燃气发生器装药ICT检测研究

曹亮

摘要：      本文介绍了ICT检测技术在燃气发生器装药检测中的应用。 通过优化ICT检测工艺， 采用5 mm铜滤波板、 增加叠加帧数等措施能有效地提高装药ICT检测质量， 通过对燃气发生器装药内部典型缺陷进行ICT检测。 结果表明， ICT检测技术能够实现对燃气发生器装药的准确故障定位和缺陷识别， 是确保燃气发生器装药质量的重要检测手段。

关键词：      ICT检测; 燃气发生器; 缺陷识别

中图分类号：     TJ760.6文献标识码：    A文章编号：     1673-5048（2019）02-0096-05

0引言

燃气发生器作为某型导弹的重要组成部分， 其燃烧产生的高压气体一方面能够驱动导弹舵机， 为导弹舵机工作提供动力， 另一方面， 高温高压燃气激活导弹热电池， 驱动导弹发动机点火。 装药是燃气发生器的核心部分和动力来源[1]， 由锥形药柱及包覆层组成。 药柱的质量以及药柱与包覆层的粘接强度是确保燃气发生器正常工作的前提。 但制造过程中药柱不同程度含有高密度或低密度夹杂， 粘接过程也可能产生脱粘、 弱粘等粘接不牢靠现象， 因此需要对装药进行无损检测， 剔除质量隐患， 从而确保装药质量， 所以无损检测对确保燃气发生器装药的结构完整、 质量和可靠性等具有极其重要的意义[2]。

常规无损检测项目主要有X射线照相检测（RT）、 X射线实时成像检测（DR）、 涡流检测（ET）、 渗透检测（PT）和磁粉检测（MT）。 X射线照相检测仅局限于装药药柱内部的气孔、 夹杂等体积性缺陷的检测[3]， 无法检测到装药内部脱粘等缺陷[4-5]。 磁粉、 涡流等方法只能检测铁磁材料表面及近表面的缺陷， 不能对材料内部质量进行检测。 渗透检测只能检测表面开口缺陷， 也不能对材料内部质量进行检测。 燃气发生器装药整体结构复杂， 金属壳的遮挡也不利于射线检测的底片布片， 导致局部区域无法进行有效检测。

ICT[5-6]（Industry Computerized Tomography）检测技术是近年来在计算机数字化影像基础上发展起来的一种新的射线检测技术。 ICT检测技术的原理与常规射线检测技术原理类似， 同样利用X射线穿透被检对象不同部分时衰减强度不同的特性， 探测器接收到不同的信息， 经过360°选择接收不同区域的射线信号， 并经过复杂的数字运算， 形成清晰的层析图像， 显示在高分辨率的显示器上。 检测人员通过观察显示器上的影像， 可定量和定性评价被检测对象的内部质量。 ICT检测技术不仅能直观显示物体的断层和立体图像， 进行缺陷检测， 而且能对被检物体中密度分布情况进行直观的统计分析， 在装药缺陷检测、 尺寸测量、 装配结构分析、 密度分布表征等方面具有极其重要的应用价值， 能帮助无损检测人员简单方便地观察和判断装药内部各类缺陷， 消除射线照相及实时显像技术对装药缺陷判别的不确定性和错误性， 具有较高的宽容度与灵敏度。  目前ICT检测技术已被广泛应用于机械制造、 航空航天等各个领域。

1ICT检测技术在燃气发生器装药检测中的应用1.1技术难题

1.1.1ICT检测中的X射线硬化问题

X射线硬化现象是X射线透射时发生的能谱硬化现象。 检测时， X射线在穿透材料过程中将造成严重X射线射束硬化问题， 从而引起射束硬化伪影， 严重影响检测图像的质量。

1.1.2ICT检测中的边缘突变问题

燃气发生器壳体不是一个密度均匀的物体， 在壳体及包覆层胶结部分密度差异较大区域引起壳体边界发生突变， 从而导致在ICT检测过程中的边缘效应严重， 影响了ICT检测图像的成像质量。

1.2解决措施

为减小在ICT检测过程中的X射线射束硬化现象， 采取预先滤波的方式， 在X射线机射线输出窗口和吊挂之间添加一个能使X射线预先硬化的滤波板， 如不同厚度的铁板、 铝板和铜板， 经过反复试验，  最终选择5 mm铜板进行滤波。 试验结果如表1所示。

different filter boards滤波板滤波效果射线穿透能力检测效果3 mm铁板差强差5 mm铁板差强差8 mm铁板一般一般差3 mm铝板差强差5 mm铝板差强差8 mm铝板一般较强一般3 mm铜板一般强一般5 mm铜板较好较强较好8 mm铜板好弱差

ICT检测中的边缘突变问题是由于射线成像原理引起的， 这是射线检测中的一个难题， 可通过增加DR叠加帧数来提高检测质量， 但是增加ICT叠加帧数会使检测时间成倍增加， 如表2所示。 经多次试验， 并考虑到检测时间， 最终确定ICT叠加帧数为4帧。

