材料焊接無(wú)損檢測(cè)專業(yè)知識(shí)李向東學(xué)時(shí)

1、2012起重機(jī)檢驗(yàn)師學(xué)習(xí)資料材料焊接無(wú)損檢測(cè)專業(yè)知識(shí)（2學(xué)時(shí)）江蘇省特種設(shè)備安全監(jiān)督檢驗(yàn)研究院李向東目 錄（0.5學(xué)時(shí)（1學(xué)時(shí)）（0.5學(xué)時(shí)）第1部分 金屬材料及熱處理技術(shù)（0.5學(xué)時(shí)）第一節(jié) 金屬材料技術(shù)一、金屬材料基礎(chǔ)知識(shí)金屬的物理性能包括：比重、熔點(diǎn)、導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性、熱膨脹性、磁性等。比重，也稱相對(duì)密度，是單位體積金屬的重量和同等體積水的重量比值。比重大于5的金屬（如鋼為7.8），稱為重金屬；小于5的金屬（如鋁為2.7），稱為輕金屬。熔點(diǎn)是金屬或合金從固態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)橐簯B(tài)時(shí)的溫度。導(dǎo)電性是金屬導(dǎo)電的性能。與導(dǎo)電性相反的性能是電阻。銀的導(dǎo)電性最好，若作為100，銅為94，鋁為55，鐵為2，鈦為0

2、.3。導(dǎo)熱性是金屬傳導(dǎo)熱量的性能。一般情況下，導(dǎo)電性好的金屬，導(dǎo)熱性亦好。導(dǎo)熱系數(shù)的單位為焦/厘米·秒·。熱膨脹性是金屬受熱后要脹大的性能，通常用線膨脹系數(shù)表示，單位為1/K。磁性是金屬吸引鐵粉的性能。所有金屬都有一定的磁性，只有強(qiáng)弱不同之分。按磁性大小，金屬可分為鐵磁性和弱磁性（又稱無(wú)磁性）兩大類。磁性可用奧斯特（磁場(chǎng)強(qiáng)度單位）或高斯（磁感應(yīng)強(qiáng)度單位）表示。（二）金屬材料的化學(xué)性能金屬的化學(xué)性能是指金屬抵抗各種介質(zhì)（大氣、水蒸汽、有害氣體、酸、堿、鹽等）侵蝕的能力，又稱為金屬的耐腐蝕性能，它與金屬的化學(xué)成分、加工性質(zhì)、熱處理?xiàng)l件、組織狀態(tài)以及介質(zhì)和溫度條件等有關(guān)。耐腐蝕性

3、能一般用腐蝕速度（毫米/年）表示。按腐蝕原理的不同，金屬腐蝕可分為化學(xué)腐蝕和電化學(xué)腐蝕。金屬與介質(zhì)直接發(fā)生氧化反應(yīng)而引起的腐蝕，稱為化學(xué)腐蝕。例如鍋爐受熱面管子與高溫?zé)煔?、水蒸汽接觸的過(guò)程中，對(duì)金屬的表面產(chǎn)生強(qiáng)烈的氧化作用，腐蝕的結(jié)果，鐵變成鐵的氧化物或氫氧化物而失去金屬性質(zhì)。金屬抵抗氧化腐蝕的性能稱為抗氧化性。金屬與電解液接觸，產(chǎn)生電流，這種腐蝕過(guò)程，稱為電化學(xué)腐蝕。（三）金屬材料的機(jī)械性能金屬材料的機(jī)械性能是抵抗外力而不超過(guò)允許變形或不被破壞的能力，它包括強(qiáng)度、塑性、硬度、韌性和疲勞等。1強(qiáng)度金屬材料的強(qiáng)度指材料抵抗外力破壞作用的最大能力。彈性變形、。硬度不是一個(gè)簡(jiǎn)單的物理概念，而是材料彈

4、性、塑性、強(qiáng)度和韌性等力學(xué)性能的綜合指標(biāo)。所以，硬度不僅取決于材料本身，還與硬度試驗(yàn)的方法和條件有關(guān)。硬度試驗(yàn)根據(jù)其測(cè)試方法的不同可分為靜壓法（如布氏硬度、洛氏硬度、維氏硬度等）、劃痕法（如莫氏硬度）、回跳法（如肖氏硬度）及顯微硬度、高溫硬度等多種。（4）韌性（5）疲勞疲勞是指金屬在無(wú)數(shù)次重復(fù)和交變載荷下發(fā)生損壞的現(xiàn)象，通常用疲勞極限來(lái)表示。疲勞實(shí)驗(yàn)用的較廣的是彎曲疲勞，它規(guī)定在一定的循環(huán)次數(shù)下（對(duì)黑色金屬為107次，對(duì)有色金屬味108次）所測(cè)得的不發(fā)生破壞的最大應(yīng)力作為彎曲疲勞極限（）。（四）金屬材料的工藝性能金屬的工藝性能包括：鑄造性、可鍛性、可焊性、淬透性、切削加工性。1鑄造性它決定于液

