傳統(tǒng)膠片與CR技術(shù)在高鐵制造檢測(cè)中的影響及對(duì)比測(cè)試研究

肖君武 邱國(guó)云 范瑞峰 馬蘭 陳航 崔健 王晨

摘 要：計(jì)算機(jī)X射線(xiàn)影像（CR）技術(shù)是一種焊縫數(shù)字化射線(xiàn)檢測(cè)技術(shù)，其在成像機(jī)理、圖像獲取方法上與膠片照相有著本質(zhì)的區(qū)別。在當(dāng)前制造業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型的環(huán)境下，CR技術(shù)也是實(shí)現(xiàn)當(dāng)前制造業(yè)無(wú)損檢測(cè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型的重要手段。研究通過(guò)選取當(dāng)前我國(guó)高鐵制造檢測(cè)過(guò)程中所使用主要材料，有針對(duì)性的開(kāi)展CR技術(shù)與傳統(tǒng)膠片對(duì)比試驗(yàn)設(shè)計(jì)及實(shí)施，通過(guò)對(duì)比試驗(yàn)分析得出，CR技術(shù)可以替代傳統(tǒng)膠片射線(xiàn)檢測(cè)技術(shù)，從而促進(jìn)我國(guó)軌道交通生產(chǎn)制造無(wú)損檢測(cè)數(shù)字技術(shù)不斷提升。

關(guān)鍵詞：CR技術(shù)；膠片技術(shù)；X射線(xiàn)檢測(cè)

中圖分類(lèi)號(hào)：TG115.28

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A文章編號(hào)：1001-5922（2023）11-0010-03

The impact and comparative test study of traditional film and CR technology in high-speed rail manufacturing inspection

XIAO Junwu1，QIU Guoyun1，F(xiàn)AN Ruifeng2，MA Lan2，CHEN Hang2，CUI Jian2，WANG Chen2

（1.CRRC Qingdao Sifang Co.，Ltd.，Qingdao 266111，Shandong China;2.Peking University，Beijing 100871，China

）

Abstract：Computer X-ray imaging （CR） technology is a digital radiography technology for weld inspection，which has a fundamental difference from film photography in imaging mechanism and image acquisition method.In the current environment of digital transformation of manufacturing industry，CR technology is also an important means to realize the digital transformation of non-destructive testing in the manufacturing industry.In this paper，the main materials used in the current high-speed rail manufacturing process in China was selected，and targeted design and implementation of comparative tests between CR technology and traditional film were carried out.Through the comparative test analysis，it is concluded that CR technology can replace the traditional film radiography technique，thus promoting the continuous improvement of digital technology for non-destructive testing in China's rail transit production and manufacturing.

Key words：CR technology;film technology;X-ray detection

計(jì)算機(jī)X射線(xiàn)影像（CR）技術(shù)是數(shù)字射線(xiàn)檢測(cè)技術(shù)中一種新的非膠片射線(xiàn)照相檢測(cè)技術(shù)，在航天航空［1-2］、石油化工［3-5］、國(guó)家電網(wǎng)［6-8］、壓力容器［9］、考古發(fā)掘等［10-13］領(lǐng)域已有大量的應(yīng)用。同時(shí)CR技術(shù)也是實(shí)現(xiàn)當(dāng)前制造業(yè)無(wú)損檢測(cè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型的重要途徑，該技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)外形結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜的焊縫進(jìn)行精確、快速且環(huán)保的數(shù)字化成像。高鐵的生產(chǎn)制造是體現(xiàn)我國(guó)高端制造的一個(gè)重要名片，通過(guò)選取當(dāng)前我國(guó)高鐵制造檢測(cè)過(guò)程中所使用主要材料，有針對(duì)性的開(kāi)展CR技術(shù)與傳統(tǒng)膠片對(duì)比試驗(yàn)設(shè)計(jì)及實(shí)施，通過(guò)對(duì)比試驗(yàn)探究CR技術(shù)在高鐵制造業(yè)質(zhì)量檢測(cè)應(yīng)用的可行性，從而實(shí)現(xiàn)我國(guó)軌道交通生產(chǎn)制造無(wú)損檢測(cè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型升級(jí)。

