X射线检测是无损检测的重要手段之一。无损检测是指检查机械材料内部时,在不损害或不影响被检测对象使用性能、不伤害被检测对象内部组织的前提下,利用材料内部结构异常或缺陷存在引起的热、声、光、电、磁等反应的变化,采用物理或化学手段结合现代化的技术和设备器材,对试件内部及表面的结构、状态及缺陷的类型、数量、形状、性质、位置、尺寸、分布及其变化进行检查和测试的方法。无损检测主要包括五大常规的检测方法,分别是射线检测、超声检测、磁粉检测、涡流检测、渗透检测,以及一些非常规的检测方法例如激光、电磁波、红外线等。其中,由于其无损、快速的检测方式以及直观、清晰的检测结果,X射线检测被认为是较重要的一种检测手段。
工作原理:首先,X射线源产生 X 射线;通过 X 射线穿透不同密度(或厚度)物质的衰减差异,即 X 射线探测器探测到的 X 射线穿透被测物体后的剩余光子数量不同,可以得到被检测物体的内部结构成像;通过影像分析可以判定物体内部是否存在缺陷及缺陷类型、等级,同时通过计算机图像处理系统完成对图像的存储,保证检测数据的可追溯性。
凭借优良的检测能力,X射线检测设备应用领域广。按照 X 射线检测设备不同的应用领域分类,X射线智能检测主要应用于医疗健康领域和工业无损检测。其中,工业无损检测领域主要应用于集成电路及电子制造、新能源电池、铸件焊件及材料检测、公共安全及其他领域(如食品产业等):1)集成电路及电子制造领域:包括芯片、集成电路制造以及PCB印刷、PCBA 封测等;2)新能源电池领域:包括动力电池检测、储能电池检测、消费电池检测;3)铸件焊件及材料检测:包括汽车零部件、一体化压铸成型车架、航空压铸件、焊件和压力容器等;4)公共安全领域:包括公共场所安防检测(如机场、火车站、地铁等小型箱包的检测)、车辆检测(高速路口车检、监狱车辆检测);5)其他领域:包括食品安全领域、材料检测领域等。
不同应用领域下,X射线检测设备的主要技术参数、封装形式、技术特点等差异较大。其中,集成电路及电子制造、新能源电池和铸件焊件及材料检测对X 射线检测设备要求较高,因此设备价值也较高。据弗若斯特沙利文数据表示,2021年上述三大领域市场规模占比约50%,预计 2026 年占比将提高至 70%。
中心零部件X射线源:微焦点X射线源可满足高精度检测要求,技术壁垒高
工作原理:在X 射线管中,从阴极发射的电子,经阴极、阳极间的电场加速后,轰击 X射线阳极靶,将其动能传递给靶上的原子,其中约有1%左右的能量转化为 X 射线,并从X射线照射窗中射出。因 X 射线能量高、穿透力强等特点,被广应用于医疗健康和工业影像检测等领域。
主要参数:
➢ 焦点尺寸:决定检测图像的精度。焦点尺寸越小,检测精度越高。
➢ 管电压:决定X 射线的光子能量和穿透能力。管电压越高,穿透能力越强。
➢ 管电流:决定图像信噪比质量。管电流越高,光子剂量越大,成像信噪比越好。
x射线源基本原理
X射线源根据其不同性能特点,分为微焦点射线源、大功率射线源、普通射线源。其中,微焦点X 射线源是指焦点尺寸在几十微米至 1 微米以下的射线源,研发难度大、技术壁垒高,可满足高精密检测要求,主要用于集成电路、电子制造、新能源电池等精密制造领域。
根据密封方式的不同,微焦点X 射线管分为开放式(开管)和封闭式(闭管):1)闭管 X射线源:阴极与阳极/靶都封闭在真空管内,在使用时无需抽真空。由于其维护成本低,使用寿命长,启动时间短,常用于集成电路及电子制造、新能源电池等精密检测等领域;2)开管X 射线源:带有真空泵、真空阀,开管的阴极和阳极/靶都可以更换。开管式微焦点射线源具有焦点尺寸更小、较大管电压更高的特点,具备更高的放大倍率和更强的穿透力,但需要维护且造价高昂,多用于要求较高的科研领域或集成电路领域。
焦点尺寸差异对比图
封闭管和开放管结构对比图