5、態(tài)金屬的流動(dòng)性、收縮性和偏析的傾向。流動(dòng)性是指液態(tài)金屬充滿鑄型的能力；收縮性是指金屬凝固時(shí)的體積收縮；偏析是指凝固后的化學(xué)成分和組織的不均勻程度。鑄鐵有良好的鑄造性。2可鍛性它是指金屬承受壓力加工產(chǎn)生塑性變形的能力。黃銅在冷狀態(tài)下就具有好的可鍛性，鋼的可鍛性也較好，鑄鐵則幾乎沒(méi)有可鍛性。塑性好的金屬就有較好的可鍛性。3可焊性它是指在一定工藝條件下獲得優(yōu)質(zhì)焊接接頭的可能性。低碳鋼具有良好的的可焊性；隨著含碳量的增加以及合金元素含量的增加，鋼材的可焊性變壞。4淬透性它是指鋼奧氏體化后，接受淬火的能力。它用淬透層的深度來(lái)表示。5切削加工性它是指接受切削加工的能力，也就是金屬經(jīng)過(guò)切削加工獲得一定外形零

6、件的難易程度。鑄鐵、銅（或鋁）合金的切削加工性能比鋼好。三、起重機(jī)械常用材料介紹GB/T700-2006GB/T699-1999，主要用于建筑與工程結(jié)構(gòu)的鋼種。GB/T15911994其牌號(hào)命名不再采用化學(xué)成分命名方法，而與碳素結(jié)構(gòu)鋼取得一致，改用以屈服點(diǎn)命名，其前綴為“Q”，并與GB/T700在強(qiáng)度上形成系列。熱處理技術(shù)一、熱處理目的和要求、【相關(guān)知識(shí)】第2部分 焊接技術(shù)（1學(xué)時(shí)）第一節(jié) 焊接基礎(chǔ)知識(shí)一、在焊接過(guò)程中，將焊件接頭加熱至熔化狀態(tài)，不加壓力而完成焊接的方法稱為熔化焊，也稱熔焊，常用的熔化焊方法有電弧焊、氣焊、電渣焊等。采用比母材熔點(diǎn)低的金屬材料作釬料，將焊件和釬料加熱到高于釬料熔

7、點(diǎn)、低于母材熔點(diǎn)的溫度，利用液態(tài)釬料潤(rùn)濕母材，填充接頭間隙并與母材相互擴(kuò)散實(shí)現(xiàn)連接焊件的方法稱為釬焊。而在焊接時(shí)利用壓力使待焊部位的表面在固態(tài)下直接緊密接觸，并使待焊接部位的溫度升高，通過(guò)調(diào)節(jié)溫度，壓力和時(shí)間，使待焊表面充分進(jìn)行擴(kuò)散而實(shí)現(xiàn)原子間結(jié)合，該方法稱為壓力焊。壓力焊是典型的固相焊接方法，這類焊接有兩種形式，一是將被焊金屬接觸部分加熱至塑性狀態(tài)或局部熔化狀態(tài)，然后施加一定的壓力，以使金屬原子間相互結(jié)合形成牢固的焊接接頭，如鍛焊、接觸焊、摩擦焊等；二是不進(jìn)行加熱，僅在被焊金屬接觸面上施加足夠大的壓力，借助于壓力所引起的塑性變形，以使原子間相互接近而獲得牢固的壓擠接頭，這種壓力焊的方法有冷壓

8、焊、爆炸焊等。如此焊接具有強(qiáng)度高、緊密性好、工藝簡(jiǎn)單、操作方便、重量輕和勞動(dòng)強(qiáng)度低等優(yōu)點(diǎn)，其中的電弧焊廣泛用于起重機(jī)金屬結(jié)構(gòu)的制造。二、（一）以二氧化碳?xì)怏w作為保護(hù)氣體，依靠焊絲與工件之間產(chǎn)生的電弧熱熔化焊絲和工件金屬的電弧焊接方法，叫二氧化碳?xì)怏w保護(hù)焊，簡(jiǎn)稱C02保護(hù)焊。形成焊接接頭。(如圖1所示) 這是一種高效率的焊接方法，以CO2氣體作保護(hù)氣體，依靠焊絲與焊件之間的電弧來(lái)熔化金屬而形成優(yōu)良的焊縫接頭。由于采用自動(dòng)送絲，敷化金屬量大，生產(chǎn)效率高，質(zhì)量穩(wěn)定。因此，在國(guó)內(nèi)外獲得廣泛應(yīng)用，與其它電弧焊相比有以下特點(diǎn)：a、生產(chǎn)效率高，C02保護(hù)焊穿透力強(qiáng)，熔深大、而且焊絲熔化率高，所以熔敷速度快、

