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X 射線檢測(cè)技術(shù)不受檢測(cè)材料種類的影響，對(duì)材料中大部分缺陷，如疏松、夾雜、脫粘等均有較高的檢測(cè)靈敏度。但傳統(tǒng)工業(yè) CT 的空間分辨率受到射線焦點(diǎn)、探測(cè)器和重構(gòu)矩陣分辨率的限制，分辨率有限，無(wú)法分辨直徑為數(shù)微米的特征。但近些年隨著科技進(jìn)步，逐漸發(fā)展起來(lái)的顯微 CT 則可以彌補(bǔ)這一缺陷。

顯微 CT，也稱為 Micro-CT，或 XRM（X 射線顯微鏡），是一種非侵入性和非破壞性成像技術(shù)，在不破壞產(chǎn)品的情況下，利用 X 射線對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行掃描得到高分辨圖像，通過(guò)圖像軟件處理與分析可獲得物體內(nèi)部詳盡的結(jié)構(gòu)信息。

本期內(nèi)容我們分享顯微 CT 無(wú)損成像技術(shù)在各類零部件缺陷檢測(cè)分析中的應(yīng)用。

01 焊縫缺陷檢測(cè)分析

航天產(chǎn)品的焊接結(jié)構(gòu)要求高密封性和高可靠性，對(duì)于采用電子束焊接等工藝的精密工件，其設(shè)計(jì)要求高、材料特殊、結(jié)構(gòu)復(fù)雜，需要從微觀角度評(píng)判焊縫的焊接質(zhì)量，如氣孔、夾雜、未焊透、裂紋等缺陷。對(duì)于內(nèi)部結(jié)構(gòu)復(fù)雜的焊縫，傳統(tǒng)的射線檢測(cè)方法無(wú)法識(shí)別這些缺陷，而 X 射線顯微 CT 具有焦點(diǎn)尺寸小(微米級(jí))、檢測(cè)分辨率高等優(yōu)點(diǎn)，能夠?qū)崿F(xiàn)焊縫的三維成像，檢測(cè)出焊縫中的微小氣孔和微裂紋，并準(zhǔn)確地測(cè)定其幾何尺寸，給出其在工件中的位置，同時(shí)能夠準(zhǔn)確測(cè)量焊縫熔深，實(shí)現(xiàn)對(duì)復(fù)雜結(jié)構(gòu)焊縫的無(wú)損檢測(cè)與評(píng)估。

圖 1：顯微 CT 下氣孔缺陷圖像

圖 2：顯微 CT 下端面焊縫圖像

圖 3：顯微 CT 下釬焊縫圖像

02 鑄件缺陷檢測(cè)分析

物體鑄造過(guò)程中由于其自身生產(chǎn)工藝的特點(diǎn)，常常會(huì)產(chǎn)生縮孔、氣孔等缺陷，這些內(nèi)部缺陷會(huì)對(duì)零件質(zhì)量產(chǎn)生不好的影響，也會(huì)縮短零件壽命，因此需要準(zhǔn)確地識(shí)別出這些內(nèi)部缺陷。

顯微 CT 可以更快更準(zhǔn)確地檢測(cè)到工件內(nèi)部的缺陷，直觀地顯示材料內(nèi)部缺陷的形貌特征。顯微 CT 能夠?qū)﹁T件內(nèi)部缺陷在微觀尺度下開(kāi)展分析研究，有助于全面了解其各項(xiàng)力學(xué)參數(shù)與內(nèi)在結(jié)構(gòu)的關(guān)系，建立起含缺陷材料的力學(xué)性能的評(píng)估方法，對(duì)使用鑄造技術(shù)生產(chǎn)的結(jié)構(gòu)服役能力及安全性能評(píng)估具有重要價(jià)值。

圖 4 : 高壓渦輪葉片的 CT 掃描圖像，鑄造葉片榫頭缺陷（上）及加工葉片榫頭缺陷（下）。

圖 5 :鑄造缺陷對(duì)應(yīng)變分布的影響。圖中③、④左側(cè)均為試樣分層 CT 照片，右側(cè)為 DIC 測(cè)出的軸向應(yīng)變分布圖。兩者對(duì)比分析可知，軸向應(yīng)變高度集中于缺陷區(qū)域?？s松嚴(yán)重影響球墨鑄鐵的力學(xué)性能， 降低其彈性模量、強(qiáng)度極限，尤其是使材料伸長(zhǎng)率下降，極易在缺陷處發(fā)生失效及斷裂。

