TNXIC-铍铝铸件 工业计算机层析成像（CT）检测方法编制说明

《镀铝铸件工业计算机层析成像（CT）检测方法》

编制说明

1工作简况

1.1任务来源

根据2024年5月宁夏材料研究学会下发的宁材学字[2024]8号“关于2024年第一批

《被铝合金中铝含量的测定电感耦合等离子体发射光谱法》等8项团体标准立项的通知”

要求，团体标准《镀铝铸件工业计算机层析成像（CT）检测方法》由宁夏材料研究学会归

IU计划编号为：T/NXCL202400U主要起草单位为：西北稀有金属材料研究院宁夏有限公

司、北京遥感设备研究所、中国工程物理研究院材料研究所。

1.2项目背景

被铝合金（被质量分数范围：60%〜69%）是一种类复合材料，具有密度低、比强度高、

比刚度高和优异的尺寸稳定性等诸多优良特征，主要应用「航空、航天等军工领域。钺铝材

料比较特殊，被和铝基本不互熔，二者物理性能（熔点、比热、线膨胀等）相差较大，铸造

时产品内部经常产生弥散分布的分散型疏松、缩孔、气孔、偏析等缺陷，常规下这些缺陷只

能采用X射线检测技术进行评价。但由于被铝铸件主要以薄壁和复杂化结构为主，利用X

射线检测难度较大且检测效率极低，难以实现构件结构的100%检测，对铸件内部缺陷的检

出率存在较大风险，无法满足检测需求，对产品的服役可靠性存在一定的风险。

近年来随着X射线检测技术的提高，工业计算机层析成像（CT）检测技术逐渐代替传统

的X射线检测技术应用到产品内部缺陷的无损检测，同样在钺铝铸件的内部缺陷检测中也得

到了大量的应用，方便的利用数字图像表征产品缺陷性质、分布及数量等，不仅实现了铸件

产品结构的100%检测，更是在检测效率和质量方面得到了大幅提升。近年随着镀铝铸件产

品需求量的逐年增加，工业CT检测技术已经成为铸件底部缺陷检测的最有效手段，因此，

建立镀铝铸件工业计算机层析成像（CT）检测方法标准是亟需和必要的。利用该标准高效精

准的表征产品内部质量，对促进镀铝铸造工艺的改进，提升产品的质量和性能具有非常重要

的实际意义。

经检索，目前针对镀汜铸件的工业CT检测方法标准属于空白，CT检测无标准可依。同

时对于钺铝铸件内部缺陷的评定依据，查到的与之相近的图谱有ASTME155《铝铸件和镁检

测用射线参考底片》、HB5397-1988《铝合金铸件X射线照相检验分散疏松分级标准》和

HB5396-88《铝合金铸件X射线照相检验海棉状疏松分级标准》等铝、镁合金铸造缺陷的X

射线检测标准图谱。由于钺铝材料的特殊性，其内部缺陷的形状、分布等与这些标准图谱的

表征结果差异极大，无法参考使用，对该产品的内部质量评判也带来极大的困难。建立镀铝

铸件工业计算机层析成像（CT）检测方法标准填补了空白，木法不仅建立了镀铝铸件的工业

CT（轴向层析成像）检测方法，同时也制定了铸件内部缺陷的评判依据，使镀铝铸件内部缺

陷的工业CT检测和评判有标准可依，满足产品的生产过程控制和客户的验收需求。

1.3主要参加单位和工作成员及其所做的工作

本文件起草单位：西北稀有金属材料研究院宁夏有限公司、北京遥感设备研究所、中国

工程物理研究院材料研完所。

其中，西北稀有金属材料研究院宁夏有限公司主要负责试验方案制定，试验样品收集和

分发，检测方法研究，试验结果处理，标准文本编制、试验报告和编制说明撰写等工作；中

国工程物理研究院材料研究所为一验单位，主要负责对试验方案中的工艺实验进行验证，提

供检测结果数据，以及对方法提出建议；北京遥感设备研究所为二验单位，主要负责对标准

文本提出修改意见和建议。

标准牵头单位西北稀有金属材料研究院宁夏有限公司是国内唯一的钺及皱合金材料研

究和生产基地，国家高新技术企业，全国重点专精特新“小巨人"企、也，建有稀有金属特种

材料国家重点实验室、宁夏特种材料重点实验室和稀有金属被材行业重点实验室等创新平

台，是中国被产业技术创新战略联盟理事长单位，军工配套重点单位。公司下属单位分析检