9、生產(chǎn)效率可比手工電弧焊高3倍；b、焊接成本低，C02保護(hù)焊的成本只有埋弧焊與手工電弧焊成本的40%-50%；c、消耗能量低，C02保護(hù)焊和藥皮焊條相比3mm厚鋼板對(duì)接焊縫，每米焊縫的用電降低30%，25mm鋼板對(duì)接焊縫時(shí)用電降低60% ； 對(duì)接接頭（對(duì)接焊縫）角接接頭(角焊縫 對(duì)接焊縫)搭接接頭（角焊縫）T形接頭(角焊縫、對(duì)接焊縫)（二）（四）第二節(jié) 焊接工藝評(píng)定一、焊接工藝評(píng)定的基本概念（一）焊接工藝評(píng)定的目的焊接工藝評(píng)定（簡(jiǎn)稱PQR）的目的驗(yàn)證施焊單位制訂的焊接工藝指導(dǎo)書（簡(jiǎn)稱WPS）是否合適，評(píng)價(jià)施焊單位是否有能力焊出符合規(guī)程和產(chǎn)品技術(shù)條件要求的焊接接頭。圖27 焊接波浪變形圖210反變

10、形工藝 圖211剛性固定法（二）控制焊接應(yīng)力的措施焊接構(gòu)件在焊接過(guò)程中由于結(jié)構(gòu)本身或外加拘束作用而引起的應(yīng)力，如有的采用剛性拘束法控制變形，變形是少了，可是焊接應(yīng)力卻大了。而焊接殘余應(yīng)力的產(chǎn)生于焊接過(guò)程結(jié)束后，留存在焊接結(jié)構(gòu)的內(nèi)應(yīng)力。它使得焊接接頭承載能力下降，接頭強(qiáng)度降低。同樣減少焊接應(yīng)力的措施，也應(yīng)從設(shè)計(jì)和工藝兩方面解決。包括：1合理的設(shè)計(jì)，如采用熱輸入小的焊接方法；減少焊縫數(shù)量和尺寸以及剛度較小的焊接接頭形式；制定合理的消除應(yīng)力熱處理參數(shù)等等。2在焊接過(guò)程中，注重焊接程序，減少拘束，盡可能使焊件能自由收縮（見(jiàn)圖212，13）。采用較小的焊接線能量和合理的焊接操作方法。如采用小直徑焊條、多

11、層多道焊、氣體保護(hù)焊等3焊后按工藝要求對(duì)工件進(jìn)行后熱或焊后熱處理。采用不同的工藝程序，利用高溫時(shí)材料屈服強(qiáng)度下降和蠕變現(xiàn)象達(dá)到松弛焊接殘余應(yīng)力的目的。圖212合理的焊接順序 圖213拚接焊接順序第四節(jié) 焊接質(zhì)量及檢驗(yàn)二焊接缺陷分類【相關(guān)知識(shí)】： 鉚縫主要有哪些種類？答：（1）按接頭型式分：搭接縫、單蓋板對(duì)接縫和雙蓋板對(duì)接縫；（2）按鉚釘排數(shù)分：?jiǎn)闻?、雙排與多排。（3）按性能分：強(qiáng)固鉚縫、強(qiáng)密鉚縫和緊密鉚縫。起重機(jī)結(jié)構(gòu)上的鉚縫多為強(qiáng)固鉚縫，用于鍋爐、壓力容器等的鉚縫多為強(qiáng)密鉚縫，緊密鉚縫多用于低壓管道上。表2-1-1 焊縫基本符號(hào)序號(hào)名稱示意圖符號(hào)1卷邊焊縫（卷邊完全熔化）2I形焊縫3V形焊縫4

12、單邊V形焊縫5帶鈍邊V形焊縫6帶鈍邊單邊V形焊縫7帶鈍邊U形焊縫8帶鈍邊J形焊縫9封底焊縫10角焊縫11塞焊縫或槽焊縫12點(diǎn)焊縫 13縫焊縫 14陡邊V形焊縫續(xù)表序號(hào)名稱示意圖符號(hào)15陡邊單V形焊縫16端焊縫17堆焊縫18平面連接（釬焊） 19斜面連接（釬焊）20折疊連接（釬焊）該章內(nèi)容較多，涉及了GB/T3811-2008起重機(jī)設(shè)計(jì)規(guī)范、TSG Z60022010特種設(shè)備焊接操作人員考核細(xì)則、JG/T 51121999塔式起重機(jī) 鋼結(jié)構(gòu)制與檢驗(yàn)等規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)第三節(jié) 無(wú)損檢測(cè)新技術(shù)簡(jiǎn)介近年來(lái)，隨著計(jì)算機(jī)能力快速提高無(wú)損檢測(cè)技術(shù)也得到飛速的發(fā)展，本節(jié)著重介紹超聲波TOFD檢測(cè)以及射線數(shù)字化技術(shù)的進(jìn)

