鐵路客運列車進行大面積提速，提速 的壓力迫使貨運列車也要進行提速 ，重載、高速的行駛特點對列車關 鍵部件 的安 全性 進一 步提 高了要求。搖枕、側架 (圖1)作為列車轉向架的重要組成部分，對列車行駛安全起 到至關重要 的作用。目前國內生產新、舊型號的搖枕、側架的廠家接近30家，年產量逼近40萬件。各生產廠家對該類產品沒有高穿透力的檢測手段，沒有檢測標準。搖枕、側架為轉向架主要承載結構，一旦出現問題 ，極易導致重大事故發生。各廠家都非常謹慎 ，亟需具有高穿透力的檢測設備對其進行大批量的檢測。

 

從1988年清華大學研制成 國內第一個 y射線工業CT實驗裝置和1990年清華大學與北京航 空材料研究所合作研制成國內第一臺x射線工業CT實驗系統的20多年來，我國工業CT的研制和應用取得了明顯的進步。而采用工業CT技術應用于搖枕、側架的無損檢測CT／DR掃描系統能夠對最大直徑700mm，長2500mm的搖枕、側架工件的內部結構及其內部的氣孔、砂眼、夾雜物 、縮孔、疏松、冷隔、裂紋等鑄造缺 陷進行 無損檢測 ，提高了產品的可靠性 ，能夠很好地滿足該行業的需求 。

2工業CT檢測的特點

目前國內外用于工件內部缺 陷的無損檢測的方法很多，如超聲、微波、紅外 (掃描和成像)、激光全息、聲全息等常規和x射線照相、工業CT等非常規的無損檢測方法。在眾多無損檢測方法中，將工業CT技術應用于工件 的缺陷識別的方法 特點尤其突出：

(1)工業CT能給出檢測工件的二維或三維 圖像，感興趣的目標不受周圍細節特征的遮擋，圖像容易識別 ，從圖像上可以直接獲得 目標特征的空間位置、形狀及尺寸信息；常規射線檢測技術是將三維物體投 影到二維平面上 ，造成 圖像信息疊加，評定圖像需要有一定的經驗 ，難以對 目標進行準 確定位和定量測量；

(2)工業CT具有突出的密度分 辨能力，高質量的CT圖像密度分辨率甚至可達到0．1％，比常規無損檢測技術高一個數量級；

(3)采用高性 能探測器 的工業CT，探測器 的動態響應范圍可達l0。以上，遠高于膠片和圖像增強器；

（4）工業CT圖像是數字化的結果，圖像便于存儲、傳輸、分析和處理。

綜 上所 述 ，工業CT技術作為廣泛而特殊 的檢測用途 是 目前其 他無損檢測設備和手段無法取代的。

3CT／DR掃描系統簡介

CT／DR掃描 系統 (示意圖如 圖2所 示)，主要用于搖枕、側架生產線，可以對大量的工件進行高速、實時的DR檢測，必要時提供CT掃描分析功能，遵循高效原則。此系統采用輪軌結合小車方式裝卸、輸送工件，并采 取適 當設計提高 工件 停止定位 精度，以滿足CT檢測的精度。

 

系統采用臥式結構設計，工件側臥安放在載物平臺上 ，妥 善固定 ，加速器和探測器分立于被 檢測物體兩側。

載物平臺通過平 臺移動機構使 工件 到達檢 測位置，由加速器承載架和探測器承載架水平勻速移動，加速器發出窄扇形束流，由探測器探測穿透工件的x射線劑量完成掃描運動過程，通過計算機重建得到對應的透視數字圖像。

3．1系統構成

鐵路列車搖枕、側架高能無損檢測DR、CT掃描系統的主要組成包括：x射線源分系統、探測器和數據獲取分系統、掃描裝置分系統、掃描控制分系統及重建與檢查分系統。

各分系統之間互聯關系如圖3所示。

3．2系統特點

本系統是根據用戶的檢測需求進行定制化設計的實時成像檢測系統，具有如下特點：

(1)采用高性能的加速器和探測器

 

