激光熔覆技術作為一種先進的增材再制造技術，具有涂層與基體為冶金結合、能量集中、熱影響區小、對基體損傷小、加工精度高等優點，能夠實現復雜零部件的高效修復。在激光熔覆增材再制造過程中，再制造區域內形成的各種界面統稱為再制造界面，該界面是再制造零部件的薄弱區域，為了使再制造零部件的性能達到甚至超過新品的性能，對該界面的缺陷進行分析是非常必要的。
目前主要通過物理解剖法、數值模擬法及超聲法、磁粉法、滲透法等無損檢測方法獲得零部件內部缺陷的信息，但是這些方法都存在不足之處，如對零部件造成不可逆的破壞;檢測結果顯示不直觀、不準確;只對零部件的表面或近表面缺陷敏感等。
工業計算機斷層成像(CT)技術是一種依據外部投影數據重建物體內部結構圖像的無損檢測技術，該技術可以非接觸、非破壞性地檢測物體內部缺陷，得到沒有重疊的數字化圖像，該技術不僅可以獲得零部件內部缺陷的二維及三維空間信息，而且可以直觀、準確地表達零部件內部缺陷的全方位信息。基于此將工業CT技術應用于零部件再制造界面的缺陷檢測有其可行性和優勢。
工業CT
主要零部件包括：射線源、輻射探測器與準直器、數據采集系統、樣品掃描機械系統、計算機系統及輔助電源和輻射安全系統等輔助系統等。
目前，用于評價工業CT成像系統性能的主要參數包括：檢測試件的范圍、射線源種類、掃描模式、檢測時間、空間分辨率、密度分辨率及偽像等。
零部件再制造典型缺陷具有形貌復雜，尺寸較小，分布面積較廣，缺陷邊界不規則、不連續、多分支的特點，因此缺陷易被噪聲所掩蓋，缺陷的位置難以檢測，缺陷的形成原因難以確定。當缺陷尺寸接近工業CT系統的檢出限時，在CT圖像上就會表現出容積效應;當缺陷表面與工業CT掃描平面不垂直時，工業CT圖像中缺陷邊緣有較寬的灰度過渡區，從而形成弱邊緣;以上兩點都會增大缺陷檢測的難度。
針對再制造典型缺陷的上述特點，研究人員通過在工業CT系統中引入新的圖像計算模型，或通過改善工業CT檢測工藝參數，如切片厚度、探測器單元的微動次數、觸發次數及圖像矩陣等，有效降低了再制造典型缺陷圖像噪聲和偽像，提高了再制造典型缺陷圖像顯示的對比度，增強了再制造典型缺陷細節特征分辨率。
激光熔覆過程是一個快速成型的過程，即在極短的時間內發生快速熔化與快速凝固的過程，因此在涂層內部極易產生裂紋、氣孔、夾雜等不良缺陷，嚴重影響再制造零部件的質量和性能。
裂紋形成機理
激光熔覆是一個速熱、速冷的過程，該過程會產生局部受熱不均勻，溫度較高區域在冷卻和凝固時會受到溫度較低區域的約束，從而產生熱應力;同時，該過程中基體表面材料、涂層材料都會經歷固態變液態、液態又變回固態的變化，在這兩個變化過程中，基體表面和涂層材料都會產生不同程度的體積收縮，必然會受到周邊晶粒的牽制和約束，從而產生拉應力;當熱應力或拉應力大于熔覆材料的抗形變能力時，就會產生裂紋。裂紋缺陷是激光熔覆增材再制造過程中最主要的內部缺陷，是對再制造零部件的質量和性能影響較大的一種缺陷，是激光熔覆過程中應重點消除的缺陷類型。
氣孔形成機理
在激光熔覆過程中，當氣體進入熔池或與金屬表面氧化物發生還原反應生成氣體時，由于熔覆涂層的凝固過程會在極短時間內完成，所以上述氣體來不及從熔融液體中逸出，便會形成氣孔。氣孔缺陷是激光熔覆增材再制造過程中極易形成的內部缺陷，嚴重影響再制造零部件的力學性能，從而降低再制造零部件的使用壽命。
夾雜形成機理
基體表面和涂層材料所含的元素不同，其所具有的凝固點也不同，在激光熔覆的過程中，低熔點元素先熔化，高熔點元素后熔化，且可能存在未完全熔化的情況，在后續冷凝過程中，熔覆涂層中可能產生夾雜;在激光熔覆的冷卻和凝固過程中，高熔點元素先凝固，低熔點元素后凝固，且低熔點元素會隨著固液界面的上升而移向上層，因此熔覆涂層表層以低熔點元素為主，元素成分不均勻，進而導致熔覆涂層的組織中產生夾雜;以上兩種情況下產生的夾雜缺陷都為裂紋缺陷的萌生提供了源頭。
裂紋缺陷的檢測與研究
