料的完整性、性质和组成;测量几何特征。其基本过程是采用无损检测手段，确定检测信息为伪缺陷、相关缺陷或非相关缺陷，然后评估确定该构件是否符合特定的可接受的标准。

无损检测具有两个层次上的意义：①无损检测(NDT)是指对材料或部件进行某种检测以获得相关内部结构、有无缺陷、缺陷的性质、形状、大小、位置及分布等信息而对被检测材料不造成任何损伤;②无损评价(NDE)是依据相关标准，借助于检验、测量、试验、计算和模拟等手段，对被评对象的固有属性、功能、状态、潜力及趋势等做出完整、准确的综合评价。其综合性、预见性、复杂程度、技术难度及其公正性、向导性都远远超过无损检测。NDE需要以NDT为基础，却超越了NDT的范畴。

目前，NDT/NDE已经广泛应用于从材料的研制到构件制备，直至其服役期的检测，横跨材料的整个生命周期。据美国国家宇航局调研分析，无损检测方法可分为六大类约70余种。但在实际应用中比较常见的常规无损检测方法有以下几种：①超声检测(简称UT);②射线检测(简称RT);③磁粉检测(简称MT);④渗透检验(简称PT);⑤涡流检测(简称ET)。

射线检测技术，从最初的单纯胶片射线照相检验，经100多年的发展，今天已成为以先进的数字技术为特征，包括射线照相检验、射线实时成像检验和射线层析检测等多种技术的无损检测手段。由于该技术具有可自我监控检测工作质量和检测技术正确性的特性，已成为重要和广泛应用的无损检测技术。

2 射线检测技术的现状

什么是射线检测技术呢?它是利用射线(X射线、γ射线、中子射线等)穿过材料或工件时的强度衰减，检测其内部结构不连续性的技术。穿过材料或工件的射线由于强度不同，在X射线胶片上的感光程度也不同，由此生成内部不连续的图像。

2.1 常规射线照相检验技术

2.1.1 常规射线照相检验技术理论

20世纪80年代以来，我国射线检测技术工作者引入了欧美和日本射线检测技术的研究成果并进行了消化性的研究和吸收，逐步形成了适合我国的、科学的理论系统。以无损检测学会Ⅱ级教材、锅炉压力容器系统教材和航空航天系统内部Ⅱ、Ⅲ级合一培训教材《射线检测技术》为代表的新版培训教材，基于对射线照相检验技术基本理论和技术的理解及多年实际检验工作经验的总结等，构建了我国射线照相检验技术的理论系统。从20世纪80年代后期，我国的一些射线检测工作者对国外有关标准多有关注。一方面，翻译了一些有影响的国外标准;另一方面，从射线照相检验技术的一般理论对标准的规定进行了分析研究，明确提出了射线照相检验技术标准有关规定的核心线索。它不仅给出了射线照相检验技术的基本面，而且揭示了各方面的基本关系。这对于理解、应用和修订标准显然都具有意义。

2.1.2 常规射线照相检验工艺

20世纪90年代，射线检测工作者重点针对小直径管对接焊缝射线照相检验工艺所做的进一步工作主要有：全面引入国外标准有关直径、壁厚、焊缝宽度、透照方式和透照次数的规定;对这些规定从一般理论上进行讨论，并进行试验验证，给出了椭圆成像一次有效透照长度的近似估计方法。这些工作使小直径管对接焊缝的射线照相检验有了完整的工艺，揭示了我国有关标准存在的问题与不足。

2.1.3 缺陷自动识别

近年来，随着计算机技术、图像处理技术和模式识别技术的发展，缺陷自动识别技术一直受到一些研究机构的关注，已有一些熔焊缺陷自动识别研究结果，如北方交通大学等提出了提高缺陷识别率的新课题，哈尔滨工业大学国家焊接重点实验室完成了电阻点焊缺陷的自动识别评定研究。该方面的研究可能还要经历一段时间才能得到工业应用成果。

2.1.4 射线检测器材

在常规射线照相检验技术的器材方面，国内近年来多集中在研制管道爬行器和减轻便携式X射线机的重量方面。我国的X射线机生产厂，如沈阳探伤机厂、中南无损检测仪器厂和大连通海公司等为减轻便携式X射线机的质量做了许多工作，已取得了明显进展。我国已研制出系列管道爬行器，现正向体积小、质量轻和数字成像的方向努力。

2.1.5 CR技术

CR技术是近年正在迅速发展的数字射线照相技术中一种新的非胶片射线照相技术。该技术是基于某些荧光发射物质具有保留潜在图像信息的能力，这些荧光物质在较高能带俘获的电子形成光激发射荧光中心，在激光激发下，光激发射荧光中心的电子将返回它们初始能级，并以发射可见光的形式输出能量。这种光发射与原来接收的射线剂量成比例。这样，当激光束扫描储存荧光成像板时，就可得到射线照相图像。已有文献报道，CR技术已成功应用在一些重要方面。我国射线检测工作者对该技术给予了充分的重视。除公开介绍该技术外，还将该项技术列入锅炉压力容器高级人员复试培训和考试内容。北京邹展鹿城无损检测器材公司组织了CR技术座谈会，并进行了应用试验。江苏立达机电(昆山)有限公司已引入了美国PPTI公司的CR技术成像板。期望它尽快成为可替代胶片的射线照相检验技术。