1 CR技術(shù)與傳統(tǒng)膠片的區(qū)別及影響

一個(gè)完整的CR系統(tǒng)包括影像板（IP）、CR掃描儀和計(jì)算機(jī)控制工作站。它是利用X射線(xiàn)存儲(chǔ)發(fā)光材料制成一種IP板，攝取X射線(xiàn)輻照的影像，首先在IP板上形成由色心構(gòu)成的潛影，隨后利用激光掃描成像技術(shù)，把IP板中的潛影信號(hào)讀取出來(lái)并顯示為可視圖像［14］， CR系統(tǒng)工作原理如圖1所示。

CR系統(tǒng)的運(yùn)行，與傳統(tǒng)的膠片透照工藝基本一致，可以在不改變?cè)心z片測(cè)試工裝條件下進(jìn)行，具體檢測(cè)流程如圖2所示。傳統(tǒng)的成像方法采用的是“增感屏+膠片”的方式，即通過(guò)X射線(xiàn)增感屏將X射線(xiàn)轉(zhuǎn)換為可見(jiàn)光讓膠片曝光，而CR系統(tǒng)采用的是“IP板+CR掃描儀+計(jì)算機(jī)圖像處理”的方式［15］。采用IP板曝光，CR掃描儀和軟件進(jìn)行焊接圖像讀取及缺陷分析，整個(gè)掃描過(guò)程大概5 min，極大壓縮傳統(tǒng)膠片探傷過(guò)程中曝光、顯影、定影、膠片沖洗、評(píng)定等工序步驟，同時(shí)由于進(jìn)行數(shù)字化，便于追溯，省去了原有膠片檔案存儲(chǔ)所需的特殊要求［16］。

2 對(duì)比試驗(yàn)設(shè)計(jì)及實(shí)施

隨著我國(guó)軌道裝備制造業(yè)的發(fā)展壯大，無(wú)損檢測(cè)技術(shù)在軌道車(chē)輛制造業(yè)的應(yīng)用越來(lái)越廣，技術(shù)要求也越來(lái)越高，而射線(xiàn)檢測(cè)是焊縫內(nèi)部缺陷檢測(cè)的重要手段。例如CRH3型和諧號(hào)動(dòng)車(chē)組轉(zhuǎn)向架中橫梁管對(duì)接焊縫和 CR400BF復(fù)興號(hào)動(dòng)車(chē)組轉(zhuǎn)向架中連接塊對(duì)接焊縫均采用射線(xiàn)檢測(cè)進(jìn)行焊縫內(nèi)部探傷［17］。

國(guó)標(biāo)GB/T 3323.2—2019規(guī)定了射線(xiàn)檢測(cè)的主要性能指標(biāo)。試驗(yàn)選取目標(biāo)工件，分別進(jìn)行膠片和IP板的對(duì)比靈敏度進(jìn)行測(cè)試，同時(shí)利用已知的具有不同缺陷類(lèi)型的檢測(cè)試塊，對(duì)膠片和IP板的缺陷能力檢測(cè)進(jìn)行對(duì)比，測(cè)試內(nèi)容為是否能夠識(shí)別缺陷、缺陷檢出種類(lèi)、缺陷檢出位置和缺陷檢出長(zhǎng)度。

2.1 對(duì)比靈敏度測(cè)試

對(duì)比實(shí)驗(yàn)?zāi)M生產(chǎn)過(guò)程中射線(xiàn)檢測(cè)工況，試驗(yàn)選取母材厚度為25 mm的3塊鋁合金試塊，試塊編號(hào)為AS5-1、AS5-2、AS5-3。試驗(yàn)分別利用國(guó)產(chǎn)的IP板（HR）與膠片（AGFA D4）作為記錄介質(zhì)，對(duì)3塊試塊進(jìn)行透照并分析對(duì)比靈敏度。

CR技術(shù)和膠片的檢測(cè)參數(shù)如表1 所示。試驗(yàn)采用YXLON（依科視朗）X射線(xiàn)機(jī)，CR掃描儀器為國(guó)產(chǎn)掃描儀（型號(hào)：BDY-CR 01）。膠片的測(cè)試結(jié)果如圖3所示，經(jīng)判斷底片質(zhì)量合格，單絲像質(zhì)計(jì)W13號(hào)絲清晰可分辨。國(guó)產(chǎn)化IP板的X射線(xiàn)數(shù)字圖像如圖4所示，焊縫區(qū)的灰度為40 000以上，從圖像上可清晰識(shí)別W13號(hào)絲，圖像質(zhì)量接近于膠片的影像，都可滿(mǎn)足GB/T 3323.2—2019要求的B級(jí)標(biāo)準(zhǔn)（W12）要求。此外，從檢測(cè)參數(shù)對(duì)比中可以看出，試驗(yàn)采用IP板需要的曝光量減小了70%左右，檢測(cè)時(shí)間縮短，明顯提高了檢測(cè)效率。