测所主持及参与多项镀及被合金材料的国家军用标准和行业标准制修订工作。

北京遥感设备研究所是我国精确制导专业骨干研究所，是毫米波遥感技术国家级重点实

验室依托单位，主要产品包括导引头、引信、指令制导、空间载荷等，主要专业包括微波、

亳米波系统工程及红外光学系统工程总体技术，微波、富米波接收与发射技术，信号与信息

处理技术，自动控制技术，结构设计及制造技术，可靠性技术等。本次制定中反馈产品使用

情况及检测方法需求信息，并对标准文本提出修改意见和建议。

中国工程物理研究院是以发展国防尖端科学技术为主的集理论、实验、设计、生产为一

体的综合性研究院，建有国家核技术工业应用工程技术研究中心，国家X射线数字化成像仪

渊中心，国家城市污水处理及资源化工程技术研究中心，国家烟气脱硫工程技术研究中心，

中国工程物理研究院技术转移中心等多个国家级科研平台。本次制定中验证工艺试验和对检

测方法提出建议。

本文件主要起草人：代彦明、张健康、李军义、谢夫、马肖、王晶、韩冬冬、张继真、

李少银、安浩娜。

其中西北稀有金属材料研究院宁夏有限公司负责样品的收集，完成检测方法研究工作，

撰写标准文稿、编制说明和研究报告，北京遥感设备研究所、中国工程物理研究院提供使用

单位的反馈信息和现场试验验证，并对标准文稿等提出用应修改意见。

1.4主要工作过程

西北稀有金属材料研究院宁夏有限公司在现有设备、人员、技术的基础上，加上对客

户需求的了解，成立了团体标准编制组，召开了标准项目编制启动会议，对标准编写工作进

行了部署和分工，主要工作过程经历了以下几个阶段。

1.4.1起草阶段

1)2024年5月中旬，成立了《镀铝铸件工业计算机层析成像(CT)检测方法》标准

编制组，确定了各成员的工作职能和任务，制定了工作计划和进度安排。

2)2024年5月下旬，调研客户提出被铝铸件的工业计算机层析成像(CT)检测需求，

并收集涉及钺铝铸件工业CT检测相关标准，分析不能满足生产、使用需求的具体点。

3)2024年6月上旬，编制组完成被铝铸件的工业干算机层析成像(CT)检测试验，提

交了团体标准《镀铝铸件工业计算机层析成像(CT)检测方法》。验证样品及验证报告交

北京遥感设备研究所、中国工程物理研究院进行验证。

1.4.2征求意见阶段

2025年4月下旬，就《被铝铸件工业计算机层析成像(CT)检测方法》团体标准的标

准文本和编制说明，征求了中色(宁夏)东方集团有限公司特种材料分公司、陕西海森伯格

分析测试有限公司、德阳科瑞仪器设备厂单位的意见，所有意见全部采纳。

2025年5月，编制组对征求意见进行试验和讨论，采纳了全部25条意见，并补充相应

的数据，形成了《诙铝铸件工业计算机层析成像(CT)检测方法》送审稿。

2标准的编制原则

2.1符合性：按照GB/T1.1-202()《标准化工作导则第I部分：标准化文件的结构和起草

规则》、GB/T20001.4-2015《标准编写规则第4部分:试验方法标准》的要求对本部分进

行了编写。

2.2合理性：以满足国内被铝合金铸件内部缺陷工业CT无损检测需要为原则，提高标准的

适用性；以与实际相结合为原则，提高标准的可操作性；充分考虑国家法律、安全、卫生、

环保法规的要求。

2.3先进性：本方法操作方便规范，定义科学，以实测为主，内部缺陷的检出能力和缺陷评

判满足检测要求。

3制订标准主要内容的依据

3.1检测方法的确定

当前，无损检测领域中X射线工业计算机层析成像(CT)法检测材料内部缺陷检测的最

佳手段，工业CT检测方法因具备检测效率高、空间分辨率高。缺陷检出能力强以及检测数

据易于保存等优点被广泛应用。本文件从工作实际出发，充分考虑检测方法的有效性及适应

性，采用X射线工业计算机层析成像(CT)法检测镀铝铸件的内部缺陷。

3.2射线源隹点尺寸的选择

射线源的焦点尺寸大小影响CT断层图像的几何不清晰度，进而对重建后CT图像细节特

征的分辨能力产生明显的影响，本实验选择铸造钺铝合金材料并通过机械加工为中lEmmX