13、展情況。一、TOFD 檢測(cè)技術(shù)1TOFD 檢測(cè)方法的基本原理TOFD是“Time of flight diffraction”的縮寫，中文含義是“衍射時(shí)間差”，現(xiàn)在把這種檢測(cè)方法基本上統(tǒng)一稱為“衍射時(shí)差法超聲波檢測(cè)”，以方便與傳統(tǒng)的“脈沖反射法超聲波檢測(cè)”相對(duì)應(yīng)。根據(jù)惠更斯原理，超聲波在傳聲介質(zhì)中投射到一個(gè)異質(zhì)界面，例如裂紋上時(shí)，由于超聲波振動(dòng)作用在裂紋尖端上，將使裂紋尖端成為新的子波源而產(chǎn)生衍射波，這種衍射波是球面波，向四周傳播，用適當(dāng)?shù)姆绞浇邮盏皆撗苌洳〞r(shí)，就可按照超聲波的傳播時(shí)間與幾何聲學(xué)的原理計(jì)算得到該裂紋尖端的埋藏深度。所以，TOFD是一種依靠從被檢試件內(nèi)部缺陷的“端角”和“端點(diǎn)”處

14、得到的衍射信號(hào)來(lái)檢測(cè)缺陷的方法。圖 缺陷端（角）點(diǎn)衍射現(xiàn)象圖所示為基于惠更斯原理的缺陷端（角）點(diǎn)衍射現(xiàn)象的示意圖，故又稱為端點(diǎn)衍射波法。2TOFD檢測(cè)方法的應(yīng)用TOFD檢測(cè)方法采用數(shù)字式超聲波檢測(cè)儀，利用計(jì)算機(jī)技術(shù)來(lái)處理檢出缺陷端角（尖端）的衍射波信號(hào)以及兩個(gè)探頭之間直接傳播的橫向波（直通波）和直達(dá)的底面反射信號(hào)，從而能夠確定缺陷的存在并對(duì)缺陷進(jìn)行定位和定量成像，能夠有效地評(píng)定缺陷垂直于探測(cè)面取向的延長(zhǎng)度（缺陷高度），如圖所示。圖 TOFD檢測(cè)原理示意圖圖 TOFD檢測(cè)方法在工件上的應(yīng)用TOFD的特點(diǎn)，它不同于傳統(tǒng)超聲波檢測(cè)技術(shù)根據(jù)反射信號(hào)及其幅度來(lái)檢測(cè)和評(píng)定缺陷，而是靠脈沖傳播時(shí)間來(lái)定量，它

15、不受聲束角度、檢測(cè)方向、缺陷表面粗糙度、工件表面狀態(tài)及探頭壓力等因素的影響，對(duì)于判定缺陷的真實(shí)性和準(zhǔn)確定量上十分有效，而且TOFD可以和脈沖反射法相結(jié)合來(lái)相互取長(zhǎng)補(bǔ)短。從而可以在數(shù)字化的多通道系統(tǒng)上實(shí)現(xiàn)TOFD和脈沖回波同時(shí)進(jìn)行檢測(cè)和分析。例如在焊縫檢測(cè)上，TOFD對(duì)于焊縫中部缺陷檢出率很高，容易檢出方向性不好的缺陷，可以識(shí)別判斷缺陷是否向表面延伸，采用TOFD和脈沖回波相結(jié)合，可以實(shí)現(xiàn)100%焊縫覆蓋，沿焊縫作一維掃查，具有較高的檢測(cè)速度，缺陷定量、定位精度高。TOFD方法通常使用一對(duì)晶片尺寸、中心頻率和折射角等參數(shù)相同的探頭（一發(fā)一收），相向?qū)χ糜诤缚p兩側(cè)，同時(shí)垂直或平行于焊縫移動(dòng)掃查，使

16、用縱波或橫波入射的斜探頭，測(cè)量缺陷端部產(chǎn)生的衍射波信號(hào)與側(cè)向波（直通波）的時(shí)間差，能較準(zhǔn)確地測(cè)量缺陷高度。兩個(gè)探頭之間的距離以及折射角度的選擇取決于被檢測(cè)的板厚。圖所示為TOFD方法在工件上應(yīng)用的示意圖，其中圖（上）為探頭沿聲束平行方向作橫切焊縫（沿缺陷橫斷面）移動(dòng)，屏幕上顯示焊縫或缺陷橫斷面圖形(B顯示），而圖（下）為探頭沿焊縫（或缺陷延伸長(zhǎng)度方向）作垂直于聲束方向移動(dòng)，屏幕上顯示焊縫或缺陷縱斷面圖形（D顯示）。3TOFD系統(tǒng)組成TOFD檢測(cè)系統(tǒng)由計(jì)算機(jī)型數(shù)字式超聲波波檢測(cè)儀、發(fā)射探頭、接收探頭、光學(xué)或磁性編碼器以及連接電纜組成。系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)A顯示（特別是采用射頻顯示波形，有利于觀察缺陷波和

