摘要
针对复杂结构焊缝的检测问题，开展了三维显微CT检测技术研究。分析了复杂结构焊缝的常规射线检测难点，利用三维显微CT检测技术焦点尺寸小（微米级）、检测分辨率高等优势，对复杂结构电子束对接焊缝、端面焊缝以及钎焊缝进行了检测，得到了良好的检测效果。实验结果表明，通过三维显微CT检测技术可实现复杂结构焊缝的三维检测，进而实现对微气孔、微裂纹、未焊透等缺陷的识别、定位与测量，为焊缝质量评估提供依据。
焊接结构是航天产品的主要结构形式，如火箭、飞船、卫星、航天飞机等，在地面、大气层及空间不同环境中工作，要求高密封性和高可靠性。焊缝易出现气孔、夹杂、未焊透、裂纹等缺
本文基于225 kV三维显微CT设备及相应的成像技术对复杂结构焊缝实现了三维重构、缺陷识别、缺陷提取、尺寸测量等分析，解决了以往X射线无法检测的难题。
国外的三维显微CT技术发展较早，德国、美国、法国等都有较成熟的基础理论和较先进的设备。常规CT仅能达到毫米级，不能满足高分辨显微的使用要求。在20世纪80年代初期，美国最早研制出三维显微CT。随着同步辐射源的产生，德国、美国等国家的材料学领域科学家，开始通过高亮度、高强度的X射线源进行CT成像，得到了微米级的分辨率。
1998年，国内学者开始关注显微CT的研究，陈昌维等很预测了显微CT的技术及其趋势。2002年，国家及部委有关基金就已资助成像领域的相关研究。国内的微焦点CT技术在20多年来获得很大的改进，其主要发展方向可概述为高对比度、超高分辨、快速实时和多模态成像几个方面。近几年国内显微CT技术的快速发展，显微CT技术已广泛应用于医学、药学、工业、农业、材料学等领域。分辨率覆盖了微米到纳米量级，能无损再现各种结构和材料的内部结构，在工业检测和材料性能评价方面都得到了越来越多的应用。
三维显微CT根据物体外部获取的某种物理量的测量值，去重建物体内某一特定断面上的某种物理量的无重迭二维图像，采用依次相继获取的一系列断面图去重构物体内部三维结
对复杂结构焊缝分析过程中采用基于225 kV微焦点X射线机和面阵列探测器的微焦点X射线CT检测系统，可实现X射线DR数字化成像、CT三维锥束成像、三维可视化等功能。其中X射线束使用微焦点球管，焦点尺寸5 μm，最大电压为225 kV，该系统缺陷及细节特征的检测能力可达到5 μm，并提供各种缺陷的三维分布检测图像。本文通过myVGL2.1软件对焊缝三维显微CT图像进行处理。
图1 电子束焊缝结构示意图
Fig.1 Schematic of electron beam weld structure
图2 三维显微CT检测电子束焊缝图像
Fig.2 3D micro CT images of electron beam weld
图3 测量焊缝熔深显微CT图像
Fig. 3 Micro CT image of the weld penetration measurement
量焊缝熔深值为1.9 mm，焊缝内部不存在未焊透缺陷，焊缝内部存在一处气孔（
图4 气孔缺陷显微CT图像
Fig.4 Micro CT image of hole defect
结果表明：通过三维显微CT技术可不受焊缝结构限制，对焊缝内部的未焊透、微气孔等缺陷进行识别与测量，为该批产品焊接质量评判提供有力依据。
图5 铝合金腔体结构模拟件
Fig.5 Simulator specimen of aluminum alloy cavity
图6 端面焊缝显微CT图像
Fig.6 Micro CT images of edge weld
航天精密、微型复杂零件多采用钛及钛合金钎焊方法，钎焊缝容易出现钎焊未填满、钎缝成形不良、气孔、夹渣、表面侵蚀等缺陷，钎缝的质量直接影响到产品的质量。钎焊缝结合面属于面积型焊缝，常规射线检测无法实现，采用三维显微CT进行检测，得到的三维图像（
图7 钎焊缝显微CT图像
Fig.7 Micro CT images of solder joint
从
三维显微CT检测技术可不受焊缝形状结构限制实现焊缝的三维成像，进而对焊缝内部的缺陷进行识别、定位与测量，进一步对焊缝质量进行评估；且焦点尺寸小，分辨率高，能够实现微气孔、微裂纹以及未焊透等缺陷的检测，并对其尺寸进行测量，测量精度可达到亚微米级。
三维显微CT检测技术在复杂结构焊缝的检测方面具有广阔的应用前景，未来发展潜力巨大，该方法有望推广到更多的产品检测应用中。
参考文献
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