03 增材制造（3D打印）零件缺陷檢測(cè)分析

近年來(lái)，增材制造技術(shù)快速發(fā)展，通常其所制造的復(fù)雜制件也需經(jīng)過(guò)設(shè)計(jì)、測(cè)試、生產(chǎn)和質(zhì)量控制檢查等環(huán)節(jié)。常規(guī)的缺陷特征可通過(guò)金相或試樣斷口觀察得到，但這種截面觀察方法只能獲得缺陷的二維形貌。考慮到合金粉末特性及成形工藝的特殊性 ，僅僅通過(guò)二維截面的局部觀察并不能全面、準(zhǔn)確地獲得缺陷特征及其變化規(guī)律，而借助顯微 CT 技術(shù)獲得缺陷的三維特征有利于后續(xù)建立缺陷與力學(xué)性能的定量關(guān)系。

圖 6 :上圖 為 SLM 成 形 GH3536 試樣的重建數(shù)據(jù)分析結(jié)果，其中第一行數(shù)據(jù)為不同成形工藝試樣中缺陷（被渲染成藍(lán)色）的三維分布，第二行數(shù)據(jù)為試樣中垂直 Z 向的典型 CT 切片。由圖可知，不同參數(shù)組合成形的試樣中都含有缺陷，且彼此之間缺陷數(shù)量差異較大， 這表明通過(guò)控制工藝參數(shù)可以獲得不同致密度的試樣。

04 復(fù)合材料內(nèi)部缺陷檢測(cè)分析

復(fù)合材料是由兩種或兩種以上材料經(jīng)過(guò)特殊的復(fù)合工藝而制備的一種多相材料，其內(nèi)部各種材料在性能上互相取長(zhǎng)補(bǔ)短，使其綜合性能優(yōu)于原組成材料，從而滿足各種多樣的需求，被廣泛應(yīng)用于航空航天 、兵器 、體育 、汽車等領(lǐng)域。然而，在其制備過(guò)程中不免會(huì)產(chǎn)生各類缺陷，顯微 CT 成像檢測(cè)技術(shù)在復(fù)合材料內(nèi)部缺陷的檢測(cè)當(dāng)中起到了關(guān)鍵性的作用。

例如，新型復(fù)合材料具有各向異性及不均勻性的結(jié)構(gòu)問(wèn)題，與基體粘接過(guò)程存在缺陷。借助顯微 CT 無(wú)損成像檢測(cè)技術(shù)對(duì)新型復(fù)合材料粘接界面缺陷進(jìn)行研究，可有效避免復(fù)合材料粘接界面虛粘、脫粘、孔洞等缺陷導(dǎo)致的損失。

圖 7 :粘接層切片圖

圖 8 :脫粘缺陷切片圖

圖 9 :孔洞缺陷切片圖，由缺陷切片圖結(jié)果分析得到，基于顯微 CT 系統(tǒng)條件，可以清晰獲取陶瓷基復(fù)合材料缺陷 的位置、大小、類型等信息。

關(guān)于臺(tái)式顯微 CT

NEOSCAN 是一家專注于設(shè)計(jì)和生產(chǎn)臺(tái)式顯微 CT 儀器的公司，由具有豐富經(jīng)驗(yàn)的 Alexander Sasov 創(chuàng)立于比利時(shí)。目前 NEOSCAN 推出三款顯微 CT 產(chǎn)品：N80、N70、N60，可在不破壞樣品的同時(shí)，得到樣品的結(jié)構(gòu)信息（空腔孔隙）、密度信息（組分差異），同時(shí)可以輸出三維模型，進(jìn)行仿真分析。

N80 高分辨臺(tái)式顯微 CT

N70 快速型臺(tái)式顯微 CT 

N60 緊湊型臺(tái)式顯微 CT 

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