17、側(cè)向波的相位）、D顯示（探頭沿焊縫或缺陷延伸長(zhǎng)度方向作垂直于聲束方向移動(dòng)，由采集數(shù)據(jù)在屏幕上顯示焊縫或缺陷縱斷面圖形）、B顯示（探頭沿聲束平行方向作橫切焊縫或缺陷橫斷面移動(dòng)，由采集數(shù)據(jù)在屏幕上顯示焊縫或缺陷橫斷面圖形）三種顯示方式（如圖所示），探傷結(jié)果記錄較直觀和客觀，通過(guò)對(duì)缺陷波的相位、顯示輪廓、缺陷所處的深度位置以及缺陷波幅的觀察，結(jié)合所檢測(cè)的焊接結(jié)構(gòu)，可以作為對(duì)缺陷定性的重要依據(jù)。當(dāng)前，TOFD法在歐洲、美國(guó)和日本已廣泛應(yīng)用于承壓設(shè)備焊縫的檢測(cè)，在最新歐洲標(biāo)準(zhǔn)NEN1882:2005、美國(guó)ASME2235:2001和日本NDIS2423:2001等中都已經(jīng)對(duì)TOFD檢測(cè)方法有了相關(guān)的規(guī)定

18、，包括要求檢測(cè)焊縫的人員在應(yīng)用TOFD法時(shí)，除需有NDT II級(jí)以上資格證書外，還需通過(guò)根據(jù)被檢產(chǎn)品等級(jí)和實(shí)施細(xì)則進(jìn)行TOFD法檢測(cè)的附加培訓(xùn)和考試，對(duì)于從事焊縫超聲波無(wú)損檢測(cè)的機(jī)構(gòu)也要求具備TOFD法檢測(cè)的資質(zhì)。國(guó)內(nèi)TOFD檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)JB4730.10也已經(jīng)編制完畢待批實(shí)施。4TOFD的特點(diǎn)TOFD技術(shù)缺陷檢出能力強(qiáng)，缺陷定位精度高，節(jié)省設(shè)備的制造時(shí)間，安全，檢測(cè)數(shù)據(jù)可以用數(shù)字型式永久保存。具有下列特點(diǎn)：a.與常規(guī)的脈沖回聲檢測(cè)技術(shù)相比，TOFD在缺陷檢測(cè)方面，與缺陷的方向無(wú)關(guān)；b.同射線相比，TOFD可以檢測(cè)出與檢測(cè)表面不相垂直的缺陷和裂紋，可以精確的確定缺陷的高度；c.檢測(cè)速度快，對(duì)于板厚

19、超過(guò)25mm的材料，成本比RT低；d.可以在200以上的表面進(jìn)行檢測(cè)（已經(jīng)有在400檢測(cè)的實(shí)例）；e.可以在線檢測(cè)，并且可以將結(jié)果用數(shù)字信息方式保存，以便于以后在役檢驗(yàn)進(jìn)行對(duì)比分析；f.TOFD檢測(cè)系統(tǒng)易于搬運(yùn)，可以在方便的任何地方進(jìn)行檢測(cè)；g.由于可以實(shí)時(shí)檢測(cè)，由此可以節(jié)約大量的時(shí)間和修復(fù)成本。h.焊縫的兩邊必須有能夠安放用于TOFD檢測(cè)的發(fā)射和接收探頭的位置；i.在檢測(cè)表面下存在一個(gè)檢測(cè)不到的盲區(qū)，根據(jù)條件不同，在210mm不等；j.檢測(cè)人員必須經(jīng)過(guò)專門的訓(xùn)練，并積累相應(yīng)的經(jīng)驗(yàn)。5TOFD檢測(cè)技術(shù)的局限性在技術(shù)上，TOFD方法在檢測(cè)表面下存在一個(gè)檢測(cè)不到的盲區(qū)，而且根據(jù)條件不同，這個(gè)盲區(qū)的

20、厚度并不一致。因此，近表面的缺陷是不能夠用TOFD檢測(cè)到的（表面穿透性裂紋是可以檢測(cè)到的）。因此，根據(jù)TOFD的原理和特點(diǎn)，在檢測(cè)厚壁產(chǎn)品方面具有巨大的優(yōu)勢(shì)。二、數(shù)字化X射線檢測(cè)技術(shù)數(shù)字化X射線照相檢測(cè)技術(shù)與傳統(tǒng)的X射線照相檢測(cè)膠片技術(shù)不同，數(shù)字化X射線照相采用電子成像技術(shù)，它可以是直接的數(shù)字化X射線成像，也可以利用陣列式探測(cè)器對(duì)射線強(qiáng)度進(jìn)行檢測(cè)，形成被測(cè)物體的二維數(shù)字輻射投影圖像。X射線圖像數(shù)字化之后，由于可以使用計(jì)算機(jī)對(duì)圖像降噪，縮放，改善圖像細(xì)節(jié)，對(duì)比度調(diào)整，數(shù)字減影等處理，再加上神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和人工智能等技術(shù)對(duì)圖像進(jìn)行提取分析。與傳統(tǒng)膠片技術(shù)相比在成本降低、效率提高及信息化處理等方面具有無(wú)可