55mm的圆棒作为试验样。在不同焦点尺寸下开展CT检测实验，具体试验工艺参数见表1,

试验结果见图1。

表1焦点尺寸对锥束CT成像质量影响的扫描试验工艺参数

工艺隹占尺寸曝光时体素尺投影数

电压/kV电流/uASOD/nun

参数/um间/ms寸/um量/张

试验115090kV166650050097.4450

试验210090kV111150050097.4450

试验35090kV55650050097.4450

ICOvm

V刈＞•

16

俗

图1不同焦点尺寸下CT图像及灰度分布曲线

由表1工艺参数和图1结果数据可知焦点尺寸为150urn的CT图像清晰度明显低于焦点

尺寸为lOOum和50um的CT图像，而焦点尺寸lOOum的CT图像清晰度较焦点尺寸50um略低。

由于本试验选定的三个焦点尺寸选择原则是大于体素尺寸、与体素尺寸相当和小于体素一种

情况。当焦点尺寸大于体素尺寸时，CT扫描过程中，探测器不仅会接收到穿过细节而衰减

的X射线信号，也能接收到未经过细节直接照射到细节背后的X射线信号，从而大幅增加

CT图像的背景灰度，淹没J'CT图像中小于体素尺寸的细节特征，进而无法获得清晰的细节

特征影像，使CT图像清晰度较低。而焦点尺寸小于或等于体素尺寸的情况下，则不会出现

上述影像，主要影响来自咳组工艺参数的几何不清晰度，可由公式U儿何=d・L/SOD（L为被测

物体到探测器的距离）计算得出焦点尺寸为lOOum和50um的几何不清晰度分别为0.18mm

和（）.09mm,因此焦点尺寸5011m的CT图像清晰度要略高于焦点尺寸lOOum的CT图像。因此

本方法选择射线源的焦点尺寸应不大于体素尺寸。

3.3体素尺寸的选择

体素尺寸=探测器像元尺寸/几何放大倍数，主要通过调节CT系统的SOI）来控制（几何

放大倍数:SDD/SOD）,SOD的变化主要控制几何放大倍数，进而调节体素的尺寸大小。本实

验选择近探测器、近射线源和中间位置三个极限位置而应的体素尺寸开展试验。具体试验工

艺参数见表2,试验结果见图2。

表2体素尺寸对锥束CT成像质最影响的扫描试验工艺参数

工艺体素尺寸曝光时焦点尺投影数

SOD/mm电压/kV电流/uA

参数/uni间/ms寸/um量/张

试验12004090kV45050040450

试验250010090kV45050040450

试验3100019590kV45050040450

SOO200nm

4MH

SOD=1000mm

图2不同体素对应的CT图像质量及灰度分布曲线

由表2工艺参数和图2结果数据可知体素尺寸的大小对CT图像的清晰度影响极为明显,

体素尺寸越小，CT图像越清晰，显示细节特征的分辨能力越高。因此CT扫描时被测样品

应尽可能的靠近射线源以提高几何放大倍数进而减小体素尺寸，但考虑到被测铸件的结构和

尺寸，还要必须保证CT扫描过程中被测铸件的所有断层图像均能显示到CT系统的有效检

测视场，另外结合检测效率和铸件最小细节特征（小于0.3mm不计为缺陷）均能清晰表征,

本方法体素尺寸应选择不大于150um（一般情况下对于单个细节特征的检测能力通常不小于

体素尺寸的2倍）。

3.4管电压的选择

管电压的选择体现为X射线的能量,主要保证X射线的穿透能力,根据GB/T4U23.2

的4.2.3条款，为获得最佳的CT检测结果，穿过样品信号的灰度级应不低于背景灰度级的

10%（不小于6500）,本实验选择在最大管电流（3000uA）时，以铸造被铝合金阶梯试块（阶

梯试块最小厚度为2m,相邻阶梯的厚度差为2mm）为标准件开展试验，实验结果见表工

表3穿过不同厚度阶梯试块信号的灰度值不低于6500时的最小管电压

、^度

电晓、2mm4mm6mm8mm10mm1211nl14mm16mm18mm20mm

42kV6850

46kV6714

50kV6516

54kV6741

57kV6793

