工業CT技術在航天產品檢測中的應用

CT掃描在現代臨床醫學上已被普遍使用，把它用于工業產品檢.測，還屬于試探性

的。航天科技集團公司5 02研究所經過 5年的實踐，證明用X射線工業CT掃描檢測航天

產品中的焊接件，達到了高準確率、高可靠性的目的。與普通射線檢測方法相比，其

效果獨特，能非常有效地控制不合格產品。

　　工業CT是20世紀80年代發展起來的先進無損檢測技術，由于工業CT的檢測特點是

不受試件材料種類、形狀結構等因素影響，成像直觀、分辨率高，尤其在檢查復雜的

構件方面顯示了特有的優勢。因此，在航天、航空、兵器、電子、汽車制造、材料研

究、海關、考古等領域得到廣泛應用。其檢測對象可從幾毫米的陶瓷零件到直徑2.4

米，高度5.1米，重達 47噸的火箭發動機等產品。

　　衛星上的產品一般具有如下特點：體積小、批量小、品種多、結構復雜，能承受

一定壓力和密封要求，特殊的工作介質（毒性、腐蝕性）以及高可靠長壽命要求等。

星上產品有相當一部分零件須焊接而成。其中包括電子束焊、真空釬焊、氬弧焊、爆

炸焊等多種焊接形式，且焊縫密集、重疊、形狀怪異。由于焊縫本身還要起到承壓、

密封等作用，因此對焊縫的要求很高。根據航天型號產品質量有關規定，必須對焊縫

進行100％射線檢測，以確保航天產品焊接質量的絕對可靠。

　　傳統的X射線照相技術是一種常用無損檢測手段，雖然在航天產品檢測中起到了

積極作用，但有很大局限性，對一些形狀復雜的焊接件，特別是一些精密、周圍受遮

擋的焊縫，用常規的X射線檢測方法就受到限制。

工業CT的基本原理

　　當一束簿的扇形X射線束穿過被檢物體時，將要被衰減，衰減的射線強度與物體

的材料組分、密度、尺寸及入射前的能量有關。探測器從不同角度采集信號，輸入計

算機，用一定的重建方法計算出射線切割物體截面吸收系數的點陣，轉化成一幅截面

圖像。

　　工業CT圖像是計算出的數值陣列，圖像上每一點為象素。象素的數值（CT值）與

相應物體小體元內材料衰減系數的平均值成比例。試件上的某一缺陷能否被檢測到，

取決于這個缺陷是否引起所在位置象素值的變化。缺陷在象素對應的物體體元內所占

比例越大，在圖像上引起的反差也越大。反之則小，此缺陷也難檢出。缺陷在圖像上

引起的反差大小除與缺陷本身大小有關外，還與射線源的焦點大小、探測器尺寸、機

械系統精度、重建算法、掃描工藝等綜合因素有關。象素尺寸大小是CT尺寸測量的最

小量度，它與物體尺寸和重建矩陣大小有關。

工業CT的技術特點

　　作為射線檢測技術，工業CT與膠片照相、實時成像有共同之處，然而其獨到之處

正是其優勢所在：

　　1．工業CT給出試件的斷層掃描圖像，從圖像上可以直觀看到檢測目標細節的空

間位置、形狀大小，目標不受周圍細節特征的遮擋，圖像容易識別和理解；

　　2．工業CT具有突出的密度分辨能力，高質量的CT圖像可達0．1％甚至更小，比

常規射線技術高一個數量級；

　　3.工業CT采用高性能探測器，動態范圍可達 106以上，膠片照相動態范圍一般為

200～1000，圖像增強器的動態范圍一般可達 500～2000；

　　4．工業CT圖像是數字化的結果，從中可直接給出象素值，尺寸甚至密度等物理

信息，數字化的圖像便于存儲、傳輸、分析和處理。

　　工業CT的技術特點決定了其優越的應用價值，但也有其不足之處，主要表現在設

備成本高、檢測效率低以及檢測范圍、掃描時間、圖像質量三者之間互相制約等。

工業CT在衛星產品上的應用

　　電磁閥、自鎖閥、噴注器等都是衛星推進系統的精密復雜焊接件，通常由不銹

鋼、工業純鈦和軟磁合金等用電子束焊的方法連接而成。焊縫直徑一般在 3 0毫米

內，最小直徑有6毫米，寬度在1.5 毫米之內，要求焊縫熔深在0．6～2毫米，如果焊

接過程中有氣孔、夾渣、裂紋、未熔合、未焊透等缺陷產生，這些缺陷將直接影響著

產品質量和可靠性。由于產品尺寸小、結構復雜，加之焊縫周圍結構的遮擋，這些產

品內部缺陷檢測只能采用工業CT的方法進行。按照GJB1718—93《電子束焊接規范》

中Ⅰ級焊縫的要求，焊縫內部不允許存在裂紋、未焊透、未熔合等現象，對存在的氣

孔及氣孔間距也有嚴格的要求。顯然，這些電子束焊接件對工業CT的空間分辨能力提

出了超乎尋常的要求，例如對氣孔的檢測分辨能力須達到0.2毫米以內。

　　502所檢測設備是從美國BIR公司引進的 ACTIS300工業CT系統，具有工業CT、數

字成像RD、實時成像RTR三種功能。復雜而精密的系統結構決定了該設備的多功能及

高效能。其最高空間分辨能力可達4 lP／mm，最高密度分辨率可達0．1％，在獲得高

質量的CT圖像的同時，配合有效的尺寸測量軟件，可以非常方便、可靠地對測量部件

進行定量檢測。