2.2 射线实时成像检测技术

射线实时成像检验技术几乎与胶片射线照相技术同时发展。早期主要是荧光屏实时成像检验系统，目前应用的射线实时成像检验系统有多种，主要是图像增强器、成像板和线阵列射线实时成像检验系统等。成像板和线阵列射线实时成像检验系统是近年发展起来的数字实时成像检验系统，它们使用基于非晶硅的闪烁检测器和荧光光电倍增器制成的成像板或线阵列拾取信号。这种实时成像检验系统的主要特点是，同时具有很高的分辨力和很大的动态范围，可检验厚度差或密度差很大的物体。

我国一些工业部门从20世纪70年代开始引入图像增强器射线实时成像检验系统，目前主要应用于轮胎、铸造汽车轮毂、蒸汽锅炉过热器、省煤器及水冷壁系统等的小管径对接焊缝检验。广东粤海钢瓶厂对液化气钢瓶对接焊缝的图像增强器射线实时成像检验与胶片射线照相检验作了大量对比和总结，形成了气瓶对接焊缝的图像增强器射线实时成像检验技术，并制订了相应的国家标准。北京机械工业自动化所研制了高能射线实时成像检验系统，可用于大厚度工件的检验。

射线实时成像检验技术能否代替胶片射线照相检验技术，是近年射线工作者和有关方面十分关注的问题。在最近的航天系统无损检测技术交流会上，研究人员从射线照相检验技术的基本理论出发，分析了射线照相检验技术标准的规定和射线实时成像技术，提出了评价射线实时成像检验技术与射线照相检验技术对缺陷检验能力的等价性指标，给出了评定等价性的方法。这对今后射线实时成像检验技术的应用具有意义。

2.3 射线层析检测技术

2.3.1 射线CT技术

CT技术，即计算机辅助层析成像技术。CT技术从投影数据重建物体的图像。1971年英国EMI公司研制出世界上第一台医疗射线CT装置，并称为计算机辅助层析成像扫描器。70年代末期致力于工业应用研究的美国研制了专门应用的工业CT系统，主要是针对大型固体火箭发动机和小型精密工件。

工业CT技术的主要应用有：①早期使用在石油工业，分析钻井岩芯;②在航空工业用于检验与评价复合材料和复合结构，评价某些复合件的制造过程，也用于一系列情况下样件的评价。这种检测与评价过程，大大简化了取样破坏分析过程;③检测大型固体火箭发动机，这样的CT系统使用电子直线加速器X射线源，能量高达25 MeV，可检验直径达3 m的大型固体火箭发动机;④检验小型、复杂、精密的铸件和锻件，进行缺陷检验和尺寸测量;⑤检查工程陶瓷和粉末冶金产品制造过程发生的材料或成分变化，特别是对高强度、形状复杂的产品;⑥组件结构检查。

2.3.2 康普顿散射成像检测技术

1976年前苏联完成了γ射线康普顿散射成像检验金属表面缺陷的实验，1982年前西德进行了铝铸件康普顿散射成像检验，1987年美国将康普顿散射成像技术用于非金属多层结构检验。

康普顿散射成像检验技术采用散射成像，射线源与检测器位于物体的同一侧，其技术上的显著特点是：①单侧几何布置，即射线源与检测器位于物体的同一侧;②一次扫描可得到三维图像，具有层析功能，一次可得到多个截面的图像;③在理论上图像的对比度可达到100%。

由于采用散射线成像，因此康普顿散射成像技术主要适于低原子序数物质、近表面区较小厚度范围内缺陷的检验。

3 射线检测技术的发展

3.1 数字射线照相技术时代

1990年，R.Halmshaw和N.A.Ridyard在《英国无损检测杂志》上发表题为“数字射线照相方法评述”的文章，在评述了各种数字射线照相方法的发展之后认为，数字射线照相时代已经到来。近年来射线检测技术发展的基本特点是数字图像处理技术广泛应用于射线检测。射线层析检测和实时成像检测技术的重要基础之一是数字图像处理技术，即使常规胶片射线照相技术，也在采用数字图像处理技术。例如，现在已有电视和激光扫描器，可在1 min内扫描355～430 mm胶片图像，将胶片图像数字化进行储存，像素直径为35～100μm、数据精度为12～16 bit，密度大于4.0也可以进行扫描。正在研究的缺陷自动识别技术，也建立在数字图像处理技术基础上。数字图象处理技术正在影响整个射线检测领域。

3.2 今后重点应用的技术

1994年Harold Berger在美国《材料评价》发表的“射线无损检测的趋势”中提出，在20世纪的最后10年和21世纪的初期，下列技术将得到广泛应用：①数字X射线实时检测系统在制造、在役检验和过程控制方面;②具有数据交换、使用NDT工作站的计算机化的射线检测系统;③小型、低成本的CT系统;④微焦点放大成像的X射线成像检验系统;⑤小型高灵敏度的X射线摄像机;⑥大面积的光电导X射线摄像机。

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