61kV6627

64kV6837

67kV通过阶梯信号的灰度值6748

69kV6722

71kV6810

通过拟合表3数据可知电压与厚度之间的关系近似为直线，拟合直线公式为：管甩压

=1.64•透照厚度+40,进一步计算得出穿过22mm-40mm彼铝铸件的最小管电压见表4。

表4穿过厚度22川川—40小川阶梯试块的信号灰度值不低于6500时的最小管电压

厚度22mm24mm26mm28mm30mm321rm34mm36mm38mm4Omni

管电压

7679838689929699102106

kV

通常情况下，对于X射线检测，增加管电压会降低被测样品中缺陷与基体的图像对比度,

但对于CT检测，原理相近，但对于数字成像增加管电压有利于降低图像噪声，对于CT检测

中管电压对图像质量的影响进一步开展了70kV、110kV和150kV三个管电压的近探测器检测

试验，本试验样品为直径15nlm的铸造被铝圆棒，具体工.艺参数见表5,试验结果见图3。

表5不同管电压对锥束CT成像质量影响的扫描熨验工艺参数

工艺隹占尺寸曝光时体素尺投影数

电压/kV电流/uASOD/nun

参数/um间/ms寸/um量/张

试验114070kV20005001000150350

试验2140llOkV12735001000150350

试验3140150kV9335001000150350

图3天同管电压对应的CT图像质量及灰度分布曲线

对于直径15mm被测铸造钺铝样品，依据表3结果可选择的参考电压为7()kV以上，但

本实验中进一步选择了UOkV和l5OkV的管电压进行CT检测试验，得出图3结果，由图3

可知，增加管电压对图像的细节特征对比度和图像清晰度没有造成影响。因此本方法推荐不

同厚度镀铝铸件CT检测的最低管电压可参考表3和表4结果。

3.5曝光时间和增益的选择

曝光时间和增益的选择共同影响CT图像的灰度级，增加曝光时间和增益都会明显增加

通过样品的信号灰度级，同时增加曝光时间还有利于降低CT图像噪声。本试验选择250ms、

500nls和1000ms三个曝光时间开展近探测器CT检测试验，具体工艺参数见表6,试验结果

见图4。

表6曝光时间对锥束CT成像质量影响的扫描实验工艺参数

工艺曝光时间隹占尺体素尺投影数

电压/kV电流/uASOI)/mm

参数/ms寸/um寸/um量/张

试验125090kV15551000140150350

试验250090kV1555100014()150350

试验3100090kV15551000140150350

1000ms

MOM

图4不同曝光时间对应CT图像及灰度分布曲级

由表3和图4可知，增加曝光时间虽然有利于降低图像噪声，但从实际CT检测结果看

并没有表现出明显的提升,但由于过长的曝光时间会大幅增加CT检测时间而降低检测效率,

因此本方法中曝光时间选择不大于1000ms,常用500ms，增益选择配合曝光时间和射线强度

保证CT图像数字化最大辐射强度不超过其饱和值90%的情况。

3.6投影数量的选择

CT检测过程中投影数量也是一个重要的工艺参数，投影数量不足通常会在处置样品旋

转轴的CT图像中引起径向伪影,根据GB/T41123.2的4.2.2条款,为获得最佳CT图像质量,

投影数量应不少于475张，本试验分别选择250张、500张和1000张三个投影数量开展近

探测器CT检测试验，具体工艺参数见表7,试验结果见图5。

表7投影数量对锥束CT成像质量影响的扫描实验工艺参数

工艺投影数量积分时焦点尺体素尺

电压/kV电流/uASOD/mm

参数/张间/ms寸/um寸/um

试验125090kV5005005004597.4

试验250090kV5005005004597.4

试验3100090kV5005005004597.4

250张

*0030

<50)0

•：00J0

<Kasm

了加。

15030