零部件內部微觀裂紋會隨著零部件服役過程中的載荷作用與變形而不斷變化，最終會發展為宏觀裂紋，并造成零部件的破壞，甚至會導致災難性事故。因此，檢測零部件內部的裂紋缺陷及研究零部件服役過程中內部裂紋缺陷的演變規律，對保證零部件質量具有重要意義。目前，國內外學者利用工業CT成像技術從不同方向對內部裂紋缺陷的演變規律及擴展機理進行了大量研究。
BUFFIERE等早在20世紀90年代就在歐洲同步輻射實驗室(ESRF)借助CT設備對碳化硅顆粒增強鋁基復合材料的疲勞裂紋擴展行為進行了分析，標出了微米級裂紋分布。通過圖像重建得到了三維裂紋體，測定了裂紋初始形核角度。
SCHILLING等進一步論證了采用CT斷層成像技術觀測裂紋等缺陷的可行性。
PENUMADU等通過高分辨CT設備探明了碳纖維增強復合材料裂紋產生的原因，采用OCTOPUS軟件對圖像進行處理，同時選擇濾波反投影法實現了裂紋缺陷的三維重建。
重慶大學多年來致力于工業CT掃描圖像重建算法的改進以及該技術在材料領域的推廣應用。根據裂紋不同階段的尺度差異，提出將裂紋萌生、擴展至斷裂的整個過程分為3個階段：顯微尺度微觀裂紋、CT尺度裂紋和宏觀裂紋，為基于工業CT設備研究裂紋進行了較為科學的分類。
西北工業大學在采用工業CT技術檢測裂紋擴展行為方面進行了較為深入的探索，提出了一種基于CT圖像密度場的疲勞短裂紋群擴展行為監測方法，利用自主研發的CT Framework系統實現了裂紋群的三維可視化。
東南大學采用工業CT研究了零部件破壞過程中宏微觀裂紋缺陷的演化特征，并提出了多尺度缺陷表征方法，能夠較好地描述微觀裂紋到宏觀缺陷的多尺度演化過程，如圖1所示。從圖1可以看出，零部件變形過程中，裂紋演變過程為內部裂紋的萌生、擴展及聚合，主要表現為裂紋擴展和聚合，同時會伴隨有部分新的裂紋萌生，而萌生的位置常常會在裂紋分布相對較少的地方。隨著零部件的變形，裂紋會集中在一個帶狀區域，其他區域相對較少，零部件最終也會從該帶狀區域發生斷裂。與零部件中間位置的裂紋相比，邊緣的裂紋擴展速度更快，往往更容易造成零部件的斷裂。
氣孔缺陷的檢測與研究
氣孔是零部件內部缺陷的主要形式之一，其體積與位置分布隨機性較大，在外加載荷的作用下，氣孔缺陷會不斷變化，最終會導致零部件整體結構的破壞。
趙超凡等采用工業CT研究了零部件在拉伸試驗過程中宏微觀氣孔缺陷的演化過程，研究結果表明，隨著零部件變形的增加，其內部缺陷會產生兩種情況：新氣孔的萌生和原氣孔的增長。基于以上研究結果，提出了多尺度氣孔缺陷表征方法，很好地描述了從微觀氣孔萌生、增長到零部件失效的全過程，如圖2所示。從圖2可以看出，隨著零部件變形的加劇，零部件的焊接處不斷產生新的氣孔，分布位置沒有固定規律，而原有氣孔的體積也會增大。在零部件變形過程中，氣孔缺陷的數量和體積均有所增加，而其形狀沒有明顯改變。
POLOZOV等通過選區激光熔覆法制備了鈦合金化合物，并利用工業CT技術檢測其內部孔隙的尺寸與分布，從而研究了合金的致密性。結果表明合金內部孔隙尺寸為32μm，孔隙率只有0.7%，制備的鈦合金化合物是一種全致密材料。
夾雜缺陷的檢測與研究
目前，高鐵齒輪箱體材料多為鑄件，鑄件中存在各種尺度和維數的缺陷，在服役過程中，微結構形態、缺陷分布和形貌、界面特性、孔隙率等都極大地影響著材料宏觀整體韌性、強度、硬度等力學性能。鑄件缺陷主要以夾雜缺陷為主，具有復雜性，一般無損檢測方法不能對其進行直觀、高效地檢測，而工業CT成像技術可以清晰地檢測出鑄件夾雜缺陷的立體結構狀況，直觀地顯示出夾雜缺陷的位置及形狀。
艾軼博等利用三維工業CT成像技術對高鐵齒輪箱體內部缺陷進行檢測，指出夾雜缺陷所占比例最大，通過設計試驗獲得了箱體材料的夾雜缺陷的三維圖像，如圖3所示，實現了對高鐵齒輪箱體內部缺陷自動、準確地分類和識別，為實現高鐵齒輪箱體材料內部缺陷的自動識別提供了技術支持。
混凝土，尤其是水泥混凝土已成為現代工程(建筑、道路、橋梁等)最重要的材料之一。混凝土在使用過程中由于各種原因其內部會產生夾雜缺陷，影響混凝土的力學性能，帶來工程安全隱患。