21、比擬的優(yōu)勢(shì)，是未來(lái)射線檢測(cè)技術(shù)的發(fā)展方向。（一）數(shù)字化X射線照相檢測(cè)技術(shù)分類：1按讀出方式分類讀出方式是指從X射線曝光到圖像的顯示過(guò)程，可以分為直接讀出(Direct Readout)方式和非直接讀出(Nondirect Readout)方式。直接讀出方式是指從X射線曝光到圖像顯示的全過(guò)程自動(dòng)完成，經(jīng)過(guò)X射線曝光后，即可在顯示器上觀察到圖像。這一技術(shù)稱為DDR，其中D的含義即為直接讀出(Direct Readout)。非直接讀出方式需要首先使用成像板(Imaging Plate，簡(jiǎn)稱IP板)進(jìn)行X射線曝光，然后將IP板插入讀出器(Reader)掃描，再在顯示器上顯示，這一技術(shù)稱為CR(Comp

22、uted Radiography)。2按轉(zhuǎn)換方式分類可以分為直接轉(zhuǎn)換方式(Direct Convert)和間接轉(zhuǎn)換方式(Indirect Covert)。直接轉(zhuǎn)換方式采用的器件在經(jīng)過(guò)X射線曝光后，X射線光子直接轉(zhuǎn)換為電信號(hào)。間接轉(zhuǎn)換方式的器件則先要將X射線光子轉(zhuǎn)變?yōu)榭梢?jiàn)光，然后再由可見(jiàn)光轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，這兩種轉(zhuǎn)換方式的技術(shù)所采用的器件有平板檢測(cè)器(Flat Pannel Detector，簡(jiǎn)稱FPD)，也有采用其他器件和結(jié)構(gòu)的。當(dāng)然兩種方式所采用的FPD結(jié)構(gòu)是不同的。3按工作方式分類數(shù)字化射線檢測(cè)技術(shù)分為實(shí)時(shí)成像（Real-time Image)和數(shù)字化照相(Digital Radiograph

23、y，簡(jiǎn)稱DR)兩類。實(shí)時(shí)成像用影像增強(qiáng)器(I.I.)加攝像機(jī)采集信號(hào)或用平板檢測(cè)器（FPD）采集信號(hào)兩類。數(shù)字化照相則分為直接轉(zhuǎn)換方式(DDR，Direct Digital Radiography)和間接轉(zhuǎn)換方式(IDR，Indirect Digital Radiography)。直接轉(zhuǎn)換方式采用的器件主要是直接轉(zhuǎn)換方式的FPD；間接轉(zhuǎn)換方式采用的器件有間接轉(zhuǎn)換方式的FPD和其他器件如CR的IP板、電荷耦合器件(Charge Coupling Device，CCD)、互補(bǔ)型金屬氧化物半導(dǎo)體(Complementary Metal Oxide Semiconductor，CMOS)等。因此，DR

24、是一個(gè)泛指的廣義名詞，包括了各類的數(shù)字化X射線照相檢測(cè)(Digital Radiography)技術(shù)，但在當(dāng)前技術(shù)的應(yīng)用中，一般將直接轉(zhuǎn)換方式就簡(jiǎn)稱為DR技術(shù)。為此本節(jié)僅就數(shù)字化X射線照相檢測(cè)技術(shù)中最新應(yīng)用的CR與DR的基本工作原理、優(yōu)缺點(diǎn)等進(jìn)行介紹。數(shù)字化X射線成像系統(tǒng)的組成如下圖所示，由X射線源激發(fā)出一系列X射線束，透射過(guò)檢測(cè)試件，經(jīng)過(guò)準(zhǔn)直器再射到探測(cè)器上，探測(cè)器采集入射光子信息，轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，從而在電腦上得到一幅投影圖像。圖中各組成部分為：1）X射線源：2）數(shù)字式探測(cè)器；3）數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)： 4）計(jì)算機(jī)系統(tǒng)： 5）機(jī)械運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)圖 數(shù)字化X射線成像系統(tǒng)示意圖與傳統(tǒng)的X射線照相系統(tǒng)比較得知，兩

25、者的差異不僅在于后期X射線影像信息記錄、采集及存儲(chǔ)，而且圖像存貯的格式也不同。（二） 計(jì)算機(jī)射線照相檢測(cè)（Computed Radiography，簡(jiǎn)稱CR）CR檢測(cè)技術(shù)是將透過(guò)物體的X射線影像信息記錄在由輝盡性熒光物質(zhì)制成的存儲(chǔ)熒光板（storage phosphor plate，簡(jiǎn)稱SPP）上，這種存儲(chǔ)熒光板又稱影像板或成像板（image plate，簡(jiǎn)稱IP），即用IP板取代傳統(tǒng)的X射線膠片來(lái)接受X射線照射，IP板感光后在熒光物質(zhì)中形成潛影，將帶有潛影的IP板置入讀出器中用激光束進(jìn)行精細(xì)掃描讀取，再由計(jì)算機(jī)處理得到數(shù)字化圖像，經(jīng)數(shù)字/模擬轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換，在監(jiān)視器熒光屏上顯示出灰階圖像。因此，