W0

500张

<50)0

4UVJ0

cSMO

F二oow

tf55so

310030

15030

W

1000张

*0030

<50)0

4UVJ0

F二00W

t(250M

名now

13030

1M10

SftlO

5f

图5不同投影数量对应CT图像及灰度分布曲级

由表7和图5可知投影数量在250张时，由于投影数最不足导致CT图像清晰度最低，

径向伪影造成图像干扰噪声增加降低了图像分辨率。投影数量为500张和1000张时CT图像

清晰度相近，因此本方法投影数量选择参考GB/T41123.2的4.2.2条款，为获得最佳CT图

像质量，投影数量应不少于""X图像矩阵大小”。

3.7前置铜滤片的选择

对于结构复杂透照厚度差异较大的铸件，CT检测时必须保证穿过铸件最大厚度位置的

信号灰度级不小于亮场的10%,因此需要通过增加管电压来提高X射线能量进而提高X射线

的穿透力，但较高的管电压有可能使背景的灰度级超过亮场饱和值的90%形成过曝，因此需

要使用前置滤波片滤除低能射线和降低射线强度，获取最佳的灰度范围，并且由利于减小因

铸件厚度差较大产生的条状伪影。本试验.主要通过配置前置滤波片，在焦点尺寸lOOum和曝

光时间500ms时调节确定最大管电压范围。试验结果见图6。

lOOkVTOOOuA-无滤片120kV-800uA-Cu0.25

160kV-600uA-Cu0.5225kV-400uA-Cu2.0

图6配置前置滤片不过曝时对应的最大管电压

由图6试验结果确定本方法前置滤波片的配置原则见表8。

表8漉波片的选择

前置滤波片

管电压kV

材质厚度mm

W100铜0.25或不用

80〜160铜0.5

160〜220铜2.0

3.8CT检测能力确定

CT图像缺陷检测能力以人工缺陷对比试样作为参考，选择被铝材料“H5”阶梯孔型像

质计，其规格满足GB/T23901.2的规定,尺寸见表9。其最小孔“H5”直径为0.32nur。

表9H5像质计尺寸

像质计编号孔编号台阶厚度及孔直径/皿

H50.32

H60.40

H70.50

H5

1180.63

H90.80

H101.00

本试验使用铸造镀铝阶梯试块作为标准件，选择H5阶梯孔型像质计（受材质特性的限

制无法制成线型像质计）作为人工缺陷开展近探测器CT检测试验确定缺陷检测能力。检测

结果见图7o

图7CT缺陷检测灵敏度结果

由图7可知，透照厚度2nlm〜40mm的镀铝铸件CT图像（倍率1；1）均能清晰可见H5

像质计的“H5”（直径0.32mm）小孔影像，因此本方法要求的CT检测缺陷能力宜为清晰可

见“H5”小孔。

3.9主要实验（或验证）的分析

3.9.1试验测试能力验证

采用被铝H5阶梯试块作为空隙（或低密度）缺陷的对比试样，对比试样H5像质计的最

小孔（编号H5）直径和深度均为0.32mm；采用Al小6T12）线型像质计作为高密度缺陷对

比试样，该像质计•Wl1丝直径为0.32mM试验样件选择最大透照厚度40mm的被铝铸造圆筒。

由于样品透照厚度越大，可检出缺陷的尺寸越大，因此仅选择适用于该文件的最大透照厚度

样件作为实验样品。

由于受材料毒性限制，验证单位（北京遥感设备研究所和中国工程物理研究院第七研究

所）均到起草单位西北稀有金属材料研究院宁夏有限公司现场开展验证实验，实验结果如下

图8所示：

图8缺陷检测能力实验结果（左：空洞/低密度右：高密度）

由图8可知，起草单位和验证单位CT检测镀铝铸件均能达到0.3mm缺陷（高/低密度）

清晰可见的能力，满足检测需求。

3.9.2缺陷尺寸测量的准确性和精密度的验证

按照GB/T6379.2-2004《测量方法与结果的准确度》的内容，通过对西北稀有金属材

料研究院宁夏有限公司、二匕京遥感设备研究所、中国工程物理研究院第七研究所的试验数据

和验证数据分别进行重复性、再现性和正确性分析，结果如下表10、表11和表12所示。

