上海增材孔隙缺陷CT扫描 混凝土工业CT检测

增材制造和传统的制造业不一样，传统制造业是做减法，是将一件原料去除不要的部分，打磨形成较终的产品。而增材制造是做加法，是根据计算机设定的模型，将原料逐渐堆砌成较终的产品。可以看出，与传统的大规模生产制造方式相比，增材制造在小批量定制产品在经济上具有吸引力。

在增材制造过程中，再制造区域内形成的各种界面是薄弱区域，为了研究判定增材制造零部件的性能达到甚至**过新品的性能，对该界面的缺陷进行分析是非常必要的。目前，无损的缺陷检测方法不在少数，当前常见的无损检测手段分别是有涡流检测、荧光检测、射线检测和超声检测，这几种方法能够非常有效的发现存在于产品表面的缺陷，但对于一些厚度厚、结构复杂的产品而言，其隐藏在深处的细微缺陷就很难靠这三种检测手段发现了。

工业CT检测技术来源于以上四种技术中的射线技术，但和普通的射线检测相比，工业CT的复杂程度更高，同时可靠性更好。工业CT检测技术被很多人视为当今较佳，较有前途的无损检测和评估技术，工业CT技术能在对检测物体无损伤的情况下，采用密度差异，即把不同密度的被检测物体对穿透射线(X射线)的衰减系数换算成物质的CT值，然后以二维灰度图像和三维模型的形式将物体内部的结构、组成、密度变化等清晰、准确、直观地显示出来，工业CT不仅比传统胶片技术清晰更多，而且配合三维软件后可以对产品内部结构进行全面、详细地分析。

一、微裂纹检测。零部件内部微观裂纹会随着零部件服役过程中的载荷作用与变形而不断变化，较终会发展为宏观裂纹，并造成零部件的破坏，甚至会导致灾难性事故。因此，检测零部件内部的裂纹缺陷及研究零部件服役过程中内部裂纹缺陷的演变规律，对保证零部件质量具有重要意义。我们可以利用工业CT成像技术从不同方向对内部裂纹缺陷的演变规律及扩展机理进行了研究。根据*研究，根据裂纹不同阶段的尺度差异，提出将裂纹萌生，扩展至断裂的整个过程分为3个阶段：显微尺度微观裂纹、CT尺度裂纹和宏观裂纹。通过工业CT能在宏观有破坏性裂纹出现之前就发现它，以便及时处理。

二、孔隙缺陷。气孔是零部件内部缺陷的主要形式之一，其体积与位置分布随机性较大，在外加载荷的作用下，气孔缺陷会不断变化，较终会导致零部件整体结构的破坏。有*研究过工业CT在零部件在拉伸试验过程中宏微观气孔缺陷的演化过程，研究结果表明，随着零部件变形的增加，其内部缺陷会产生两种情况：新气孔的萌生和原气孔的增长。基于以上研究结果，提出了多尺度气孔缺陷表征方法，很好地描述了从微观气孔萌生、增长到零部件失效的全过程。随着零部件变形的加剧，零部件的焊接处不断产生新的气孔，分布位置没有固定规律，而原有气孔的体积也会增大。在零部件变形过程中，气孔缺陷的数量和体积均有所增加，而其形状没有明显改变。

三、夹杂缺陷。目前，很多交通工具（汽车、高铁）上很多零件为铸件，铸件中存在各种尺度和维数的缺陷，在服役过程中，微结构形态、缺陷分布和形貌、界面特性、孔隙率等都较大地影响着材料宏观整体韧性、强度、硬度等力学性能。铸件缺陷主要以夹杂缺陷为主，具有复杂性，一般无损检测方法不能对其进行直观、高效地检测，而工业CT成像技术可以清晰地检测出铸件夹杂缺陷的立体结构状况，直观地显示出夹杂缺陷的位置及形状。*利用三维工业CT成像技术对高铁齿轮箱体内部缺陷进行检测，指出夹杂缺陷所占比例较大，通过设计试验获得了箱体材料的夹杂缺陷的三维图像，实现了对高铁齿轮箱体内部缺陷自动、准确地分类和识别，为实现高铁齿轮箱体材料内部缺陷的自动识别提供了技术支持。

水泥混凝土已成为现代工程(建筑、道路、桥梁等)较重要的材料之一。混凝土在使用过程中由于各种原因其内部会产生夹杂缺陷，影响混凝土的力学性能，带来工程安全隐患。通过观察混凝土同一区域在不同压力下的CT成像，比较CT成像的灰度值，可以推导出该区域微观夹杂缺陷的演变情况，从而为完善混凝土的加工和制备工艺，提高混凝土的质量提供理论支持。当然，由于CT技术是根据密度来区分材料，如果被测材料的密度较为接近，可能无法只依据CT图像对夹杂做出判断。

通过以上介绍可以看出，工业CT成像技术有望成为增材制造典型缺陷分析研究中一种重要的无损检测手段，其也还有一些需要发展方向，例如：提高工业CT技术检测精度。，只有工业CT成像技术拥有更小的尺寸精度、更高的分辨率、更精准的重建算法及更有效的图像处理技术，才可能实现智能化检测、自动化识别与分类。由于工业CT目前所探测样品不够大，对于体积较为庞大的高端大型零部件探测需要加快CT设备的研发。还有，工业CT成像装置本身造**于其他无损检测设备，且该技术检测过程较耗时，检测效率相对较低，检测成本较高，如何降低设备成本，提高检测效率，也是工业CT技术的发展方向。