1.3缺陷检测

ICT检测技术适用于多种材料结构制品内部缺陷的無损检测， 特别是对结构复杂的产品更具优越性， 如燃气发生器装药。

1.3.1ICT检测技术对燃气发生器装药脱粘类型缺陷的检测

燃气发生器装药内部的脱粘类缺陷直接影响燃气发生器在点火过程中的燃烧特性， 轻微的脱粘可能导致燃烧特性曲线发生跳动， 严重的将直接导致燃气发生器在使用中发生爆炸， 严重影响燃气发生器装药的质量和使用安全。 目前常规无损检测无法对该类型缺陷进行定性和定量方面的检测， 而ICT检测由于其突出的优点， 且能够实现三维图像重建， 能很好地对该类型缺陷进行全面的质量控制。 图1为利用ICT检测技术对某产品燃气发生器装药进行脱粘缺陷检测的一组图片。

从检测结果可以看出， ICT检测技术能够很好地检测出燃气发生器装药中的脱粘类型缺陷， 并能确定此类缺陷的三维尺寸和空间分布情况。

1.3.2ICT检测技术对燃气发生器装药低密度夹杂类型缺陷的检测

燃气发生器装药内部如果存在低密度夹杂类缺陷将导致局部燃烧延后， 从而造成燃烧能量释放出现紊乱， 严重的低密度夹杂缺陷将直接导致爆炸， 影响了燃气发生器装药质量和使用安全。 目前常规X射线检测不能很好地区分该类型缺陷（X射线照相检测技术对多层粘接结构和多层介质材料的灵敏度偏低），  而ICT由于突出的密度分辨率和空间分辨率， 能够很好地对该类型缺陷进行全面的质量控制。 图2为利用ICT检测技术对某产品燃气发生器装药进行低密度夹杂缺陷检测的一组图片。

从检测结果可以看出， ICT检测技术能够很好地检测出燃气发生器装药中的低密度夹杂类型缺陷， 并能给出此类缺陷的三维尺寸和具体的空间分布情况。

1.3.3ICT检测技术对燃气发生器装药高密度夹杂类型缺陷的检测

燃气发生器装药内部如果存在高密度夹杂类缺陷将导致局部燃烧过快， 从而造成燃烧能量释放出现紊乱， 严重的高密度夹杂缺陷将直接导致爆炸， 也会影响燃气药柱质量和使用安全。 目前常规X射线照相检测不能很好地区分该类型缺陷（装药存在包覆层和粘接层， 存在信息叠加， 影响X射线照相检测的图像分析）， 而ICT检测由于不存在信息的多层叠加问题， 能够很好地对该类型缺陷进行全面的质量控制。 图3为利用ICT检测技术对某产品燃气发生器装药进行高密度夹杂缺陷检测的一组图片。

从检测结果可以看出， ICT检测技术能够很好地检测出燃气发生器装药中的高密度夹杂类型缺陷， 并能给出此类缺陷的三维尺寸和具体的空间分布情况。

1.4燃气发生器装药内部结构和尺寸测量

ICT检测能够对燃气发生器装药内部结构以及不规则部分的尺寸进行测量。 ICT检测不受人为因素的影响， 能够从图像上直接读出测量结果。 图4为利用ICT检测技术对某燃气发生器装药药柱尺寸及其局部位置进行精确测量的图片。

1.5燃气发生器装药分层分区域检测

利用ICT检测技术能够进行分层分区域处理， 运用图像处理软件对燃气发生器装药进行分析处理， 结果如图5～6所示。

通过分层分区域处理后能针对特定区域进行数据分析和处理， 更好地对燃气发生器装药质量进行监控， 并实现全面、 全方位的检测， 确保产品质量符合要求， 同时也可为产品设计提供更为准确的数据。

1.6ICT检测技术的边缘提取在检测中的应用

在燃气发生器装药检测中， 可在不调节图片窗口窗位的条件下， 直接对图片进行边缘图像提取， 从而实现产品缺陷的快速检测。 图7为对燃气发生器装药进行边缘提取的原始图像和处理后的图片。

2ICT检测结果与分析

2.1检测参数设置

进行ICT检测时应保证足够的穿透电压， 在穿透的前提下采用高的曝光量及小的焦点。 依据产品的结构特点制定相应的检测工艺参数： 电压380 kV、 电流4 mA、 焦点1 mm、 叠加帧数4帧、 滤波5 mm铜板、 放大倍数1倍。

2.2典型缺陷的检测结果与分析

为进一步研究ICT检测中的X射线硬化和边缘突变问题， 通过采取增加DR叠加帧等措施， 对燃气发生器壳体的胶结层气孔， 轴向偏心、 包覆层裂纹、 气孔裂纹等缺陷进行检测。 检测结果如图8～11所示。 图8胶结层气孔

从检测结果可以看出， ICT检测技术能够很好地检测出燃气发生器装药内部包覆层气孔、 裂纹等内部缺陷， 准确给出此类缺陷的具体分布情况， 能够对燃气发生器装药质量进行全面的监控。

3结论

ICT检测技术是保证燃气发生器装药质量和可靠性的重要技术手段， 其检测结果可作为产品改进设计和优化工艺的重要依据。 通过在燃气发生器装药ICT检测中优化检测工艺， 采用5 mm铜滤波板， 增加叠加帧数等措施能有效地提高装药ICT检测质量， 可以对燃气发生器装药的胶结层气孔、 轴向偏心、 包覆层裂纹、 气孔裂纹等缺陷进行检测， 满足导弹燃气发生器装药的质量检测要求。

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