其中重复性采用极差法进行分析，重复性标准差和再现性标准差可由如下公式1和公式2

计算所得：

=R田我/^2（1）

。且旷-重复性标准差

R术M一重复性极差

dZ一与测量次数有关的常数（1.77）,查MSA手册“附录C与平均极差的分布有关的数

值”统计表所得

b再现=Rpj现/d2（2）

。再现一重复性标准差

R那现--重复性极差

dz—与测量次数有关的常数（1.77）,查MSA手册“附录C与平均极差的分布有关的数

值”统计表所得。

表10高、低密度对比试样缺陷尺寸重复性分析

单位：mm

重复性极差重复性重复性

单位对比试样测试结果均值

（Rmu）标准差（。n«）精密度

西北稀有金H50.340.340.350.340.010.00561.8%

属材料研究W110.350.340.360.350.020.01133.5%

院宁夏有限H101.021.011.001.310.020.01131.1%

公司（起草）W61.050.950.980.990.070.03954.0%

中国工程物H50.330.320.320.320.010.00561.8%

理研究院第W110.310.290.320.310.030.01695.3%

七研究所（一H101.011.001.031.910.030.01691.7%

验）W60.991.051.011.920.060.03393.4%

H50.330.330.340.330.010.00561.8%

北京遥感设

W110.320.300.330.320.030.01695.3%

备研究所（二

H100.991.001.011.300.020.01131.1%

验）

W61.011.011.021.010.010.00560.6%

无损检测中宏观尺寸测量精密度一般要求不大于10%，表10中本法检测的重复性精密

度最大为5.3%。精密度较好，满足无损检测的需求。

表11高、低密度对比试样缺陷尺寸再现性分析

单位：mm

西北稀有金属材料研究院中国工程物理研究院第七北京遥感设备研究所（二

再现性再现性性

对比基准宁夏有限公司（起草）研究所（一验）验）再现性

极差标准差

试样值精密度

实测值均值实测值均值实测值均值（5）（。晒）

H50.320.340.340.350.340.330.320.320.320.330.330.340.330.020.01133.5%

W110.320.350.340.360.350.310.290.320.310.320.30.330.320.040.02267.1%

K101.001.021.011.001.011.011.001.031.010.991.001.011.000.010.00560.6%

V61.001.050.950.980.990.991.051.011.021.011.011.021.010.030.01691.7%

无损检测中宏观尺寸测量精密度一般要求不大于10%,表11中本法验证检测结果的再

现性性精密度最大为7.1%。精密度较好，满足无损检测的需求。

表12高、低密度对比试样缺陷尺寸正确性分析

单位：mm

相对

试验单位对比试样测定结果（n=3]X偏差

偏差

H5(Be-Al)0.34,0.34,0.350.340.025.9%

西北稀有金属材料研究院宁Wil(AL)0.35,0.34,0.360.350.038.6%

受有限公司（起草）1110(Be-Al)1.02,1.01,1.901.010.011.0%

W6(AL)1.05,0.95,0.980.99-0.01-1.0%

H5(Be-Al)0.33,0.32,0.320.3200.0%

中国工程物理研究院第七研Wil(AL)0.31,0.29,0.320.31-0.01-3.2%

究所（一验）1110(Be-Al)1.01,1.00,1.031.010.011.0%