ZHU等認為工業CT成像技術是測試混凝土微觀夾雜缺陷的重要手段，通過觀察混凝土同一區域在不同壓力下的CT成像，比較CT成像的灰度值，可以推導出該區域微觀夾雜缺陷的演變情況，從而為完善混凝土的加工和制備工藝，提高混凝土的質量提供理論支持。
由于復合材料具有低線脹系數、高比模數、高比強度、防腐耐蝕等優點，已廣泛應用于武器裝備、航空航天、汽車等領域。但復合材料是由兩種或兩種以上不同性質的材料通過化學或物理方法制備而成的，在應用過程中會由于原材料中自帶雜質或油污、加工工藝技術問題及操作不當等因素產生以夾雜、分層為主的各種缺陷，因此工業CT成像技術對控制和提高復合材料制品的質量，改善生產工藝有指導意義。
趙付寶等利用工業CT成像技術有效地檢測出了樹脂基復合材料制品的內部缺陷，并能精確地測定缺陷的位置與幾何尺寸，如圖4所示。圖4(a)中發亮的部位是復合材料制品內部的夾雜缺陷，該夾雜缺陷的密度大于原材料的密度，所以其灰度比周邊大;但由于大多數材料的密度較為接近，所以無法只依據CT圖像對夾雜的類別做出判斷。圖4(b)中黑色的連續不規則的線條為復合材料制品內部的分層缺陷。
在激光熔覆增材再制造過程中形成的再制造界面即有同質界面又有異質界面，界面成分眾多，組織結構龐大，常用的無損檢測技術無法準確、直觀地確定再制造界面的缺陷。工業CT成像技術不受零件結構、組成成分與表面狀態等限制，可以準確表征出零部件的內部結構信息，為激光熔覆增材再制造界面的缺陷檢測提供了最佳檢測手段。
在實際應用中，激光熔覆增材再制造零部件自身形狀不規則;再制造界面情況更為復雜：界面材料成分繁多;界面組織結構復雜;界面缺陷種類較多、尺寸較小、分布面積較廣;界面缺陷的邊界不規則、不連續、多分支。
而工業CT成像系統自身也有局限性：檢測對象的尺寸和材料必須與所用設備的運轉系統和射線的能量相匹配，能量太低無法穿透檢測對象，能量太高會使檢測對象曝光過度;檢測對象的幾何特性影響工業CT成像系統的空間分辨能力與密度分辨能力;工業CT圖像中的每個點都要經過大量計算模擬，在模擬過程中如數據處理不當，就會產生與檢測對象不相符的偽像。因此，提高工業CT成像技術在再制造界面缺陷分析研究中的空間分辨率、密度分辨率，及改善檢測過程中的偽像是廣大學者研究的難點與重點。
為了使激光熔覆增材再制造零部件的性能達到甚至超過新品的性能，滿足再次服役的要求，必須對其進行缺陷檢測。工業CT成像技術有望成為再制造典型缺陷分析研究中一種重要的無損檢測手段，其研究發展方向主要涉及以下幾個方面：
1 提高工業CT技術檢測精度。
基于再制造零部件內部及再制造界面的典型缺陷的特點，工業CT成像技術的迅速發展將成為再制造典型缺陷分析研究實現突破性進展的前提條件，只有工業CT成像技術擁有更小的尺寸精度、更高的分辨率、更精準的重建算法及更有效的圖像處理技術，才可能實現再制造零部件內部及再制造界面缺陷的智能化檢測、自動化識別與分類。
2 大型再制造零部件的缺陷檢測。
高端大型再制造零部件的體積龐大、結構特殊、工藝復雜，常規的無損檢測手段均無法準確獲取產品內部的結構和缺陷信息，工業CT成像技術是大型再制造零部件不可替代的缺陷檢測手段。大型再制造零部件由多種材料構成，內部結構復雜，對缺陷檢測技術要求極高，如成像視野直徑要大(超過2m)、缺陷識別種類多、檢測精度要求高等，導致大型再制造零部件缺陷檢測面臨著工業CT成像系統的高分辨率與大掃描直徑、探測效率、掃描速度、動態范圍之間的矛盾。通過增強工業CT成像系統的射線源，完善系統的探測器設計，提高系統的掃描效率，引入合理的圖像重建運算方法，可確保工業CT成像技術實現對大型再制造零部件內部缺陷的高效識別與檢出。
3 降低檢測成本，擴大使用范圍。
工業CT成像裝置本身造價高于其他無損檢測設備，且該技術檢測過程較耗時，檢測效率相對較低，檢測成本較高，導致其使用范圍受到限制。通過在工業CT成像系統中引入新型計算模擬技術，提高了工業CT成像技術的檢測效率，降低了檢測成本，擴大了工業CT成像技術的應用領域。
超導帶材損傷演化檢測技術獲得突破