2.2 缺陷檢測(cè)能力

在高鐵的生產(chǎn)制造過(guò)程中，對(duì)于一些部件的焊接部分，由于環(huán)境、焊接工藝等影響可能會(huì)導(dǎo)致焊縫中產(chǎn)生缺陷，一般常見(jiàn)的缺陷種類(lèi)有6類(lèi)：裂紋、未熔合、未焊透、夾渣、氣孔、形狀缺陷［18］。為了驗(yàn)證CR技術(shù)的缺陷檢測(cè)能力，試驗(yàn)選取了平板厚度為6 mm的鋁合金（見(jiàn)圖5）、碳鋼（見(jiàn)圖6）、不銹鋼（見(jiàn)圖7）、銅（見(jiàn)圖8）4種不同材質(zhì)的對(duì)接焊縫進(jìn)行了測(cè)試，并與膠片檢測(cè)所得到的結(jié)果進(jìn)行對(duì)比。

通過(guò)對(duì)不同材質(zhì)的不同焊縫缺陷進(jìn)行檢測(cè)，可以看到膠片和CR技術(shù)均清晰地呈現(xiàn)了基本缺陷，膠片和IP板呈像結(jié)果相當(dāng)，缺陷檢出位置、種類(lèi)相差無(wú)幾，可滿(mǎn)足生產(chǎn)過(guò)程中焊縫檢測(cè)要求。同時(shí)，CR技術(shù)可以對(duì)掃描后的圖像通過(guò)軟件輔助評(píng)片，采用圖像處理技術(shù)改善圖像質(zhì)量，增強(qiáng)圖像特征信息，例如使用“窗技術(shù)”觀察不同厚度部位特征、“圖像銳化”處理補(bǔ)償圖像輪廓等［19］。掃描后的圖像可以放大缺陷細(xì)節(jié)，并進(jìn)行測(cè)量，方便評(píng)片人員更清晰地判斷缺陷性質(zhì)。

3 結(jié)語(yǔ)

采用CR技術(shù)和傳統(tǒng)膠片射線(xiàn)檢測(cè)方法，對(duì)高鐵制造過(guò)程中一些典型焊縫進(jìn)行了對(duì)比檢測(cè)實(shí)驗(yàn)，比較了2種方法的對(duì)比靈敏度，對(duì)于不同材質(zhì)、不同類(lèi)型的缺陷檢出能力。通過(guò)對(duì)比試驗(yàn)得出，采用IP板曝光可以使曝光量減少70%，CR技術(shù)的對(duì)比靈敏度滿(mǎn)足GB/T 3323.2—2019標(biāo)準(zhǔn)要求，檢測(cè)所得到的圖像能夠清晰觀察到焊縫內(nèi)部缺陷。同時(shí)，CR技術(shù)和膠片成像技術(shù)對(duì)于不同缺陷的檢出位置和種類(lèi)一致。通過(guò)上述實(shí)驗(yàn)結(jié)果對(duì)比可以得出，CR技術(shù)可以替代傳統(tǒng)膠片射線(xiàn)檢測(cè)技術(shù)，從而實(shí)現(xiàn)我國(guó)軌道交通生產(chǎn)制造無(wú)損檢測(cè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型升級(jí)。

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收稿日期：2023-02-01；修回日期：2023-07-01

作者簡(jiǎn)介：肖君武（1992-），男，碩士，工程師，研究方向：軌道車(chē)輛無(wú)損檢測(cè)；E-mail：xjunwu92@163.com。

引文格式：肖君武，邱國(guó)云，范瑞峰，等.傳統(tǒng)膠片與CR技術(shù)在高鐵制造檢測(cè)中的影響及對(duì)比測(cè)試研究［J］.粘接，2023，50（11）：10-12.