26、CR的成像要經(jīng)過(guò)影像信息的記錄、讀取、處理和顯示等步驟。1成像板技術(shù)(IP Technique)IP板又稱為無(wú)膠片暗盒、拉德成像板(RADVIEW IMAGING PLATES)等，可以與普通膠片一樣分成各種不同大小規(guī)格以滿足實(shí)際應(yīng)用需要。IP板是基于某些熒光發(fā)射物質(zhì)（可受光刺激的感光聚合物涂層，圖）具有保留潛在圖像信息的能力，當(dāng)對(duì)它進(jìn)行X射線曝光時(shí)，這些熒光物質(zhì)內(nèi)部晶體中的電子被投射到成像板上的射線所激勵(lì)并被俘獲到一個(gè)較高能帶（半穩(wěn)定的高能狀態(tài)）,形成潛在影像（光激發(fā)射熒光中心），再將該IP板置入CR讀出設(shè)備（讀出器，CR閱讀器，圖 CR閱讀器原理）內(nèi)用激光束掃描該板，在激光激發(fā)下（激光能量

27、釋放被俘獲的電子），光激發(fā)射熒光中心的電子將返回它們的初始能級(jí)，并產(chǎn)生可見(jiàn)光發(fā)射，這種光發(fā)射的強(qiáng)度與原來(lái)接收的射線劑量成比例（IP板發(fā)射熒光的量依賴于一次激發(fā)的X射線量，可在1:104的范圍內(nèi)具有良好的線性），光電接收器接收可見(jiàn)光并轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)送入計(jì)算機(jī)進(jìn)行處理，從而可以得到數(shù)字化的射線照相圖像。CR技術(shù)利用的IP板可重復(fù)使用（IP板經(jīng)過(guò)強(qiáng)光照射即可抹消潛影，因此可以重復(fù)使用）。圖 熒光發(fā)射物質(zhì) 圖 CR閱讀器原理CR系統(tǒng)與照相膠片類似，成像質(zhì)量接近于膠片，傳統(tǒng)X射線能攝照的部位也都可以用CR成像，對(duì)CR圖像的觀察與分析也與傳統(tǒng)X射線照片相同。所不同的只是CR圖像是由一定數(shù)目的象素所組成。與

28、直接式DR成像系統(tǒng)比較，CR系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)是便攜、讀出設(shè)備與成像板分離，代替膠片的成像板可重復(fù)使用，動(dòng)態(tài)特性線性度比膠片好，需要的曝光時(shí)間短，適用于野外環(huán)境。但是由于其基礎(chǔ)是非晶硅裝置，使用閃爍物或感光聚合物，轉(zhuǎn)換X射線能量成可見(jiàn)光并隨后轉(zhuǎn)換光學(xué)圖像為數(shù)字信號(hào)，這里面存在一個(gè)中間過(guò)程，導(dǎo)致電子轉(zhuǎn)換前的光散射,從而降低顯現(xiàn)圖像的最終銳度（圖像分辨率不如DR）。（三）數(shù)字化X射線照相檢測(cè)（Digital Radiography，簡(jiǎn)稱DR）根據(jù)X射線能量的轉(zhuǎn)換方式不同，DR探測(cè)器分為間接轉(zhuǎn)換方式和直接轉(zhuǎn)換方式兩種。其中，間接轉(zhuǎn)換方式是器件首先把X射線產(chǎn)生的光子轉(zhuǎn)化為可見(jiàn)光，接著再把可見(jiàn)光轉(zhuǎn)化為電信號(hào)，器

29、件在經(jīng)過(guò)X射線曝光后，X射線光子直接轉(zhuǎn)換為電信號(hào)稱為直接轉(zhuǎn)換方式。線陣探測(cè)器是典型的間接轉(zhuǎn)換型探測(cè)器，它由能將X射線產(chǎn)生的光子成正比的轉(zhuǎn)換為可見(jiàn)光的X線轉(zhuǎn)換層，具有光電二極管作用的低噪聲非晶硅層，再加大量微小的薄膜晶體管陣列，大規(guī)模集成電路等組成多層結(jié)構(gòu)，達(dá)到同步完成射線接受，光電轉(zhuǎn)換和數(shù)字化的全過(guò)程，讀出電路把每一像素的數(shù)字化信號(hào)傳送到圖像處理系統(tǒng)集成為X射線圖像，最后可得到數(shù)字圖像。線陣探測(cè)器目前已經(jīng)可以達(dá)到每個(gè)像素的幾何尺寸僅有幾十微米，具有極高的空間分辨率和很寬的動(dòng)態(tài)范圍，可用于普通X射線數(shù)字照相。線陣成像器可承受20kv-450kv能量的X射線直接照射，具有在強(qiáng)磁場(chǎng)中穩(wěn)定工作的能力，