采用高能9MeV電子直線 加速器，該 加速器能量高、穿透力強、焦點小、劑量率高，有利于形成高質量 的檢測 圖像 。

采用CdWO4線陣晶體探測器，該探測器靈敏度高，一致性好，射線吸收率高，轉換率高，耐高強度射線輻照，故障率極低，壽命長等特點。并且探測器線陣采用了弧形設計，保證 了射線 能夠沿晶體長度方向上入射，從而有效地減少了各晶體之間的串擾，同時提高了射線 的吸收效率 ，提高了成像質量。

(2)檢測速度快，實現流水化檢測

對于長度2500mm，寬度700mm等尺寸較大的工件進行實時成像 ，一個工件兩個 角度 的掃描時間只需要2min。

(3)圖像的整體性

由于采用了模塊化設計 的探測器，模塊的數量可以根據工件的大小隨意擴展 ，所以能夠對工件全尺寸一次成像，獲得完整的檢測圖像。

(4)安全性設計

該系統作為輻射防護系統 ，又具有工件傳送裝置，對安全性要求比較高。按照相關國際標準 ，進行了輻射防護安全聯鎖設計及必要的電氣安全設計，能夠保證現場工作區輻射安全并能避免在工件傳送過程中出現機械傷人事故的發生。

(5)自動化程度高

將工件運行的視頻 顯示在操作臺的大屏幕監視器上 ，由一臺監控計算機完成整套系統流水線 (含加速器 、防護 門、同步機構 、傳送小 車)的狀態監控、系統操作，通常在 自動操作下，幾乎不用人 工干預，在手動操作模式下才使用中控臺。

4檢測過程及結果

由于搖枕和側架多達44個檢測點，不可能對工件所有部位進行CT掃描。所以檢測工序一般是先對工件進行數字透視成象 (DR)掃描，根據DR圖像初步確定工件質量狀況并提 交結論，滿足客戶對工件全檢、快速 I生檢查的要求。對于DR圖像上嫌疑缺陷點，用戶可通過軟件進一步提交 掃描任務，繼續對該工件進行 一次或多次斷層 掃描 (cT)，直到完成全部掃描任務。對于工件關鍵部位 ，用戶可以通過軟件輸入關鍵部位 的位置信息 ，不進行DR檢測而直接選擇對工件進行CT檢測。

4．1   DR檢測

首先對工件在整個軸向范圍內作數字透視成像(DR)，確定缺陷在工件的軸向位置及軸 向長度。圖4為側架0。安裝檢查得到的DR圖像，可以看到幾個微弱的橢 圓形陰影 (在圖像檢查站上可以清晰看到)，初步判定為砂眼缺陷。系統 具有很高的軸 向定位和尺寸測量精度，因此可以在圖像處理站上直接對 圖4中的嫌疑砂眼缺陷進行測量。通過測量，可以確定嫌疑氣孔缺陷的位置及缺陷長度。通過控制工件旋轉，用戶還可以對工件進行多角度DR掃描檢查。

 

4．2嫌疑缺陷部位CT檢測

對嫌疑缺 陷部位進行斷層掃描 (cT)，確定缺陷在工件某個層面的具體分布及大小，最終確定嫌疑缺 陷在工件 中的三維定位及大小 ；同時通過分析嫌疑缺陷的CT值對缺陷性質進行判定。通過圖5所示 的CT圖像 ，可以清晰地看到工件 中的砂眼、裂紋等缺陷。

 

5結束語

實踐證明，工業CT技術在搖枕、側架的檢測中體 現了其獨特的優勢，同時也展現了該技術在 這個行業 的應用前景。尤其是對搖枕、側架工件 的內部結構及其 內部的氣孔、砂 眼、夾雜物、縮孔、疏松、冷隔、裂紋等鑄造缺陷能夠快 捷、準確和高精度地分辨。圖像質量的進一步優化、指標 的進一步提高是工業CT設備研發今后努力的方向。

參考文獻

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