工业CT技术在航天产品检测中的应用

CT扫描在现代临床医学上已被普遍使用，把它用于工业产品检.测，还属于试探性

的。航天科技集团公司5 02研究所经过 5年的实践，证明用X射线工业CT扫描检测航天

产品中的焊接件，达到了高准确率、高可靠性的目的。与普通射线检测方法相比，其

效果独特，能非常有效地控制不合格产品。

　　工业CT是20世纪80年代发展起来的先进无损检测技术，由于工业CT的检测特点是

不受试件材料种类、形状结构等因素影响，成像直观、分辨率高，尤其在检查复杂的

构件方面显示了特有的优势。因此，在航天、航空、兵器、电子、汽车制造、材料研

究、海关、考古等领域得到广泛应用。其检测对象可从几毫米的陶瓷零件到直径2.4

米，高度5.1米，重达 47吨的火箭发动机等产品。

　　卫星上的产品一般具有如下特点：体积小、批量小、品种多、结构复杂，能承受

一定压力和密封要求，特殊的工作介质（毒性、腐蚀性）以及高可靠长寿命要求等。

星上产品有相当一部分零件须焊接而成。其中包括电子束焊、真空钎焊、氩弧焊、爆

炸焊等多种焊接形式，且焊缝密集、重叠、形状怪异。由于焊缝本身还要起到承压、

密封等作用，因此对焊缝的要求很高。根据航天型号产品质量有关规定，必须对焊缝

进行100％射线检测，以确保航天产品焊接质量的绝对可靠。

　　传统的X射线照相技术是一种常用无损检测手段，虽然在航天产品检测中起到了

积极作用，但有很大局限性，对一些形状复杂的焊接件，特别是一些精密、周围受遮

挡的焊缝，用常规的X射线检测方法就受到限制。

工业CT的基本原理

　　当一束簿的扇形X射线束穿过被检物体时，将要被衰减，衰减的射线强度与物体

的材料组分、密度、尺寸及入射前的能量有关。探测器从不同角度采集信号，输入计

算机，用一定的重建方法计算出射线切割物体截面吸收系数的点阵，转化成一幅截面

图像。

　　工业CT图像是计算出的数值阵列，图像上每一点为象素。象素的数值（CT值）与

相应物体小体元内材料衰减系数的平均值成比例。试件上的某一缺陷能否被检测到，

取决于这个缺陷是否引起所在位置象素值的变化。缺陷在象素对应的物体体元内所占

比例越大，在图像上引起的反差也越大。反之则小，此缺陷也难检出。缺陷在图像上

引起的反差大小除与缺陷本身大小有关外，还与射线源的焦点大小、探测器尺寸、机

械系统精度、重建算法、扫描工艺等综合因素有关。象素尺寸大小是CT尺寸测量的最

小量度，它与物体尺寸和重建矩阵大小有关。

工业CT的技术特点

　　作为射线检测技术，工业CT与胶片照相、实时成像有共同之处，然而其独到之处

正是其优势所在：

　　1．工业CT给出试件的断层扫描图像，从图像上可以直观看到检测目标细节的空

间位置、形状大小，目标不受周围细节特征的遮挡，图像容易识别和理解；

　　2．工业CT具有突出的密度分辨能力，高质量的CT图像可达0．1％甚至更小，比

常规射线技术高一个数量级；

　　3.工业CT采用高性能探测器，动态范围可达 106以上，胶片照相动态范围一般为

200～1000，图像增强器的动态范围一般可达 500～2000；

　　4．工业CT图像是数字化的结果，从中可直接给出象素值，尺寸甚至密度等物理

信息，数字化的图像便于存储、传输、分析和处理。

　　工业CT的技术特点决定了其优越的应用价值，但也有其不足之处，主要表现在设

备成本高、检测效率低以及检测范围、扫描时间、图像质量三者之间互相制约等。

工业CT在卫星产品上的应用

　　电磁阀、自锁阀、喷注器等都是卫星推进系统的精密复杂焊接件，通常由不锈

钢、工业纯钛和软磁合金等用电子束焊的方法连接而成。焊缝直径一般在 3 0毫米

内，最小直径有6毫米，宽度在1.5 毫米之内，要求焊缝熔深在0．6～2毫米，如果焊

接过程中有气孔、夹渣、裂纹、未熔合、未焊透等缺陷产生，这些缺陷将直接影响着

产品质量和可靠性。由于产品尺寸小、结构复杂，加之焊缝周围结构的遮挡，这些产

品内部缺陷检测只能采用工业CT的方法进行。按照GJB1718—93《电子束焊接规范》

中Ⅰ级焊缝的要求，焊缝内部不允许存在裂纹、未焊透、未熔合等现象，对存在的气

孔及气孔间距也有严格的要求。显然，这些电子束焊接件对工业CT的空间分辨能力提

出了超乎寻常的要求，例如对气孔的检测分辨能力须达到0.2毫米以内。

　　502所检测设备是从美国BIR公司引进的 ACTIS300工业CT系统，具有工业CT、数

字成像RD、实时成像RTR三种功能。复杂而精密的系统结构决定了该设备的多功能及

高效能。其最高空间分辨能力可达4 lP／mm，最高密度分辨率可达0．1％，在获得高

质量的CT图像的同时，配合有效的尺寸测量软件，可以非常方便、可靠地对测量部件

进行定量检测。