30、無(wú)老化現(xiàn)象，動(dòng)態(tài)范圍可達(dá)到12Bit，可以一次性實(shí)現(xiàn)透照厚度變化大的工件和成像檢測(cè)。直接轉(zhuǎn)換型探測(cè)器主要為平板式結(jié)構(gòu)，沒(méi)有熒光轉(zhuǎn)換層，主要是由非晶硒層加薄膜半導(dǎo)體陣列構(gòu)成多層平板狀結(jié)構(gòu)。非晶硒是一種光電導(dǎo)材料，以硒作為光電導(dǎo)材料有2個(gè)原因：1）光敏電阻自身具有的高分辨率特性；2）用更厚的光導(dǎo)吸收層可以獲得更高的X射線靈敏度，硒能夠直接將X射線轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，硒光電導(dǎo)層被X射線照射后產(chǎn)生的電子在偏移電壓下被電場(chǎng)分離，被每個(gè)像素單元收集并轉(zhuǎn)換成X射線數(shù)字影像的數(shù)據(jù)。這種探測(cè)器通常是從非晶硒層直接將X射線轉(zhuǎn)變成電荷再轉(zhuǎn)變成圖像本節(jié)所述的DR成像技術(shù)是狹義上的直接數(shù)字化照相，即DDR（Direct Di

31、gitRadiography）或者DR（direct radiography），通常指采用電子成像板技術(shù)-平板檢測(cè)器技術(shù)(FPD Technique)。電子成像板由大量微小的帶有薄膜晶體管（TFT）的探測(cè)器成陣列排列而成。由于電子轉(zhuǎn)換模式不同又分為間接轉(zhuǎn)換型DR和直接轉(zhuǎn)換型DR。1間接轉(zhuǎn)換型DR系統(tǒng)（Indirect DR，簡(jiǎn)稱IDR）的關(guān)鍵部件是獲取圖像的平板探測(cè)器（FPD），由X線轉(zhuǎn)換層與非晶硅光電二極管、薄膜晶體管、信號(hào)儲(chǔ)存基本像素單元及信號(hào)放大與信號(hào)讀取等組成。FPD目前已經(jīng)可以達(dá)到127x127m像素和17x17英寸的面積，可用做普通X線數(shù)字照相。間接FPD的結(jié)構(gòu)為多層結(jié)構(gòu)，主要是由

32、閃爍體（目前主要有碘化銫CsI）或熒光體（硫氧化釓GdSO）層加具有光電二極管作用的非晶硅層(amorphous Sili-com，a-Si)再加TFT陣列構(gòu)成平板檢測(cè)器。此類FPD的閃爍體或熒光體層經(jīng)X射線曝光后，可以將X射線光子轉(zhuǎn)換為可見(jiàn)光，而后由具有光電二極管作用的低噪聲非晶硅層（TFT陣列）吸收可見(jiàn)光并轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，其后的過(guò)程則與直接FPD相似，讀出電路將每個(gè)像素的數(shù)字化信號(hào)傳送到計(jì)算機(jī)的圖像處理系統(tǒng)集成為X射線影像，最后獲得數(shù)字圖像顯示。間接FPD由于有可見(jiàn)光的轉(zhuǎn)換過(guò)程，因此會(huì)有光的散射問(wèn)題，而影響圖像的分辨率。2直接轉(zhuǎn)換型DR系統(tǒng)（Direct DR，簡(jiǎn)稱DDR）應(yīng)用的Direct

33、Ray技術(shù)可以直接獲取和轉(zhuǎn)換X射線能量成為數(shù)字信號(hào)，不需要通過(guò)媒介或其他方法獲取和轉(zhuǎn)換入射的X射線能量。目前有兩種，一種為線掃描，線掃描成像探測(cè)器為線狀結(jié)構(gòu)，采用動(dòng)態(tài)線掃描技術(shù)直接接收X射線光子。另一種為FPD。直接FPD的結(jié)構(gòu)主要是由非晶硒層(amorphous Selemium，a-Se)加薄膜半導(dǎo)體陣列(Thin Film Transistor array，TFT)構(gòu)成平板檢測(cè)器。非晶硒是一種光電導(dǎo)材料，經(jīng)X射線曝光后由于電導(dǎo)率的改變就形成圖像電信號(hào)，通過(guò)TFT檢測(cè)陣列俘獲與轉(zhuǎn)換X射線能量直接成為數(shù)字信號(hào)，再經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換、處理而獲得數(shù)字化圖像并在顯示器上顯示。（四）DR和CR的比較與分析CR（Computed Radiography）技術(shù)是基于某些熒光發(fā)射物質(zhì)具有保留潛在圖像信息的能力，通過(guò)一個(gè)可以反復(fù)讀取的成像板來(lái)替代膠片和增感屏。曝光后，成像板上生成潛影，將成像板放入CR掃描儀，用激光束對(duì)成像板進(jìn)行掃描，讀取信息，最后經(jīng)過(guò)A/D轉(zhuǎn)換后生成數(shù)字圖像。表98是兩種方法的比較。表92 CR與DR的比較射線照相膠片與CR系統(tǒng)基本操作過(guò)程比較步驟膠片方法CR系統(tǒng)拍攝操作膠片置入暗盒、遮光袋中，用射線機(jī)進(jìn)行X射線照射與膠片方法基本相同，但采用可反復(fù)使用的IP